基于PLC的6層電梯模型控制系統(tǒng)的研究

區(qū)廣煥

摘 要：電梯作為現(xiàn)代樓宇建筑中不可或缺的一種交通工具，其控制方法與組成結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，怎樣使電梯提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，一直是電梯控制領(lǐng)域的核心研究?jī)?nèi)容。西門子PLC為技術(shù)平臺(tái)，利用西門子PLC編程的程序控制方式，提出了6層群控電梯的PLC系統(tǒng)的總體控制策略。該P(yáng)LC 控制系統(tǒng)在對(duì)6層電梯模型的控制中取得了良好的效果，完全滿足本系統(tǒng)提出的控制要求。

關(guān)鍵詞：群控電梯；PLC控制系統(tǒng)；PPI協(xié)議；高層建筑

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.055

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了高層建筑行業(yè)的快速崛起，而電梯作為高層建筑垂直運(yùn)輸設(shè)備，在這其中發(fā)揮著強(qiáng)大的作用。為了進(jìn)一步縮短人們的侯梯時(shí)間，減少能源消耗，除了安裝多臺(tái)電梯外，更要采用優(yōu)化的管理控制策略來(lái)提高電梯群的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量。本文選用了三部6層電梯模型，它可以仿真單部電梯的運(yùn)行，加上總線網(wǎng)絡(luò)也可以完成3部電梯群控的仿真運(yùn)行。該電梯系統(tǒng)采用西門子200PLC作為控制器，其型號(hào)為S7-226DC/DC/DC，數(shù)字量擴(kuò)展模塊是EM223CNDC/DC。

1 電梯系統(tǒng)總體控制思路

電梯群控系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)控制系統(tǒng)，因此，用傳統(tǒng)的控制方法很難達(dá)到高質(zhì)量的性能指標(biāo)。該群控電梯3部電梯模型及一部主控PLC構(gòu)成，主控PLC主要完成群控決策任務(wù)，每部電梯各配備有1臺(tái)分控PLC分別控制。3臺(tái)PLC通過(guò)PPI網(wǎng)絡(luò)與主控PLC連接在一起，從而構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)門廳有呼梯請(qǐng)求，主控PLC接收到該信號(hào)后，按照一定的控制策略進(jìn)行分析和決斷，最終指定其中一部電梯去響應(yīng)門廳的呼叫。根據(jù)以上需求，系統(tǒng)必須具有以下功能：①每臺(tái)分控PLC能單

獨(dú)完成對(duì)電梯的有效控制；②每臺(tái)分控PLC必須對(duì)主控PLC實(shí)時(shí)報(bào)告自己的運(yùn)行狀態(tài)；③主控PLC接收到門廳的呼梯請(qǐng)求后，在實(shí)時(shí)掌握各分控電梯狀態(tài)的基礎(chǔ)上，依據(jù)一定的算法進(jìn)行分析決策，指定一臺(tái)電梯去響應(yīng)門廳的呼梯。

2 電梯群控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

2.1 PPI網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

每一個(gè)西門子S7-200PLC都自帶有1個(gè)或2個(gè)RS485通信口（PORTO或者PORT1）以及PPI通信協(xié)議，這是一種廉價(jià)的通信方式，不需額外付費(fèi)購(gòu)買網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊。PPI網(wǎng)絡(luò)是西門子專有的一種通信網(wǎng)絡(luò)，它不對(duì)任何第三方開(kāi)放協(xié)議內(nèi)容。因此，要想構(gòu)成PPI網(wǎng)絡(luò)，僅限于在西門子獨(dú)家生產(chǎn)的自動(dòng)化產(chǎn)品間通信。PPI網(wǎng)絡(luò)是一種主-從協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上的主站才有權(quán)在網(wǎng)絡(luò)上主動(dòng)發(fā)送信息，從站只能接收信息或者在主站的請(qǐng)求下，被動(dòng)發(fā)送信息。該通信方式下，主站需要編寫通信程序；從站不用編寫，它只需將主站需要的信息事先準(zhǔn)備到雙方規(guī)劃好的通信緩沖區(qū)即可。

2.2 電梯群控網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃

2.2.1 狀態(tài)幀

各從站通過(guò)“網(wǎng)絡(luò)讀”的方式實(shí)時(shí)將本站的狀態(tài)幀送給主站用于決策需要，該幀需要PLC在每個(gè)循環(huán)周期實(shí)時(shí)傳送。依據(jù)上述所述控制決策的實(shí)現(xiàn)算法，電梯的狀態(tài)幀可以定義如表1所示。

該狀態(tài)楨一共占用8個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，各字節(jié)字段的含義及取值規(guī)范如下：①C-DIR（當(dāng)前運(yùn)行方向字段）。“0”為空閑狀態(tài)，“1”為上行，“2”為上行中途停靠，“3”為下行，“4”為下行中途停靠。②A-U-R-F。本部電梯承擔(dān)的門廳上行服務(wù)的所有樓層。相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有，該狀態(tài)字節(jié)為“0”。完成一次呼梯響應(yīng)，則相應(yīng)位清零。③A-D-R-F。本部電梯承擔(dān)的門廳下行服務(wù)的所有樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有，該狀態(tài)字節(jié)為“0”。完成一次呼梯響應(yīng)，則相應(yīng)位清零。④A-T-F。

轎廂內(nèi)所有請(qǐng)求去往的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有轎廂按鍵請(qǐng)求時(shí)，該狀態(tài)字段為“0”。完成一次服務(wù)，則相應(yīng)位清零。

其余各字段的定義如表2所示。

各字節(jié)字段的含義及取值規(guī)范如下：①C-F。當(dāng)前所在樓層字段，相應(yīng)位置“1”。②U-R-F。門廳上行呼梯的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有門廳上行請(qǐng)求時(shí)，該狀態(tài)字節(jié)為“0”。當(dāng)主控機(jī)對(duì)該請(qǐng)求作出決策后，對(duì)應(yīng)位立即被清零。③D-R-F。門廳下行呼梯的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有門廳下行請(qǐng)求時(shí)，該狀態(tài)字節(jié)為“0”。當(dāng)主控機(jī)對(duì)該請(qǐng)求作出決策后，對(duì)應(yīng)位立即被清零。④T-F。轎廂內(nèi)本次請(qǐng)求去往的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有轎廂按鍵請(qǐng)求時(shí)，該狀態(tài)字段為“0”。

2.2.2 控制幀

主控PLC利用控制幀將決策信息通過(guò)“網(wǎng)絡(luò)寫”的方式實(shí)時(shí)送給3臺(tái)分控電梯，實(shí)時(shí)更新它們的運(yùn)行計(jì)劃。該信息幀只在有門廳請(qǐng)求時(shí)才發(fā)送，不需要每個(gè)循環(huán)周期都進(jìn)行。各字節(jié)字段的含義及取值規(guī)范如下：①U-D-F。決策出的上行需要響

應(yīng)呼梯服務(wù)的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有服務(wù)樓層，則控制字節(jié)為“0”。②D-D-F。決策出的下行需要響應(yīng)呼梯服務(wù)的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有服務(wù)樓層，則控制字節(jié)為“0”。

③U-R-F。門廳有上行按鈕請(qǐng)求的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有門廳上行請(qǐng)求，該狀態(tài)字節(jié)為“0”。該字節(jié)主要用于將呼梯層所有的門廳指示燈全部點(diǎn)亮。該字段定義同表2中U-R-F定義。④D-R-F。門廳有下行按鈕請(qǐng)求的樓層，相應(yīng)位置“1”，如果沒(méi)有門廳下行請(qǐng)求，該狀態(tài)字節(jié)為“0”。該字節(jié)主要用于

將呼梯層所有的門廳指示燈全部點(diǎn)亮。該字段定義同表2中D-R-F定義。

2.3 網(wǎng)絡(luò)通信區(qū)的分配

基于上節(jié)的分析，主站與3個(gè)從站的網(wǎng)絡(luò)讀寫緩沖區(qū)分配如表3所示。

為了本文后面敘述方便，將每一片連續(xù)的通信區(qū)域的第一個(gè)字節(jié)叫做基址，某一個(gè)具體字段地址等于基址加上偏移地址。

3 控制軟件實(shí)現(xiàn)算法

系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)分為主控PLC的決策實(shí)現(xiàn)以及分控PLC的電梯控制兩大部分。以下討論均基于1號(hào)從站展開(kāi)，由表3可知，狀態(tài)幀的基址為VB0，控制幀的基址為VB50，實(shí)際字段地址應(yīng)等于該基址加上特定字段的偏移地址。

3.1 主控PLC的決策實(shí)現(xiàn)

由于在計(jì)算資源耗費(fèi)值時(shí)，需要用到上述10個(gè)參數(shù)，其中部分可實(shí)際測(cè)量得到，而部分參數(shù)需要利用總線通信獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，然后依據(jù)一定的算法才能獲得。

3.2 分控PLC的電梯控制

分控PLC根據(jù)主控PLC的決策決定是否響應(yīng)當(dāng)前某個(gè)呼梯請(qǐng)求。當(dāng)控制幀中U-D-F或者D-D-F字節(jié)不為0時(shí)，則本部電梯立即根據(jù)這兩個(gè)字節(jié)的相關(guān)內(nèi)容響應(yīng)呼梯請(qǐng)求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電梯行業(yè)是一個(gè)不斷發(fā)展的事業(yè)，電梯控制系統(tǒng)將隨著科技的發(fā)展而日趨完善，電梯的性能也將進(jìn)一步提高。本系統(tǒng)將西門子200PLC作為控制器，運(yùn)用以上理論和算法進(jìn)行了系統(tǒng)的編程開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)完全成功運(yùn)行，在對(duì)六層電梯模型的控制中取得了良好的效果，完全滿足本系統(tǒng)提出的控制要求。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕