电梯光幕测试装置PLC系统设计

【摘 要】 基于现在我国电梯光幕性能检测技术的欠缺，经常发生因其失效夹伤乘客的事故，因此本文主要研制一套电梯光幕综合性能检测装置，在动态条件下高效完成电梯光幕的综合性能检测。该装置一是通过采用PLC、交流伺服系统与高精度光幕设计运动控制系统，实现了为被检光幕提供高精度定位，使得检测结果更准确；二是通过采用OPC技术，实现了基于服务器/客户端模式，实现管理系统、数据库、PLC多平台的无缝链接；三是通过研究VB与OPC服务器的通信过程，实现了将PLC的工作状态、试验时间等数据实时采集到上位机。

【关键词】 电梯 光幕 检测装置

1 引言

21世纪随着市场全球化和我国城市化的发展，目前我国己成为世界最大的电梯生产国和保有国。然而，随着电梯的大量使用，电梯安全事故所造成的人员伤亡和设备损坏日益增加，带来较大的经济损失。其中发生在电梯门区的安全事故占最大比例。电梯光幕是为了保证乘客和操作者的人身与设备安全的一种非常重要保护装置。目前我国的光幕、安全光栅的生产企业较多，产量也很大，但由于光幕没有列入电梯安全部件，其产品性能没有引起业界足够的重视。使用已超过30年的产品，直到现在还没有国家标准或行业标准，只有生产企业进行检验，一般采用人工方法对产品进行单项性能检测，检测效率低，且不能真实反映光幕在实际使用环境条件下的综合性能，无法实现综合性能检测，导致产品的质量参差不齐，使用过程中故障率较高，经常发生因其失效夹伤乘客的事故。我院为此研制一套电梯光幕综合性能检测装置，在动态条件下高效完成电梯光幕的综合性能检测。

2 装置控制系统功能

系统采用工控机和PLC的控制网络结构，控制机械部分按光幕检测要求执行。基本结构与框图如图1所示。

由工控机与PLC组成系统的控制中心，该结构可以分为上下两层，上层由工控机与数据管理等模块组成，下层由PLC，传感器与各执行机构组成，两层之间采用OPC协议通信。与一般控制结构相比，用工控机取代传统数字仪表，人机界面软键盘取代传统机械键盘，使控制更为灵活可靠，数据分析更为精确快捷。所有控制命令都由位于工控机的人机界面发出，通过OPC服务器通讯至PLC，然后PLC控制执行机构的驱动器，机械执行机构按指令运行。试验过程中，PLC获得的传感器数据同样通过OPC服务器返回上位机，人机界面软件数据管理模块保持数据至数据库，同时自动计算，分析数据，得出试验结果，当试验完成，可选择打印测试报告。

本系统的PLC控制歩进电机和调速电机执行机构如下：光幕垂直错位允差、光幕水平错位允差、光幕纵向角度错位允差、光幕横向角度错位允差、光幕相对运动、遮光物运动、检测装置升降和光幕寿命试验遮光板旋转运动。本系统的PLC控制的数字化仪表和传感器如下：可编程直流电源、可编程交流电源、绝缘电阻和耐压测试数字表、光幕响应时间数字双综记忆示波器、光幕行程延长光栅数字表、触摸屏和光干扰强度计。

PLC系统检测技术参数：试验电源电压：DC0-30V/0.5A；AC90-270V/0.5A；电压采用数字调节；试验光幕尺寸：长度1.0-2.0m；宽度10-100mm；厚度5-30mm；

零距离错位试验：垂直允许错位距离50mm±1mm；水平允许错位距离50mm±1mm角度错位试验：纵向错位角度±15°；横向错位角度±15°；最大有效探测距离试验：5.5m±0.01m；探测性能综合试验：遮光棒、遮光板、遮光条探测盲区；动作时间试验：遮光响应时间、恢复时间，试验精度0.01s；干扰试验：光干扰，光强度20000～100000Lx；可靠性寿命试验：测量和记录运行时间、运行次数、失效次数。

3 PLC系统硬件设计

综合考虑系统性能，成本与软件开发难易程度，该系统中主要考虑PLC模块的选型，典型的PLC模块选型主要应考虑CPU、通讯模块、I/O模块、框架、电源等部分的选型。CPU选型，主要考虑的问题包括CPU的主频、功耗、I/O处理能力、内存容量、指令系统和软件开发难易等。I/O模块选型，主要考虑输入输出类型与方式，电压等级、输出功率，驱动能力，模块通道密度等。电源选型，主要考虑电压的稳定性，可调性，并与IO输入输出电压保持一致。数字量输入包括紧急停止、计数器方向选择、光幕运动步进电机控制、遮光物运动步进电机、触摸屏控制等16点；数字量输出包括调速电机控制信号、光幕输出状态、三色警示灯、光电开关输出信号等16点；模拟量输出包括可编程电源控制信号2点。PLC系统硬件按前述要求选择A-B品牌Micro1500系列产品。

4 PLC系统软件设计

RSLogix500是针对SLC500和MicroLogix处理器的32位以Windows操作系统为基础的梯形图逻辑编程软件包。其运行环境是MicrosoftWindows95以上版本的操作系统，它与RockwellSoftware基于DOS的任何编程软件所创建的程序兼容。

对于PLC系统程序，采用的是模块化设计，由主程序和各功能子程序组成。在本控制系统中，子程序是用于光幕性能型式试验细则上的自动试验项目：电源适应精度试验、性能试验、错位试验试验、功能试验、角度错位试验、探测性能试验、最小工作距离、最大工作距离、最高光束、最低光束与斜构光束构成有效性和可靠性运行试验。系统试验项目繁多，致使软件非常复杂，仅举选择最高与最高光束试验为例。首先光幕水平方向X轴步进向电机会控制光幕移动，直到接收端与发射端的距离等于工主机设置的实验距离。光幕Y轴电机（用于角度错位试验）和Z轴电机（用于垂直错试验）保持不动。遮光物电机使能，遮光物Y轴方向步进电机控制遮光物位于光幕最压端，然后遮光物X轴方向电机启动，将遮光物送入光幕探测区下端，此时光幕输出状况为1，至此试验准备阶段完成。进入实验阶段，遮光物Y轴方向步进电机按工控机设置的转速运转，缓慢将遮光物从底端往上抬升，直到光幕输出状态为0，并稳定10分钟，如果状态不出现跳跃，自动记录此时Y轴坐标Y，即为最低光束；然后继续往上行，直到光幕输出状态恢复为1，表示此时光幕己经使出光幕有效区，此时遮光物运行速度降低，在次趋于来回移动，直到定位到临界位置，并保持十分钟不出现光幕输出状态跳跃，自动记录此时Y轴坐标Y，即为最高光束，重复该试验步骤三次，取平均值，得出最高光束与最低光束实验值，至此该子项目完成，流程图如图2所示。

5 结语

系统采用PLC、交流伺服系统与高精度光幕设计运动控制系统，光幕在运动状态条件下，为被检光幕提供高精度定位，使得检测结果更准确。系统采用OPC技术，设计基于服务器/客户端模式，实现管理系统、数据库、PLC多平台的无缝链接。通过研究VB与OPC服务器的通信过程，实现将PLC的工作状态、试验时间等数据实时采集到上位机。系统全部采用可视化人机界面，可采用鼠标点击或快捷键操作，用软件按钮代替了硬件实物，通过计算机控制执行机构，自动调节光幕和遮光物运动速度与定位。经过两年的使用，说明系统自动化程度高和可靠性高，适用于电梯光幕综合性能检测。

参考文献：

[1]雷桥兵，张祺，何永胜.OPC技术在电梯控制柜型式试验中的应用[J].机电工程技术，2009，（3）：92-94.

[2]钱暁龙.MicroLogix控制器应用实例[M].机械工业出版社，2003.

[3]张南松.电梯光幕性能测试系统研究与设计.华南理工大学硕士学位论文，2011.