基于PLC電梯控制系統設計的創新實驗

許少衡 張廷鋒 莫文貞

華南理工大學 廣東廣州 510640

基于PLC電梯控制系統設計的創新實驗

許少衡 張廷鋒 莫文貞

華南理工大學 廣東廣州 510640

針對高校非電專業電工學的PLC創新實驗，探討了基于西門子S7-200型的PLC三層電梯控制系統的設計，從電梯的控制需求、PLC的選擇、I/O口的分配、梯形圖的設計和調試等方面，介紹了創新實驗的設計步驟及方法，引導學生自己設計控制程序，并在電梯模型上驗證程序的正確性，對培養學生的工程意識和創新精神有一定的幫助。

可編程控制器；三層電梯；創新實驗

傳統的電工學實驗，因學時較少，可編程控制器的實驗以驗證性實驗為主，學生很少能作綜合性、設計性的實驗。本文以PLC控制電梯的工程背景設計創新實驗，讓學生了解電梯的控制過程，引導學生自己設計控制程序，在實驗箱上完成三層電梯控制的模擬，最后在電梯模型上驗證控制程序的正確性，對可編程控制器綜合性、設計性實驗的設計進行了有益的嘗試。

1 三層電梯控制系統的設計

1.1 電梯的控制需求

(1)電梯無司機駕駛，自動響應各樓層的上呼、下呼信號和轎廂內呼信號；

(2)電梯按先入為主的原則，自動確定運行方向，對反方向的呼叫先記憶，當電梯完成全部順向指令后，再響應反方向的呼叫；

(3)電梯到達頂層或底層時，自動停止，延時后可改變方向繼續運行；

(4)電梯到站后自動平層開門，延時關門；

(5)手動開、關門控制。

1.2 PLC的選擇、I/O口的分配和接線

本實驗需要PLC具有14個輸入點，10個輸出點，因此可選用西門子S7-200系列CPU 224 CN可編程控制器，I/O口分配及輔助點定義見表1，PLC的接線如圖1所示。

表1 I/O口分配及輔助點定義

圖1 PLC接線圖

1.3 電梯的控制過程

了解電梯的控制過程十分重要，它是梯形圖設計的基礎，3層電梯的控制過程如圖2所示，電梯到站時，電梯門自動打開，打開到位后，延時3秒關門，以便人員進出，然后繼續運行或停梯。當電梯在1層，若按2層上呼或2層內呼，同時按3層下呼或3層內呼，則電梯將直接從1層上升至3層，所以上升時須增加2層呼停程序，暫停時間為開門、關門時間加上延時的3秒；同樣下降時也需要2層呼停程序。

圖2 三層電梯的控制過程

1.4 控制程序的設計

按電梯的控制原理進行設計，可參考以下步驟，PLC的部分控制程序如圖3所示：

(1)內呼控制程序。按內呼按鈕，則相應的輔助點通過自鎖記憶，同時點亮內呼燈，按本層內呼按鈕無效。

(2)轎廂外呼控制程序。如2層下呼程序，當電梯在1層，若2、3層同時按下呼，則電梯先上升到3樓，然后再下降至2樓，因此要在2層的到位常閉觸點M1.0并聯上升輔助點M3.1。

(3)轎廂到位控制程序。如轎廂接觸到1層的到位開關，表示轎廂到1層，1層指示燈點亮。

(4)轎廂下降和上升程序。如電梯下降分在3層下降和在2層下降進行設計，并在電梯上升程序中串聯轎廂下降輔助點的常閉觸點，保證電梯優先響應與運行方向相同的呼叫，在3層下降時要串聯延時接通位存儲器M4.1。

(5)電梯到站暫停程序。包括兩種情況，一種是電梯在1層、2層或3層到站后暫停，暫停結束后可改變方向繼續運行；另一種是電梯在上升或下降過程中，因2層的呼叫必須在2層暫停，暫停結束后不改變方向繼續運行。

圖3 三層電梯的部分PLC控制程序

(6)電梯到站后自動平層開門，當門碰到左門限時，停止開門，延時3秒后關門。

(7)手動開關門功能。用轎廂內的開、關門按鈕開、關門；或用轎廂的外呼按鈕開門，如轎廂停在本層，按轎廂外呼則開門，延時關門。

1.5 程序運行和調試

控制程序編輯完成后，一般要經過編譯、下載、實驗箱接線和調試階段。調試的一般流程為：

(1)單指令運行調試：檢查執行最簡單功能時是否出錯；

(2)單層運行調試：檢查電梯單獨從一層運行到另一層是否正確；

(3)復雜運行調試：檢查在各種呼梯時電梯的運行狀態。

在PLC與電腦聯機并且程序已下載到PLC后，用STEP 7-Micro/WIN軟件的程序狀態監控功能，可觀察程序的運行狀態，以便修改程序；程序在實驗箱模擬運行通過后，還必須接在電梯模型上驗證，確保控制程序真正可行。

2 結束語

非電專業的PLC三層電梯控制設計，實現了一般民用電梯的功能，按照電梯的控制需求，設計過程從簡單到復雜，循序漸進：首先設計電梯的基本控制功能，實現自動響應轎廂內外的呼叫響應；然后增加電梯到站暫停3秒；最后增加電梯的自動和手動開關門功能,體現了從易到難,從基本到完善循序漸進的設計理念。由于設計過程實現了從程序設計到程序下載、實驗箱的模擬運行和調試、實物電梯模型的運行和調試等完整的工程設計環節，具有真實的工程背景，激發了學生對PLC實驗的興趣，培養了學生的創新思維能力，同時也促進了實驗室的進一步開放。

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Abstract: Specifically for the test based on innovation for PLC for the non-electric major electrotechnics,we discuss the design of the triple-deck elevator control system based on Siemens type S7-200. Areas such as controlled demand for the elevator, selection of PLC, allocation of I/O port, the design and adjustment of the ladder diagram are all extensively covered. It also introduce the design steps and method for the test based on innovation, let the students design control program on their own, and test the validity of the program for the Ladder diagram. It is very helpful in building the engineer concept and innovative spirits of the students.

Key words: programmable logic controller; triple-deck elevator; innovative experiment

Innovative experiment based on design of PLC elevator control system

Xu Shaoheng, Zhang Tingfeng, Mo Wenzhen
South China university of technology, Guangzhou, 510640, China

2010-10-07

許少衡，碩士，工程師。