電梯PLC控制系統設計

唐旭輝

[摘 ? ?要]以四層并聯電梯控制系統為研究對象，以西門子S7-200系列PLC為控制核心，通過KingView組態王上位機監控軟件來顯示兩部電梯的所處樓層數、實際運行狀態等參數信息，同時針對兩梯四戶的大樓實現對兩臺電梯進行并聯調度控制。

[關鍵詞]電梯;并聯控制;組態王

[中圖分類號]TU976.3 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–03

Design of Elevator PLC Control System

Tang Xu-hui

[Abstract]This paper takes the four-story parallel elevator control system as the research object， takes Siemens S7-200 series PLC as the control core， and uses the KingView host computer monitoring software to display the parameters such as the number of floors and the actual running status of the two elevators. At the same time， for a building with two elevators and four households， the parallel dispatching control of two elevators is realized.

[Keywords]elevator;parallel control;configuration king

隨著社會的發展，單個電梯已經不能滿足一些建筑的需求，在這種情況下就需要使用兩個或者多個電梯一起工作。為了更加便捷的管理，將兩部電梯進行集中管理，以達到效率最大化和節能的目的。

1 電梯控制系統設計關鍵技術

1.1 電梯原理

電梯作為垂直起重設備，由電動機、控制箱、鋼絲、轎廂、曳引輪和配重組成。電梯的執行動作通過控制器發出，通過一系列分析計算，發送相關的指令給拖動系統，按照工作值來拖動曳引系統動作，接著對鋼絲繩進行拽引來帶動電梯轎廂使其按照既定的軌跡運行，到達指定的位置之后，信號給出控制電梯門打開，乘客進出電梯。

1.2 變頻調速技術

電梯采用變頻調速方式，變頻調速性能好，調速范圍寬，且響應較為及時。基本頻率下，整體的調速性能更好，機械特性好，并且在恒定功率或者扭矩調節下，效率會更高。隨著電力電子技術不斷成熟，整體的模塊功能更為強大，變頻調速性能不斷提高，對頻率轉換速度調節領域做出了巨大貢獻。

變頻器由主電路和控制電路組成。變頻器自身的電子開關進行斬波控制，輸出電壓為脈沖序列形式，通過改變電子開關的導通時間和關斷時間，改變輸出電壓脈沖序列的脈沖寬度，從而實現對輸出電壓的調節。

2 電梯控制系統總體方案設計

2.1 設計目標

本文以兩臺四層電梯為基礎進行設計，主要實現如下目的：

（1）通過調速變頻器可以提升電梯的運行速度，保證電梯運行速度的穩定。

（2）能夠實現定向選層功能。每個樓層都設有呼叫按鈕，選定樓層之后，電梯到達該目標層時，信號燈按鈕才會熄滅。

（3）能夠實現自動定向功能。電梯在上行過程中只響應向上的命令，電梯在下行過程中只響應下行的命令，別的命令不會響應。

（4）能夠實現待客自動開關門。

（5）上下限位功能、超重禁止運行。

（6）運行故障超時，電梯每層和每層之間的運行時間不能超過20s，超過規定的時間，電梯報警并且停止運行。

（7）兩部電梯通過并聯調度原則，能夠最大化實現工作效率的提升，兩臺電梯各自響應自己的任務，通過實際情況來判斷自己的任務，達到節能減資的目標。

2.2 系統總體方案

整個電梯控制系統分為5個部分，分別為信號輸入模塊、信號輸出模塊、邏輯控制模塊、電機運行模塊以及監控模塊。其中信號輸入模塊主要對四層電梯的召喚按鈕盒內的召喚信號、電梯內的樓層選擇信號、電梯轎廂所處樓層的位置限位以及電梯相關的保護參數等信號進行采集，采集后的信號通過信號輸入模塊傳入邏輯控制模塊，邏輯控制模塊主要為PLC系統的中央處理器，其對輸入信號進行判斷，確定呼叫的樓層、電梯的方向，以及兩臺電梯的運行狀態等，處理完成后邏輯控制模塊將信號發送至信號輸出模塊，控制轎廂門、指示燈、報警信號等設備的工作，同時邏輯控制模塊還將電梯電機的運行信號傳送至電機運行模塊，其中電機運行主要為變頻器，變頻器根據輸入指令控制電機按照既定模式穩定運行。以上所有控制回路的參數均會被電梯監控模塊采集，進而在上位機界面中進行實時指示，供運行、維修人員進行監控。

3 電梯控制系統硬件設計

3.1 系統硬件選型

3.1.1 PLC選型

本系統采用西門子S7-200系列的PLC進行控制，根據總體設計方案，可以確定采用該系列PLC所需的功能模塊，查詢西門子樣本手冊，可以確定各個模塊的基本型號，電源模塊選擇PM207 24VDC/3A，中央控制器選擇CPU224 CN，數字量輸入模塊選擇EM221 CN 16DI 24VDC，數字量輸出模塊選擇EM221 CN 8DO 24VDC。

3.1.2 變頻器的選擇

本電梯控制系統選擇ABB廠家的ACS800變頻器。

為了適應西門子系列的PLC，本系統將采用IO點硬接線的方式來對變頻器進行控制，只需將電機正轉信號以及電機反轉信號發送至變頻器，變頻器即可根據預先設置的參數開始運行，電機正轉信號與電機反轉信號即對應電梯的上行與電梯的下行信號。

3.2 系統硬件設計

3.2.1 信號輸入模塊/信號輸出模塊

如圖1為信號輸入輸出模塊/信號輸出模塊的原理圖，輸入模塊采集電梯外呼叫信號、電梯內選層信號、電梯樓層限位信號、電梯上下保護限位信號、電梯超重信號、電梯門狀態信號、電梯緊急停止信號，輸出模塊發送內外樓層顯示指令、報警信號指令、電梯門開關信號指令以及兩臺電梯的制動器動作信號指令。信號輸入模塊與信號輸出模塊均與S7-200控制器緊密相連。

如圖1所示，所有的輸入信號與輸出信號的供電均由電源模塊提供，電制為DC 24V，前后均通過繼電器進行隔離。

3.2.2 電機運行模塊

電機運行模塊主要包括兩部分：電梯的提升電機以及與之相關的制動器電機;電梯的開門電機。兩部分的原理圖分別如圖2所示。

如圖2所示，A、B、C三相動力電源經過斷路器之后首先接入A電梯電機對應的變頻器中，在變頻器中經過AC/DC整流以及DC/AC逆變之后通過動力電纜向A電梯的提升電機供電，其中該變頻器通過IO模塊接受PLC發來的控制指令。B電梯電機的原理與A電機相同。

如圖3所示，A、B、C三相動力電源經過斷路器之后分別接入A、B電梯開門電機的控制接觸器，每個開門電機設有兩個控制接觸器，經過左邊接觸器后開門電機的三相相序為C、B、A，而經過右邊接觸器后開門電機的三相相序為A、B、C，即兩者相序相反，從而使開門電機進行正反轉，當開門電機正轉時，電梯門打開，當開門電機反轉時，電梯門關閉，即可正常實現電梯門的開關控制。

4 電梯控制系統軟件設計

4.1 地址分配

進行PLC程序編寫之前需要根據實際的接線對PLC的地址進行分配，輸入地址的信號分配如表1所示。

如表1中包含兩臺電梯的輸入信號共40路，其中兩臺電梯分別命名為A電梯和B電梯，其中I0.0～I0.5為轎廂外的呼叫信號，為兩電梯公用，故未進行區分。輸出地址的信號分配如表2所示。

4.2 軟件運行流程分析

系統運行時首先需要進行任務的調度，確定某一任務是由A電梯還是B電梯執行，具體流程圖以及任務調度流程如圖4和圖5所示。

4.3 組態仿真

將每個限位、開關、按鈕、報警和指示燈均連接至對應S7-200的IO點，即可完成兩者的鏈接。將PLC程序下載至S7-200 PLC之后，啟動運行PLC，即可在上位機監控并對電梯控制系統進行模擬仿真，仿真界面如圖6所示。

如圖6所示，在系統初始狀態時，A、B電梯均停在一層，即一層的位置感應器均為綠燈，當按下二層上呼叫時，A電梯開始向上運行，其向上運行的指示燈變為綠色，系統仿真工作正常。

5 結束語

以電梯控制系統為研究對象，對系統總體設計方案進行了論證，并完成組態系統的設計與實現。

參考文獻

[1] 郭志冬.變頻調速電梯PLC控制系統設計分析[J].江西電力職業技術學院學報，2018，31（2）：3-4，7.