基于西门子S7-1500PLC特殊扰动下的电梯控制方案设计

刘魏晋 陈元凯 李树杰 唐洋

摘  要：电梯已成为生活中不可缺少的垂直交通工具，其安全性备受关注。为确保电梯在各种工况下的正常运行，本文针对几种特殊的异常扰动，通过S7-1500PLC程序优化，实现几种特殊扰动下的方案设计，解决电梯无人空载的无效运行，提升电梯运行整体效率。该方案具有良好的逻辑控制能力，在几种特殊工况下电梯依然能稳定运行，减少了电梯运营成本，增加了电梯使用周期。

关键词：特殊扰动  S7-1500PLC  逻辑控制  无人空载  特殊工况  运营成本  使用周期

Abstract： Elevator has become an indispensable vertical vehicle in life， and its safety has attracted much attention. In order to ensure the normal operation of the elevator under various working conditions， the paper aims at several special abnormal disturbances， through the optimization of S7-1500 PLC program， realizes the design under several special disturbances， solves the invalid operation of no-load elevator， and improves the overall efficiency of elevator operation. The design has good logic control ability， and the elevator can still run stably under several special conditions， which reduces the operation cost and increases the service life of the elevator.

Key Words： Special disturbance; S7-1500PLC; Logical control; No-load elevator; Special conditions; Operation cost; Life cycle

隨着时代的不断发展，电梯从19世纪研发出来到21世纪的时间里，从最早的液压式升降机到直流电机式电梯再发展到现在的曳引驱动式电梯[1]，功能从运送乘客到现在的载货电梯、观光电梯、施工电梯，遍及各行各业。电梯已然成为城市物质文明的一种标志和各行业的必需品，与人们的生活，工业的运输密不可分，因此建立一套安全性、高效率的电梯控制系统是十分重要的一环。近年来，生活中频繁出现个人捣乱电梯信号、放置异物影响开关门而导致电梯不能正常运行，甚至发生安全事故。因此对于电梯的人为捣乱、误操作处理，开关门异常保护处理等运行异常的状态，如何高效合理的解决显得尤为重要。

1  电梯控制系统硬件设计

从曳引驱动式电梯投入使用以来，由PLC控制电梯运行系统的方案被许多电梯公司认可使用，电梯的调速系统和逻辑控制系统在PLC控制下，可以很大改善电梯的运行舒适感，运行可靠性，整体提高了电梯的性能。西门子S7-1500PLC系列具有非常高的可靠性、安全性和稳定性，在功能上更加完善可靠[1]，在指令上，算法的优化更加提升程序设计的方便性，简易性，因此本系统以S7-1500PLC系列为控制核心，控制系统包含了主控和单控部分。主控部分包含计算机的PC站和主控的 PLC 控制器，通过以太网完成通讯连接，同时主控的PLC 又与各个电梯的 PLC 通过 Profibus-DP总线进行通讯连接。

2  电梯控制系统软件设计

电梯呼叫信号包括轿厢内乘客内呼楼层信号和外层楼层外呼信号。

在不同信号触发下，程序进行逻辑运算比较，最终将乘客送至目标楼层。电梯运行时，每层的内、外呼叫信号都会在数码管上显示，并表示出相应楼层[2]。电梯到达目标楼层后，并且保持平层，电梯门才会打开。电梯在运行过程中的高速、低速、制动由曳引电机控制[3]。

电梯运行流程图1如图所示。

本文以集选控制方式来控制电梯，电梯的控制系统处理每个楼层的内外呼叫响应信号，通过程序逻辑中的处理判断，自动改变电梯上下运行方向[4]。在此方式的运行控制下，将当前运行方向的内外呼叫程序实现后转变运行方向，完成电梯顺向载人登梯，禁止反向载人登梯[5]。

2.1 集选信号控制

集选控制是指集合呼叫信号，选择应答控制。例如，电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和轿厢内的选层指令信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。电梯运行响应完所有呼梯信号和选层指令信号后，停在最后一次运行的目标层待命[6]。

2.2 开关门控制

电梯门会根据当前电梯的状态、轿厢门的状态、呼梯信号、选层信号及光幕信号状态等，合理地进行相应的响应。例如，当门未全关时，如有光幕信号，须优先响应，保持电梯门打开;当电梯平层开门后，延时关闭，且此时间可修改;在持续按住开门按钮时，电梯门延时关闭功能失效。

2.3 运行状态显示

在运行过程中，电梯的运行方向，楼层需要在数码管上实时显示。乘客会根据电梯现实的运行方向来上下电梯。

2.4 错误指令消除

针对选层指令中可能存在的人为误操作进行相应的优化。

2.5 运行保护

电梯运行过程中不响应开门信号，只能在电梯候车等待和暂停中可以手动开关门。

3  特殊扰动下的程序优化

电梯正常运行中，人为捣乱情况发生在个人内呼每一层按钮信号而本人不在电梯中，以小孩捣乱居多，这种电梯会去响应每一层的信号，极大的浪费了能耗，乘客等候时间。基于此，本文在程序中加入载重量条件识别来完成该扰动处理。

程序段一先对电梯内呼信号进行储存，作为目标层的判断对象，电梯内呼按在钮程序中作为脉冲信号，储存到地址，每一层对应一个内设的内呼记忆线圈并置位，用于程序中判断楼层的输入信号条件。

程序段二在电梯有内呼信号且内呼记忆置位，以电梯当前载重量进行判断，在满足有内呼信号并且电梯内有乘客载重量不為0时，即为有效信号，电梯才能正常运行到目标楼层。若有内呼信号但没有乘客时，即载重量为0，则为捣乱信号，禁止运行线圈得电，复位电机启动信号，上下行接触器，高低速接触器，电梯禁止运行，并在Timer0计时后消除内呼信号的记忆，为下次信号响应处理做好准备。

4  仿真及结论

本次仿真平台基于德普罗尔公司的电梯仿真系统产品进行仿真试验，该系统可随时监控，调整电梯在运行中的参数，通讯方式繁多，能充分模拟客流场景，自主调整乘客类型、任务要求，充分试错PLC程序的逻辑控制性。具有评分规则系统，可以不断根据评要求来调节优化程序[7]，如表1。

发生特殊扰动后，运送乘客数量降低，乘客平均侯梯时间、系统启停次数上升，系统能耗指标明显升高。

前后两者对比，在处理此类特殊扰动后，运送乘客的数量明显增加，减少了电梯无效运行，极大的降低了系统能耗指标。

由此可见，本文控制方案在针对特殊扰动情况下，解决了电梯的无效运行，缩减的电梯能源损耗，减少乘客平均侯梯时间，提升了电梯整体有效运行，并优化了电梯运行逻辑，给乘客更好的服务体验。

参考文献

[1] 杨玉开.基于西门子S7-1200PLC电梯控制系统设计[J]. 科学技术创新，2020（21）：91-92.

[2] 王晓东.基于S7-1200PLC电梯集群控制系统的设计[J]. 科技风，2020（13）：1.

[3] 周靖航.基于S7-1200的电梯群控系统设计[J]. 机械管理开发，2019（3）：186-188.

[4] 曾金.基于S7-300的组态王电梯系统集成[J]. 智慧工厂，2015（12）：87-89.

[5] 蒋杉，吴剑威，申远.曳引式电梯模糊PID控制系统调速特性仿真[J].合肥师范学院学报，2015（6）：24-26.

[6] 张思.PLC的电梯控制系统分析及电梯安装工程项目管理研究[D].昆明：昆明理工大学，2017.