基于组态软件的电梯远程监控系统的设计

2016-05-14王超张春杨莲红胡晓波

现代电子技术 2016年9期

王超张春杨莲红胡晓波

摘要：为了提高电梯运行的可靠性和安全性，减少因异常状态多而造成的判断花费时间久和解决不及时等问题，构建了在工业以太网下的多部独立电梯远程监控系统。使用OPC对象链接和嵌入式技术实现了PLC与监控计算机的数据通信，在博途软件下完成了软硬件组态、程序编写和监控画面的组建。该系统具有故障检测、报警和异常状态报表显示等功能，研究表明该监控系统运行稳定、可靠，可极大地提高电梯维护人员的工作效率，对实际工程应用具有一定的推广价值。

关键词：组态软件； PLC；电梯远程监控； OPC通信；故障检测

中图分类号： TN915.9?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）09?0167?04

Abstract： To improve the reliability and security of the elevator running， and avoid the problems of long judgment time and delayed solution caused by abnormal condition， the remote monitoring system for multiple independent elevators under the industrial Ethernet was constructed. The data communication between PLC and monitoring computer is realized by means of OPC object linking and embedded technology. The establishment of software and hardware configuration， program compiling， and monitoring interface was accomplished with TIA software. The system has the functions of fault detection， alarm， and report display of abnormal condition. The research results show that the monitoring system can run stably and reliably， and greatly improve the working efficiency of the elevator maintenance personnel. It has certain promotional value for the practical engineering application.

Keywords： configuration software； PLC； elevator remote monitoring； OPC communication； fault detection

0 引言

随着城市的发展，高层建筑越来越多，电梯成为必不可少的承载工具，传统的电梯巡检采用操作人员定期去检查，异常状态的发现多依赖用户、被困人员以及值班人员等[1?2]，由于电梯数量众多且多是独立的运行状态，无法进行统一监管，从而增加了维护人员的工作量和工作强度，为了解决此问题，可以通过以太网方式将电梯连接到网络中，不需要额外的硬件设备，就可以实现管理与控制的数据集中，解决运行过程无法统一监管的”孤岛效应”，操作人员在控制室就能实时监控电梯的运行状况，一旦出现故障，便可迅速知道故障出现的具体位置、查询异常状态报表可知道故障出现的原因，由此可缩短维修电梯的时间，保证电梯的可靠运行。

1 PLC电梯远程监控系统的设计

1.1 电梯远程监控系统的组成

远程监控系统由监控计算机、以太网交换机和PLC组成，监控计算机内安装有博途软件以及相对应的授权许可证，具有对工程项目文件进行新建、编辑、修改、下载等功能[3]，用SIMATIC NET软件构建OPC服务器，博途平台下WINCC V13作为客户端，OPC服务器通过以太网方式与PLC建立通信关系，对PLC的数据进行读/写操作，并通过标准的OPC接口传送给OPC客户端，即可实现对整个电梯运行状态的监控和管理，电梯远程监控系统结构图如图1所示。

1.2 电梯模型结构图

电梯模型主要包括电梯整体结构：轿厢、曳引电机、驱动电机以及各种限位开关[4]；各个楼层按钮：上、下行呼梯按钮，显示及指示灯信号；电梯内部信号：轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮以及对应的指示灯等；控制信号及其他：楼层门锁信号、上、下平层信号、超重信号、上、下端限位信号和检修开关等，电梯模型结构图如图2所示。

本设计以控制独立3部10层电梯为例、每部电梯均由西门子PLC作为控制器完成控制，通过以太网连接组成监控系统，PC机上运行的基于TIA博途平台的WinCC V13构成的虚拟电梯仿真模型，实现对电梯的实时监控运行。

2 PLC电梯远程监控系统软件设计

2.1 电梯运行状态分析

通过以太网相连的多部虚拟电梯，电梯之间无信息交换，每部电梯的运行状况通过监控计算机完成监控，虚拟电梯可以根据不同楼层用户的需求及时响应，可实现自动平层、开关门、上下限位、层门联锁保护和异常状态监测等功能，电梯在运行中能够把召唤信号集合起来进行应答，并自动在指定的层站平层停靠，电梯响应完所有的呼梯信号和选层信号后，停在最后一次运行的目标层待命，平层时按照设定的时间原则依次触发三级制动减速，平层后切断上、下行接触器抱闸停车，运行中需要对当前的运行方向、当前楼层进行实时监控与显示，相邻两层采用低速运行、跨层则高速运行。电梯会根据当前电梯的状态、轿厢门的状态、呼梯信号及光幕信号等合理的进行响应，当门未全关时，比如有光幕信号，则需要优先响应，保持电梯门打开，当电梯平层开门后，延时关闭，当电梯无指令或者外登记超过一段时间后，轿厢内照明、风扇自动断电，以节约能源，待接到指令或者呼叫信号后自动投入运行，当有异常状态时（超重、开关门故障或者曳引电机故障）通过故障灯指示，并通过报表显示出异常状态的信息。

2.2 组态软件与PLC的OPC通信的实现

OPC用于服务器/客户机连接的统一而开放的接口标准和技术规范[5?6]，通过OPC技术可以实现PLC与组态软件的通信，组态软件与PLC的通信实现过程如下：

（1）在SIMATIC NET中打开站组态编辑器，分别在Inedx1和Index2中添加OPC Server和IE general，将此配置映射到博途PC station中。

（2）在博途软件下对S7?300PLC进行硬件组态，在PLC硬件组态画面中选中PROFINET interface，设置以太网属性，包括设置CPU的IP地址、子网掩码等信息。

（3）博途软件下PC station配置：在PC station中Slot 1插入OPC Server，在Slot 2中插入IE general，之后需要对OPC Server和IE general的属性进行设置，即可把博途下Step7中的全局符号变量和共享DB数据块中的变量集成到OPC Server中。

（4） PLC与OPC Server建立连接：在Devices&networks中选择“S7 connection”，即可把PLC与PC station中的IE general连接起来。组态完成分别下载到PLC和PC station后，此时OPC Server就可以通过符号访问PLC中的数据了。

2.3 主程序流程

以太网下监控的每部电梯均执行同样的程序，开始运行时，首先初始化电梯使轿厢回到底端等待召唤，判断是否有内选或者外选信号，若没有内外选信号，则要判断电梯是否是待载休眠或是检修方式，若有内外选信号，则要判断是否是同层的内外选，若不是同层需要拿本层与目标层进行比较，根据比较的结果确定是接通上行或者下行接触器，为了缩短电梯运行时间，若本层与目标层无间隔层则低速运行，若有一个及以上的间隔层运行在高速运行状态，当到达目标层的前一层时，实现高低速切换，当到达目标层时依次触发一、二、三级制动，平层结束后执行开门动作，若有开门故障，则报警提示操作人员解决此故障，若有超重故障，通过减少重量解决，若有关门故障，也需要报警提示操作人员解决。

主程序流程图如图3所示。

2.4 电梯远程监控系统调试

使用博途 WINCC V13绘制监控电梯模型，WINCC V13下提供了丰富的界面制作工具，可生动形象地绘制出对象模型，可直观形象地观察实验调试结果，在博途STEP7 V13下首先要建立硬件组态，之后建立变量表，在监控界面下需要对画面中的动画和变量建立连接[7?9]，通过OPC驱动就可以把PLC变量添加到WINCC中，画面中的对象就可以根据需要与这些变量进行连接，进而在组态监控界面上实时显示，由于在博途软件中STEP7和WINCC使用相同的数据库，因而PLC与WINCC的通信连接就非常方便。

监控系统通过以太网连接三部电梯，该系统由主界面和各个单部电梯界面组成，如图4所示。主界面包括三部独立电梯的基本运行状态、异常状态报表和单部电梯切换按钮，单部电梯界面包括电梯模型、内外选信号区、1号电梯运行状态区和菜单区等。系统运行时，首先打开主界面，通过主界面可以观察到三部电梯的基本运行状态：1号电梯从一层低速上行，2号电梯从3层低速上行，3号电梯从6层低速上行，无异常状态，单击1号电梯界面，即可切换到1号界面监控，从中可以观察到次时2层内呼按钮点亮，上行接触器接通，上行指示灯点亮，电梯即将运行至2层，照明和风扇处于运行状态，1～10层门锁处于关闭状态，因本层和目标层无间隔，电梯运行在低速状态，若到达2层，电梯将首先接触到2层的下平层传感器，以此确定电梯到达2层，接着开始执行一、二、三级制动，直到电梯的上、下平层传感器都被接通，电梯抱闸，触发开门继电器，梯外人员可以进入电梯，控制电梯继续运行，1号电梯监控画面如图4（b）所示。

若出现超重现象，则超重指示灯亮，门保持常开状态并写入异常状态表，只有当超重问题解决，电梯才会正常运行。若出现门打不开或者关不上，就会出现开、关门故障，若当电梯上、下运行时长时间不触及上、下平层传感器，系统将认为电梯曳引机故障，电梯停止运行并且故障指示灯常亮，同时PLC会发送曳引故障的字符给监控画面，监控画面收到该信号就会打开异常状态报表，如图5所示，该报表显示了1号电梯门故障、2号电梯门故障和3号电梯曳引故障，维护人员通过查看报表便可及时知道电梯出现的故障是何种类型，从而能及时修复电梯，确保电梯可靠、正常的运行。

3 结语

本设计在博途平台下完成了基于以太网连接的多部电梯的实时监控，采用OPC技术实现博途软件与PLC的通信，通过实时监控和异常状态报表有助于发现电梯故障并对故障进行分析和判断，从而缩短故障停梯时间、减少维修人员的工作量，对保障电梯安全运行具有很大的作用。

注：本文通讯作者为张春。

参考文献

[1] 王宏，王子成，崔光照.基于组态软件的PLC电梯控制和仿真研究[J].制造业自动化，2013，35（1）：109?112.

[2] 吴会敏，王晓霞.基于PLC和iFIX的电梯监控系统的研究[J].自动化与仪器仪表，2015（3）：14?16.

[3] 惠丽容.电梯安全监管系统的设计与实现[D].吉林：吉林大学，2015.

[4] 周勇，刘春雷，戴蓉.电梯远程监控系统的研究[J].自动化与仪器仪表，2014（3）：1?2.

[5] 段润群，谢云山.上位机软件与S7?1200 PLC的OPC通信研究[J].自动化与仪器仪表，2014（5）：13?16.

[6] 王大鹏，王涛，苏孝国.基于TIA Portal环境的S7?1200的OPC通讯[J].可编程控制器与工厂自动化，2014（9）：97?101.

[7] 蔡智仁.电梯远程监控方法研究[J].机械设计与制造工程，2014，43（5）：57?59.

[8] 安婷婷.基于PLC 的电梯运行监控仿真系统的研究[J].数字技术与应用，2014（4）：11?13.