基于S7-200的電梯控制系統(tǒng)研發(fā)

(衡水科技工程學(xué)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(jīng)濟(jì)和生活中的應(yīng)用越來越廣泛，其已與人們的日常生活密不可分[1]。 隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，這使得交流變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入一個嶄新的時代[2]。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實際上是一個人機(jī)交互式的控制系統(tǒng)，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(tǒng)采用隨機(jī)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(jī)作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)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(jī)實現(xiàn)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(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運行穩(wěn)定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)[5]。

電梯的控制中主要的特點是其控制量多、邏輯性強(qiáng)、隨機(jī)性大，對于PLC控制設(shè)計來說，電梯控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實用性和典型性，研究、分析電梯的邏輯關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)控制，對于理解和學(xué)習(xí)PLC都具有很好的意義[6]。

控制電梯運行的PLC系統(tǒng)要求達(dá)到電梯運行的“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”的運行目的。該系統(tǒng)主要由PLC、邏輯控制電路組成。其中包括交流異步電動機(jī)、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和變頻器組成為一體的控制系統(tǒng)。本機(jī)控制單元采用以西門子公司的可編程控制器PLC對機(jī)器進(jìn)行全過程控制。整個系統(tǒng)通過PLC、邏輯控制電路對電梯的開關(guān)門，升降，加、減速，平層，起動、制動控制。要求其達(dá)到結(jié)構(gòu)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(diào)試軟件進(jìn)行調(diào)速，滿足設(shè)計所需要的要求。

2 電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成

電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構(gòu)成，如圖1所示，PLC用來完成對電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動，加減速，停止，運行方向，樓層顯示，層站召喚，轎箱內(nèi)操作，安全保護(hù)等指令信號進(jìn)行管理和控制功能。

圖1 電梯控制系統(tǒng)原理圖

3 電梯控制硬件設(shè)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(nèi)選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器等單元構(gòu)成。

(1)輸入單元

門廳外按鈕與轎廂內(nèi)選層按鈕，負(fù)責(zé)對預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示；開關(guān)門按鈕，控制轎門的開閉；上下平層感應(yīng)器，用來保證電梯轎箱在各層?？繒r準(zhǔn)確平層；上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)，用于保護(hù)電梯的高速運行安全，避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故，當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時，裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板，信號輸入到PLC，PLC 發(fā)出換速信號強(qiáng)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(nèi)急停開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、電源開關(guān)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(guān)門接觸器，用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉，在自動定向完成或電梯平穩(wěn)?？亢?，PLC給出相關(guān)指令，完成開關(guān)門動作；啟動加速、制動減速接觸器，用于電梯的調(diào)速系統(tǒng)。

根據(jù)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(jù)控制要求，本論文PLC控制系統(tǒng)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(diào)試過程

(1)電梯開關(guān)門

當(dāng)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(xiàn)電梯門打開。

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

(2) 層樓信號的產(chǎn)生與消除

以四樓層樓為例，當(dāng)四樓感應(yīng)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(nèi)選指令的登記與消除

二樓內(nèi)選按鈕I1.5為1后，內(nèi)選二樓輔助繼電器M12.1為1，二樓內(nèi)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(diào)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(fā)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(jié)束語

本文選取了西門子S7-200型PLC，對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計，并對所設(shè)計的程序進(jìn)行了仿真調(diào)試，驗證了程序的可靠性。電梯和PLC都是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，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(diào)速，讓人感覺猶如平地。從方便來看，可以用微機(jī)智能控制，實現(xiàn)智能化。為配合樓層的伸高，更要開發(fā)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(tǒng)進(jìn)行更深層次的研究。

[1] 徐意. 基于S7-200PLC的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2010.

[2] 張蓉. 十六層住宅電梯控制系統(tǒng)設(shè)計[D].山東大學(xué),2016.

[3] 陳家鑫,張團(tuán)善,何文莉,王國慶,楊斌.基于恒壓頻比的交流異步電機(jī)調(diào)速研究[J]. 西安工程大學(xué)學(xué)報,2016,(06): 791-796.

[4] 張海莉. 變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù),2016,(11):99-102.

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

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