PLC智能电梯控制模型开发

于红花

(烟台汽车工程职业学院 电子工程系， 山东 烟台 265500)

0 引言

近年来，随着我国的经济发展，国人的经济水平逐渐提升，人们对生活质量的需求越来越大，不再满足于走路上下楼，房地产行业领域为了满足人们的需求绞尽脑汁，最终电梯成为了人们生活必不可少的设备之一，但传统电梯易发生故障，安全性能不高，而PLC的成功加入，解决了传统电梯的弊端，成为了新起之秀，本文将针对PLC智能电梯进行开发与运用。

1 PLC控制器的基本结构特点

PLC是可以进行编程的逻辑性控制器，全称为Programmable Logic Controller，由于它是一种具有微处理器的数字电子设备，特将用于自动化控制的数字逻辑控制器，它可以将接收到的控制指令随时加载至内部存储器中并对指令进行执行，该控制器主要由五部分组成，分别是输入模块、中央处理器、输出模块、操作界面和可编辑器件[1]。PCL控制器的基本结构,如图1所示。

图1 PLC控制器的基本结构

近年来，PLC控制器被广泛应用于工业自动化领域，主要原因为PLC控制器在工作过程中不单单可以为工业领域降低生产成本，还可以对生产的产品提高质量，具有一定的可靠性。在PLC控制器出现之前，工业领域想要应用同样规模的自动化系统，需要同时应用成百上千的继电器以及计数器才可以勉强与之媲美，如今的PLC控制器基本可以代替那些大型装置，该控制器与一般的微处理器具有很大差别，PCL控制器一般在出厂之前就已经完成初始化操作，用户只需根据自己的需求对其进行编辑即可[2]。PLC控制器与一般微处理器的对比,如表1所示。

表1 PCL控制器与一般微处理器的对比

2 基于PLC系统的智能电梯运行原理及控制方式

2.1 PLC智能电梯运行的基本原理

传统的电梯运行原理是通过曳引绳将对重与轿厢进行连接，使曳引绳分别缠绕于导向轮与曳引轮上，连接成功后，将电动机安装于电梯系统中，电动机在其中充当减速器起到变速的作用，带动曳引轮进行转动，随着曳引轮转动后，将与曳引绳产生摩擦力，在摩擦力的作用下带动对重以及轿厢进行升降运动，实现电梯的运行，但是传统的电梯有许多弊端，极容易出现故障而引发事故，并且易出现到达指定楼层后电梯不开门现象[3-4]。

现如今，PLC控制器的迅速发展，避免了许多不应该发生的事故，很大程度的减少了工作人员的工作量。而PLC控制器最主要的技术为扫描技术，该技术的加入使工作过程分为3个阶段，分别是输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段，其中输入采样阶段主要是PLC通过扫描的方式读入输入的数据以及状态，并将其存入系统内部存储器中，采样结束后进入下一阶段；用户程序执行阶段，在该阶段的PLC采用由上而下的顺序依次扫描用户程序，并进行逻辑运算；输出刷新阶段是在系统扫描结束后，PLC自动进入输出刷新阶段，这一阶段属于PLC的真正输出。

2.2 PLC智能电梯运行的控制方式

由PLC控制器控制下的智能电梯运行模式相比原有电梯采用的硬接线模式更加高端，由硬接线模式控制的电梯不仅运行速率低，而且十分不稳定，很容易受到外部因素影响而造成电梯发生晃动，存在一定的安全隐患，影响公司形象。

现如今，随着PLC控制器大量投入运行，打破了固有局面，实现成本低、优化便捷的愿望。PLC控制器控制的智能电梯运行的控制方式主要采用软接线模式，该模式具有较强的适应能力，可以很快的熟悉系统的操作模式，并加速运行，同时它的扩展能力极强，可以随时根据实际需求而编辑逻辑控制器。系统为达到信号传输速率加快的目的，将PLC智能电梯所采用的控制材料改成半导体材料，通过使用半导体材料很大程度上加快了电梯对于用户指令的反应，通过多次实验，根据数据表明PLC智能电梯颠覆以往，具有运行平稳、无抖动等现象的发生的优势，并且提高了电梯的安全性能，具有极高的使用价值[5]。

3 基于PLC的智能电梯控制模型设计

3.1 PLC智能电梯的基本结构

PLC智能电梯主要运用了西门子S7—300PLC控制系统，该系统具有众多管脚，其接口分配,如表2所示。

该系统主要由七大部分组成。第一部分是电梯上位机监控；第二部分是S7—300PLC主控制系统；第三部分由曳引机、门电机、制动器以及变频器组成；第四部分是各楼层召唤信号；第五部分是轿厢；第六部分是安全和门锁画路信号；第七部分是轿厢内召唤信号。PLC智能电梯的基本结构,如图2所示。

图2 PLC智能电梯的基本结构

表2 PLC管脚地址分配表

当用户使用智能电梯时，电梯的各楼层召唤信号会联合轿厢内召唤信号根据控制指令对信息进行采集，指令接收成功后，由第三部分的曳引机执行命令进行拖拽作用，将电梯带到用户指定的楼层，用户有其他的需求，可以通过开关按钮进行控制到达时间。

3.2 PLC智能电梯的功能要求

以西门子S7—300PLC控制系统为核心技术的PLC智能电梯具有许多操作部门，由这些部门组成了强大的智能电梯系统，每个部门有着属于自己独特的功能，在这些系统的紧密配合下，发挥了电梯的最大精准度，实现电梯运作模式。PLC智能电梯对于各部分的功能要求极高，首先感应器应具有极高的感应能力，正确判断电梯所在的楼层，将信息显示在屏幕上提供给用户查看，该指令完成后，系统将对感应器的记忆进行消除，以便感应器执行下一指令。电梯系统将通过感应器发送的信息，对轿厢进行控制，拖拽至指定楼层，一分钟之内感应器感应不到任何物体进入轿厢内，将自动关闭电梯门，等待接收下一指令。操作过程中PLC智能电梯对运行的速率具有一定的要求，不可以过慢，并且运行过程中电梯门不可以手动打开，避免造成危险发生，电梯内应安装报警装置，在电梯所承受的重量超过其自身能承载的重量之后，进行报警处理，提示人们合理进入电梯[6]。

3.3 PLC智能电梯控制系统设计

3.3.1 智能电梯控制系统设计

由PLC控制的控制器具有稳定性高、程序可根据需求自主编辑以及灵活度高等特点，因此特别对该电梯的控制系统进行设计，该设计主要分为12部分组成，分别是PLC主机、CPU存储器、输入与输出接口、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、安全装置、井道装置、楼层指示器、调速装置、主拖动控制器和门控制器。其各部分负责不同的功能，PLC主要负责运行整个系统，CPU存储器的功能为接收各类数据并对其进行分类，输入与输出接口是接收数据的接口，轿厢操作盘以及厅外呼梯盘是整个系统的输入设备，各部分功能不同，负责的部门也不同，相互之间紧密配合主导整个系统的生死存亡。智能电梯控制系统总体结构,如图3所示。

图3 智能电梯控制系统总体结构图

3.3.2 西门子S7—300PLC电梯控制系统的硬件设计

为了PLC智能电梯控制系统能够顺利运行，特将西门子S7—300PLC作为该系统的硬件部分，将设计分为十个部门，分别是旋转编码器、曳引电机、变频器、电源、S7—300PLC门电机、呼叫与位置信号以及楼层和呼叫显示，各自负责不同的功能，相互之间紧密配合，使整个系统的作用达到了制高点。PLC智能电梯控制系统硬件组成,如图4所示。

图4 PLC智能电梯控制系统硬件组成

为了更好的控制电梯的运行速度以及保证系统对信号的采集、传输与运算功能，特别设计了调速系统与逻辑控制系统，使电梯运行的安全性得到了保障[7]。

3.3.3 西门子S7—300PLC电梯控制系统的软件设计

西门子S7—300PLC电梯系统的软件设计，主要从六个模块考虑，分别是电梯识别模块、定向回路模块、运行方向模块、显示模块、开关控制模块和召唤信号模块。其中电梯识别模块主要负责根据指令识别电梯位置，从而执行指令，实现对电梯进行拖拽过程；定向回路模块在系统中起决定性作用，负责控制电梯上下运行状态；运行方向模块与显示模块部分主要负责电梯运行的速度快慢问题，该部分对电梯进行控制，才可以实现各楼层之间相互运转问题；开关控制模块以及召唤信号模块部分主要负责对电梯门的开关状态以及运行情况进行控制，开关控制模块负责电梯到达指定楼层后，对电梯门进行开关指令，召唤信号模块主要负责接收指令，对其他模块进行分配，指令结束后对其记忆进行消除[8]。

4 PLC智能电梯控制模型仿真系统的实际运用

4.1 系优化测试

为了保证系统的可实施性，特别对电梯进行全面的系统测试，以电梯从三楼和四楼开始上行为例。电梯从三楼及四楼上行过程,如表3、表4所示。

表3 电梯从三楼上行过程表

表4 电梯从四楼上行过程表

通过对电梯从三楼和四楼开始上行运行过程，形成了模拟图，更加直观的了解系统优化过程。电梯从三楼及四楼上下行模拟图,如图5、图6所示。

4.2 仿真与评价

通过系统多次应用于实际市场后发现，PLC控制器是整个系统开发成功的关键因素，PLC控制器既可以控制电梯运行状态，又可以保障电梯的稳定性，成功避免了安全隐患的发生，并且在需要对系统进行优化时，可以轻松进行操作，不需要对系统全部拆分，很大程度上减少了电梯维修人员的工作量，大量投入市场后，得到的反馈都十分满意。总体来说PLC的加入，使电梯实现了全面自动化发展，可以对电梯进行远程操作的同时，也保证了系统安全稳定的运行。

图5 电梯从三楼上下行模拟图

图6 电梯从四楼上下行模拟图

5 总结

随着我国经济的迅速发展，房地产行业领域也在不断完善，但是占地面积有限，只能把房屋提高，才能解决面积问题，为了给人们提供方便，电梯成为了重要的运载工具，本文针对传统电梯的劣势做出了改变，在其中加入PLC控制器，加强了电梯的安全稳定性，经试验结果表明，该项设计符合开发要求，具有一定的研究意义。