基于西门子S7-1200PLC电梯控制系统设计

杨玉开 李 慧

（江西理工大学应用科学学院，江西 赣州341000）

近年，我国生产水平的提高，高层建筑如雨后春笋。电梯是必不可缺少的交通工具。传统的电梯满足不了人们的需求，因此设计电梯群控系统是必不可少的。此文在传统电梯的控制逻辑基础上，采用智能化、功能齐全、适应性强的西门子S7-1200实现电梯的控制。较比于传统控制器，S7-1200PLC 拥有模块化、结构紧凑、功能全面、高速输出等特点，能够满足电梯的高频词运行，电梯的安全性和可靠性能够得到有力保障。

1 电梯控制系统结构和设计

此前电梯控制系统主要由PLC 实现。当代电梯控制不仅需要满足基本的载客运货，还要在安全的前提下，有效的、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。电梯控制系统由电力拖动系统和电气控制系统组成。电梯垂直方向主拖动电路和轿厢开关电路组成电气拖动系统。二者均采用易于控制的直流电动机或三相异步电机及永磁同步电机作为拖动动力源。电气控制系统主要围绕电梯对PLC 输入/输出两个信号进行设计。指令信号、呼梯信号和位置信号组成输入信号。开关门信号、电梯上下行信号和指示灯信号组成输出信号。在电梯内部进行楼层选择称为指令信号。乘客在电梯外呼叫电梯称为呼梯信号。电梯所在的层楼表示位置信号。开关门信号则表示为电梯到达所需楼层后自动开关门和乘客在电梯里面手动开关门。上下行信号和指示灯信号则根据指令信号和呼梯信号进行处理。控制器采用西门子邻域小型自动化系统的最新产品S7-1200。S7-1200 控制器使用方便灵活、功能完善、设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集。PLC 搭配适配器PM-125 后可连接Wincc 监控画面与EET 工程机投入使用。

2 控制系统硬件设计

基于PLC 电梯控制系统，主要由PLC 主机、PM125、电梯整体模型等组成。PLC 主机是电梯控制系统的核心部分，由于PLC控制器稳定性强，程序设计方便灵活因而成为电梯控制系统的首要选择。控制系统的核心为PLC 的主机，同操作盘、呼梯盘和井道等部位保持信号传输，通过软件控制向拖动系统发出指令，控制电梯的运行速度、方向、加/减速及制动启动。

3 控制系统软件开发设计

软件设计是PLC 电梯控制系统设计中的重要组成部分，进行软件设计时应充分的考虑电梯的运行状况。比如，上行、下行、开门、关门、内呼、外呼等，确保电梯投入使用后安全且功能完善。以呼梯信号为例。呼梯信号包括内选信号和外呼信号，当乘客在轿梯内选择好楼层后，该楼层的内选楼层指示灯被点亮，内选信号就被储存，乘客到达相应楼层并执行开门程序，说明轿厢到达该楼层并执行开门程序等待乘客离开，此时内选信号应该被清除。此外，在进行电梯控制系统设计时要考虑电梯控制的自锁与互锁关系，故在进行电梯控制设计时采用随机逻辑控制方式。

3.1 群控算法需遵循原则

3.1.1 自由站和基站原则。部分电梯在基站等待，其余电梯在上一指令楼层待命。

3.1.2 先到先行原则。如果俩台电梯先后到达基站等待命令，若上层/下层呼叫，应执行先到先行原则。

3.1.3 顺接反不接原则。假如4 号梯正在上行，若4 号梯上方出现上行呼叫信号，则由4 号电梯去接，在基站的其余电梯不执行；假如4 号梯下方出现上行呼叫信号，由基站的电梯去执行。

3.1.4 最小等待时间调度原则。当外呼指令发送后，通过计算每部电梯的平均侯悌时间，选择最适合电梯去接送，确保减少乘客的侯悌时间。

3.1.5 成本调度原则。综合考虑电梯接送完成后的能耗，确保最低能耗。

3.2 控制算法设计

本文采用的是基于调度原则的群控算法。基于调度原则的群控算法，最短侯悌时间，接受各台电梯发出的呼梯信号，通过计算每台电梯所需时间，选择时间最短的电梯去接送。多目标函数解、计算最优函数解、最佳派梯方案统称为电梯群控算法。呼梯处理全部模块、计算呼梯到达的时间、呼梯分配过程等组成电梯群控算法。当群控模块启动后，计算出每台电梯乘客的侯悌时间、电梯能耗和平均侯悌时间。通过对比数值找出最小值（乘客侯悌时间＞平均候梯时间＞电梯能耗）记为最优电梯，真正的外呼指令传输给最优梯的虚拟外呼，完成群控控制。群控算法流程图如图1 所示。

图1 群控算法流程图

3.3 电梯部分环节梯形图设计

3.3.1 初始化环节

电梯开始运行时，轿厢可能处于任意楼层，因此初始化程序的设计是非常必要的。初始化程序的功能是将电梯下行到下限位开关处，然后电梯运行到初始化所设置的楼层待命，等待运行信号。初始化完成后，根据呼梯信号进行运行。

3.3.2 群控算法的核心程序

从高效率的角度分析，电梯的集群控制系统应遵循待机电梯优先响应呼叫，如果无待机电梯。应选择合适的电梯响应该呼叫的原则。同单部电梯相类似的原则，集群控制程序应在每个扫描周期开始时优先扫描有无呼梯信号，若没有呼梯信号，电梯部分逻辑程序扫描结束。若有呼梯信号，程序开始对各个电梯进行距离比较算法，选择距离最近的电梯处理此信号。如果所有电梯都不适合处理此呼叫，则保留此呼叫并进行下一周期扫描，以此类推。

结束语

综上所述，采用西门子S7-1200PLC 控制器，在TIA 博图平台下硬件组态，编程上通过计算平均侯悌时间、电梯能耗、平均侯悌时间的参数，并经过多次模拟仿真实验得出：系统运行稳定、效率高、侯悌时间更短、能耗低、安全可靠，具有一定的工程应用价值。