基于西门子PLC控制系统的电梯运行设备研究

宋 阳

（德州职业技术学院，德州 253034）

0 引言

随着城市建设的不断发展，出现了越来越多的高层建筑，所以作为运载工具的电梯就得到了广泛的应用。为满足和提高人们的生活质量，电梯的智能化、自动化技术迅速发展。特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展，现代电梯的技术含量日益提高。在改善电梯性能的同时，对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。

1 设计分析

要设计一个PLC系统，第一步的工作是控制方案的确定，接下来是对PLC进行选型设计。其选型的主要依据是工艺流程的特点和应用要求。详细研究工艺过程的特点和控制要求对于工程设计的选型和估算是很必要的，最后选出高性价比的PLC并进行控制系统的设计。

1.1 总体方案的确定

目前，我们选择控制电梯运动的设备已经从传统的继电器—接触器转变成可编程序控制器（PLC）。

可编程序控制器在电梯的控制领域也具有重要的地位，把可编程序控制器用于电梯运动的核心部分是很合理的选择，而且可编程序控制器现在在市场上也是一种成熟的产品。

1.2 电梯各状态的分析

1）初始状态

设想开始时待命的电梯处于第一层，初始化各层的显示器，电梯的起初状态是：

（1）各楼层的呼叫灯都处于不亮的状态。

（2）各楼层的显示器不管是内部的还是外部的数字都是“1”，表明电梯处在第一层。

（3）所有楼层电梯的门都是关闭的。

2）运行过程

假如第五层需用电梯，电梯通过上行或者下行运行至第五层。电梯移动改变各楼层的显示,同时，各层指示灯的亮灭也会发生改变，而且运行中直到第五层之前电梯门始终都保持关闭状态。

3）运行后状态

电梯运行到目标楼层后会恢复待命状态，等待接收新的命令。电梯运行至目标楼层后会自动开门，打开一段时间后门会自动关闭,在这个过程中,手动开门或关门也是可以的。

电梯所在位置可以通过各楼层的显示值来显示，但指示上行与下行的指示灯都不亮。

1.3 工作中的控制要求

现实中，电梯需要给很多乘客提供服务，而每位乘客的目的地很可能又是不同的,同时，呼叫电梯的时间不等。因此,编程前研究电梯在工作中的各种状况是非常有必要的。

1.3.1 电梯的上行过程

假如在上行过程中，电梯接到了某楼层的呼叫命令，存在着两种情况:

1）呼叫层位于电梯当前层和目标层之间，那么电梯应首先向上行至该呼叫层，然后再完成其他呼叫命令，完成的顺序是由近至远。

2）呼叫层在电梯当前层的下面，电梯应该首先完成前一指令，一直到电梯恢复待命状态才会响应该指令。

1.3.2 电梯的下行过程

电梯在下行过程中同样包含着两种情况：

1）呼叫层位于电梯目标层和当前层之间，那么电梯应首先向下行至该呼叫层，然后再完成其他指令，执行的顺序同样为由近及远。

2）呼叫层在电梯当前运行层的上面，电梯应该首先完成前一指令，一直到电梯恢复待命状态才会响应该指令 。

2 可编程序控制器设计

2.1 可编程序控制器的基本结构

可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。如图1所示。

图1 可编程序控制器结构

1）CPU模块

CPU模块主要包括微机处理器（CPU）和存储器，也可叫作中央处理单元或控制器。工作方式是扫描，一次扫描过程就要完成输入处理、程序执行和输出处理三项工作。

2）I/O模块

通过I/O模块可以使外部现场和CPU模块产生联系。输入信号被输入模块接收和采集。输入信号分为两类：一种是各种开关的闭合断开信号；另一种是各变送器发出的连续变化的模拟信号。

3）编程器

编程器既可以进行程序的输入和编辑，也能够在可编程序控制器运行过程中对梯形图中各种编程元件的工作状态进行监视。

2.2 开关量I/O模块

该模块的输入输出信号只有两种状态，一是接通，另外就是断开。直流和交流的电压等级不同，直流电：5V，12V，交流电：110V，220V。不过电压可以有很宽的适用范围。

2.3 输入模块

由于输入点抖动或外部干扰脉冲常常会引起输入信号产生错误，为了防止错误的出现，在电路中需要设有RC滤波电路。信号上升沿滤波电路延迟时间的典型值为10～20ms，信号下降沿时为20～50ms，电流值约为10mA。某些可编程序控制器还能够作为24V的电源，为接近开关、光电开关之类的传感器提供电压。

图2 输入电路

如图2所示，当接通外接触点时，使得光电耦合器中的发光二极管发光，同时导通光敏三极管，那么内部电路将信号传送给CPU模块。

如图3所示是交流输入电路。显示用的两个发光二极管和光电耦合器中的两个发光二极管都是反并联的，这样外部的交流输入电压就可以被这个电路接收了。

图3 交流输入电路

2.4 输出模块

大功率晶体管和磁效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动内交流负载）以及小型继电器构成了输出模块的功率放大元件，其中交流负载或直流负载可以被小型继电器驱动。外部现场提供负载电源，输出的电流典型值为0.5～2A。

输出电流的额定值只能驱动100VA/22V的电感性负载和100W的白炽灯，其值与负载的性质有关，同时还与温度有关，额定负载电流随温度的升高而减小。

3 电梯硬件及软件系统设计

3.1 电气控制系统的设计

图4 控制系统框图

如图4所示为电梯的电气控制系统框图，其中输入部分为6，7，8，9，10，输出部分为1，2，3，4，5。其中，部分设定的控制任务由PLC系统完成，其规模主要由控制系统需求输入，输出点的个数和控制过程的难易来决定。

1）估算I/O点

首先计算系统输入点的个数：如图4所示，其中6需要4个点，7需要6个点，8和9都需要1个点，10需要4个点。一共需要16个输入点。对于输出点，框图中2和3都需要2个点；4需要4个点；5需要1个点；共计9个输出点。因此，系统的I/O点数为16/9。

2）选择CPU

根据估算的I/O点数，选择可编程控制器S7—200的CPU226。因为其输入，输出点数为24/16，能够满足系统的要求。

3.2 电梯PLC控制系统的设计

3.2.1 状态指示设计

以二层为例，当电梯运行至二层有指令发出时.指示位置和指令：

3.2.2 启动程序设计

假如电梯在三层下行。当一或二层对电梯发出指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下：

3.2.3 运行中程序设计

假如电梯在二层上行。程序说明如表1所示。

表1 程序说明表

3.2.4 到达时程序设计

电梯到达某层后将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序说明如表2所示。

4 结论

通过PLC控制电梯，实现电梯的运行速度，反映时间和停层的准确度达到一定的标准，而对电梯的速度、运行状态、安全、可靠、消防等进行合理的设计。综合考虑电梯PLC控制系统，能够达到“稳、准、快”的要求，这就要求我们的设计必须严密、可靠。

表2 程序说明表

[1]李秧耕,何乔治,何峰峰.电梯基本原理及安装维修全书[M].机械工业出版社,2001.

[2]张百令,袁克文.电梯安装维修工[M].中国劳动社会保障出版社,2002.

[3]顾战松,陈铁年.可编程控制器原理与应用[M].国防工业出版社,1996.

[4]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆大学出版社,2005.

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