基于組態的電梯控制系統

摘要：現在利用PLC對電梯的運行進行控制，已經運用得十分的廣泛。本文從兩個方向講述基于組態軟件的電梯監控系統設計過程，分別是PLC的程序設計和監控組態設計。完成下位機PLC的編程和上位機組態軟件的界面設計，進行系統調試，完成PLC和PC的通信連接，最終完成一個操作方便、美觀、靈活、可視性強的電梯監控系統。

關鍵詞：PLC 組態軟件 電梯 監控

隨著高層建筑物如雨后春筍般拔地而起，電梯作為一種運載工具，成為了人們生產和生活中不可或缺的一部分。進入二十一世紀以后，科學發展日新月異，電梯的生產技術也得到了迅速的發展。而隨著人們生活水平的提高，對電梯的要求也相應的提高了。目前電梯控制系統主要有三種控制方式：繼電路控制系統、微機控制系統、PLC控制系統。其中繼電路控制系統是早先安裝的電梯多位繼電器控制系統，由于故障率高等問題已經逐漸被淘汰了。微機控制系統也存在抗干擾性差、系統設計復雜等問題。而PLC控制系統能夠很好的克服以上的問題，現在已經廣泛應用在電梯控制系統中。

1 電梯的基本功能

1.1 電梯的基本結構 電梯是一種人們再熟悉不過的交通工具，與人們的日常生活緊密聯系，主要由曳引機，控制柜，轎廂，門，志軌，限速器，緩沖器，對重裝置，隨行電纜和曳引機鋼絲繩等部件組成。電梯有一個轎廂和一個對重，通過鋼絲繩將它連接起來，鋼絲繩通過驅動裝置（曳引機）曳引帶動，使電梯轎廂和對重在電梯內導軌上做上下運動。

1.2 仿真電梯的控制要求（以四層電梯為例） ①接受每個呼叫按鈕（包括內部和外部的呼叫）的呼叫命令，并對此做出相應的響應。②電梯優先響應正在運行的電梯方向的呼叫，直到這些命令全部完成響應之后才響應電梯反方向運行的呼叫，這是電梯運行的不換向原則。比如，電梯正在向下運行，位于4層和3層之間，這時候出現了1層外呼上，2層外呼下，3層外呼上，4層外呼下。那么電梯的依次響應順序是2層外呼下，1層外呼上，3層外呼上，4層外呼下。③當電梯停在某一層（例如2層）時，此時按動該層（2層）的外呼按鈕，則進行開門的動作；若此時電梯的轎箱不在該層（在1、3、4層），則等到電梯關門后，按照不換向原則控制電梯向上或向下運行。④電梯在每一層都有1個平層開關，當電梯碰到某層平層開關時，表示電梯已經到達該層。⑤當按動某個呼叫按鈕后，相應的呼叫指示燈亮起，直到電梯完成該響應以后熄滅。⑥當按動某個外呼按鈕（電梯不在該層）后，轎箱內該層內呼指示燈保持閃爍，直到電梯響應該呼叫后熄滅。⑦當電梯停在某層時，在電梯內部按動開門按鈕，則電梯門打開，按動電梯內部的關門按鈕，則電梯門關閉。但在電梯行進期間電梯門是不能被打開的。⑧當電梯運行到某層后，數碼管樓層顯示器顯示相應數字，直到電梯運行到前方一層時數碼管樓層顯示器改變。

2 PLC硬件設備及其連接

2.1 PLC的介紹 可編程控制器（Programmable Logic controller，簡稱PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術與自動化技術而開發的新一代工業控制器。它具有可靠性高、適應工業現場的高溫、沖擊和振動等惡劣環境的特點，已成為解決自動控制問題的最有效工具，是當前先進工業自動化的三大支柱之一。

2.2 計算機與PLC間通訊設備的連接與配合 解決計算機與PLC之間的通訊問題是實現上位機（計算機）監控的核心問題。根據三菱FX系列PLC編程口通信協議編寫通訊函數，通過計算機串行端口用一根串行通信線和PLC連接，實現了通訊目的。其特點：①可連接PLC用外部設備以及數據存取單元（DU），人機界面（GOT）。②可以與標準裝備的外部設備連接器一起將外設備接在FX2N系列PLC上。③因為安裝在PLC單元上，所以不需要安裝空間。

2.3 PLC和組態軟件的配合 利用組態軟件可以仿真多種PLC控制對象，仿真的被控對象不僅可以接受由PLC發出的多種控制信號，也可以向PLC發出各種命令信號，還可與PLC進行各種狀態數據的傳輸，從而反映出PLC與被控對象（由組態軟件仿真的被控對象）及控制結果之間的關系。組態軟件可接受PLC發出的控制信號，并按照程序的算法以動畫、數值、文字、標尺等形式在計算機屏幕上反映出PLC的控制過程及結果，給人以“身臨其境”的感覺。

智能大廈的興起，對大廈內的設備提出了更高的要求尤其是電梯，不僅要求電梯運行要有極高的可靠性而且要更容易監視和維護。可編程控制器（PLC）在現代電梯運行中有極為廣泛的應用，但其缺乏良好的人機界面因而難以滿足智能大廈的要求。對電梯的監控不僅要有各種狀態的顯示，更要有運行的動畫和聲音以便監視人員可以直觀的觀察到電梯的狀態。組態軟件通過讀取PLC輸入繼電器X，輔助繼電器M和輸出繼電器Y對控制對象電梯的狀態進行監視。梯形圖編程語言是在電氣控制系統中常用的繼電器、接觸器邏輯控制基礎上簡化了符號演變而來的，它形象、直觀、實用，是電氣技術人員容易接受，是目前用得最多的一種PLC編程語言。

3 組態軟件對電梯運行的監控設定

PC機與PLC之間的雙向控制可以利用組態軟件設計的電梯監控系統來實現。

3.1 工程設備的連接 設備連接主要是通過設備窗口設置來實現。設備窗口是組態系統的重要組成部分，在設備窗口中建立系統與外部硬件設備的連接關系，使系統能夠從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態，實現對過程的實時監控。

在組態軟件中，實現設備驅動的基本方法是：在設備窗口內配置不同類型的設備構件，并根據外部設備的類型和特征，設置相關的屬性，將設備的操作方法如硬件參數配置、數據轉換、設備調試等都封裝在構件之中，以對象的形式與外部設備建立數據的傳輸通道連接。系統運行過程中，設備構件由設備窗口統一調度管理，通過通道連接，向實時數據庫提供從外部設備采集到的數據，從實時數據庫查詢控制參數，發送給系統其它部分，進行控制運算和流程調度，實現對設備工作狀態的實時檢測和過程的自動控制。

3.2 制作工程畫面和動畫連接 首先，建立監控畫面。第二步，編輯監控畫面。制作出電梯界面，包括電梯內部圖和監控板中的各個按鈕。第三步，定義數據的對象。定義數據對象的內容主要包括：指定數據變量的名稱、類型、初始值和數值范圍。

然而，這些制作出來的工程畫面都是以靜態的形式表達的。要切實的達到實時監控的目的，準確而及時呈現變化的狀態，就需要對這些制作好的工程畫面進行動畫設計。將用戶窗口中的圖形對象與實時數據庫中的數據對象建立相關的連接，并設置相應的動畫屬性，就能得到我們想要的效果。在系統運行過程中，圖形對象的外觀和狀態特征，由數據對象的實時采集值驅動，從而實現了圖形的動畫效果。

工程中需要制作動畫效果的部分包括：電梯門的開關動作；電梯內外呼叫按鈕的顯示；電梯外開關門按鈕的顯示；電梯內上下行的顯示和樓層的數碼管顯示。

通過以上的步驟，電梯的整個運行過程將在顯示電梯監控系統中完整的呈現出來。

基于組態的電梯控制系統，不僅穩定性強、準確性高，對于遠程監控也是非常的方便，現在已經廣泛運用于各個行業，為人們的生產和生活帶來了極大的便利。

參考文獻：

[1]廖常初.FX系列PLC編程及應用[M].機械工業出版社2005.4共258頁.

[2]李惠升.電梯控制技術[M].機械工業出版社2003.6共396頁.

[3]張仁武.樓宇電梯系統運行管理與維護[M].中國電力出版社2004.4共158頁.

[4]姚秋亮，張加林.電梯電機技術的現狀與發展[J].中國電梯，2001，45-49頁.

[5]朱昌明.電梯市場和技術發展趨勢[J]中國電梯，2002，:9-21頁.

[6]唐任遠.現代永磁電機理論與設計[M].機械工業出版社，1997，10-25頁.

[7]王武.永磁同步無齒輪曳引電梯[J].中國電梯，2001，21-23頁.

[8]鮑風雨.自動化設備及生產線調試與維護（機電技術應用專業）[M].2005，226頁.