基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱曼穎　張帆　趙卜錚

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC可編程控制器的簡(jiǎn)明電梯控制系統(tǒng)。在明確了簡(jiǎn)明電梯基本功能之后，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較詳細(xì)的說(shuō)明，并采用模塊化編程方法，所編寫(xiě)的程序清晰、易讀且具有良好的可擴(kuò)展性。為了使簡(jiǎn)明電梯的演示效果更加直觀，以及更好地表現(xiàn)電梯的工作原理，本文在原有PLC程序的基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，使二者實(shí)現(xiàn)了同步，即PLC可控制上位機(jī)，上位機(jī)也可控制PLC。

關(guān)鍵詞：電梯；PLC；控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.研究目的與意義

據(jù)中國(guó)電梯協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2011年全國(guó)電梯產(chǎn)銷(xiāo)量約45.7萬(wàn)臺(tái)（含扶梯4.5萬(wàn)臺(tái)），較2010年增長(zhǎng)約23%。截至2011年底，我國(guó)電梯保有量達(dá)到201.06萬(wàn)臺(tái)，在電梯保有量、電梯增長(zhǎng)率方面均為世界第一。目前，電梯的控制方式主要有繼電器控制、PLC控制和微型計(jì)算機(jī)控制3種。而PLC實(shí)際上是一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它采用巡回掃描的方式分時(shí)處理各項(xiàng)任務(wù)。可編程控制器（PLC）電梯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、開(kāi)發(fā)周期短、維護(hù)方便，這種電梯運(yùn)行起來(lái)更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，被中低端電梯廣泛采用。

2.主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

受制于有限的經(jīng)費(fèi)，本文在簡(jiǎn)要敘述現(xiàn)代電梯的性能要求、結(jié)構(gòu)以及控制之后，僅實(shí)現(xiàn)電梯的基本功能（簡(jiǎn)明電梯）。本文使用西門(mén)子PLC S7-200（CPU224）作為簡(jiǎn)明電梯的控制器，并用其配套編程軟件STEP7-Micro/WIN完成簡(jiǎn)明電梯控制梯形圖的編寫(xiě)，采用模塊化編程方法，所編寫(xiě)程序清晰、易讀且具有良好的可擴(kuò)展性。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，本文所編寫(xiě)的控制程序完全滿(mǎn)足“簡(jiǎn)明電梯基本要求。

為了使演示效果更加直觀，以及更好地表現(xiàn)電梯的工作原理，本文在原有PLC程序的基礎(chǔ)上作出了一定的改進(jìn)，并制作了上位機(jī)界面，使二者實(shí)現(xiàn)“同步”，即PLC可控制上位機(jī)，上位機(jī)也可控制PLC。PLC與上位機(jī)之間通過(guò)PPI電纜實(shí)現(xiàn)通信，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，所制作的仿真電梯完全滿(mǎn)足“仿真電梯基本要求”在完成上述工作后，對(duì)本文做出了展望，即在經(jīng)費(fèi)充足的前提下，如何增加所設(shè)計(jì)電梯的功能，或增加電梯層數(shù)，使之更貼近于實(shí)際電梯。

3.電梯PLC控制方式

電梯PLC的控制系統(tǒng)的核心為PLC主機(jī)。來(lái)自轎廂操縱盤(pán)、廳外呼梯盤(pán)、井道裝置及安全裝置的外部信號(hào)通過(guò)輸入接口送人PLC內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理，再經(jīng)過(guò)輸出接口分別向指層器、呼梯信號(hào)燈發(fā)出顯示信號(hào)，向主回路和門(mén)機(jī)控制電路發(fā)出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行狀態(tài)的控制。電梯PLC控制方式的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4.電梯模塊化程序設(shè)計(jì)

本文使用西門(mén)子編程軟件STEP7-Micro/WIN，采用模塊化編程方法，將整個(gè)簡(jiǎn)明電梯控制系統(tǒng)清晰地分為以下10個(gè)模塊（POU）：開(kāi)門(mén)控制模塊，關(guān)門(mén)控制模塊，工程延時(shí)模塊，門(mén)廳上行呼叫信號(hào)模塊，門(mén)廳下行呼叫信號(hào)模塊，轎廂內(nèi)選層模塊，綜合信號(hào)模塊，上下行辨別模塊，停止模塊，升降電梯控制模塊。其中上下行辨別模塊和停止模塊為本文兩個(gè)核心程序。采用模塊化編程方法可以方便地?cái)U(kuò)展或修改程序，也是完成復(fù)雜編程的基本思路。

4.1 開(kāi)門(mén)控制模塊

開(kāi)門(mén)控制模塊有3個(gè)作用：

（1）電梯運(yùn)行停止時(shí)才可開(kāi)門(mén)

電梯只有在停止時(shí)即上行：Q1.0=0，下行：Q1.1=0時(shí)，才能開(kāi)門(mén)。

（2）有停止信號(hào)時(shí)開(kāi)門(mén)

當(dāng)電梯運(yùn)行到某層停止時(shí)即停止信號(hào)V10.2=1時(shí)，開(kāi)門(mén)：Q0.6得電并自鎖開(kāi)門(mén)。開(kāi)門(mén)T37時(shí)間（3s）后，Q0.6失電，開(kāi)門(mén)結(jié)束。

（3）按某層按鈕且電梯停在該層時(shí)開(kāi)門(mén)

轎廂停在某一層時(shí)，在該門(mén)廳按下上呼或下呼按鈕，開(kāi)門(mén)。

例如，轎廂停在二樓，二樓樓層限位：I1.3=1，乘客按下二樓門(mén)廳上呼按鈕：I0.1或下呼按鈕：I0.3，電梯開(kāi)門(mén)，而按其他樓層按鈕不開(kāi)門(mén)。

4.2 關(guān)門(mén)控制模塊

關(guān)門(mén)控制模塊有兩個(gè)作用：

（1）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)

開(kāi)門(mén)時(shí)間：T37（3s）結(jié)束后開(kāi)門(mén)停止，開(kāi)始關(guān)門(mén)，關(guān)門(mén)：Q0.7得電自鎖。關(guān)門(mén)時(shí)間：T38（3s）結(jié)束后關(guān)門(mén)停止。

（2）送出停止信號(hào)

關(guān)門(mén)結(jié)束后送出關(guān)門(mén)完畢信號(hào)即關(guān)門(mén)完畢：V10.3=1。

5. PLC程序的改進(jìn)

根據(jù)仿真電梯的基本要求，本文希望能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與上位機(jī)動(dòng)作的同步，即PLC可控制上位機(jī)，上位機(jī)也可控制PLC。但由于上位機(jī)只可以修改PLC中的內(nèi)存變量（M區(qū)、V區(qū)等），不能修改IO變量，所以若要實(shí)現(xiàn)二者同步動(dòng)作，本文需要對(duì)上文中的PLC程序做一定的修改，如增加內(nèi)部觸點(diǎn)。

在上文原有的PLC梯形圖基礎(chǔ)上，所有的“常開(kāi)輸入觸點(diǎn)”都并聯(lián)一個(gè)“常開(kāi)內(nèi)部觸點(diǎn)（V區(qū)）”，所有的“常閉輸入觸點(diǎn)”都串聯(lián)一個(gè)“常閉內(nèi)部觸點(diǎn)（V區(qū)）”，用上位機(jī)控制這些串并聯(lián)的內(nèi)部觸點(diǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)PLC的控制，即二者可以同步動(dòng)作。增加的內(nèi)部觸點(diǎn)見(jiàn)表1。

以上文“開(kāi)門(mén)控制”模塊為例，在門(mén)廳呼叫常開(kāi)觸點(diǎn)和樓層限位常開(kāi)觸點(diǎn)旁都并聯(lián)一個(gè)內(nèi)部觸點(diǎn)（V區(qū)）。

結(jié)論

本文利用西門(mén)子PLC S7-200（CPU224）實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)明電梯的控制，根據(jù)簡(jiǎn)明電梯的基本要求，合理地分配I/O口，繪制硬件接線(xiàn)圖，編寫(xiě)電梯控制程序，并利用力控組態(tài)軟件6.0設(shè)計(jì)仿真電梯控制系統(tǒng)。PLC與組態(tài)軟件之間使用PPI電纜連接。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，PLC與組態(tài)軟件組成的仿真電梯可以良好地模擬電梯的運(yùn)行過(guò)程。

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