基于西门子S7-1200 系列电梯集群仿真设计方案

黄志强，谢 军

（安徽职业技术学院，安徽 合肥230011）

引言

随着现代社会经济的快速发展，科技的不断创新，不同领域的技术不可避免的开始出现了互相借鉴、相互融合的趋势。对于电梯行业而言，传统的行业自动化层级结构比较复杂，集成化程度不高，已经无法满足当前工业生产对于信息化、数字化、网络化和智能化的发展需求，在此基础上对于电梯行业采用仿真平台模拟，设计出最高效，最合理的楼群集成系统。

1 系统的搭建

此次系统的搭建的对象为西门子公司开发的关于实际电梯结构为主题的仿真软件，该仿真软件不仅由平时见到的传感器、PLC、应用模块组成，还可以按照实际的情况，模拟出呼叫电梯，进出电梯，等待电梯，和对电梯进行实际的操作。和我们平时生活中遇到的电梯基本一致，是一款很强的仿真软件。

1.1 PLC 程序模块

在电梯仿真平台中运用的是西门子S7-1200PLC 作为整个系统的程序编写与通信的链接，同时运用Intouch软件对整个的系统程序进行组态并配置出相应的仿真配置。电梯运行的I/O 点也需要和S7-1200PLC 的I/O 点对应起来，部分PLC 的I/O 点位的配置如图1 所示：

图1 部分PLC I/O 点配置

1.2 系统网络拓扑结构

本次设计采用SIMATIC S7-1200 紧凑型小型PLC（在TIA portal V15 工程平台选择CPU 1214C，紧凑型CPU DC/DC/DC）。WinCC 监控环境和EES 仿真软件进行连接。再添加DI/DO 两个通用模块进行数字量输入输出。并根据PLC 的IO 输入输出量设定地址范围。控制系统在TIA portal V15 工程平台中的硬件组态拓扑视图如图2 所示。

2 梯群控制方案设计

2.1 电梯群控

针对6部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场合下集群电梯的控制策略切换。具体来讲，需要考虑三方面因素：

（1）乘客平均候梯时间；（2）乘客平均乘梯时间；（3）系统整体能耗。

图2 PLC 系统连接图

2.2 单部电梯基本功能

根据不同楼层客户需求及时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护，并根据不同的需求实现合理的响应。具体地，应具备如下功能：

（1）电梯初始化

电梯模型会给出自动运行信号，示意比赛开始，控制程序需要在收到该信号后，进行必要的初始化工作，完成后电梯位于预选区域待命，并返回准备就绪信号以确认。

（2）集选控制

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。

（3）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，合理的进行相应的响应。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，此时间可修改。

（4）启停控制

根据电梯主电路完成按时间原则的启动、停止过程。当电梯平层时，需要依时间原则依次触发三级制动减速，待平层后，切断上行、下行接触器，抱闸停车。

（5）运行控制

在运行过程中，需要始终对当前运行方向、当前楼层（采用七段数码管显示）进行实时监控与显示。通常，乘客会根据当前电梯运行方向及电梯门是否打开进行判断后上车。仅当无呼叫指令时，运行方向指示无向。

2.3 单部电梯运行（异常）状态监测

在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。故障情况下，制定相应的安全策略。有出现异常状态时，输出信号故障指示灯。应具备如下功能：

（1）超载保护

电梯超载时，故障指示灯闪烁，并保持开门状态，不允许起动。

（2）终端越程保护

电梯的上下终端都装有终端减速开关、终端限位开关，以保证电梯不会越程。

（3）开关门保护

如果电梯持续关门一段时间后，尚未使门锁闭合，电梯就会转换成开门状态，故障指示灯常亮。如果电梯在持续开门一段时间后，尚未收到开门限位信号，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，响应下一个召唤和指令。电梯集群控制逻辑如图3 所示

图3 集群控制逻辑图

3 人机交互界面

根据设计要求，本设计利用WinCC 监控界面与PLC相连接，实现对电梯运行状况的实时监控，同时向用户提供操作平台让用户可以对流程进行简单的修改操作。配合S7-1200 PLC 和TIA Portal 来实现程序的编写和调试。对程序进行修改和完善，并且画出WinCC 人机交互界面，方便用户对设备进行监测和控制，实现显示屏显示出监控界面。

本设计的人机界面包括：WinCC 电梯运行实时监控界面，如图4 所示；电梯状态实时监控界面。

下面分别对以上人机界面的功能设计及交互方案进行介绍。

图4 电梯实时运行监控图

图5 部分电梯选层PLC 设计

4 程序设计

4.1 PLC 程序设计

电梯启动后，通过进入电机达到模式进行系统的初始化。控制程序需要在收到信号后，进行必要的初始化工作，并返回准备就绪信号以确认初始化完成。例如，使进入电梯选层，当在1 号梯轿内按下1 层的按钮，与此同时1 号梯轿内1 层所对应的指示灯亮起，电机接受到信号，准备工作，当在1 号梯轿内按下2 层的按钮时1 号梯轿内2 层所对应的指示灯亮起，电机接受到信号，把梯轿从1 层提升到2 层，以此往复，如图5 所示关于部分电梯选层PLC 程序设计。

4.2 SCL 程序设计

对电梯程序编写的过程中运用了西门子SCL 程序编写方式对电梯的载重量进行了编写。在SCL 程序中对于载重量进行定义，当1 号电梯的载重量大于设定值的重量时，促使电梯门关闭的继电器会断开，与此同时电梯满载的指示灯会亮起，变成常亮的状态，当电梯门打开到设计位置后开门继电器打开，使电路断电，否则开门继电器接通，会使电梯门一直处于打开状态，程序如下

5 结束语

本设计采用PLC（即可编程控制器）控制电梯的运行，相比于传统的继电器控制方式，PLC 具有可靠性高、体积小、抗干扰能力强、编程简单、维修方便、功耗低、控制功能完善、通用性强等特点。在采用PLC 控制方式控制时，可以实现各种特殊控制的要求，只需要改变程序就可适用于各种生产过程。在维修时通过更换各种模块就可以迅速排除故障，而且PLC 还具有自诊断、故障报警功能，面板上的各种指示便于操作人员检查调试，大大减少了工作人员的工作量。从建设初期投入方面和后期维护方面大大减少了成本资金，经济效益大大增加，更加符合绿色环保要求。同时通过仿真实验证明，该电梯集群系统的可操控性比传统的电梯操控性更强，系统更稳定，在实际工程中具有一定的工程价值。