基于歐姆龍PLC編程實(shí)例分析物聯(lián)網(wǎng)下的新型智能電梯優(yōu)化

張成綺 舒鵬

摘? ?要：文章從電梯的發(fā)展歷程開始，介紹了電梯控制主要使用的PLC編程方式以及電梯現(xiàn)存的運(yùn)行和控制方面的問題，由此提出了在傳統(tǒng)的PLC電梯控制程序上的優(yōu)化方案，并且給出了優(yōu)化后模塊化的PLC程序以及仿真結(jié)果，結(jié)合歐姆龍CP1H PLC進(jìn)行實(shí)物硬件部分的測試，提出PLC程序進(jìn)一步的優(yōu)化方案，提升電梯運(yùn)行的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：電梯控制;歐姆龍CP1H;可編程邏輯控制器;程序模塊化;遠(yuǎn)程監(jiān)控

伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，誕生于1854年的電梯經(jīng)過160多年的發(fā)展，已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。尤其是近年來，面對全球性的用地需求緊張的問題，從CBD區(qū)域到各大高校，越來越多的摩天大廈拔地而起。對于現(xiàn)代建筑來說，電梯是一個(gè)必不可少的部分，使得人們免于費(fèi)力走樓梯去到更高的樓層，大大節(jié)約了寶貴的時(shí)間。

在電梯的控制領(lǐng)域，人們眾所周知，現(xiàn)代電梯的控制程序主要還是依賴于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。PLC在現(xiàn)代工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，尤其是在各種各樣電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制領(lǐng)域。PLC的特殊設(shè)計(jì)使它可以耐受嚴(yán)酷的外部條件并且有良好的屏蔽高溫、嚴(yán)寒、灰塵和水分的能力。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上來看，PLC與目前大多數(shù)設(shè)備一樣，主控制部分是使用計(jì)算機(jī)編程語言的微處理器。這些特性使得PLC有著高可靠性，可以幫助實(shí)現(xiàn)較為全面的功能。

實(shí)際生活中可以發(fā)現(xiàn)，電梯控制的邏輯問題是普遍存在的，尤其是在電梯使用的高峰時(shí)段。當(dāng)電梯在低層已經(jīng)達(dá)到它的滿載范圍，在高一層等待的用戶如果能夠事先了解到這一情況，那么他/她就可以事先有準(zhǔn)備，從而選擇直接走樓梯或者等待另一部電梯。對于電梯內(nèi)部的乘客，既然電梯已經(jīng)在低層達(dá)到滿載，就無須在沒有內(nèi)部乘客需要離開的樓層停下，大大提高了電梯的運(yùn)行效率。

人們普遍認(rèn)為電梯的控制已經(jīng)發(fā)展得足夠完善，但在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，更應(yīng)進(jìn)一步利用PLC編程技術(shù)，在電梯的控制方面關(guān)注細(xì)節(jié)，優(yōu)化乘客體驗(yàn)，使電梯更加人性化地運(yùn)行。

1? ? 研究內(nèi)容及實(shí)施方案

1.1? 研究內(nèi)容

從電梯控制的邏輯性出發(fā)，本項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)在于電梯運(yùn)行的PLC程序算法。

基于在背景中提到的現(xiàn)如今電梯運(yùn)行控制程序存在的問題，本項(xiàng)目對其進(jìn)行模塊化的優(yōu)化，從而更易擴(kuò)展。同時(shí)，改善了電梯運(yùn)行的邏輯，實(shí)現(xiàn)滿載轎廂外不響應(yīng)的功能和運(yùn)行過程中的監(jiān)控，縮短等待時(shí)間，提高運(yùn)行的安全性。

1.2? 硬件模型

為方便進(jìn)行程序測試，結(jié)合電梯的實(shí)際硬件結(jié)構(gòu)，給出了電梯的簡單運(yùn)行模型。如圖1所示，在測試模型中，以金屬塊模擬轎廂，用步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)金屬塊在金屬絲杠上上下移動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)與歐姆龍CP1H PLC配合工作，通過PLC梯形圖程序控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電梯的上行與下行狀態(tài)控制。4個(gè)位置傳感器在金屬絲杠上均勻分布，模擬電梯的4個(gè)樓層。開關(guān)盒模擬電梯按鈕，控制轎廂內(nèi)外的樓層呼叫。

1.3? 軟件程序

在cx-programmer梯形圖編程仿真軟件中，可以實(shí)現(xiàn)歐姆龍CP1H PLC的主控制程序編寫。計(jì)算機(jī)控制程序通過打印機(jī)線與PLC進(jìn)行連接，傳達(dá)控制指令，通過程序分析傳感器反饋的信息對電梯的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控[1-3]。

2? ? 程序設(shè)計(jì)

基于歐姆龍CP1H PLC，在cx-programmer中編寫主控制的梯形圖程序。列出梯形圖中細(xì)節(jié)網(wǎng)絡(luò)部件，輸入，輸出以及存儲(chǔ)分配的具體地址，以便之后對于梯形圖的詳細(xì)闡釋。PLC控制程序分配如表1所示。

在此程序的設(shè)計(jì)中，對于需要控制的變量有3個(gè)主要的設(shè)計(jì)考慮因素，下面從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的布局對此進(jìn)行說明。

2.1? 樓層限制開關(guān)傳感器設(shè)計(jì)

每一層樓都布置了一個(gè)限制開關(guān)作為傳感器，每一個(gè)傳感器都有自己指定的存儲(chǔ)位置，達(dá)到在設(shè)計(jì)操作中正確閉鎖的目的。樓層限制開關(guān)設(shè)計(jì)如圖2所示，當(dāng)任何一個(gè)限制開關(guān)處于“SET”狀態(tài)，其余各存儲(chǔ)單元都是“RESET”狀態(tài)。例如當(dāng)一樓傳感器檢測到轎廂時(shí)，1樓位置存儲(chǔ)會(huì)自鎖，只有當(dāng)其他樓層傳感器檢測到新的樓層更新，才會(huì)解除自鎖。其他樓層同理。

2.2? 樓層和轎廂呼叫設(shè)計(jì)

在電梯的運(yùn)行過程中有兩種呼叫，分別是樓層呼叫和轎廂呼叫。樓層呼叫是指位于轎廂外部樓層控制臺的按鈕被按下，即位于某一樓層的乘客呼叫電梯，想要搭乘電梯去到特定樓層。轎廂呼叫則是位于轎廂內(nèi)部控制臺的按鈕被按下，即在電梯內(nèi)部的乘客下達(dá)了去到某一樓層的指令。

轎廂呼叫請求的輸入地址分別被表示為I0.04，I0.05， I0.06，I0.07。相同地，樓層呼叫的輸入地址可用I1.00，I1.01，I1.02，I1.03，I1.04，I1.05來表示，分別對應(yīng)每一層樓的上行或下行指令。

如圖3—4所示，當(dāng)轎廂內(nèi)呼叫一層或者一層外部呼叫上行，系統(tǒng)將記錄下呼叫請求。當(dāng)電梯到達(dá)指定樓層后，已被響應(yīng)過的請求將被自動(dòng)清除。同理，對于二層和三層外部，程序僅多出一個(gè)下行呼叫，對于四層外部則是只有下行，其原理與一層設(shè)計(jì)一致。

在圖4—5中，轎廂外部的呼叫當(dāng)且僅當(dāng)電梯轎廂沒有滿載的時(shí)候才會(huì)被響應(yīng)，即電梯滿載的時(shí)候，系統(tǒng)只對轎廂內(nèi)的請求做出響應(yīng)。

2.3? 電機(jī)上行與下行動(dòng)作設(shè)計(jì)

如圖5所示，當(dāng)電梯收到上行指令時(shí)的動(dòng)作可按照目前?？繕菍?。

（1）當(dāng)轎廂目前?？坑谝粚?，分別可以接受到達(dá)二、三、四層的上行指令。

（2）當(dāng)轎廂目前?？坑诙?，此時(shí)可能收到的上行指令為三層和四層。若收到位于一層的上行呼叫，但轎廂之前到達(dá)過一層（即轎廂是從一層上行至二層）則出于節(jié)約用電以及乘客搭乘電梯的體驗(yàn)角度考慮，轎廂不會(huì)接受一層指令。

（3）當(dāng)轎廂目前停靠于三層，則只會(huì)響應(yīng)去往四層的上行指令，原理同二層一致。

當(dāng)電機(jī)上行的指令為“SET”，電機(jī)下行與停止的指令均位于“RESET”，以此來保證電機(jī)在正轉(zhuǎn)的過程中不會(huì)處于停止或反轉(zhuǎn)。類似地，圖6展示了當(dāng)電梯收到下行指令時(shí)根據(jù)目前?？繕菍幼鞒龅牟煌磻?yīng)。

3? ? 仿真結(jié)果

（1）電梯在一樓，四樓轎廂外呼叫（非滿載）。如圖7所示，電梯位于一層時(shí)在四樓轎廂外有一個(gè)呼叫。接到命令的電機(jī)此時(shí)配置運(yùn)行速度并正轉(zhuǎn)，電梯上行。

圖8—9顯示用十六進(jìn)制的190配置正常運(yùn)行模式的運(yùn)行速度。當(dāng)電梯到達(dá)四層的時(shí)候，系統(tǒng)記錄下現(xiàn)在電梯所在位置并且消除已經(jīng)響應(yīng)的請求，INI命令讓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖10所示。

（2）電梯在一樓，二層轎廂外呼叫，四層轎廂內(nèi)呼叫（滿載）。電梯位于一層時(shí)，二樓轎廂外有一個(gè)上行請求，在四樓轎廂內(nèi)有一個(gè)呼叫，并且此時(shí)處于滿載的狀態(tài)?？梢詮南聢D看出因?yàn)闈M載，系統(tǒng)沒有響應(yīng)二樓轎廂外的請求，而是直接上行直到四層。當(dāng)滿載情況消失，系統(tǒng)再響應(yīng)二樓的請求。未響應(yīng)二樓上行請求如圖11所示，未響應(yīng)四樓上行請求如圖12所示。

4? ? 結(jié)語

基于歐姆龍CP1H PLC，本項(xiàng)目對于電梯的運(yùn)行控制程序作出了優(yōu)化，原理易于理解，程序結(jié)構(gòu)邏輯清晰，并且實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的模塊化編程，使得后續(xù)深入的修改與完善操作更加方便。若需要樓層拓展也無需對程序進(jìn)行大的改動(dòng)，為樓層增加時(shí)指令的增加提供了便利。此外，此程序的突出優(yōu)點(diǎn)還在于可以在計(jì)算機(jī)終端實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀態(tài)，控制其運(yùn)行模式與運(yùn)行速度，為乘客提供更為人性化的服務(wù)同時(shí)，也提高了對于緊急情況的處理能力。如此，電梯運(yùn)行的安全性也得到了更好的保證。

在完成了PLC程序的模塊化編程之上，對于目前電梯運(yùn)行中高峰時(shí)期頻繁發(fā)生的滿載問題，本項(xiàng)目作了著重考慮。程序的設(shè)計(jì)中添加了對于滿載情況的特殊處理，使得電梯在滿載時(shí)不再響應(yīng)轎廂外部樓層的呼叫并且適當(dāng)加快了電梯的運(yùn)行。這為在現(xiàn)實(shí)生活中高峰時(shí)段電梯常常滿載和各樓層的呼叫卻最為密集的矛盾提供了解決方案。

[參考文獻(xiàn)]

[1]公利濱.歐姆龍PLC培訓(xùn)教程[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]李占英.零基礎(chǔ)學(xué)歐姆龍 CPM2 PLC[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]王建，杜艷麗，孫懷榮.歐姆龍PLC入門與典型應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2012.