基于PLC的电梯群控设计

卢欣欣，蔡金朋，黄文婷，廖耿斌

（厦门华厦学院，福建 厦门 360021）

引言

PLC电梯的发展有利于电梯向智能化发展，与WINCC联动有利于更便捷更快速的发现问题，发现问题后修改起来非常方便。

如今，电梯的使用情况已经成为衡量城市化发展的标志，从某种意义上来说电梯普及率也成为了研究一个城市居民生活状态与幸福指数的衡量指标。电梯作为一种运输设备，安全性尤为重要，衡量一个电梯系统安全性应当放在首位。

我们的电梯将会朝着智能化、物联网化、节能降耗和载客量最优化方向发展，注重节约资源，绿色环保。使得我们电梯的载人系统达到了最优的情况下，大大减少了电梯来回运行的时间，从而极大减少了电梯运行中所消耗的电力资源。

1 研究背景

由于经济发展迅速，楼层的高度已经代表了一个城市的高度，每个城市都有最高建筑，而这个最高建筑也代表了这个城市的发展高度。电梯在高层建筑中起着关键性作用。一个国家的电梯保有量，取决于其经济发展量、城市化率、单位土地面积上的人口数量、生产结构四方面的影响。我国经济水平的不断提高，在客观上促进了电梯行业的不断发展。使得我国成为了世界上最大电梯市场电梯的需求也日益增长。电梯使用的拥堵现象和电梯安全等问题也逐渐暴露出来。本文针对三部十层电梯实施群控，可以解决像高峰期，楼层分区等问题的电梯群控切换。

2 电梯的系统设计要求

电梯原理图如图1所示，根据图1我们可以得出电梯系统信号框架图，如图2，与PLC联动的电梯系统信号分为输入信号和输出信号两部分。输入部分，输出部分和PLC构成了电梯的整个系统。输出信号由运行方式等部分组成，完成电梯运行过程启动、停止和变速的协调动作，实现电梯服务运行的安全、高速、安适[1]。

图1 电梯原理图

图2 电梯系统信号框架图

2.1 PLC及模拟块模拟量

比对了SIMATIC S7-1200目前所拥有的五种CPU模块型号，本篇文章选择的是第三种——CPU 1214C。CPU1214C可扩展的信号模块有8个，相对于其他CPU模块来说，它属于紧凑型，是一种性能高的CPU模块。CPU 1214C的外形尺寸有110 mm×100 mm×75 mm。这种紧凑型的CPU使得安装时大大节约了空间，提高了使用过程中的效率和灵活性。模拟模块的选择采用SM 1234，他拥有四个模拟输入和两个模拟输出，电压10 V，有14位分辨率。使用过程中用户可以根据需求将信号模块混合，使其控制器可以更加精确的满足相关工作的要求。

CPU模块设计紧凑的外壳里包含了DI/DQ，AI/AQ，开关，PROFINET以太网接口等（如图3所示）。

图3 CPU图

由于本篇文章选用的是数字开关量——DI/DQ模块（信号状态不是开就是关，只有两种选择）。这样的话，用“0”和“1”来表示开关量的信号状态是绰绰有余的。它可以将程序产生的相关信号转换成CPU模块能接收到的数字信号。

2.2 电梯光幕

电梯光幕是一种基于光电传感信号的关于电梯门的安全保护装置。我们可以根据光电传感信号是否被阻挡来判断是否有人或物品正处于电梯门的中间，如果有人或物进出电梯，电梯门不关，如果没有人或物出入，则电梯门关闭，电梯光幕很大程度上对乘客的人身安全起了保护作用，有效地避免了一些电梯惨案的发生。

电梯重量负荷控制器系统（又称电梯称重系统）在电梯运行中起着重要作用。当电梯轿厢内随着乘客的增加或减少，重量也跟着改变时，控制器可以以实际情况为准输出多组继电器触点信号，电梯称重系统会在电梯超重时发出警报，提醒人们电梯超重并且将电梯门打开，禁止电梯启动运行，有效避免了电梯事故发生。当重量减轻时，则报警铃声停止，电梯门关闭，电梯启动运行。

3 电梯系统的运行

现场总线这个媒介可以将电梯模型中所使用到的数据块和PLC连接起来，实行自动控制。驱动通讯采用数字开关量，保证每一个楼层平层精度，系统启动时，编码器记忆各点的位置，PLC根据实际运行距离，决定运行的速度[3]。该系统实现功能如下。

1）电梯内外呼[4]：电梯初始化后，当内外呼按键被按下时，判断按键所按楼层与目前楼层是否相等，如果相等，则触发上下平层接触器从而执行三级制动，电机停止启动，如果不相等，则再次判断是否大于目前楼层，如果大于则电梯上行，上行接触器与高速接触器被触发，如果没有大于目前楼层，则电梯向下运行，下行接触器与高速接触器被触发。流程见图4。

图4 电梯内外呼流程图

2）电梯群控控制：当有人按下某楼层时，由三部电梯中距离近的电梯进行响应，当电梯出现运行方向不同或相同但出现满载情况的话，根据群控控制就近查找另一部电梯响应到层接收乘客。当电梯运行方向相同且没有满载情况的话，电梯直接，响应到层。流程如图5所示。

图5 电梯群控流程图

4 电梯系统的监控设计

在博途软件中，要求能够及时准确收到电梯运行过程中的所有情况反馈，根据电梯各元件对应的PLC地址进行组态初始化，通过变量和动态元件交换输入输出数据和过程值[5]。千万要注意的是，PC站的连接选项不能有中文、标点符合、错码乱码等存在，且命名要和计算机名字保持一致，不然WINCC会报错预警。监控画面如下所述。

1）电梯状态总览：同时监控三部电梯的实时状态，包含每部电梯1～10楼的内外呼按钮、上下行按钮，故障信号，上下端站限位，自动运行信号等相关信号的展示。由下页图6可知，当1号电梯上行时，上行方向指示灯，自动运行信号，电机启动指示灯变绿。直至到三楼时，上下平层指示灯变绿，数码管显示数字3。2号电梯和3号电梯运行时同上，见下页图6。

图6 三部电梯监控画面

2）电梯运行监控：监控电梯的运行状态，可切换单部电梯画面以便更好地观察到电梯运行的状态以及轿厢内部的乘客情况。2号电梯的运行标志和下行箭头指示转变成绿色，即提醒人们2号电梯正在向下运行。到达电梯所响应的楼层——5楼时，按键5的指示灯变绿，开门指示灯变绿，见图7。

图7 单部电梯运行监控

3）最后构建上位机监控画面，目前WINCC支持较高级的二维画面设计[6]，每个图表在程序运行结束后，会得到数量和变量的地址，与PLC进行数据的实时通信，并且会根据电梯模型的运行情况实时的，动态的显示电梯的运行状态。将写好的程序进行编译下载后，按下运行启动按钮，待结束后，WINCC就可以对电梯的运行状态进行实时监测，能够根据指示灯的亮灭直观的反应出电梯的运动轨迹，所在楼层，内外呼梯响应，开关门状态等。

5 结论

采用西门子S7-1200 PLC与WINCC联合控制，优化了系统的可执行性，实用价值很高。利用WINCC[7]监测电梯运行状况，可以更简洁明了地发现故障并解决问题，有效避免了因为电梯故障产生的人身安全问题。