基于博途软件的PLC电梯监控系统设计

王 超， 孙万麟

(昌吉学院 物理系,新疆 昌吉 831100)



基于博途软件的PLC电梯监控系统设计

王 超， 孙万麟

(昌吉学院 物理系,新疆 昌吉 831100)

针对电梯运行时发生异常状态种类多、分析判断花费时间长以及解决不及时等问题，构建了由PLC、触摸屏和PC机的基于博途软件的单部六层电梯监控系统，在博途平台下完成了电梯监控系统的软硬件组态、程序编写和电梯仿真模型及监控界面的组建。该系统可以实时监控电梯的运行情况，具有故障检测、报警和异常状态报表显示等功能。实验测试表明：该监控系统运行稳定、可靠，操作简单方便，可提高维修人员的工作效率，能有效地对电梯进行实时监控，对实际工程应用具有一定的借鉴意义。

博途软件； PLC； 电梯； 监控； 故障检测

0 引 言

随着社会的发展和科技的进步，建筑规模越来越大，加之城市用地越来越紧张，导致楼层越来越高，电梯成为这些建筑不可缺少的组成部分，电梯数量的急剧增加，发生异常的机率及维护的工作量也随之攀升，这些都对电梯的控制提出了更高的要求。虽然电梯维修单位会定期对电梯进行维护，但目前多依靠用户、被困人员和值班人员来发现电梯异常[1-2]。由于这些人员对异常描述不准确,加之不能提供电梯日常实时运行的记录，增加了排除异常的难度，也延长了维修的时间，利用TIA博途软件实现电梯的实时监控和异常状态报表记录等功能，对保障电梯的可靠运行具有十分重要的意义。TIA博途是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件，是业内首个采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件，几乎适用于所有自动化任务，与传统方法相比，无需花费大量时间集成各个软件包，同时也显著降低了成本[3-4]，是今后工业自动化领域的发展方向。

1 PLC电梯远程监控系统设计

1.1 电梯控制系统组成

电梯控制硬件系统由曳引系统、轿厢、门系统、电气控制系统和安全保护系统等组成[5-8]，PLC通过输入接口接收各种输入信号，比如: 轿厢内呼信号、外呼上、下行信号、轿厢和楼层门锁信号等，经过逻辑运算和程序运行后通过PLC的输出接口输出，输出控制有2种，①是通过变频器、曳引电机、光盘编码器和PG组成的轿厢运行控制;②是各类的信号指示和显示输出控制，比如故障指示信号、照明风扇输出信号等，系统组成如图1所示。

图1 电梯控制系统图

本设计以6层电梯为例，由西门子PLC控制器、TP700触摸屏和PC机通过以太网连接组成的监控系统，PC机上运行的基于TIA博途平台的SIMATIC WinCC V13构建的电梯仿真模型，完成对电梯的监控操作。

1.2 硬件选型及I/O地址分配

控制器选用西门子CPU315-2 DP/PN，含有1个以太网接口，方便与PC机和触摸屏连接，触摸屏选用西门子TP700 Comfort，控制器扩展了3个输入模块(SM321)和3个输出模块(SM322)，共48个输入点和48个输出点，满足控制系统对I/O点的需求，实际输入输出分配如下：输入信号共36个，分配为I0.0～I4.3，包括外呼上下行输入信号10个，轿厢内呼输入信号6个，轿厢和楼层门锁信号7个，上、下平层信号2个，开门到位，关门到位信号各1个，还有红外光幕信号、超载信号等。输出信号共38个，分配为Q0.0～Q4.5，包括轿厢内呼指示灯信号6个，轿厢外呼指示灯信号10个，七段数码显示7个、三级分类制动信号3个，高低速运行信号2个等。

2 软件设计

2.1 PLC程序设计

2.1.1 电梯运行状态分析

该仿真电梯可以根据不同楼层用户的需求及时响应，实现正常的上、下运行和异常状态检测等功能[9-12]，电梯在运行过程中能应答同一方向所有层站的呼梯信号和轿厢内部选层信号，并自动地在所指示的信号层站平层停靠，当电梯平层时，根据设定时间触发三级制动并减速，平层之后停止运行抱闸停车，电梯门会根据当前电梯的状态、呼梯信号和选层信号进行响应。按照同方向顺序优先的原则决定电梯的运行方向，相邻两层采用低速运行、跨层则高速运行。另外还包含了错误指令消除功能，当短时间内连续按二下轿厢内选层信号后，该信号就会被取消。在运行中，可以实时显示当前的运行方向、当前楼层，监测电梯的状态参数，当有异常状态时(超重、终端越程及开关门)通过故障灯指示，并通过报表显示出异常状态的信息。

2.1.2 主程序流程图

程序按照功能模块化设计，运行时首先给执行startup程序块，将程序初始化，然后启动曳引电机，执行初始化操作，等待停靠在任何位置的电梯回到基站一层位置，随后等待来自外选和内呼的选层信号，在获得选层信号后，需要对比选层信号与本层站的方位，才能让电梯知道是该接通上行接触器还是下行接触器，并且根据层站间的距离来判断是电梯是要按高速运行还是低速运行。如果目的层与该层间无楼层则触发低速运行。如果目的层与该层间有楼层间隔则会触发高速运行，并且当到达目的层的上一层时，会从高速运行切换至低速运行。当抵达目的层时会依时间顺序执行一级、二级、三级制动。当平层完成(电梯轿厢上的上，下平层传感器都被接通时)，电梯就会接通开门继电器，从而打开轿厢门锁与站门锁，开门。然后所选层的信号会熄灭。当开门到位时，会启动定时器延时来触发关门继电器，也可以通过轿厢关门按钮来触发关门继电器，使电梯关门。如果电梯超载，则会始终保持开门状态，然后故障灯按照一定时间间隔闪烁，以提示电梯超载。当电梯关门到位，如果再无选层信号，电梯就会等待，并且在到达休眠时间时，进行休眠，关断轿厢内照明和风扇。要是有选层信号，则电梯会开启轿厢内照明和风扇继续运行，程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

2.1.3 故障程序设计

电梯故障程序设计部分包括3类故障：①是曳引轮打滑故障，该故障出现时会直接使电梯抱闸停车；②是电梯门故障，包括二部分，一部分是无法触发关门到位的限位开关，另一部分是无法触发开门到位的限位开关，该故障出现时故障指示灯亮；最后,③是超重故障，该故障出现时指电梯门保持开门状态，电机始终抱闸并停止运行，故障灯常亮。这些故障都以异常状态报表的形式反映出来，程序片段如图3所示。

图3 故障程序梯形图

2.2 组态软件程序设计

2.2.1 图形界面设计

电梯监控系统图形界面由电梯模型部分、状态指示及报表、轿厢内指示信号和电梯运行信号4部分组成，使用SIMATIC WINCC V13绘制监控电梯模型，以便直观形象的观察仿真结果。博途WINCC中提供了丰富的控件、动画及基本的绘图工具，对工具箱中的基本对象、元素、控件和图形等通过鼠标简单的设置就能实现大部分监控需求[13-15]，而且可以调用.Net控件及ActiveX控件实现相对复杂的功能，操作简单、使用方便。界面设计如图4所示。

图4 电梯监控系统图形界面

2.2.2 变量及动画连接

在编写PLC程序前，先建立硬件组态，之后建立变量表，制作监控组态也是如此，先建立硬件组态，再建立变量表，由于博途为集成开发环境，建立变量时需要注意连接PLC变量。变量建立完成后，即可以绘制组态画面，画面中动画及按钮均需要关联变量，通过双击对象，在对象的“事件”中关联鼠标的单击、按下、释放等对应的动作及变量，动画则在对象的“动画”中进行相应的编辑关联即可。比如：添加门的开关动画，即可通过双击对象，选中“动画”，在移动中选择水平移动对象[4]，关联相关变量选择变量的变化范围，最后通过鼠标拖动对象，确定对象的移动范围即可。变量关联如图5所示。

图5 变量关联图

2.3 博途软件下PLC与WINCC联合调试

PLC硬件组态及程序通过PN/IE接口下载到PLC中，监控界面的启动连接需要在控制版面中设置PG/PC接口，选择访问路径，为使用的接口分配参数选择RealtekPCIe GBE FamilyController.TCPIP.Auto1 〈激活〉，即可建立WINCC监控界面与PLC的连接，连接后即可通过界面模拟电梯模型。电梯的运行首先需要初始化，电梯初始化结束后，电梯会停在基站1层，然后点击5层上行按钮，5层外呼上行信号灯被点亮，上行接触器接通，上行指示灯点亮，电梯会高速运行至4

层，便自动切换至低速运行到达5层。电梯是先接触到5层的下平层传感器，以此来确定电梯到达5层，便开始执行1、2、3级制动，直到电梯的上，下平层传感器都被接通，电梯才抱闸，然后停车开门。触发开门继电器，开启轿厢门锁和5层的站门锁，当到达开门到位限位开关则表示开门完成，延时4 s后，关门继电器开启，直到接触到关门到位的限位开关后表示关门完成。监控系统运行画面如图6所示。

图6 电梯监控系统画面

若在开门后出现超重，电梯超重指示灯点亮，并写入异常状态报表，门保持常开，直到超重信号消失再关门并响应接下来的指令。若当电梯上、下运行时长时间不触及上、下平层传感器，系统将认为电梯曳引机故障，电梯停止运行，并且故障指示灯常亮，同时PLC会发送曳引故障的字符给监控画面，监控画面收到该信号就会打开异常状态报表，如图7所示，该报表体现了电梯运行时出现的各种故障，包括：曳引故障、门故障和超重故障等。维护人员通过查看报表便可及时知道电梯所出现的故障是何种类型，从而能及时修复电梯，确保电梯可靠、正常的运行。

图7 异常状态报表

3 结 语

本设计在博途全新的工程技术软件平台下实现了对电梯的动态实时监控和仿真，利用博途软件的优势，用户可快速、直观地开发和调试系统，借助异常状态报表有助于对电梯故障种类进行分析判断，及时解决电梯运行中的问题，可避免电梯事故的发生，该监控系统对实际的应用具有一定的指导意义。

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Design of PLC Elevator Monitoring and Control System Based on TIA

WANGChao,SUNWan-lin

(Department of Physics，Changji University, Changji 831100, China)

Facing on the problems of the elevator running, such as many kinds of abnormal conditions, long time waiting for analyzing and judging commands etc., a single control system was established to control an elevator for six floors building by using PLC, touch screen and PC and TIA software. The control program and simulation model of elevator and the monitor interface were completed under the TIA. The system can real-timely monitor the elevator operation, fault detection, alarm and abnormal status report etc. Laboratory test shows that the system is stable, reliable, and easy to operate. At the same time, it has improved the efficiency of maintenance personnel，and can monitor the real-time elevator, and have certain reference significance for practical engineering application.

TIA; PLC; elevator; monitoring and controling； fault detection

2015-10-16

新疆维吾尔自治区高等学校科学研究计划项目(XJEDU2014S070)；新疆维吾尔自治区教育科学“十二五”规划一般课题 (145006)

王 超(1979-)，男，新疆昌吉人，硕士，讲师，主要从事自动化技术应用及仿真研究。

Tel.：15199696282;E-mail：wang0001chao@163.com

TP 273

A

1006-7167(2016)04-0074-04