基于PLC的五层楼电梯控制系统分析

2018-05-14苏国栋

科技风 2018年2期

摘要：为了让乘客可以用到更舒适、更安全、更环保的电梯，对电梯的控制系统进行相关分析具有重要意义。PLC有编程容易、灵活性好、扩展性能好、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于电梯控制系统。本文研究的是基于西门子PLC的五层电梯控制系统，主要是利用PLC的逻辑开关控制功能，对电梯的开关门、楼层显示、轿内与厅外的召唤响应与消除、定向、超载报警、起动加速和制动停车等模块进行详细分析。

关键词：电梯；控制系统；PLC

中图分类号：TG156

Abstract：In order to let passengers can use the elevator more comfortable， safer and more environmentally friendly， the correlation analysis of the elevator control system has important significance. PLC programming easy， good flexibility， scalability and good anti-interference ability， is applied to elevator control system. This paper is a study of the five layer elevator control system based on SIEMENS PLC， mainly using PLC logic switch control function， a detailed analysis of the elevator door switch， floor display， car and hall call response and elimination， orientation， overload alarm， start acceleration and parking brake module.

Key words：elevator；control system；PLC

伴随着我国社会的飞速发展，我国的城市化建筑越来越趋向于高层方面的设计与实现，因此客用电梯依然成为人们必须选择的代步工具之一。考虑到电梯的安全性和舒适性，本文结合相关文献内容，采用西门子PLC对五层楼电梯的控制进行详细分析，相关结论可供学习者参考。

1 电梯的结构和PLC的特点

电梯是机电一体化的产品，电梯从空间上可划分为机房、轿厢、井道和层站四个部分，俗称四大空间。电梯的八大系统包括门系统、轿厢系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、导向系统、曳引系统和安全保护系统。电梯的总体结构图如图1所示[1]。

PLC的主要特点如下[2]：

（1）抗干扰能力强，可靠性高。

继电器控制系统中，因为器件的老化、触点电弧及脱焊等现象是不可避免的，从而大大降低了系统的可靠性。在PLC控制系统中，主要模件都采用大规模和超大规模集成电路，而且都是由无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，加之PLC 在硬件和软件方面用了较好的防护措施，从而使其可靠性更高，抗干扰能力也更强。

（2）编程语言简单易学。

PLC 采用梯形图逻辑编程，它的语言直观易懂，不要求使用者要精通计算机方面复杂的软硬件知识。

（3）安装简单，维修方便。

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需要将现场各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入使用。

（4）采用模块化结构，体积小，重量轻。

为了适应工业控制的要求，除了整体式PLC外，绝大多数PLC采用模块化结构。PLC的各部件，包括CPU、电源、I/O等都采用模块化设计。

（5）丰富的I/O接口模块，扩展能力强。

PLC组成框图如图2 所示[2]。

2 电梯控制流程

电梯的控制流程如图3所示[3]。

基本控制算法如下：

步骤1 启动：启动电梯。

步骤2 正常/检修运行：如果正常运行，转入步骤6；如果检修运行，转入步骤3。

步骤3 等待：在进行检修时，等待检修相关操作。

步骤4 检修点按钮：如果按下检修点按钮，转入步骤5；否则，转入步骤3。

步骤5 点动运行：电梯电动运行，进行检修，执行完后，转入步骤18。

步骤6 等待：在正常运行时，等候呼梯信号。

步骤7 接收到呼梯信号：如果接收到呼梯信号，转入步骤8；否则，转入步骤6。

步骤8 电梯定向：根据呼梯信号确定电梯的运行方向。

步骤9 电梯起动：电梯开始运行。

步骤10 稳速运行：电梯以一定速度平稳运行。

步骤11 接收到停层信号：如果接收到停层信号，转入步骤12；否则，转入步骤10。

步骤12 制动减速和延时：接受到停层信号后电梯进行制动减速和延时。

步骤13 平层到位：如果电梯到达指定位置，转入步骤14；否则，转入步骤12。

步骤14 自动/手动开门：通过手动或自动打开电梯门。

步骤15 延时结束：延时结束，转入步骤16；否则，转入步骤17。

步骤16 自动关门：延时结束后，电梯自动关门，完成后轉入步骤18。

步骤17 手动关门：在延时没有结束之前，进行手动关门，完成后转入步骤18。

步骤18 是否停止运行：如果停止，转入步骤19；否则转入步骤2。

步骤19 停止：电梯停止工作，结束。

3 基于PLC的电梯控制程序

本文选择西门子PLC S7-300，CPU选择为CPU 315-2 PN/DP。通过清点需要接入PLC 的信号触点，可以计算出五层电梯控制系统的输入为31个，输出为32个，所以选择数字量输入模块 DI32 x 24VDC和数字量输出模块 DO32 x 24VDC/0.5A，其I/O变量如附表1 所示。

电梯控制程序的设计主要包括了：开关门控制；楼层显示；轿内与厅外信息同步；电梯运行定向；停车信号产生；制动减速信号产生；电梯起动加速、稳速运行与停车制动环节；超载报警等环节。

（1）开关门控制。

电梯开门主要存在检修开门和正常运行开门，因而设计得到开门控制的梯形图如图4所示。

对于关门主要存在检修关门和正常运行关门。因而关门控制的梯形图如图5所示。

（2）楼层显示。

当电梯到达某层时，七段码应该显示出此层是几楼，才能让乘客更清楚电梯的位置。例如电梯在一楼，在一楼感应器%I2.4得电，则七段码A段和B段会亮，显示出1的字样，当电梯不在一楼而上升到二楼时，则%I2.4将失电，七段码A段和B段会暗，相应的在二楼感应器%I2.5会得电，进而使七段码的A、B、D、E和G段会亮，显示出2 的字样。因篇幅限制，本文只列举一楼至三楼的梯形图见图6。

（3）轿内与厅外信息同步。

电梯轿内1-5楼的五个按钮和厅外的上下呼的按钮只要有被按下，则相应按钮的指示灯就会变亮，当电梯响应后其按钮的指示灯就会灭。此外，轿内和厅外都有楼层显示和上下行显示，这样可以让乘客更清楚电梯的位置。一楼至五楼的响应与消除的梯形图如图7所示。

（4）电梯的定向。

电梯在正常运行的情况下，当电梯接到了内选和外呼的信号时，则应该把电梯的当前位置信号和呼叫信号相比较，从而确定电梯的运行方向。电梯定向后，当内选和外呼顺向运行没有完成的时候，定向信号不能被消除。在检修的情况下，电梯不需要进行定向，直接由轿内的上行起动和下行起动按钮来完成。

（5）停车信号的产生。

在停车制动前，必须先确定停车信号，即确定电梯将要在哪层停下，这可通过楼层位置信息和呼叫信息来判断。

（6）制动减速信号的产生。

电梯在平层之前要先减速再制动，才能使电梯平层更准确，且电梯也不会突然停车，这让乘客感觉更舒适。

（7）电梯起动加速、稳速运行与停车制动环节。

只有当电梯的运行方向确定了，即上行或下行，并确保电梯门已经关好了，才可以开始起动电梯，进入起动加速环节，经过延时后短接阻抗，从而达到额定速度进入稳速运行的阶段。在到达指定楼层前，电梯减速制动。

（8）报警系统。

根据电梯的实际运行承载能力，预先设置电梯的额定承载重量，利用配置的重力传感器产生的信号来判断是否电梯超載。当电梯的承载重量超过额定承载重量时，重力传感器的模拟开关得电，从而使超载报警灯点亮，发出报警信号。