基于PLC的電梯控制系統設計

朱曼穎　張帆　趙卜錚

摘 要：本文設計了一種基于PLC可編程控制器的簡明電梯控制系統。在明確了簡明電梯基本功能之后，對控制系統的硬件結構進行了較詳細的說明，并采用模塊化編程方法，所編寫的程序清晰、易讀且具有良好的可擴展性。為了使簡明電梯的演示效果更加直觀，以及更好地表現電梯的工作原理，本文在原有PLC程序的基礎上做出了改進，使二者實現了同步，即PLC可控制上位機，上位機也可控制PLC。

關鍵詞：電梯；PLC；控制系統

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

1.研究目的與意義

據中國電梯協會統計，2011年全國電梯產銷量約45.7萬臺（含扶梯4.5萬臺），較2010年增長約23%。截至2011年底，我國電梯保有量達到201.06萬臺，在電梯保有量、電梯增長率方面均為世界第一。目前，電梯的控制方式主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制3種。而PLC實際上是一種專用計算機，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務。可編程控制器（PLC）電梯控制系統，正以很快的速度發展著。采用PLC控制的電梯可靠性高、開發周期短、維護方便，這種電梯運行起來更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，被中低端電梯廣泛采用。

2.主要設計內容

受制于有限的經費，本文在簡要敘述現代電梯的性能要求、結構以及控制之后，僅實現電梯的基本功能（簡明電梯）。本文使用西門子PLC S7-200（CPU224）作為簡明電梯的控制器，并用其配套編程軟件STEP7-Micro/WIN完成簡明電梯控制梯形圖的編寫，采用模塊化編程方法，所編寫程序清晰、易讀且具有良好的可擴展性。經實際測試，本文所編寫的控制程序完全滿足“簡明電梯基本要求。

為了使演示效果更加直觀，以及更好地表現電梯的工作原理，本文在原有PLC程序的基礎上作出了一定的改進，并制作了上位機界面，使二者實現“同步”，即PLC可控制上位機，上位機也可控制PLC。PLC與上位機之間通過PPI電纜實現通信，經實際測試，所制作的仿真電梯完全滿足“仿真電梯基本要求”在完成上述工作后，對本文做出了展望，即在經費充足的前提下，如何增加所設計電梯的功能，或增加電梯層數，使之更貼近于實際電梯。

3.電梯PLC控制方式

電梯PLC的控制系統的核心為PLC主機。來自轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、井道裝置及安全裝置的外部信號通過輸入接口送人PLC內部進行邏輯運算與處理，再經過輸出接口分別向指層器、呼梯信號燈發出顯示信號，向主回路和門機控制電路發出控制信號，從而實現電梯運行狀態的控制。電梯PLC控制方式的基本結構如圖1所示。

4.電梯模塊化程序設計

本文使用西門子編程軟件STEP7-Micro/WIN，采用模塊化編程方法，將整個簡明電梯控制系統清晰地分為以下10個模塊（POU）：開門控制模塊，關門控制模塊，工程延時模塊，門廳上行呼叫信號模塊，門廳下行呼叫信號模塊，轎廂內選層模塊，綜合信號模塊，上下行辨別模塊，停止模塊，升降電梯控制模塊。其中上下行辨別模塊和停止模塊為本文兩個核心程序。采用模塊化編程方法可以方便地擴展或修改程序，也是完成復雜編程的基本思路。

4.1 開門控制模塊

開門控制模塊有3個作用：

（1）電梯運行停止時才可開門

電梯只有在停止時即上行：Q1.0=0，下行：Q1.1=0時，才能開門。

（2）有停止信號時開門

當電梯運行到某層停止時即停止信號V10.2=1時，開門：Q0.6得電并自鎖開門。開門T37時間（3s）后，Q0.6失電，開門結束。

（3）按某層按鈕且電梯停在該層時開門

轎廂停在某一層時，在該門廳按下上呼或下呼按鈕，開門。

例如，轎廂停在二樓，二樓樓層限位：I1.3=1，乘客按下二樓門廳上呼按鈕：I0.1或下呼按鈕：I0.3，電梯開門，而按其他樓層按鈕不開門。

4.2 關門控制模塊

關門控制模塊有兩個作用：

（1）實現自動開關門

開門時間：T37（3s）結束后開門停止，開始關門，關門：Q0.7得電自鎖。關門時間：T38（3s）結束后關門停止。

（2）送出停止信號

關門結束后送出關門完畢信號即關門完畢：V10.3=1。

5. PLC程序的改進

根據仿真電梯的基本要求，本文希望能夠實現PLC與上位機動作的同步，即PLC可控制上位機，上位機也可控制PLC。但由于上位機只可以修改PLC中的內存變量（M區、V區等），不能修改IO變量，所以若要實現二者同步動作，本文需要對上文中的PLC程序做一定的修改，如增加內部觸點。

在上文原有的PLC梯形圖基礎上，所有的“常開輸入觸點”都并聯一個“常開內部觸點（V區）”，所有的“常閉輸入觸點”都串聯一個“常閉內部觸點（V區）”，用上位機控制這些串并聯的內部觸點，這樣就可以實現上位機對PLC的控制，即二者可以同步動作。增加的內部觸點見表1。

以上文“開門控制”模塊為例，在門廳呼叫常開觸點和樓層限位常開觸點旁都并聯一個內部觸點（V區）。

結論

本文利用西門子PLC S7-200（CPU224）實現對簡明電梯的控制，根據簡明電梯的基本要求，合理地分配I/O口，繪制硬件接線圖，編寫電梯控制程序，并利用力控組態軟件6.0設計仿真電梯控制系統。PLC與組態軟件之間使用PPI電纜連接。經實際測試，PLC與組態軟件組成的仿真電梯可以良好地模擬電梯的運行過程。

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