基于西門子PLC 的電梯控制系統的設計

馬德光

（廣西輕工技師學院，廣西 南寧530031）

本文采用西門子1200 系列PLC，從電梯機構、電梯的控制流程設計、PLC 選型、PLC 控制系統設計、電梯電動機控制線路設計等方面對七層樓電梯的控制系統進行設計，將西門子PLC控制方案融入電梯控制系統中去。

1 電梯的結構設計

電梯的主要功能是在垂直方向上進行運輸作業，是一直特殊的運輸設備。它主要由轎廂、配重、拖動電動機、減速傳動機構、井道及井道設備組成。轎廂的主要功能是載人或載物，配重的主要功能是用來改變電梯電動機負載的特性，以此提升電梯的安全性能。如圖1 所示，為電梯拖動系統示意圖。電梯轎廂及配重分別安裝在鋼絲繩的兩端，電動機及減速機構通過拖拽鋼絲繩對轎廂的運動進行控制，控制轎廂上下運動時的加速、減速、停止等。

圖1 電梯拖動系統示意圖

2 電梯控制系統PLC 的選型

7 層電梯控制系統需要設計由交流雙速電動機控制的七層工作站，針對這一要求，本設計選用西門子S7-1200 系列PLC中的CPU 1214C AC/DC/Rly，該PLC 提供了14 個輸入點和10個輸出點，其輸入點的存儲器地址為I0.0-I1.3（共14 個點），輸出點的存儲器地址為Q0.0-Q1.1（共10 個點），由于本設計需要用到40 個輸入點和38 個輸出點，為滿足設計要求，需要對其進行擴展，設計選用西門子數字I/O 擴展模塊SM1223。SM1223 輸入輸、出模塊的數字量輸入/輸出為16 點輸入/16 點繼電器輸出。本次設計中選用2 個SM1223 模塊做為設計擴展模塊。

3 基于西門子PLC 電梯控制系統的設計

根據電梯控制的設計要求，PLC 控制系統的設計組成如圖2 所示。

圖2 PLC 控制系統組成

4 基于西門子PLC 輸入、輸出信號的設計

4.1 輸入端口的設計

電梯轎廂內包括各層的樓層選擇按鈕，7 層樓應設計有7個樓層按鈕，需用到7 個輸入點，開關轎廂門需要用到2 個開關按鈕，需用到2 個輸入點，出于安全的考慮，電梯轎廂門應設計有防夾保護，電梯門在未關好的情況下應禁止啟動，轎廂門限位開關用到2 個輸入點，為防止轎廂沖頂以及沖底，還應在電梯頂部和底部設計有上下限位開關（需要用到2 個輸入點），共計13 個輸入點。井道內每層都應設置傳感器，以便感知轎廂當前所在樓層，7 層樓安裝7 個傳感器，共需分配7 個輸入點，為確保電梯到達樓層時不出現錯層現象，需要應用上下平層傳感器進行樓層對正，需分配9 個輸入點。每個樓層門廳等候區都需要設計上行和下行兩個按鈕，考慮到底層只需設計1 個上行按鈕、頂層只需設計1 個下行按鈕，總共需要分配12 個輸入點，當轎廂無操作時，需要預設自動、檢修等六個功能，需分配6 個輸入點。綜上所述，本設計共需分配40 個輸入點。

4.2 輸出端口的設計

在本設計中，三相異步電動機為電梯控制系統的主要控制對象，電動機正反轉控制著電梯的上下行，需要分配2 個輸出點，電梯為變頻器分段調速控制，控制電梯速度需要分配2 個輸出點，啟動加速、3 級制動減速共需4 個輸出點，轎廂開關門控制需要分配2 個輸出點，7 層樓分別需要7 個指示燈顯示當前樓層位置，需要分配7 個輸出點，上下行指示燈顯示需分配2 個輸出點，電梯的上下行記憶點顯示需分配12 個輸出點，轎廂內顯示已選擇的樓層，需要設計7 記憶燈，需分配7 個輸出點，本設計共需要分配38 個輸出點。

5 電梯的控制流程設計

電梯系統PLC 控制實際上就是處理好呼叫輸入信號與輸出信號的邏輯關系。根據實際需要電梯控制流程設計如下：

（1）轎廂內關門信號按下時，電梯門鎖定功能解除，轎廂門自動關閉，電梯門關閉到位后，電梯允許接收上、下行信號。

（2）電梯上下行到指定樓層后，轎廂自動停止，并通過樓層傳感器對樓層進行對層檢測，對層無誤后轎廂門自動打開，轎廂門打開后無操作的情況下等待20 秒后自動關門，并等待電梯系統的呼叫信號。

（3）為了解決呼叫沖突的問題，電梯運行時，只響應與轎廂運行方向相同的呼叫信號。

（4）電梯運行時自動比較當前轎廂內所選擇的樓層信號，當到達所選擇的最高樓層時，電梯自動停止，并切換運行方向，轎廂下行返回底層。

（5）電梯系統接收到的電梯外部呼叫信號需進行記憶，只有在完成呼叫任務后才清除該信號存儲。

（6）電梯轎廂內以及電梯門廳處都應設計有電梯運行當前樓層數的數值顯示。

（7）當多個樓層同時呼叫電梯時，電梯系統根據信號呼叫時序的先后，安排電梯運行的順序，最先呼叫信號的執行級別最高，優先執行該呼叫所要求的上行或下行任務。在確定了當前上下行任務后，再確定執行與該任務同向的呼叫任務。

（8）當執行完一個方向的任務要進行換向時，根據最遠站換向原則來進行運行方向的轉換。

（9）當電梯進行維修時，要將所有樓層的電梯門關閉，以防止行人誤入。

6 結論

本設計中將三相交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關、按鈕、發光指示器和PLC I/O 接口組合成一個完整的控制系統。并且在整個系統中應用西門子PLC 應用模塊化程序設計的方法設計出相應的邏輯控制程序以實現對電梯的升降、加減速、平層、起動、制動等進行控制。應用基于西門子PLC 設計的電梯控制系統使得整個電梯的結構更加的簡單、運行效率更高、運行穩定性更好。