基于PLC的電梯群控設(shè)計

盧欣欣，蔡金朋，黃文婷，廖耿斌

（廈門華廈學(xué)院，福建 廈門 360021）

引言

PLC電梯的發(fā)展有利于電梯向智能化發(fā)展，與WINCC聯(lián)動有利于更便捷更快速的發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)現(xiàn)問題后修改起來非常方便。

如今，電梯的使用情況已經(jīng)成為衡量城市化發(fā)展的標(biāo)志，從某種意義上來說電梯普及率也成為了研究一個城市居民生活狀態(tài)與幸福指數(shù)的衡量指標(biāo)。電梯作為一種運輸設(shè)備，安全性尤為重要，衡量一個電梯系統(tǒng)安全性應(yīng)當(dāng)放在首位。

我們的電梯將會朝著智能化、物聯(lián)網(wǎng)化、節(jié)能降耗和載客量最優(yōu)化方向發(fā)展，注重節(jié)約資源，綠色環(huán)保。使得我們電梯的載人系統(tǒng)達到了最優(yōu)的情況下，大大減少了電梯來回運行的時間，從而極大減少了電梯運行中所消耗的電力資源。

1 研究背景

由于經(jīng)濟發(fā)展迅速，樓層的高度已經(jīng)代表了一個城市的高度，每個城市都有最高建筑，而這個最高建筑也代表了這個城市的發(fā)展高度。電梯在高層建筑中起著關(guān)鍵性作用。一個國家的電梯保有量，取決于其經(jīng)濟發(fā)展量、城市化率、單位土地面積上的人口數(shù)量、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)四方面的影響。我國經(jīng)濟水平的不斷提高，在客觀上促進了電梯行業(yè)的不斷發(fā)展。使得我國成為了世界上最大電梯市場電梯的需求也日益增長。電梯使用的擁堵現(xiàn)象和電梯安全等問題也逐漸暴露出來。本文針對三部十層電梯實施群控，可以解決像高峰期，樓層分區(qū)等問題的電梯群控切換。

2 電梯的系統(tǒng)設(shè)計要求

電梯原理圖如圖1所示，根據(jù)圖1我們可以得出電梯系統(tǒng)信號框架圖，如圖2，與PLC聯(lián)動的電梯系統(tǒng)信號分為輸入信號和輸出信號兩部分。輸入部分，輸出部分和PLC構(gòu)成了電梯的整個系統(tǒng)。輸出信號由運行方式等部分組成，完成電梯運行過程啟動、停止和變速的協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)電梯服務(wù)運行的安全、高速、安適[1]。

圖1 電梯原理圖

圖2 電梯系統(tǒng)信號框架圖

2.1 PLC及模擬塊模擬量

比對了SIMATIC S7-1200目前所擁有的五種CPU模塊型號，本篇文章選擇的是第三種——CPU 1214C。CPU1214C可擴展的信號模塊有8個，相對于其他CPU模塊來說，它屬于緊湊型，是一種性能高的CPU模塊。CPU 1214C的外形尺寸有110 mm×100 mm×75 mm。這種緊湊型的CPU使得安裝時大大節(jié)約了空間，提高了使用過程中的效率和靈活性。模擬模塊的選擇采用SM 1234，他擁有四個模擬輸入和兩個模擬輸出，電壓10 V，有14位分辨率。使用過程中用戶可以根據(jù)需求將信號模塊混合，使其控制器可以更加精確的滿足相關(guān)工作的要求。

CPU模塊設(shè)計緊湊的外殼里包含了DI/DQ，AI/AQ，開關(guān)，PROFINET以太網(wǎng)接口等（如圖3所示）。

圖3 CPU圖

由于本篇文章選用的是數(shù)字開關(guān)量——DI/DQ模塊（信號狀態(tài)不是開就是關(guān)，只有兩種選擇）。這樣的話，用“0”和“1”來表示開關(guān)量的信號狀態(tài)是綽綽有余的。它可以將程序產(chǎn)生的相關(guān)信號轉(zhuǎn)換成CPU模塊能接收到的數(shù)字信號。

2.2 電梯光幕

電梯光幕是一種基于光電傳感信號的關(guān)于電梯門的安全保護裝置。我們可以根據(jù)光電傳感信號是否被阻擋來判斷是否有人或物品正處于電梯門的中間，如果有人或物進出電梯，電梯門不關(guān)，如果沒有人或物出入，則電梯門關(guān)閉，電梯光幕很大程度上對乘客的人身安全起了保護作用，有效地避免了一些電梯慘案的發(fā)生。

電梯重量負荷控制器系統(tǒng)（又稱電梯稱重系統(tǒng)）在電梯運行中起著重要作用。當(dāng)電梯轎廂內(nèi)隨著乘客的增加或減少，重量也跟著改變時，控制器可以以實際情況為準(zhǔn)輸出多組繼電器觸點信號，電梯稱重系統(tǒng)會在電梯超重時發(fā)出警報，提醒人們電梯超重并且將電梯門打開，禁止電梯啟動運行，有效避免了電梯事故發(fā)生。當(dāng)重量減輕時，則報警鈴聲停止，電梯門關(guān)閉，電梯啟動運行。

3 電梯系統(tǒng)的運行

現(xiàn)場總線這個媒介可以將電梯模型中所使用到的數(shù)據(jù)塊和PLC連接起來，實行自動控制。驅(qū)動通訊采用數(shù)字開關(guān)量，保證每一個樓層平層精度，系統(tǒng)啟動時，編碼器記憶各點的位置，PLC根據(jù)實際運行距離，決定運行的速度[3]。該系統(tǒng)實現(xiàn)功能如下。

1）電梯內(nèi)外呼[4]：電梯初始化后，當(dāng)內(nèi)外呼按鍵被按下時，判斷按鍵所按樓層與目前樓層是否相等，如果相等，則觸發(fā)上下平層接觸器從而執(zhí)行三級制動，電機停止啟動，如果不相等，則再次判斷是否大于目前樓層，如果大于則電梯上行，上行接觸器與高速接觸器被觸發(fā)，如果沒有大于目前樓層，則電梯向下運行，下行接觸器與高速接觸器被觸發(fā)。流程見圖4。

圖4 電梯內(nèi)外呼流程圖

2）電梯群控控制：當(dāng)有人按下某樓層時，由三部電梯中距離近的電梯進行響應(yīng)，當(dāng)電梯出現(xiàn)運行方向不同或相同但出現(xiàn)滿載情況的話，根據(jù)群控控制就近查找另一部電梯響應(yīng)到層接收乘客。當(dāng)電梯運行方向相同且沒有滿載情況的話，電梯直接，響應(yīng)到層。流程如圖5所示。

圖5 電梯群控流程圖

4 電梯系統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)計

在博途軟件中，要求能夠及時準(zhǔn)確收到電梯運行過程中的所有情況反饋，根據(jù)電梯各元件對應(yīng)的PLC地址進行組態(tài)初始化，通過變量和動態(tài)元件交換輸入輸出數(shù)據(jù)和過程值[5]。千萬要注意的是，PC站的連接選項不能有中文、標(biāo)點符合、錯碼亂碼等存在，且命名要和計算機名字保持一致，不然WINCC會報錯預(yù)警。監(jiān)控畫面如下所述。

1）電梯狀態(tài)總覽：同時監(jiān)控三部電梯的實時狀態(tài)，包含每部電梯1～10樓的內(nèi)外呼按鈕、上下行按鈕，故障信號，上下端站限位，自動運行信號等相關(guān)信號的展示。由下頁圖6可知，當(dāng)1號電梯上行時，上行方向指示燈，自動運行信號，電機啟動指示燈變綠。直至到三樓時，上下平層指示燈變綠，數(shù)碼管顯示數(shù)字3。2號電梯和3號電梯運行時同上，見下頁圖6。

圖6 三部電梯監(jiān)控畫面

2）電梯運行監(jiān)控：監(jiān)控電梯的運行狀態(tài)，可切換單部電梯畫面以便更好地觀察到電梯運行的狀態(tài)以及轎廂內(nèi)部的乘客情況。2號電梯的運行標(biāo)志和下行箭頭指示轉(zhuǎn)變成綠色，即提醒人們2號電梯正在向下運行。到達電梯所響應(yīng)的樓層——5樓時，按鍵5的指示燈變綠，開門指示燈變綠，見圖7。

圖7 單部電梯運行監(jiān)控

3）最后構(gòu)建上位機監(jiān)控畫面，目前WINCC支持較高級的二維畫面設(shè)計[6]，每個圖表在程序運行結(jié)束后，會得到數(shù)量和變量的地址，與PLC進行數(shù)據(jù)的實時通信，并且會根據(jù)電梯模型的運行情況實時的，動態(tài)的顯示電梯的運行狀態(tài)。將寫好的程序進行編譯下載后，按下運行啟動按鈕，待結(jié)束后，WINCC就可以對電梯的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，能夠根據(jù)指示燈的亮滅直觀的反應(yīng)出電梯的運動軌跡，所在樓層，內(nèi)外呼梯響應(yīng)，開關(guān)門狀態(tài)等。

5 結(jié)論

采用西門子S7-1200 PLC與WINCC聯(lián)合控制，優(yōu)化了系統(tǒng)的可執(zhí)行性，實用價值很高。利用WINCC[7]監(jiān)測電梯運行狀況，可以更簡潔明了地發(fā)現(xiàn)故障并解決問題，有效避免了因為電梯故障產(chǎn)生的人身安全問題。