基于PLC和微波红外双鉴探测器的电梯节能运行系统设计

摘要：针对老旧电梯耗能巨大的问题，设计了一种基于PLC和微波红外双鉴探测器的电梯节能运行系统。该系统在特定情况下可实现电梯的节能运行，降低了电梯能耗及机械器件的损耗，具有一定的实用价值。

关键词：PLC;双鉴探测器;电梯;节能系统

0    引言

电梯为人们的工作和生活带来了极大的便利，但是电梯能耗巨大，是高层建筑耗能较大的设备之一，特别是一些老旧电梯，功能简单，经常造成电梯不必要的停留开门，给电梯带来损耗，使电梯过早老化，造成不必要的经济损失，同时电梯高负荷运行也会引发一些安全事故。据业内人士估算，目前全国范围内使用15年以上的老旧电梯数量超过10万台。老旧电梯的维修、更新费用动辄达上万元甚至数十万元。本文以四层电梯控制模型为对象，在电梯运行轿厢系统中加装了微波红外复合（双鉴）探测器，结合PLC控制系统，提出了一种针对某种特定情况下的电梯节能运行方案。该方案改造方便，成本低廉，系统运行便捷，具有一定的推广实用价值。

1    PLC和微波红外双鉴探测器在电梯节能系统中的应用设计思路

本文所指的某种特定情况是：（1）在电梯乘客中，有人错误按下了需要到达的层数按键，例如乘客本来要去第7层，但错误按下了17层的按键，无法取消，第17层及以上楼层没有乘客需乘坐电梯，此时电梯向上空运行，然后在第17层停留开门，这种情况造成了电梯能耗的增加及机械器件的损耗。（2）人在电梯内部呼叫按钮操作后离开，造成电梯在无负载情况下空运行，导致电梯运行效率低，同时浪费大量电力资源[1]。

1.1    四层电梯模型简介

本次采用的电梯模型是由直流电机、轿厢、内选控制器、轿厢门、楼层选向器、导轨、控制器、底座等组成[2]，其结构如图1所示。

本装置电源为交流220 V、50 Hz。面板上的输入信号端子有内选按钮信号、外选按钮信号、平层、限位信号、厢门限位信号及公共端I等共计24个，控制时应分别与PLC主机输入端连接，公共端I与主机输入COM点连接。面板上的输出信号端子有外呼指示灯、轿厢上升下降控制、内选指示灯、厢门开关控制、公共端II等共计18个，控制时应分别与PLC主机输出端连接，公共端II与主机输出COM连接。

1.2    微波红外复合（双鉴）探测器

微波红外复合（双鉴）探测器既具有微波探测器可靠性强、与热源无关的优点，又具备被动红外探测器无需照明、没有亮度要求、可昼夜运行的特点[3]，同时，由于此次设计中微波红外复合（双鉴）探测器应用在电梯轿厢这样一个封闭的金属环境中，克服了微波探测器容易穿透非金属物体探测的特性，大大降低了系统误报率。

本设计采用市场上常用的吸顶室内有线微波红外双鉴探测器，安装在电梯轿厢顶部。该类型的双鉴探测器360°全方位无死角探测，当安装高度为3 m时，其探测直径可达10 m;内置灵敏度跳线，可以根据不同环境需要进行调节;抗白光和电磁干扰，有NC/NO报警输出，NC防拆输出，工作电压为9～16 V。电梯开关电源输出标称电压通常为5 V、24 V、±15 V[4]，完全可以为探测器提供电源。微波红外复合（双鉴）探测器在电梯轿厢的安装示意图如图2所示。

1.3    PLC主控电路设计

1.3.1    PLC选型

PLC型号众多，要选用合适的PLC，首先要进行PLC的I/O点数和种类的估算。根据被控对象对PLC控制系统的技术指标和要求，全面考虑输入/输出信号的个数，I/O信号类型（数字量/模拟量），电流、电压等级，是否有其他特殊控制要求等因素，同时附加20%～15%的备用量。据此，本设计根据本校实际情况，选用了实训室常用的三菱公司的FX2N-48MR-001 PLC。该机型合计总数为48～24点输入，DC24 V，24点继电器输出，具有集成性、高性能，运算高速，存储器规格宽裕，软元件范围丰富等特点[5]，完全满足此设计需要。

1.3.2    I/O设备及I/O点分配表

表1为该设计的I/O设备及I/O点分配表。输入信号有：内选按钮信号4个，外选按钮信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个，开关门限位2个，上下极限位2个，被动红外探测器信号1个，共计21个。输出信号有：内选按钮信号指示4个，外选按钮信号指示6个，轿厢上下行信号2个，轿厢上下行指示2个，门电机开关2个，共计16个。

1.3.3    PLC接线图

图3为PLC输入输出接线图。X0～X24为输入信号，Y0～Y26为输出信号，其中Y20～Y26分别按顺序接数码管的A～G，显示轿厢所在楼层。输入端的公共端COM I接地，输出端的公共端COM II接+24 V电源。

2    系统软件设计流程图

本设计采用GX  Deve-

loper作为编程软件[5]进行编程设计。在编程过程中，应充分了解该系统的全部功能、输入/输出信号的种类和数量等，再根据工艺要求，绘出各功能单元的功能流程图，逐条编写控制程序。在调试时先从各功能单元入手，再调试优化全 的软件系统。系统软件流程如图4所示。

3    结语

本系统经过硬件及软件设计，结合四层电梯模型，搭建了基于PLC控制和双鉴探测器（采用实训室现有模型）的节能电梯模型，并进行了调试模拟运行，调试模拟运行过程如图5所示。

通过对该系统各个模块的调试，该系统实现了既定功能，提高了电梯的运行效率，延长了电梯的使用寿命，节约了大量电力资源，实现了电梯运行的智能化、人性化，因此该系统具有很高的使用价值。

[参考文献]

[1] 何斌锋，张璐，林树刚，等.基于PLC的防止空运行智能电梯设计[J].电子测试，2017，（16）：5-6.

[2] 天津市源峰科技发展有限责任公司.TVT-99A电梯模型使用说明书[Z].

[3] 张晨.被动式红外探测器三维探测模型研究[J].中国安防，2014（3）：80-84.

[4] 康宇翔.电梯产品应用开关电源替代工频变压器的技术研究[J].中国设备工程，2017（22）：115-116.

[5] 巫莉.电气控制与PLC应用[M].2版.北京：中国电力出版社，2012.

收稿日期：2020-02-10

作者简介：黄修力（1980—），男，河南人，研究生，讲师，研究方向：電子、通信技术、检测与控制系统设计与应用。