基于西门子PLC的电梯控制系统设计

基于西门子PLC的电梯控制系统设计

程道荣

海南省技师学院，海南 海口 571900

摘要：ProgrammableLogicControl（PLC）是现在自动控制中必不可少的，其因为其可靠性强、控制简单易操作而得到广泛的使用，可提高系统的自动化程度。国内外生产电梯以及其程序的厂家有很多，其自动化程度都有了很大的提高，但是低层建筑的电梯比较少，因而设计好低层建筑的电梯层序能够进一步提高低层建筑的自动化程度。 关键词：西门子PLC；电梯控制；系统设计 中图分类号：TU857；TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-5780（2015）6-0176-02

1 导言

电梯是高层建筑不可缺少的运偷设备，与人们的生活密不可分，因此对它的研究就显得尤为重要。本文采用西门子S7-200可编程控制器，设计电梯的控制系统。包括电梯的指层控制模块，轿内指令和厅外召唤的登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯的开关门运行模块、电梯运行控制模块等，实现了指层、厅召唤、选层定向、手动和自动等功能，各个模块各司其职，对电梯的运行进行控制。该系统具有结构简单、运行效率高、可靠性高等优点。

2 工作原理

电梯曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯安全运行。

3 电梯控制系统的总体方案

电梯的控制系统可以分为电机拖动系统（变频调速部分）和电气控制系统（PLC控制部分）两个部分。设计的电梯为三层运输装置。电梯有很多的开关量输入输出信号，包括：轿厢内外呼叫信号、开关门信号、平层信号、上下限位信号等开关量输入信号；实现电梯上行、下行、平层以及开门、关门的开关量输出信号，以及用于呼梯信号、上下行指小、电机拖动控制的开关量输出信号等。电梯PLC控制系统的总体结构如图1所示。主要硬件设备包括PLC主机及I/0扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。由PLC主机负责对输入信号和传感器信号进行逻辑运算处理和判断，通过指令信号的输出，驱动相应的模块以满足门机与电机控制系统的实际运行需求。电梯设计满足用户对安全、舒适的需求，在总体方案制定时应遵循如下原则：

3.1 乘客的呼叫和操作优先级是最高的，优先响应轿厢内选信号

在上行过程中，仅执行上行呼叫信号，可记忆下行呼叫信号；下行同理。确保系统正常无故障时才允许电梯运行。

3.2 可显示电梯所在的楼层与运行方向 176 2015年7期

图1电梯PLC控制系统的总体结构

4 控制系统的设计要求 4.1 控制要求分析

所涉及的电梯模型共有五层，电梯的每一层面均有升降及轿厢所在楼层的指示灯显示；1-5所对应的指示灯表示楼层号，每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯。工作中的电梯主要对各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析，再确定下一个工作状态，为此它要求具有自动选向、顺向截梯、反向保号，外呼记忆，自动开/关门状态，停梯消号，自动达层等功能。

分析以上控制要求，将电梯控制要实现的功能罗列如下：

开始时，电梯处于任意一层。当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。

当有内呼梯信号到来时，电梯应该响应该呼梯信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时三秒后自动关门。

在电梯运行过程中电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应，但如果反向呼梯信号前方无其它内、外呼梯信号时，则电梯相应该外呼信号，但不响应三层向下外呼梯信号。同时，如果电梯达到四层，五层没有任何呼梯信号，测电梯可以响应四层向下外呼梯信号。

电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如电梯在一楼，而同时有二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。

4.2 电梯具有同向截车功能

电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮可使门打开，按关门按钮可使门关闭。

PLC的设备选型及系统框图。由于需求的I/O点数比较多，所以必须选择可以扩展的CPU，因此选择了西门子S7-200CPU226型号的PLC来设计控制系统，这样可以更加简便的设计出程序。其I/O全部是数字量，没有涉及到模拟量输入输出的变量。

根据五层电梯的控制特点，输入信号包括13个轿厢内及各层门厅外呼按钮的输入信号，7个位置的输入信号，2个电梯门控制的输入信号；输出信号包括5个内呼指不输出信号，8个外呼指不输出信号，1个电梯轿厢上下行输出信号，1个电梯上下行指T输出信号，4个门电机开关指不输出信号。综合输入输出点的计算及要实现的电梯控制功能，使用西门子S7-200PLC（CPU224）加一个扩展模块，这样就能完全能够满足设计要求。S7-200PLC是一种小型可编程逻辑控制器，可应用于各种小型自动化控制系统。高集成度的设计、低廉的成本使得S7-200成为中小型控制任务的理想解决方案，适用于各种场合中的检测、监测及控制的自动化控制。西门子S7-2001PLC具有：极高的可靠性、丰富的指令集、极快的浮点运算速度、丰富的扩展模块、强大的内部集成功能等特点。控制系统框图如图2所示。

图2控制系统框图

5 电梯程制系统的软件流程图

此设计中，根据电梯的电气控制要求，电梯总是按照一定的程序重复地进行动作。电梯运行的循环过程为：选层，判断电梯的运行方向，起动运行，在运行的过程中，要进行顺向截梯、呼梯和轿内选择记忆等操作。到达层站时，需慢速、平层、制动、开门、关门。具体的PLC控制的流程图如图3所示。

6 结论

通过使用西门子公司生产的57-200PLC，对电梯的控制程序进行了五层五站设计，实现了电梯的指层控制、轿内与各层厅站呼梯指令的记录、电梯运行方向和停靠的层站的控制，自动运行和自动开关门等功能。

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图3 参考文献

[1]张呈彬.基于PLC和组态软件的多层电梯控制系统设计[J].机电技术，2013（2）：158-159.

[2]曹冬雪.三层电梯PLC控制系统设计及评估[J].网友世界·云教育，2014（11）：213.

[3]李，涛.基于PLC的电梯控制系统的设计与实现[J].仪器仪表用户，2010（3）.

2015年7期 177