电梯PLC控制系统设计

2022-07-22唐旭辉

今日自动化 2022年5期

关键词：电梯

唐旭辉

[摘要]以四层并联电梯控制系统为研究对象，以西门子S7-200系列PLC为控制核心，通过KingView组态王上位机监控软件来显示两部电梯的所处楼层数、实际运行状态等参数信息，同时针对两梯四户的大楼实现对两台电梯进行并联调度控制。

[关键词]电梯;并联控制;组态王

[中图分类号]TU976.3 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–03

Design of Elevator PLC Control System

Tang Xu-hui

[Abstract]This paper takes the four-story parallel elevator control system as the research object， takes Siemens S7-200 series PLC as the control core， and uses the KingView host computer monitoring software to display the parameters such as the number of floors and the actual running status of the two elevators. At the same time， for a building with two elevators and four households， the parallel dispatching control of two elevators is realized.

[Keywords]elevator;parallel control;configuration king

随着社会的发展，单个电梯已经不能满足一些建筑的需求，在这种情况下就需要使用两个或者多个电梯一起工作。为了更加便捷的管理，將两部电梯进行集中管理，以达到效率最大化和节能的目的。

1 电梯控制系统设计关键技术

1.1 电梯原理

电梯作为垂直起重设备，由电动机、控制箱、钢丝、轿厢、曳引轮和配重组成。电梯的执行动作通过控制器发出，通过一系列分析计算，发送相关的指令给拖动系统，按照工作值来拖动曳引系统动作，接着对钢丝绳进行拽引来带动电梯轿厢使其按照既定的轨迹运行，到达指定的位置之后，信号给出控制电梯门打开，乘客进出电梯。

1.2 变频调速技术

电梯采用变频调速方式，变频调速性能好，调速范围宽，且响应较为及时。基本频率下，整体的调速性能更好，机械特性好，并且在恒定功率或者扭矩调节下，效率会更高。随着电力电子技术不断成熟，整体的模块功能更为强大，变频调速性能不断提高，对频率转换速度调节领域做出了巨大贡献。

变频器由主电路和控制电路组成。变频器自身的电子开关进行斩波控制，输出电压为脉冲序列形式，通过改变电子开关的导通时间和关断时间，改变输出电压脉冲序列的脉冲宽度，从而实现对输出电压的调节。

2 电梯控制系统总体方案设计

2.1 设计目标

本文以两台四层电梯为基础进行设计，主要实现如下目的：

（1）通过调速变频器可以提升电梯的运行速度，保证电梯运行速度的稳定。

（2）能够实现定向选层功能。每个楼层都设有呼叫按钮，选定楼层之后，电梯到达该目标层时，信号灯按钮才会熄灭。

（3）能够实现自动定向功能。电梯在上行过程中只响应向上的命令，电梯在下行过程中只响应下行的命令，别的命令不会响应。

（4）能够实现待客自动开关门。

（5）上下限位功能、超重禁止运行。

（6）运行故障超时，电梯每层和每层之间的运行时间不能超过20s，超过规定的时间，电梯报警并且停止运行。

（7）两部电梯通过并联调度原则，能够最大化实现工作效率的提升，两台电梯各自响应自己的任务，通过实际情况来判断自己的任务，达到节能减资的目标。

2.2 系统总体方案

整个电梯控制系统分为5个部分，分别为信号输入模块、信号输出模块、逻辑控制模块、电机运行模块以及监控模块。其中信号输入模块主要对四层电梯的召唤按钮盒内的召唤信号、电梯内的楼层选择信号、电梯轿厢所处楼层的位置限位以及电梯相关的保护参数等信号进行采集，采集后的信号通过信号输入模块传入逻辑控制模块，逻辑控制模块主要为PLC系统的中央处理器，其对输入信号进行判断，确定呼叫的楼层、电梯的方向，以及两台电梯的运行状态等，处理完成后逻辑控制模块将信号发送至信号输出模块，控制轿厢门、指示灯、报警信号等设备的工作，同时逻辑控制模块还将电梯电机的运行信号传送至电机运行模块，其中电机运行主要为变频器，变频器根据输入指令控制电机按照既定模式稳定运行。以上所有控制回路的参数均会被电梯监控模块采集，进而在上位机界面中进行实时指示，供运行、维修人员进行监控。

3 电梯控制系统硬件设计

3.1 系统硬件选型

3.1.1 PLC选型

本系统采用西门子S7-200系列的PLC进行控制，根据总体设计方案，可以确定采用该系列PLC所需的功能模块，查询西门子样本手册，可以确定各个模块的基本型号，电源模块选择PM207 24VDC/3A，中央控制器选择CPU224 CN，数字量输入模块选择EM221 CN 16DI 24VDC，数字量输出模块选择EM221 CN 8DO 24VDC。

3.1.2 变频器的选择

本电梯控制系统选择ABB厂家的ACS800变频器。

为了适应西门子系列的PLC，本系统将采用IO点硬接线的方式来对变频器进行控制，只需将电机正转信号以及电机反转信号发送至变频器，变频器即可根据预先设置的参数开始运行，电机正转信号与电机反转信号即对应电梯的上行与电梯的下行信号。

3.2 系统硬件设计

3.2.1 信号输入模块/信号输出模块

如图1为信号输入输出模块/信号输出模块的原理图，输入模块采集电梯外呼叫信号、电梯内选层信号、电梯楼层限位信号、电梯上下保护限位信号、电梯超重信号、电梯门状态信号、电梯紧急停止信号，输出模块发送内外楼层显示指令、报警信号指令、电梯门开关信号指令以及两台电梯的制动器动作信号指令。信号输入模块与信号输出模块均与S7-200控制器紧密相连。

如图1所示，所有的输入信号与输出信号的供电均由电源模块提供，电制为DC 24V，前后均通过继电器进行隔离。

3.2.2 电机运行模块

电机运行模块主要包括两部分：电梯的提升电机以及与之相关的制动器电机;电梯的开门电机。两部分的原理图分别如图2所示。

如图2所示，A、B、C三相动力电源經过断路器之后首先接入A电梯电机对应的变频器中，在变频器中经过AC/DC整流以及DC/AC逆变之后通过动力电缆向A电梯的提升电机供电，其中该变频器通过IO模块接受PLC发来的控制指令。B电梯电机的原理与A电机相同。

如图3所示，A、B、C三相动力电源经过断路器之后分别接入A、B电梯开门电机的控制接触器，每个开门电机设有两个控制接触器，经过左边接触器后开门电机的三相相序为C、B、A，而经过右边接触器后开门电机的三相相序为A、B、C，即两者相序相反，从而使开门电机进行正反转，当开门电机正转时，电梯门打开，当开门电机反转时，电梯门关闭，即可正常实现电梯门的开关控制。

4 电梯控制系统软件设计

4.1 地址分配

进行PLC程序编写之前需要根据实际的接线对PLC的地址进行分配，输入地址的信号分配如表1所示。

如表1中包含两台电梯的输入信号共40路，其中两台电梯分别命名为A电梯和B电梯，其中I0.0～I0.5为轿厢外的呼叫信号，为两电梯公用，故未进行区分。输出地址的信号分配如表2所示。

4.2 软件运行流程分析

系统运行时首先需要进行任务的调度，确定某一任务是由A电梯还是B电梯执行，具体流程图以及任务调度流程如图4和图5所示。

4.3 组态仿真

将每个限位、开关、按钮、报警和指示灯均连接至对应S7-200的IO点，即可完成两者的链接。将PLC程序下载至S7-200 PLC之后，启动运行PLC，即可在上位机监控并对电梯控制系统进行模拟仿真，仿真界面如图6所示。

如图6所示，在系统初始状态时，A、B电梯均停在一层，即一层的位置感应器均为绿灯，当按下二层上呼叫时，A电梯开始向上运行，其向上运行的指示灯变为绿色，系统仿真工作正常。

5 结束语

以电梯控制系统为研究对象，对系统总体设计方案进行了论证，并完成组态系统的设计与实现。

参考文献