基于S7—200的30层电梯控制系统设计

杨真年　倪志华　杨力超

摘要：基于西门子S7-200实现对单部30层电梯的控制。控制内容包括电梯的启动、定向、上行、下行、楼层显示、开关门、安全防护等。设计内容包括电梯的结构、强电部分电路、外围电路、保护电路、主程序、子程序、系统参数等。

关键词：电梯；PLC；控制系统；S7-200

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）19-0282-02

如今，城市里高楼林立，高楼甚至成为城市物质文明的标志之一，每栋高楼都像是一座垂直的城市，而电梯则是这些立体城市里主要的运输设备和交通工具，与人们的生活联系紧密。人们往往以电梯的豪华程度和舒适度等指标作为评价大楼高端程度的参考，所以电梯的安全性、可靠性、舒适性尤为重要[1]。PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，既能控制开关量，也能控制模拟量，可靠性高，抗干扰能力强，具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，在电梯控制系统中发挥了重要的作用[2]。考虑到电梯安全和舒适的重要性，本文着重讲述了调速系统和安全保护系统。具体的逻辑控制功能由梯形图实现。

1 系统的组成和控制原理

电梯由驱动系统、轿厢和对重装置、导向系统、层门和轿门及其开关门系统和机械安全保护系统五个子系统组成[3]。控制系统线路图如图1所示。PLC主机为控制系统的核心，来自操纵箱、呼梯盒、井道装置及安全装置的外部信号通过接口送入可编程控制器内部进行逻辑运算与处理，经输出接口分别向指层灯、呼梯信号灯发出显示信号，向主回路和门机电路发出控制信号，从而实现电梯运行状态的控制[4]。

2 子系统设计

2.1 调速系统

调速系统由PLC、调速控制、安全保护环节和紧急平层控制等组成[5]。调速控制系统原理图如图2所示。稳速阶段，为节能和减少对电网的干扰，系统采用开环控制。启动和制动阶段，为使电梯的实际运行速度很好的跟随给定的理想速度，系统采用闭环控制。

为减轻乘客乘坐电梯时产生的上浮、下沉感，确保电梯轿厢准确的停在平层位置[6]。将电梯的运行速度设计为启动、稳定和制动速度三个阶段，电梯运行速度曲线如图3所示。

2.2 安全保护电路

当电梯出现紧急故障、钢丝绳断裂、轿厢超载、轿厢超越顶、底层站、曳引钢丝绳打滑、轿厢超载、安全窗、安全门、层门、轿门未关闭、关门时碰到东西等情况时，需要有相应的措施来保证电梯的正常运行和乘客的安全[6]。电梯的安全系统连锁图如图4所示。

2.3 关键器件的选型

选用西门子S7-200作为系统的控制主机，与其他PLC型号相比，西门子S7-200质量和功能完善、价格便宜、浮点运算方便、子主程序分开方便调用。为方便扩展，PLC主机选用CPU212（8DI/6DO），扩展芯片选用EM223（8DI/8DO）。变频器型号选用安川VS-616G5型全数字变频器。

3 系统软件设计

3.1 I/O分配

输入信号：指令按钮30个，上、下行呼梯按钮58个，楼层感应信号30个，平层位置感应信号3个，手动开、关门按钮2个。输出信号：轿厢内楼层指示灯30个，开关门信号2个，上、下行呼梯指示灯58个，楼层信号数码管显示30个。I/O分配表如表1所示：

3.2 主要功能梯形图设计

1） 选层按钮和指示由图5示梯形图实现。I1.1-I30.1为选层按钮。Q1.1-Q30.1为选层指示。

2） 上、下行呼梯按钮和相应的指示由图6示梯形图实现。I1.4-I29.4为上行呼梯按钮，Q1.2-Q29.2为上行指示灯。I2.5-I30.5下行呼梯按钮，Q2.3-Q30.3为下行呼梯指示灯。

3） 顺向优先梯形图如图7。轿厢运行过程中如遇呼梯信号，顺向停车，反向不停车。Q1.2-Q29.2为上行呼梯，Q0.1为下行输出，常闭触点在此与Q1.2-Q29.2互锁，实现下行时上行无效。

4） 轿厢上、下行梯形图如图8所示。M2.3-M30.3，M1.3-M29.3为目的楼层信号，上行时M1.2-M29.2实现低楼层优先。Q0.1为下行输出。Q0.0为上行输出。下行时M1.2-M29.2实现高优先。

5） 电梯开、关门梯形图如图9所示。M1.2-M30.2为自动开门信号。I0.2为手动开门按钮。I0.4为门感应，有人进出时触点断开。T37为定时计数器，实现无人进出时延时3秒电梯自动关门。I0.3为手动关门按钮。T38作用是实现关门后延时3秒电梯才能再次运行。

4 结束语

本文设计的30层升降式电梯具有一定的实用性，目前我国居民楼大多在30层左右。可进行多个单元扩展，且只需用一个PC上位机控制，如此还可将本设计用于其他场合。为提高电梯的安全可靠性，设计了专门的保护电路。为提高电梯的舒适度，采用性能極高的变频调速系统，控制电梯多速运行，增加舒适感。未来的电梯将向着智能化群控制、蓝牙电梯等方向发展。

参考文献：

[1] 李金良.基于可编程控制器的电梯控制系统设计[D].河北科技大学，2013.

[2] 司禹.西门子S7-200的应用[J].信息通信，2013，9（1）：268.

[3] 陈家盛.电梯结构原理及安装维修[M].北京：机械工业出版社.2012.

[4] 刘剑，朱德文，梁质林.电梯电气设计[M].北京：中国电力出版社，2006.

[5] 沈峰敏，谈辉辉.VS-616G5变频器在电梯调速控制系统中的运用[J].化工管理，2017（20）：83.

[6] 任艳，王运江.基于PLC电梯控制系统变频调速的研究探索[J].电子世界，2016（10）：155.

[7] 陈晓江.电梯电气控制系统故障检修与分析[J].设备管理与维修，2018（01）：69-70.