西门子PLC控制步进电机在电梯中的应用研究

摘 要

西门子PLC由于其抗干扰强、编程简单、应用便捷、功能全面、可靠性高等优点，在诸多工业控制领域中都得到了十分广泛的应用。在电梯当中，西门子PLC控制步进电机得到了十分广泛的应用，同时也发挥出了十分良好的作用。本文对西门子PLC控制步进电机在电梯中的应用进行了介绍，同时分析了具体应用中电梯的硬件结构、控制原理、实现方法等内容。

【关键词】西门子PLC 步进电机 电梯 应用研究

随着社会的发展，高层建筑越来越多，而电梯作为高层建筑中必不可少的运输设备，应用十分的广泛。在电梯的控制系统当中，主要有三种常见的方式，分别是微机控制系统、继电器控制系统、以及PLC控制系统。其中，微机控制系统虽然智能程度较高，但是其抗干扰能力差、设计十分复杂，不利于维修和养护。而继电器控制系统控制能耗大、耗能高，极易出现故障。而西门子PLC控制系统具有较强的抗干扰能力，维修便利、可靠性高，已经成为当前电梯控制系统中应用最为广泛的一种。

1 西门子PLC控制步进电机应用于电梯的硬件设计

1.1 调速系统

电梯采用鼠笼型交流步进电机进行曳引，同时采用MM440通用型变频器进行调速，以提高乘客的舒适性体验。根据电梯的配重、载重、运行速度、曳引电机功率等信息来确认变频器的容量。在选定曳引电机功率之后，可根据变频器额定电流大于电动机最大工作电流的原则，来选定变频器的容量。

另外，对于变频器的高低速信号、上下行驶信号等，可通过PLC输出触电来控制。电梯会根据上行信号和下行信号的指示，进行上行或下行的操作，电梯的运行速度由事先设定的运行速度进行控制。可以在变频器内部设置参数，来控制电梯的频率显示、速度、电流、过载保护、运行速度、加减速时间、加减速曲线等功能。

1.2 逻辑控制系统

在电梯轿厢上下运动的过程中，曳引电动机转动的角度决定了轿厢移动的距离。安装一个旋转编码器在曳引电动机轴上，在曳引电动机转动过程中，旋转编码器发送信号给PLC。PLC内部计数器开始计数，然后将计数器中的数值与事先设定的楼层数值进行比较，就能够准确的控制电气的位置和运行情况。

在电梯的输入信号中，上下行的呼叫信号较多，如果直接将其输入PLC，将会占用过多的点数。对此，可以利用编译器将这些信号转化为二进制码，这样就能够使PLC输入点数有效降低。在显示楼层的时候，两位数的楼层需要两个数码管显示，需要占用八个输出点。而如果采用七段显示功能，利用同一个BCD码输出端输出两位数，利用片选信号区分，就可以使PLC输出点数减少。

1.2.1 PLC硬件选择

在进行CPU选择时，要选择集成带有数字量输入点和输出点的，可以连接扩展模块。同时应带有PROFIBUS DP主站和从站接口，具有闭环控制功能。存储空间可在32KB RAM以上，同时可以进行扩展。计数器应采用30kHz以上的高速计数器，还要要采用容易拆卸的I/O端子。这样能够拥有较高性能的控制系统、输出点和输入点更多、模块的扩展功能更强、运行速度更快、功能更强大。对于电源模块，应当保留足够的余量。电梯是以开关控制为基础来进行系统控制的，所以，只需要数字量输入和输出就可以满足要求。具体数量可以根据CUP本身集成的数字量输入和输出来决定。

1.2.2 PLC连线

在PLC连线中，可采用带相连接的方式，进行PLC与编码器的连线。由一相单方向进行脉冲的输入，可以对电梯所处的楼层位置进行测量。而旋转编码器和变频器之间是通过编码器模块进行连接的。

2 西门子PLC控制步进电机应用于电梯的软件设计

基于电梯运行的基本规律，工作方式可以选择消防、优先服务、检修、有司机或无司机几种。利用模块化编程思想，对电梯PLC程序进行编写。在编写的程序当中，包含了以下多种不同的模块。

（1）开关门程序模块，电梯在达到目标楼层时，需要自动进行开门、关门等操作。而在关门的时候，如果感应到门口出有人或门外有人呼叫电梯，就要重新进行开门操作。

（2）轿内指令信号程序模块，该程序相同于厅外呼叫信号处理，需要对信号进行记忆和消除。相比于厅外呼叫，该程序的优先级更高。

（3）厅外呼叫信号程序模块，该程序负责对呼叫信号进行记忆。当电梯达到目标楼层之后，再将呼叫信号消除，同时对反方向运行的呼叫信号进行保留。

（4）选层、反向、定向截梯编程模块，该程序可将有效的选向信号与电梯当前所处的楼层进行对比，如果选向信号在电梯当前楼层的上方，电梯就会向上运行。如果选向信号在电梯当前楼层的下方，电梯就会向下运行。

（5）楼层换算、计算、平层、停车模块，该功能是由PLC接受旋转编码器发出的信号，对电梯所处楼层进行计算，同时确定换速、平层停车等位置。

（6）楼层位置指示模块，该模块是对当前楼层的数字显示，是利用平层信号实现的。

（7）故障报警模块，用于监控电梯开关门与上下行，如果电梯不能按时到位，则进行报警。同时对超载、轿厢报警、变频器等故障现象进行记忆和储存，在发生相应故障的时候，自动进行报警。

此外，在具体的程序编写过程中，还可以根据实际需求增加一些功能，例如电梯开启自动定位、空闲超时自动返回基站、电梯开关机定时等功能。

3 结论

社会经济和科技的快速发展带来了更多的高层建筑，而大量的高层建筑也应用了大量的电梯。在高层建筑中，电梯是必不可少的运输工具，因此，电梯的稳定性、安全性、可靠性、舒适性等性能变得十分重要。在现代电梯当中，西门子PLC控制步进电机取得了十分广泛的应用。相比于其它项传统的电梯控制技术，PLC技术具有十分理想的硬件和软件系统，大大提高了电梯的性能。

参考文献

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作者简介

简亚东（1984-），男，河南省信阳市人。2013年毕业于南阳理工学院电气自动化专业。2008年就职于信阳高级技工学校，二级实习指导教师，研究方向为电气自动化和机电一体化。

作者单位

河南省信阳市高级技工学校 河南省信阳市 464000