基于三菱PLC 的智能電梯控制系統的程序設計

周旭華，伍懿美，馮海彬，馮大輝

（河源職業技術學院，廣東河源，517000）

0 引言

隨著科學技術及我國經濟的飛速發展，人民生活水平也得到了很大的提高，電梯已成為人民生活中不可缺少的一部分，我國電梯以每年80 萬臺的新增數量快速地發展，因此，對于電梯技術人員的需求也非常大，基于此，很多院校均開設了電梯技術的相關課程，本文詳細地分析設計了一套的智能電梯的控制系統以及組態設計程序，對電梯技術人員學習理解電梯的控制系統具有很好的參考價值。

1 智能電梯控制系統總體設計

電梯的硬件按空間來劃分主要有四大空間，分別為安裝曳引機和其他有關設備的機房、為轎廂和對重裝置運行而設置的井道、運載乘客或其他載荷的部件轎廂以及電梯在各樓層的停靠站層站。按照功能來劃分主要包括8 個子系統，每個子系統不是獨立工作。具體功能和組成如表1 所示。

表1 電梯八大系統

電梯運行時首先需要進行初始化流程即回到基站，當電梯在基站等待時有外呼信號或內呼信號就要進行樓層的判斷，當外呼或內呼信號是轎廂所在的樓層，這時電梯只執行開門，5s 后關門繼續等待呼梯信號，若電梯的呼梯信號與轎廂所在樓層是不同樓層就要進行判斷，呼梯信號在轎廂下方時，轎廂下行。當呼梯信號在轎廂上方時，轎廂上行，電梯整體控制流程圖如圖1 所示。

圖1 電梯控制整體流程圖

2 智能電梯控制系統的設計

■2.1 PLC 控制硬件設計

PLC 的中文名稱是可編程邏輯控制器。PLC 是一種具微處理器的自動化控制的數字運算控制器，可執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等，通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程，減小了控制線路的電氣回路和控制電氣設備。本電梯采用的是三菱FX3U 系列PLC，控制原理圖如圖2 所示。

圖2 電梯PLC 控制原理圖

■2.2 程序設計

一套完整的電梯的控制程序主要包含11 個功能程序，初始樓層定位與自復位、信號登記與消除；樓層信號收集、樓層顯示與切換、五大運行邏輯、運行方向顯示、曳引機運行與速度控制、平層停梯部分、開門程序、關門程序、照明與風扇。下面對重點功能程序設計進行講述。

電梯剛投入運行時，轎廂的位置不一定在最底層位置，因此控制器PLC 并不知道電梯處于什么位置，此時應當對電梯進行樓層定位，該功能為初始樓層定位；此外，電梯在運行的過程中可能會出現各種故障導致斷電，使電梯無法正常工作運行，其中不乏一些令電梯無法處于正常平層位置的情況，此時應當對電梯進行自復位，令其運行至最底層平層處停梯。程序設計如圖3 所示。

圖3 初始樓層定位與自復位程序

2.2.2 信號登記與消除

信號登記主要用于召喚電梯或者指定電梯運行；值得注意的是，對于內呼信號，在電梯處于某平層時，該層的內呼信號不予登記；信號消除則是對已登記信號進行銷號處理，代表電梯已經達到信號樓層或者不需要電梯運行至該信號所在樓層位置。銷號又分為錯誤銷號和自動銷號，錯誤銷號指的是對于登記錯誤信號的處理方法，常用于內呼信號。自動銷號指的是電梯到達信號所在樓層，并且滿足信號消除時所做出的信號處理；內外呼信號均可使用。內呼信號登記如圖4 所示，銷號程序如圖5 所示。

圖4 內呼信號登記

圖5 自動銷號程序

2.2.3 五大運行邏輯程序

五大運行邏輯分別有先按定向、同向響應、順向截梯、最遠端反向截梯、就近停梯。

①先按定向：先按的信號即為最開始輸入的信號，定向即為固定方向。電梯在沒有信號不運行的狀態下會根據先輸入的信號固定運行方向，不限樓層，不限轎廂所在位置。

②同向響應：電梯在運行期間，若有其他樓層信號輸入，且該信號需要電梯運行的方向與電梯現運行的方向相同，則響應該信號；若該信號需要電梯運行的方向與電梯現運行的方向不相同，則暫不響應該信號。

最后，重視行業轉型的最根本支撐的參與，即員工群體的與時俱進性、“互聯網+”大數據思維的培養等。企業與行業的轉型與升級，不能僅僅依靠企業領導一人，或者一個企業，而是需要調動企業所有員工，傳統行業中所有企業的積極性、自主力、創新性等。需要企業所有員工及行業中所有企業共同進步，不斷吸納新的見解和知識，并形成智慧型學習組織。此方面可借鑒艾米·雷丁在美國最大投資機構任職期間創造的“無限創新”計劃。此計劃以激勵和引導全員參與創新為目標，力主利用員工的創新與士氣，在“互聯網+”大數據的帶動下，尋找企業和行業發展的新經濟增長點等。

③順向截梯：在電梯運行期間，若有比電梯現響應的樓層信號更為靠前的信號輸入，且該信號的方向與電梯現運行的方向一致，并且電梯還未經過該樓層時，該信號應能實現攔截電梯并且進行完整的響應流程。

④最遠端反向截梯：在電梯沒有信號不運行時，若有其他樓層信號輸入，且此信號的方向與需要電梯運行的方向相反，并且沒有比之更靠后的信號輸入時，該信號應能實現攔截電梯并且進行完整的響應流程；若電梯在運行時，此時輸入其他樓層信號，且此信號需要電梯運行的方向與電梯現運行的方向一致，但信號方向與電梯運行方向相反，并且沒有比之更靠后的信號輸入時，該信號應能實現攔截電梯并且進行完整的響應流程。

⑤就近停梯：對于能夠手動消除的內呼信號，應在信號消除時能夠在最近的樓層停下電梯運行并且開門。但此邏輯分為多種情況：

（1）取消內呼時，沒有其他樓層信號輸入；

（2）取消內呼時，有其他樓層信號輸入，并且還未經過該信號所在樓層；

（3）取消內呼時，有其他樓層信號輸入，但已經經過該信號所在樓層；

對于情況（1）（3）應能執行就近停梯邏輯；對于情況（2）應取消就近停梯邏輯。程序如圖6 所示。

圖6 五大運行邏輯部分程序

2.2.4 開門程序

電梯開門是電梯運行之中的重要一環，若電梯無法正常開門，則轎廂內乘梯人員無法出來，廳外候梯人員無法進入轎廂內乘梯；為保證轎廂內乘梯人員安全，特此設立延時開門模塊。若電梯處于正常平層狀態且無需自檢，則當電梯上電時自動執行一次開門；若電梯正常響應信號，則電梯在停梯過后執行延時開門，且電梯在停梯后無法立即開門；當轎廂超載或者光幕檢測到被遮擋時，自動執行開門；電梯在運行、未平層及開門到位時，無法執行開門；出于安全考慮，若電梯斷電或者進入檢修狀態，此時電梯若處于開門狀態，可開門到位，也可手動開門，但當電梯關門到位后，則無法再次開門。程序設計如圖7 所示。

圖7 開門程序

2.2.5 關門程序

關門程序也為電梯運行中重要的一環，若電梯未關門或者未關好門，都會導致電梯無法正常運行。當電梯開門到位時，進行自動關門計時，在開門到位三秒后執行自動關門（具體時間看程序設計者的需求）；若檢測到電梯未關好門，在電梯上電時會自動執行一次關門；在電梯開門到位時，無需等待三秒也可執行手動關門；在電梯處于開門狀態或者處于關門限位（即關好門）的狀態時，無法執行關門。具體程序如圖8 所示。

圖8 關門程序

3 測試

根據設計需求，根據以下方案對四層電梯進行了測試：

（1）開始時，電梯處于任意一層，若轎廂位置處于非平層位置，可利用M600 作為一樓登記信號，使M1 輔助繼電器（1F 收集信號）輸出，讓電梯下行至一樓，并觸碰下強迫換速開關，給予樓層顯示一樓信息；若轎廂位置處于平層位置，并已知轎廂位置，初始運行時可利用M600 觸發傳送（MOV 指令）轎廂所處的位置樓層信號；

（2）輸入按鈕帶有指示燈。當按呼梯按鈕時，指示燈亮，到達呼梯樓層后，呼梯信號解除，指示燈滅。對同時有多個內選信號與外呼信號，響應原則為“先按定向，同向響應，順向截梯，最遠端反向截梯”。

（3）打開電梯鎖（梯鎖有信號）時，電梯在平層后，消除外呼登記，響應內呼已經登記的信號，響應結束后自動回到一樓，并開門9s 后自動關門，關閉樓層顯示信息，此時不響應所有內呼和外呼信號，等關閉電梯鎖時電梯恢復正常工作。

（4）電梯運行過程中如因停電等原因停在非平層區域情況下，再次上電時電梯轎廂應先自動回到一樓平層位置，之后電梯正常工作。電梯具有檢修功能，檢修狀態下能點動控制電梯以檢修速度慢上或慢下運行。并且檢修恢復正常后，如果不在平層位置，能夠自動復位一樓。

（5）電梯錯誤登記信號取消功能。當轎廂內指令登記錯誤時，只要長按登記按鈕2s 以上，即可取消該登記樓層，從而避免電梯不必要的停層。若電梯運行方向上最后的響應層站是內呼信號時，該內呼信號被取消時能夠就近停梯，并且平層。

通過測試本文設計的程序能夠很好地滿足四層電梯的運行功能。

4 結論及應用

本文設計了一種基于三菱PLC 的電梯控制軟件程序，本文將電梯程序模塊分為17 部分，五個運行邏輯，詳細敘述了程序含義。程序除了具有基本的電梯功能外，還具有錯誤登記消號功能，節能功能，自回基站功能，梯鎖功能和自復位功能。