FX2N-48MR在电梯智能控制系统的应用

李长波，何召祥

（芜湖信息技术职业学院电子信息系，安徽芜湖 241000）

FX2N-48MR在电梯智能控制系统的应用

李长波，何召祥

（芜湖信息技术职业学院电子信息系，安徽芜湖 241000）

PLC控制系统由于可靠性高、运算性能好、扩展性强、抗干扰性高、调试周期短等特点，在电梯智能随动控制系统中被广泛采用；本文利用FX2N-48MR实现了电梯的智能控制，整个电梯控制系统对环境的运行要求低，稳定性和可靠性比较高.

控制系统；电梯智能；PLC技术

PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程；由于其可靠性高、运算性能好、扩展性强、抗干扰性高、调试周期短等特点，因此电梯智能随动控制系统采用PLC实现逻辑控制、拖动部分则由变频器驱动；本文采用FX2N-48MR对电梯智能控制系统进行了功能设计与技术应用.

1 PLC电梯控制系统的结构

1.1 电梯运行控制特征

电梯加速上升或减速下降时人会产生超重感，加速下降或减速上升时则会产生失重感，人对失重比超重会更加感觉不适.因此为满足感觉舒适、平层准确并且尽可能缩短运行时间、提高运行效率，应该选择有较好的速度变化率指标的电梯梯形运动曲线；为实现合适的梯形运动曲线，需采用PLC技术为三相异步电动机配套的智能变频器提供梯形运动速度曲线闭环控制，实现电梯灵活调速控制及高精度平层服务、同时可动态响应电梯的启动加速、制动减速、正反向运行、调速精度、调速范围等要求，其PLC控制特征是调速系统的爬行时间少、平层距离短、最高设计速度可达4 m/s；当智能变频器接收到PLC控制器发出的呼梯方向信号，则依据设定的加速度启动电动机达到最大速度后然后匀速运行，在到达目的层减速点时，智能变频器响应PLC控制器发出的切断信号，减至爬行速度同时将爬行时间缩短至0.3 s，按计算出的优化曲线实现高精度的平层.

1.2 PLC电梯控制系统

可编程序控制器PLC应用于电梯控制，采用软件编程替代原有继电器硬件布线控制，使控制系统具有了较大的柔性，通过直接将内外呼梯信号、开关门信号、限位信号、层位检测信号、灯开关量接到PLC的开关量输入端，用PLC的输出点直接控制智能变频器，实现电动机的转向与转速控制，其配备的编程器可在现场对程序随时修改任一输入、输出接口的功能或逻辑状态.PLC采用梯形图编程，同时还具有故障诊断、状态指示、运行监控等功能；三菱FX2N-48MR电梯智能控制系统具有以下技术特征：

（1）I/O点数：输入有24点为开关量，输出有24点为继电器；

（2）存储容量：存储器容量有1K、2K、4K、8K等，根据程序的复杂程度来选择.存储器有EPROM、E2PROM模块和ROM模块，可根据系统的要求选择；对采样数据量大、控制点数较多的高层电梯系统，三菱FX-48MR PLC可以使用系列扩展单元增加控制的点数，这样可完全实现对高层电梯系统的智能控制；

（3）结构：有单元式、模块式.单元式I/O结构固定，而模块式I/O点可灵活配置；

（4）工作电压：交流100～240v，直流24v等.

三菱FX2N-48MR电梯智能控制系统由核心控制元件PLC、空气开关、电机马达开关、交流接触器、触摸屏、开关、按钮、指示灯、报警器和外部光电传感器等元部件组成，如图1所示.

图1 电梯控制PLC接线图

其中由面板旋钮开关或带锁的钥匙旋钮开关选择整个系统的工作状态，通过状态安全继电器的得电或失电来区分自动运行和手动运行的输出电源的通和断.这样就使得系统只有在自动运行状态下时PLC的输出端子才有输出电压，当系统在手动运行状态下时，PLC输出端子上无输出电压.马达开关起到保护电机的作用.人机界面能够方便操作人员对设备进行操作和监控，同时实时显示设备工作状态，报警灯由多级柱装灯塔组成，不同颜色代表不同意义.设备外部设有多个光电传感器，向PLC传输外部状态信号，指示自动电梯的工作状态.自动化控制系统安全部分的紧急停止按钮拥有最高的设备输出中止权，即无论在手动还是自动状态下，只要紧停按钮被按下，设备都会立即停止任何动作.电梯井除了在高处和低处安装了感应电梯吊篮位置的光电传感器，还在井架极限高位和极限低位安装了机械式的行程限位开关，确保电梯轿箱不发生冲顶和撞底的事故.这里门机的开、关门速度由凸轮控制器控制，在每层安装电磁接近开关采用绝对认址，轿顶安装电磁接近开关同时在其旁边安装检测片用于平层模糊控制；四层电梯控制系统的三菱FX2N-48MR可编程序控制器的输入/输出响应关系如表1所示.

2 FX2N-48MR在电梯控制系统应用

2.1 电梯控制系统的模块结构

控制系统软件设计分为变频器编程和PLC控制软件设计.智能变频器编程包括控制输入输出端子编程、运行参数编程和控制参数编程，运行参数和控制参数经计算后获得.PLC控制软件采用模块化设计，由选层模块、开/关模块、运行模块、故障自诊与处理模块构成[1].

2.2 电梯控制系统的平台设计

2.2.1 监控界面的设计

对电梯监控系统的要求是：安全可靠，启、制动平稳，感觉舒适，平层准确，候梯时间短和节约能源，按时间程序设定的运行时间表启/停电梯、监视电梯运行状态、故障及紧急状况报警；运行状态监控包括启动/停止状态、运行方向、所处楼层位置等，通过自动检测并将结果送入DDC，通过指示灯动态地显示出电梯轻载、满载、超载、司机、急停、门锁、检修、消防等的实时状态；故障检测包括电动机、电磁制动器等各种装置出现故障后自动报警并显示故障电梯的地点、发生故障时间、故障状态等.紧急状况检测与报警通常包括火灾、地震状况检测和发生故障时是否关人等.监控平台的人机界面主要由以下二个部分组成，一部分是程序部分，一部分是界面部分.程序运行过程中，可以看到电梯在智能楼宇中的运动过程以及开关门动作.智能楼宇的每层都有三个图形标志，分别表示本层是否有内选，上行外呼和下行外呼，它们的显示和更新与实际电梯的内选、外呼是同步的；很方便地在屏幕上就可以完全看见整个电梯运行状态.

2.2.2 控制软件的设计

电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行随机控制，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制，由PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度.在本电梯控制系统的状态转换设计中，如果电梯以相同的速率升降需要考虑：（1）电梯的人工手动控制；（2）电梯的运行状态显示；（3）电梯的安全性控制；（4）电梯的策略控制设计.PLC接收来自操纵盘、呼梯的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号、井道和智能变频器的状态信号，其电梯状态控制器部分用状态机来实现.基本模型如下：（1）每层电梯的入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关；（2）设有电梯所处位置指示装置以及电梯运行模式（上升或下降）指示装置；（3）电梯初始状态为第一层开门，电梯每秒升（降）一层楼；（4）设计异步的置位端口，用于在系统不正常的时候回到初始状态；（5）电梯到达有停站请求楼层，经过1秒电梯门打开，开门4秒后，电梯门关闭（开门指示灯熄灭），电梯继续运行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前楼层；（6）能记忆电梯内外的所有请求信号，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个请求信号保留至执行完后消除；（7）电梯运行规则：当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号，由下而上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕；如果高层有下楼请求，则直接升至有下楼请求的最高楼层，然后进入下降模式.当电梯处于下降模式的时候与上升模式相反.上位机监控平台软件程序的主体是循环结构，通讯程序负责与PLC进行通信、发送由人机交互得到的各层内选和外呼的信息，同时接受电梯运行的各种状态信息，并刷新相应内部变量，对各种新的状态信息进行分析处理，负责更新各楼层内选、外呼的标志，电梯运行方向和楼层号，轻载、满载、超载、司机、急停、门锁、检修、消防等状态[2].

表1 三菱FX2N-48MR可编程序控制器的输入/输出响应关系

上位机和PLC之间利用串行方式、采用RS232C通信协议进行通信.通信方式采用无协议通信（Noproto⁃col Communication）类型.这种类型的通信方式应用PLC的RS指令接收或发送数据.在上位机一端，用25针双列直插插头串行通信口COM 2和PLC端的通信适配器进行连接，如图3.

图2 控制程序流程图

3 结论

在分析电梯结构和控制原理的基础上，根据系统功能进行了基于PLC的电梯控制系统设计与应用.其中PLC程序设计部分采用了模块化设计，主要包括电梯开关门环节、楼层显示输出环节、轿内/外呼梯信号登记与消号环节、电梯上下行控制、顺向截车及其他保护环节等；编写出主要控制程序及相关保护程序，使电梯能够依据调度规则来响应乘客的召唤信号.通过组态软件与PLC之间的通讯实现PLC对虚拟电梯的控制，经过系统调试可实现基于PLC的智能电梯控制系统[3].

经过测试，整个电梯控制系统对环境的运行要求低，其稳定性和可靠性比较高，易实现系统组控功能；不足之处在实现高层控制相对底层控制会降低稳定度.

图3 PLC通讯图

[1]陈虹.楼宇自动化技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2010：143-145.

[2]顾德仁.距离控制技术在电梯控制系统的应用[J].自动化应用，2010，5（12）：25-26.

[3]安徽高教网.关于公示2012年安徽省职业院校技能大赛（高职组）拟授奖名单的通知[EB/OL].http：//www.ahgj.gov.cn.

Studies of Elevator Control System with FX2N-48MR Technology

LI Chang-bo,HE Zhao-xiang
(Department of Electronic Information,Wuhu Vocational College of Information Technology,Wuhu 241000,China)

High-rise buildings have become a modern city landmark today.As a vertical conveying tool,an elevator is responsible for the large number of the tasks of daily conveying.Because of the man-machine interactive control system of elevator in an external random call signal to run,neither a simple sequential control nor a logic control can meet the control requirements.The paper gives the random part for the PLC logic control and driven part for inverter based on Mitsubishi FX2N-48MR on the elevator control system and achieves a detailed technical application.

control system;elevator intelligence;PLC

TP202

B

1008-2794（2012）04-0079-04

2012-03-15

安徽省教育厅省级建设项目“楼宇智能化管理实验实训中心”（2010SFZX1285）；安徽高等学校省级自然科学研究资助项目（NO：KJ2009B010）

李长波（1967—），男，吉林市人，讲师，工学硕士，研究方向：PLC控制系统.