基于PLC的电梯控制系统设计

朱曼颖　张帆　赵卜铮

摘 要：本文设计了一种基于PLC可编程控制器的简明电梯控制系统。在明确了简明电梯基本功能之后，对控制系统的硬件结构进行了较详细的说明，并采用模块化编程方法，所编写的程序清晰、易读且具有良好的可扩展性。为了使简明电梯的演示效果更加直观，以及更好地表现电梯的工作原理，本文在原有PLC程序的基础上做出了改进，使二者实现了同步，即PLC可控制上位机，上位机也可控制PLC。

关键词：电梯；PLC；控制系统

中图分类号：TM76 文献标识码：A

1.研究目的与意义

据中国电梯协会统计，2011年全国电梯产销量约45.7万台（含扶梯4.5万台），较2010年增长约23%。截至2011年底，我国电梯保有量达到201.06万台，在电梯保有量、电梯增长率方面均为世界第一。目前，电梯的控制方式主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制3种。而PLC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务。可编程控制器（PLC）电梯控制系统，正以很快的速度发展着。采用PLC控制的电梯可靠性高、开发周期短、维护方便，这种电梯运行起来更加可靠，并具有很大的灵活性，可以完成更为复杂的控制任务，被中低端电梯广泛采用。

2.主要设计内容

受制于有限的经费，本文在简要叙述现代电梯的性能要求、结构以及控制之后，仅实现电梯的基本功能（简明电梯）。本文使用西门子PLC S7-200（CPU224）作为简明电梯的控制器，并用其配套编程软件STEP7-Micro/WIN完成简明电梯控制梯形图的编写，采用模块化编程方法，所编写程序清晰、易读且具有良好的可扩展性。经实际测试，本文所编写的控制程序完全满足“简明电梯基本要求。

为了使演示效果更加直观，以及更好地表现电梯的工作原理，本文在原有PLC程序的基础上作出了一定的改进，并制作了上位机界面，使二者实现“同步”，即PLC可控制上位机，上位机也可控制PLC。PLC与上位机之间通过PPI电缆实现通信，经实际测试，所制作的仿真电梯完全满足“仿真电梯基本要求”在完成上述工作后，对本文做出了展望，即在经费充足的前提下，如何增加所设计电梯的功能，或增加电梯层数，使之更贴近于实际电梯。

3.电梯PLC控制方式

电梯PLC的控制系统的核心为PLC主机。来自轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、井道装置及安全装置的外部信号通过输入接口送人PLC内部进行逻辑运算与处理，再经过输出接口分别向指层器、呼梯信号灯发出显示信号，向主回路和门机控制电路发出控制信号，从而实现电梯运行状态的控制。电梯PLC控制方式的基本结构如图1所示。

4.电梯模块化程序设计

本文使用西门子编程软件STEP7-Micro/WIN，采用模块化编程方法，将整个简明电梯控制系统清晰地分为以下10个模块（POU）：开门控制模块，关门控制模块，工程延时模块，门厅上行呼叫信号模块，门厅下行呼叫信号模块，轿厢内选层模块，综合信号模块，上下行辨别模块，停止模块，升降电梯控制模块。其中上下行辨别模块和停止模块为本文两个核心程序。采用模块化编程方法可以方便地扩展或修改程序，也是完成复杂编程的基本思路。

4.1 开门控制模块

开门控制模块有3个作用：

（1）电梯运行停止时才可开门

电梯只有在停止时即上行：Q1.0=0，下行：Q1.1=0时，才能开门。

（2）有停止信号时开门

当电梯运行到某层停止时即停止信号V10.2=1时，开门：Q0.6得电并自锁开门。开门T37时间（3s）后，Q0.6失电，开门结束。

（3）按某层按钮且电梯停在该层时开门

轿厢停在某一层时，在该门厅按下上呼或下呼按钮，开门。

例如，轿厢停在二楼，二楼楼层限位：I1.3=1，乘客按下二楼门厅上呼按钮：I0.1或下呼按钮：I0.3，电梯开门，而按其他楼层按钮不开门。

4.2 关门控制模块

关门控制模块有两个作用：

（1）实现自动开关门

開门时间：T37（3s）结束后开门停止，开始关门，关门：Q0.7得电自锁。关门时间：T38（3s）结束后关门停止。

（2）送出停止信号

关门结束后送出关门完毕信号即关门完毕：V10.3=1。

5. PLC程序的改进

根据仿真电梯的基本要求，本文希望能够实现PLC与上位机动作的同步，即PLC可控制上位机，上位机也可控制PLC。但由于上位机只可以修改PLC中的内存变量（M区、V区等），不能修改IO变量，所以若要实现二者同步动作，本文需要对上文中的PLC程序做一定的修改，如增加内部触点。

在上文原有的PLC梯形图基础上，所有的“常开输入触点”都并联一个“常开内部触点（V区）”，所有的“常闭输入触点”都串联一个“常闭内部触点（V区）”，用上位机控制这些串并联的内部触点，这样就可以实现上位机对PLC的控制，即二者可以同步动作。增加的内部触点见表1。

以上文“开门控制”模块为例，在门厅呼叫常开触点和楼层限位常开触点旁都并联一个内部触点（V区）。

结论

本文利用西门子PLC S7-200（CPU224）实现对简明电梯的控制，根据简明电梯的基本要求，合理地分配I/O口，绘制硬件接线图，编写电梯控制程序，并利用力控组态软件6.0设计仿真电梯控制系统。PLC与组态软件之间使用PPI电缆连接。经实际测试，PLC与组态软件组成的仿真电梯可以良好地模拟电梯的运行过程。

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