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摘要：传统的垂直升降货梯楼层位置大多以接近开关作为检测手段， 导致实际运行时过渡依赖检测开关。一旦检测开关失效可能 会出现设备损坏的严重后果。针对此问题， 提出了一种采用 PLC 的高速脉冲输入通道结合接近开关来检测货梯楼层位置的系统集 成方法。采用必要的安全检测手段应对意外情况， 使用光电开关检测货梯轿厢输送机进出托盘、垛盘的到位位置。实际调试结果 表明， 所提出的方法能够实现楼层位置的精准控制， 提高了系统运行的稳定性和安全性。
关键词：垂直升降货梯,PLC,高速脉冲,安全检测
Optimization Design of Control System for Vertical Lifting Cargo Elevator
Xiong Jiahui
(Changzhou Liu Guojun Vocational Technology College, Changzhou, Jiangsu 213000. China)
Abstract: The traditional vertical cargo elevator floor position mostly takes the proximity switch as the detection means, which leads to the excessive dependence on the detection switch in the actual operation . Once the detection switch fails, serious consequences of equipment damage may occur. To solve the problem, a system integration method was proposed, which used the high-speed pulse input channel of PLC and proximity switch to detect the floor position of cargo elevator. Necessary safety detection means were adopted to deal with accidents, and photoelectric switch was used to detect the in place position of goods elevator car conveyor in and out of tray and stacking tray . The actual debugging results show that the method proposed can realize the accurate control of floor position and improve the stability and safety of system operation.
Key words: vertical cargo elevator; PLC; high speed pulse; safety detection
0 引言
随着工业自动化水平不断提高， 越来越多的货物需 赖以托盘进行垂直输送从而自动进入立体仓库[1]， 某些 工厂生产出的产品需要通过托盘把货物输送至目的地直 接装载到火车车厢， 也需要依靠垂直输送机把货物提升 至一定高度跨越火车铁轨抵达目的地。近年来， 垂直升 降货梯控制系统的开发设计相继在各个自动化设备厂商 开展。然而， 企业生产的垂直输送货梯多数采用接近开 关作为楼层位置检测手段， 这种单一的检测方式易导致 垂直输送系统出现楼层位置走位不准确或故障率高， 降 低了设备的生产效率与可靠性[2-4]。针对此问题， 本文提 出了一种采用接近开关结合 PLC 的高速脉冲输入通道检 测货梯楼层位置的系统集成方法。
1 货梯系统工艺流程
本文以 3 层垂直输送货梯为例， 如图 1 所示。货物跺 盘从 1F 自动进入垂直升降输送货梯轿厢， 待货物垛停稳 后轿厢携带货物垛自动上升至 2F， 轿厢停稳后货物垛自 动从 2F 输出。回收的托盘码成托盘垛运输至 3F 后自动 进入垂直升降货梯， 轿厢携带托盘垛从 3F 自动下降至1F， 跺盘输送机反转把托盘垛从 1F 另外一侧输出。在此 过程中， 轿厢不断地在 1F 和 3F 间往返， 故需要轿厢在 相应楼层停靠位置精准。
2 轿厢楼层停靠位置方案
2.1 轿厢楼层检测接近开关安装
本文中垂直升降货梯为 3 层， 为保证轿厢能够精准 地停靠在相应楼层， 轿厢在停止前需要有减速过程， 所以应在各楼层停止位置检测开关前安装电机减速位置检 测开关。以 2F 为例， 轿厢在上升和下降到达 2F 时都需 减速， 因此共需 3 个位置检测开关。如图 2 所示， 在垂直 升降货梯的外部框架上安装接近检测开关， 分别为 2F 上 升减速位、 2F 下降减速位和 2F 停止位。
2.2 脉冲检测传感器安装
为了提高货梯轿厢楼层位置定位的准确性， 采用高 速接近开关检测连接至西门子 300 系列 PLC 的高速脉冲 通道。如图 3 所示， 在升降电机负载驱动端安装一个带 有 4 个凸起部分的零件， 此零件与电机实现同步转动。 驱动轿厢升降电机每转动一圈， 接近开关检测到凸起部 分并产生 4 个脉冲信号输入至 PLC， PLC 根据脉冲计数结 合楼层位置检测开关实现轿厢位置定位。
3 货梯系统控制方案设计
3.1 总体方案
垂直升降货梯属于特种设备， 必须要确保控制系 统带有必要的安全检测手段， 否则系统不能投入生产 运 行[5] 。本 控 制 系 统 分 别 采 用 了 变 频 电 机 故 障 检 测， 轿厢输送电机过流检测， 牵拽轿厢用链条的断链检测、 链条涨紧检测， 轿厢升降过程中超速检测， 轿厢内异 物检测， 轿厢冲顶、冲底检测， 轿厢升降过程中各楼 层 出 入 口 安 全 检 测 光 电 开 关， 轿 厢 楼 层 定 位 超 限 检 测等[6] 。
采用 PLC 作为系统的核心控制器， 控制 2 台变频器 分别驱动垂直升降电机和轿厢内输送电机; 使用人机界 面与 PLC通信用于查询和显示系统当前工作状态; 轿厢 楼层位置检测采用接近开关结合 PLC 的高速脉冲输入通 道; 采用对射式光电开关检测货物垛、托盘垛进入轿厢 到位位置。控制系统集成框图如图 4 所示。
3.2 货梯控制系统电气设计
结合上文中系统总体方案设计和轿厢楼层停靠位置 方案设计， 给出本系统 PLC 的部分 I/O 表， 如表 1 所示。
4 货梯控制系统软件设计
4.1 脉冲检测部分
本文中采用了西门子 313C 型号的 PLC， 高速计数器 通道共有 3 个， 每个通道下共有 5 种工作模式， 包括带有 内部方向控制的单相计数器、带有外部方向控制的单相 计数器、带有增减计数时钟的双相计数器、 A/B 相正交 计数器。不同通道的高速计数器都有其对应的输入点， 并且对应不同的输入功能[7]。本文中需要使用带有外部 方向控制的单相计数器， 计数器的硬件组态如图 5 所示。 选择通道 0. 地址采用系统默认值， 工作模式为一次计 数， 主计数方向为向上， 门函数功能为停止计数， 信号 评价为脉冲/方向。在 SIMATIC Manager 中编写计数器部分程序， 调用 SFB47 计 数 器 模 块 并 创 建 背 景 块 DB30. 如 图 6 所 示， LADDR 端采用系统默认值， 通道号设定为 0. SW_GATE 用于控制计数器的启动和停止， 设定为程序中间变量 M68.0. CTRL_DO 、SET_DO 分别为输出使能和控制输 出， 本案例中悬空， JOB_REQ 为作业初始化， 设定为M68. 1. JOB_ID 为作业号， 本案例中设定为 W#16#1. 功 能为写计数值， JOB_VAL 为写作业的值， 即通过触摸屏 设定的脉冲数。由于在本文中只关心电机当前的脉冲计 数值， 所以输出端只采集了 COUNTVAL 中的脉冲数， JOB_ERR 输出置 1 代表计数器出错， 此时可以通过查看 JOB_STAT 中出错编号来确定具体出错原因， 模块中其 余输出引脚读者可查询西门子 300PLC 手册， 本文不再一 一赘述。
4.2 货梯控制系统控制流程
货梯控制系统上电后， 首先进入故障自检， 自检通 过后进入运行状态。如图 7 所示， 此时若有叫梯信号并 且货梯满足去往相应楼层的所有条件， PLC 输出控制垂 直升降变频驱动电机去往目标楼层， 抵达目标楼层前先 经过减速位置接近开关， 电机由高速切换为低速继续运 行， 当安装于轿厢处的检测片检测到目标楼层停止位置 接近开关时， PLC 程序判断当前电机的脉冲数值。设触 摸屏中设定的某层脉冲数下限值为 n1. 上限值为 n2. 则货 梯欲停靠在目标楼层时当前的脉冲数 c_n 应满足 n1
5 结束语
传统的垂直升降货梯楼层位置检测大多只采用位置 检测接近开关来判断轿厢是否到达目标楼层。此种形式 的货梯控制系统在运行时常出现故障， 如在位置检测开关安装出现上下偏差、检测片与接近开关距离不当、接 近开关失效或损坏的情况下， 轿厢不能准确停靠在目标 楼层位置。此时， 轿厢内输送机启动， 或输入货物垛， 或输出货物垛， 由于轿厢输送机与外部输送机的高度差， 导致货物垛坍塌损坏设备。本文提出了一种采用 PLC 的 高速脉冲输入通道结合位置检测开关的方法来解决此问 题。把这种带有双重检测的方法应用到生产实际中， 调 试结果表明， 该方法能够有效避免楼层定位不准确的问 题， 提高了设备的可靠性。为垂直升降货梯控制系统设 计提供了有价值的参考， 同时也可将该方法应用到旧设 备的改造中。
参考文献：
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[6] 夏成凯,徐杰, 汪涛,等 . 一种新型电梯限速器及其控制方法[J]. 现代制造工程,2016(10):121- 125.
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