基于PLC的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究

1 引言
電梯作為現(xiàn)代建筑的重要設(shè)施，不僅方便了人們的日常生活，還提高了人們的工作效率。電梯控制系統(tǒng)是電梯系統(tǒng)的關(guān)鍵，是保證了電梯運行平穩(wěn)性和可靠性，是決定了電梯技術(shù)水平的差距。電梯控制技術(shù)隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)以及控制理論的不停發(fā)展也在迅速發(fā)展，新的技術(shù)不斷出現(xiàn)和成功應用，推動了電梯技術(shù)的不斷發(fā)展。
基板控制器和PLC控制器是目前電梯控制系統(tǒng)中通常采用的控制方式。基板控制器的信號控制單元是微機，將單片機作為控制系統(tǒng)的核心，執(zhí)行邏輯控制、運算、通信等功能，電梯控制系統(tǒng)由這些模塊構(gòu)成。PLC控制器則將微機用可編程邏輯控制器代替，以此來實現(xiàn)對輸入輸出信號的控制，其控制系統(tǒng)的核心是微處理器，從而使用PLC控制器也可以用來實現(xiàn)邏輯控制、運算、通信等功能，并且比基板控制器更加高效和穩(wěn)定，處理的內(nèi)容也更多。本文采用高性能的西門子PLC的S7-300系列及其配套的數(shù)字接口模塊、電源模塊、擴展模塊等來完成
電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計。
2 電梯控制系統(tǒng)的功能
采用基板控制器或PLC控制，電梯控制系統(tǒng)的功能基本上是一致的：
（1）電梯轎廂的升降由電動機來控制，并在各個樓層設(shè)置開關(guān)。
（2）當所有轎廂指令執(zhí)行完畢后電梯控制系統(tǒng)沒有收到任何層的外部呼叫電梯信號時，轎廂應該能自動關(guān)閉電梯門，并按照程序中已經(jīng)設(shè)定好的時間（一般為3秒）自動關(guān)閉電梯轎廂內(nèi)的照明設(shè)備與通風設(shè)備。
（3）在某層的外部呼梯按鈕被按下后，當電梯在該停靠等待時時，電梯應能立即自動開門。
（4）如果有多個選擇樓層的指令同時輸入電梯內(nèi)，那么電梯應在運行時根據(jù)輸入指令的順序自動停靠打開電梯門。
（5）在電梯運行過程中應能記住各個樓層外的呼叫電梯指令，并自動逐一停靠應答符合運行方向的呼叫電梯指令。
（6）在電梯門關(guān)閉后如果電梯未啟動，此時如果想打開電梯門，則按下電梯按鍵盤上的開關(guān)，電梯門將打開。
3 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計
本文所設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。
3.1 控制分析
根據(jù)控制要求，電梯運動流程如圖1-1。
（1）假設(shè)電梯在任意一層停靠。
（2）當某個樓層有呼梯信號輸入電梯控制系統(tǒng)時，呼梯信號被電梯響應，到達該樓層后，打開電梯門，電梯門打開3秒之后自動關(guān)閉電梯門。
（3）當有呼梯信號從電梯轎廂內(nèi)輸入電梯控制系統(tǒng)時，該呼梯信號被電梯響應，當電梯在該樓層停靠時，自動打開電梯門，開門3秒后自動關(guān)閉電梯門。
（4）電梯在升（降）過程中，對任何反向的外部呼梯信號都不響應，但是當反向的外部呼梯信號輸入前均無其他內(nèi)、外部的呼梯信號時，電梯對該外部呼梯信號產(chǎn)生響應。
（5）當電梯停靠在一樓時，如果向下外部呼梯信號在其余樓層都有產(chǎn)生，電梯最先響應頂層樓層呼梯信號。
（6）電梯在運行時，如果有同方向的外部呼梯信號，則響應同方向的外部呼梯信號。
（7）電梯在運行或者未停靠時，電梯不響應開、關(guān)門按鈕的輸入信號，當電梯停止運行或者已經(jīng)停靠時，開、關(guān)門按鈕才起作用。

圖1 電梯運動流程圖
3.2 電梯控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
電梯控制系統(tǒng)的硬件電路開發(fā)包括3部分：輸入接口電路、輸出接口電路和PLC系統(tǒng)，本文以五個樓層的電梯控制系統(tǒng)為例進行設(shè)計。
（1）輸入接口電路設(shè)計。本文共設(shè)計24個輸入端口。
①外部呼梯按鈕輸入端口設(shè)計。一層和頂層只設(shè)置上或下外部呼梯輸入端口，其余層設(shè)置兩個外部呼梯輸入端口，共需要2N-2個輸入端口，所以需要設(shè)計8個輸入端口。
②電梯轎廂內(nèi)輸入端口設(shè)計。電梯轎廂內(nèi)的輸入信號包括兩部分：樓層選擇信號和開關(guān)門信號。樓層選擇信號輸入端口等于樓層數(shù)，即共5個輸入端口。電梯轎廂內(nèi)應設(shè)有開、關(guān)門按鈕，需要2個輸入端口。所以，電梯轎廂內(nèi)共設(shè)計N+2即7個輸入端口。
③電梯轎廂位置信號輸入端口設(shè)計。電梯轎廂停靠樓層門洞地點安裝有4個傳感器產(chǎn)生，電梯不停靠在該層為開，當電梯停靠時為關(guān)。另外，還有一組開關(guān)門限位傳感器。所以，總共需要6個輸入端口。
④電梯井位置輸入端口設(shè)計。在電梯井的上部和底部分別設(shè)置防止電梯轎廂過沖的位置開關(guān)傳感器產(chǎn)生，所以，總共需要4個輸入端口。
⑤電梯超速輸入端口設(shè)計。為了防止電梯超速，總共需要
1個輸入端口。
（2）輸出接口電路設(shè)計。本文共設(shè)計19個輸出端口。
①呼梯信號輸出端口設(shè)計。呼梯信號包括內(nèi)呼梯信號和外呼梯信號。內(nèi)呼梯信號輸入端口有5個，接收轎廂內(nèi)的呼梯信號，完成指令后，消失該信號。外呼梯信號有8個輸出端口，表示外呼梯指令被接受，并在該指令完成后，使信號消失。
②運行輸出端口設(shè)計。電梯轎廂的上、下行指令信號和電梯的上、下行時的指令信號，共4個輸出端口。
③開關(guān)門信號輸出端口設(shè)計，共需2個輸出端口。
3.3 電梯控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計
本文采用1個S7-300PLC控制器、1個電源模塊、2個輸入模塊和2個輸出模塊。
（1）輸入輸出端口的地址分配。

表1 輸入端口的地址分配表

表2 輸出端口的地址分配表
（2）轎廂門開關(guān)程序。
轎廂門開關(guān)包括三個過程：開門、停止開門和關(guān)門三個過程。
第一，電梯開門，信號來自樓層的呼梯指令和轎廂內(nèi)信號指令。
①轎廂在一樓層時，一樓層內(nèi)、外呼梯上行信號。
②轎廂在四樓層時，四樓層內(nèi)、外呼梯下行信號。
③轎廂在其余樓層時，樓層內(nèi)、外呼梯上、下行信號。
④轎廂到達指定樓層并開門按鈕被按。
第二，停止開門。
當開門動作完成后，讓開門的動作停止，開門程序完成。
①開門按鈕沒有被按的同時按了關(guān)門按鈕。
②關(guān)門輸出置位，并且開門按鈕沒有按。
③開門限位到達，此時開門動作自動停止。
第三，關(guān)門。
開門結(jié)束后要將電梯門關(guān)上，此時有三種情況，分別是：
①經(jīng)過3S的延時后，開始關(guān)門，達到關(guān)門限位后，結(jié)束關(guān)門，可以設(shè)置定時器（TIM001）。
②按下關(guān)門按鈕。
③當關(guān)門動作未結(jié)束時如果有門電機開的信號或按了開門按鈕，則取消關(guān)門。
（3）自動選向程序。該程序用輔助寄存器（AR）來表示電梯上行與下行部分，當上行條件或下行條件被滿足時觸發(fā)，開始執(zhí)行上、下行程序。
第一，上行。
電梯上行條件包括：
①下行條件不滿足。
②電梯停靠在一樓層時，電梯都上行；五樓時，都不上行。
③電梯停靠在其余樓層時，有樓層上行外呼梯信號和轎廂上行內(nèi)呼梯信號。
第二，下行。
①上行條件不滿足。
②電梯停靠在一樓層時，電梯都不下行；五樓時，都下行。
③電梯停靠在其余樓層時，有樓層下行外呼梯信號和轎廂下行內(nèi)呼梯信號。
（4）呼梯軟件設(shè)計。
第一，轎廂內(nèi)呼梯信號。
①當轎廂在一樓層時，轎廂內(nèi)按下呼梯按鍵后，將置位相應的內(nèi)呼梯信號。
②一樓層和五樓層只能向上或者向下，樓道外的呼梯按鈕被按下后，相應的外呼指令將會置位，要取消置位，電梯必須到達相應的樓層。
③其余樓層可以均可以向上或者向下，要取消外呼置位必須在電梯運行與外呼方向一致時。
4 結(jié)語
本文通過分析得出PLC電梯控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：系統(tǒng)的端口的兼容性好、信號模擬能力強、信號檢測能力強、系統(tǒng)的邏輯功能強以及系統(tǒng)的通信功能強。