基于S7-200的電梯控制系統研發

(衡水科技工程學校，河北衡水，053000)

1 引言

人類居住的建筑逐漸趨于高層化，作為高層建筑中垂直運行的快速交通工具，電梯在國民經濟和生活中的應用越來越廣泛，其已與人們的日常生活密不可分[1]。 隨著經濟的高速發展，微電子技術、計算機技術和自動控制技術也得到了迅速發展，這使得交流變頻調速電梯控制系統已經進入一個嶄新的時代[2]。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及自身控制規律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統采用隨機邏輯方式控制[3]。

目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器(PLC)取代微機實現信號集選控制[4]。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩定可靠等特點，所以現在的電梯控制系統廣泛采用可編程控制器來實現[5]。

電梯的控制中主要的特點是其控制量多、邏輯性強、隨機性大，對于PLC控制設計來說，電梯控制系統具有很強的實用性和典型性，研究、分析電梯的邏輯關系，進而實現控制，對于理解和學習PLC都具有很好的意義[6]。

控制電梯運行的PLC系統要求達到電梯運行的“穩、準、快”的運行目的。該系統主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關、按鈕、發光指示器和變頻器組成為一體的控制系統。本機控制單元采用以西門子公司的可編程控制器PLC對機器進行全過程控制。整個系統通過PLC、邏輯控制電路對電梯的開關門，升降，加、減速，平層，起動、制動控制。要求其達到結構簡單、運行效率高、平層精度高、使其能夠易于理解與掌握。最后再通過西門子PLC調試軟件進行調速，滿足設計所需要的要求。

2 電梯控制系統構成

電梯控制系統主要由變頻調速主回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構成，如圖1所示，PLC用來完成對電梯曳引電機及開關門機的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內操作，安全保護等指令信號進行管理和控制功能。

圖1 電梯控制系統原理圖

3 電梯控制硬件設計

硬件可分為兩部分：輸入和輸出單元，它們是PLC 的 I/O 接口部分，主要由廳外呼叫、轎箱內選層、樓層及方向指示、開關門、井道內的上下平層、上下強迫換速開關、門鎖、安全保護繼電器等單元構成。

(1)輸入單元

門廳外按鈕與轎廂內選層按鈕，負責對預選樓層指令的登記、消除和指示；開關門按鈕，控制轎門的開閉；上下平層感應器，用來保證電梯轎箱在各層停靠時準確平層；上下限強迫換速開關，用于保護電梯的高速運行安全，避免電梯出現沖頂或蹲底事故，當電梯到達上下端站時，裝在轎廂邊的上下限強迫換速開關打板，信號輸入到PLC，PLC 發出換速信號強迫電梯減速運行到平層位置；門鎖裝置，轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動運行的前提；安全回路，通常包括轎內急停開關、轎頂內急停開關、安全鉗開關、限速器斷繩開關、限速器超速開關、電源開關等。

圖2 電梯運行流程圖

(2)輸出單元

樓層及方向指示單元，包括電梯上下行方向指示燈、目前的方向及層樓指示燈；開關門接觸器，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關閉，在自動定向完成或電梯平穩?？亢?，PLC給出相關指令，完成開關門動作；啟動加速、制動減速接觸器，用于電梯的調速系統。

根據電梯的工作原理與功能繪制電梯的運行流程圖，如圖2所示。

根據控制要求，本論文PLC控制系統選用SIEMENS公司S7-200系列CPU224和EM221，其輸入輸出端子電氣接線圖如圖3所示。

圖3 外部硬件接線圖

4 電梯仿真調試過程

(1)電梯開關門

當Q0.0和I0.0都為1，M10.2為1

按下SB1 按鈕，重新開門按鈕I0.3為1，開門輔助繼電器M10.0為1，開門接觸器Q1.0為1，從而實現電梯門打開。

關門按鈕I0.4為 1時，關門輔助繼電器M10.1為1，關門接觸器Q1.1為1，從而實現電梯自動關門動作。

(2) 層樓信號的產生與消除

以四樓層樓為例，當四樓感應器I2.4為1后，四樓層樓指示燈Q1.7為1，四樓層樓繼電器M11.3為1。

(3) 內選指令的登記與消除

二樓內選按鈕I1.5為1后，內選二樓輔助繼電器M12.1為1，二樓內選記憶燈Q2.4為1。

(4) 外呼信號的登記與消除

二樓上呼按鈕I2.7為1，二樓上行外呼輔助繼電器M13.1 為 1， 二樓上呼記憶燈Q3.1 為1。

(5) 電梯啟制動調速運行二樓上行輔助繼電器常開觸點M13.1為1時，上行指示輔助繼電器M14.4為1，二樓停車觸發M15.1為1。

接通延時計時器輸入時間，記時減1，到零時，接通。

5 結束語

本文選取了西門子S7-200型PLC，對電梯控制系統進行了設計，并對所設計的程序進行了仿真調試，驗證了程序的可靠性。電梯和PLC都是一個非常復雜的系統，由于對電梯運行理解有所不同，也會有很多種控制方法，在舒適方面可以采用變頻調速，讓人感覺猶如平地。從方便來看，可以用微機智能控制，實現智能化。為配合樓層的伸高，更要開發安全的高速電梯。今后將從以上幾個方面對電梯的控制系統進行更深層次的研究。

[1] 徐意. 基于S7-200PLC的變頻調速電梯控制系統的研究[D].浙江工業大學,2010.

[2] 張蓉. 十六層住宅電梯控制系統設計[D].山東大學,2016.

[3] 陳家鑫,張團善,何文莉,王國慶,楊斌.基于恒壓頻比的交流異步電機調速研究[J]. 西安工程大學學報,2016,(06): 791-796.

[4] 張海莉. 變頻器在電梯控制系統中的應用[J].機電工程技術,2016,(11):99-102.

[5] 劉力郡.基于PLC控制的交流變頻調速電梯系統的應用[J].電子測試, 2016, (18): 127-128.

[6] 張思. PLC的電梯控制系統分析及電梯安裝工程項目管理研究[D].昆明理工大學,2016.