基于欧姆龙PLC编程实例分析物联网下的新型智能电梯优化

张成绮 舒鹏

摘   要：文章从电梯的发展历程开始，介绍了电梯控制主要使用的PLC编程方式以及电梯现存的运行和控制方面的问题，由此提出了在传统的PLC电梯控制程序上的优化方案，并且给出了优化后模块化的PLC程序以及仿真结果，结合欧姆龙CP1H PLC进行实物硬件部分的测试，提出PLC程序进一步的优化方案，提升电梯运行的安全性与可靠性。

关键词：电梯控制;欧姆龙CP1H;可编程逻辑控制器;程序模块化;远程监控

伴随着现代工业的发展，诞生于1854年的电梯经过160多年的发展，已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。尤其是近年来，面对全球性的用地需求紧张的问题，从CBD区域到各大高校，越来越多的摩天大厦拔地而起。对于现代建筑来说，电梯是一个必不可少的部分，使得人们免于费力走楼梯去到更高的楼层，大大节约了宝贵的时间。

在电梯的控制领域，人们众所周知，现代电梯的控制程序主要还是依赖于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）。PLC在现代工业中被广泛应用，尤其是在各种各样电气设备的自动化控制领域。PLC的特殊设计使它可以耐受严酷的外部条件并且有良好的屏蔽高温、严寒、灰尘和水分的能力。从内部结构上来看，PLC与目前大多数设备一样，主控制部分是使用计算机编程语言的微处理器。这些特性使得PLC有着高可靠性，可以帮助实现较为全面的功能。

实际生活中可以发现，电梯控制的逻辑问题是普遍存在的，尤其是在电梯使用的高峰时段。当电梯在低层已经达到它的满载范围，在高一层等待的用户如果能够事先了解到这一情况，那么他/她就可以事先有准备，从而选择直接走楼梯或者等待另一部电梯。对于电梯内部的乘客，既然电梯已经在低层达到满载，就无须在没有内部乘客需要离开的楼层停下，大大提高了电梯的运行效率。

人们普遍认为电梯的控制已经发展得足够完善，但在物联网时代，更应进一步利用PLC编程技术，在电梯的控制方面关注细节，优化乘客体验，使电梯更加人性化地运行。

1    研究内容及实施方案

1.1  研究内容

从电梯控制的逻辑性出发，本项目的出发点在于电梯运行的PLC程序算法。

基于在背景中提到的现如今电梯运行控制程序存在的问题，本项目对其进行模块化的优化，从而更易扩展。同时，改善了电梯运行的逻辑，实现满载轿厢外不响应的功能和运行过程中的监控，缩短等待时间，提高运行的安全性。

1.2  硬件模型

为方便进行程序测试，结合电梯的实际硬件结构，给出了电梯的简单运行模型。如图1所示，在测试模型中，以金属块模拟轿厢，用步进电机拖动金属块在金属丝杠上上下移动。电机驱动与欧姆龙CP1H PLC配合工作，通过PLC梯形图程序控制电机的正转与反转，从而实现电梯的上行与下行状态控制。4个位置传感器在金属丝杠上均匀分布，模拟电梯的4个楼层。开关盒模拟电梯按钮，控制轿厢内外的楼层呼叫。

1.3  软件程序

在cx-programmer梯形图编程仿真软件中，可以实现欧姆龙CP1H PLC的主控制程序编写。计算机控制程序通过打印机线与PLC进行连接，传达控制指令，通过程序分析传感器反馈的信息对电梯的运行状态进行监控[1-3]。

2    程序设计

基于欧姆龙CP1H PLC，在cx-programmer中编写主控制的梯形图程序。列出梯形图中细节网络部件，输入，输出以及存储分配的具体地址，以便之后对于梯形图的详细阐释。PLC控制程序分配如表1所示。

在此程序的设计中，对于需要控制的变量有3个主要的设计考虑因素，下面从系统网络的布局对此进行说明。

2.1  樓层限制开关传感器设计

每一层楼都布置了一个限制开关作为传感器，每一个传感器都有自己指定的存储位置，达到在设计操作中正确闭锁的目的。楼层限制开关设计如图2所示，当任何一个限制开关处于“SET”状态，其余各存储单元都是“RESET”状态。例如当一楼传感器检测到轿厢时，1楼位置存储会自锁，只有当其他楼层传感器检测到新的楼层更新，才会解除自锁。其他楼层同理。

2.2  楼层和轿厢呼叫设计

在电梯的运行过程中有两种呼叫，分别是楼层呼叫和轿厢呼叫。楼层呼叫是指位于轿厢外部楼层控制台的按钮被按下，即位于某一楼层的乘客呼叫电梯，想要搭乘电梯去到特定楼层。轿厢呼叫则是位于轿厢内部控制台的按钮被按下，即在电梯内部的乘客下达了去到某一楼层的指令。

轿厢呼叫请求的输入地址分别被表示为I0.04，I0.05， I0.06，I0.07。相同地，楼层呼叫的输入地址可用I1.00，I1.01，I1.02，I1.03，I1.04，I1.05来表示，分别对应每一层楼的上行或下行指令。

如图3—4所示，当轿厢内呼叫一层或者一层外部呼叫上行，系统将记录下呼叫请求。当电梯到达指定楼层后，已被响应过的请求将被自动清除。同理，对于二层和三层外部，程序仅多出一个下行呼叫，对于四层外部则是只有下行，其原理与一层设计一致。

在图4—5中，轿厢外部的呼叫当且仅当电梯轿厢没有满载的时候才会被响应，即电梯满载的时候，系统只对轿厢内的请求做出响应。

2.3  电机上行与下行动作设计

如图5所示，当电梯收到上行指令时的动作可按照目前停靠楼层。

（1）当轿厢目前停靠于一层，分别可以接受到达二、三、四层的上行指令。

（2）当轿厢目前停靠于二层，此时可能收到的上行指令为三层和四层。若收到位于一层的上行呼叫，但轿厢之前到达过一层（即轿厢是从一层上行至二层）则出于节约用电以及乘客搭乘电梯的体验角度考虑，轿厢不会接受一层指令。

（3）当轿厢目前停靠于三层，则只会响应去往四层的上行指令，原理同二层一致。

当电机上行的指令为“SET”，电机下行与停止的指令均位于“RESET”，以此来保证电机在正转的过程中不会处于停止或反转。类似地，图6展示了当电梯收到下行指令时根据目前停靠楼层作出的不同反应。

3    仿真结果

（1）电梯在一楼，四楼轿厢外呼叫（非满载）。如图7所示，电梯位于一层时在四楼轿厢外有一个呼叫。接到命令的电机此时配置运行速度并正转，电梯上行。

图8—9显示用十六进制的190配置正常运行模式的运行速度。当电梯到达四层的时候，系统记录下现在电梯所在位置并且消除已经响应的请求，INI命令让电机停止转动，如图10所示。

（2）电梯在一楼，二层轿厢外呼叫，四层轿厢内呼叫（满载）。电梯位于一层时，二楼轿厢外有一个上行请求，在四楼轿厢内有一个呼叫，并且此时处于满载的状态。可以从下图看出因为满载，系统没有响应二楼轿厢外的请求，而是直接上行直到四层。当满载情况消失，系统再响应二楼的请求。未响应二楼上行请求如图11所示，未响应四楼上行请求如图12所示。

4    结语

基于欧姆龙CP1H PLC，本项目对于电梯的运行控制程序作出了优化，原理易于理解，程序结构逻辑清晰，并且实现了预期的模块化编程，使得后续深入的修改与完善操作更加方便。若需要楼层拓展也无需对程序进行大的改动，为楼层增加时指令的增加提供了便利。此外，此程序的突出优点还在于可以在计算机终端实时监控电梯的运行状态，控制其运行模式与运行速度，為乘客提供更为人性化的服务同时，也提高了对于紧急情况的处理能力。如此，电梯运行的安全性也得到了更好的保证。

在完成了PLC程序的模块化编程之上，对于目前电梯运行中高峰时期频繁发生的满载问题，本项目作了着重考虑。程序的设计中添加了对于满载情况的特殊处理，使得电梯在满载时不再响应轿厢外部楼层的呼叫并且适当加快了电梯的运行。这为在现实生活中高峰时段电梯常常满载和各楼层的呼叫却最为密集的矛盾提供了解决方案。

[参考文献]

[1]公利滨.欧姆龙PLC培训教程[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2]李占英.零基础学欧姆龙 CPM2 PLC[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]王建，杜艳丽，孙怀荣.欧姆龙PLC入门与典型应用[M].北京：中国电力出版社，2012.