基于PLC和觸摸屏的電梯群控系統設計

摘 要： 針對具體的二座四層群控電梯，描述了基于PLC和觸摸屏的電梯群控的實現過程。針對單梯控制，主要敘述了電梯平層的處理，觸摸屏控制和顯示的結構和工程設計。在此基礎上，給出了基于觸摸屏、PLC、變頻器的電梯群控的系統結構，敘述了群控電梯PLC組之間的通信設定、群控電梯平層的處理、電梯群控調度算法，并進行了不斷優化。

關鍵詞： PLC； 觸摸屏； 電梯； 群控

中圖分類號： TN911?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）22?0112?03

隨著城市化進程地不斷加快，高層建筑如雨后春筍已經越來越多，電梯作為垂直運載工具，具有速度快、安全可靠、操作簡便的優點。在這些高層建筑群每天都有大量的客流進出，單個電梯已經很難滿足要求，一般都安裝了多部電梯，在這種情況下，就需要對建筑物內的電梯群進行集中管理調度，協調各電梯的運行[1]。本文將可編程序控制器（PLC）應用于四層電梯控制系統，電梯采用三菱公司生產的FX3U系列PLC負責單臺電梯的控制，電梯PLC之間采用RS 485進行通信，實現群控調度，使用觸摸屏實時顯示電梯的運行狀況，以及實施對電梯的控制。整個系統具有硬件可靠性高、軟件易于擴充、開發周期短、維護方便的特點。系統具有易編程、易維護、抗干擾性強、安全穩定性強等優點。

1 系統結構

本系統為二座四層群控電梯，每部電梯系統均由一臺PLC控制，PLC之間通過通信模塊交換數據，電梯外呼統一管理，接近現實中的樓宇電梯控制。

系統由機械和電氣兩大系統組成[2]。機械系統由驅動系統、轎廂及對重裝置、導向系統、層門和轎門及開關門系統、機械安全保護系統組成；電氣控制系統主要由拖動控制部分、使用操縱部分、井道信息采集部分、安全防護部分等組成。系統融低壓電氣、PLC、變頻調速、智能人機、傳感檢測、視頻監控、智能考核系統等于一體。每部電梯內有觸摸屏控制，觸摸屏在電梯中可替代轎廂內部的顯示器以及轎廂的內呼按鈕。它可顯示當前時間，轎廂目前所處樓層，可通過PLC實現對電梯的控制。

2 電梯單控

電梯群控的前提是首先實現單梯控制，單梯控制主要實現以下的功能。

2.1 電梯舒適系統設計

通過編寫變頻控制程序，設置變頻器參數，實現變頻器多段速度自動切換、平穩停止，達到電梯平層準確，轎廂震動較小的要求，實現電梯節能和平穩度的要求。

（1）電梯平層的處理。轎廂的平層控制由1PG減速感應器以及門驅雙穩態信號觸發，當轎廂從停止狀態啟動時，變頻器輸出為高速，當經過所選樓層的1PG減速感應器以后，變頻器輸出為低速，最后當PLC接收到門驅雙穩態信號時，停止輸出STF或STR，使變頻器輸出停止，此時轎廂停止在所選樓層。

（2）電梯節能處理。當轎廂處于正常關門狀態且處于停止狀態，等待10 s，無內呼或外呼信號時，內部照明燈和風扇停止工作，當有呼叫信號時恢復正常工作。

2.2 觸摸屏工程設計

系統采用MCGS的TPC7062K觸摸屏，它是一套以嵌入式低功耗CPU為核心的高性能嵌入式一體化觸摸屏，觸摸屏工程與PLC程序同步運行顯示，實現聯機運行。觸摸屏工程首先在桌面采用MCGSG組態軟件開發環境實現觸摸屏實現的功能，開發完成后通過USB接口下載到觸摸屏，然后啟動PLC、電梯和觸摸屏就可以實現聯機運行，觸摸屏和PLC之間采用串口連接，觸摸屏通過對PLC的編程元件的共享訪問實現對PLC的訪問，見圖1。

觸摸屏通過多畫面實現的功能主要有：畫面切換開關、消防開關、所有內選指示燈、所有外呼燈、當前樓層信息、轎廂的運行軌跡（連續變化）、開關門動作（連續變化）及當前轎廂的實時高度。當打開消防開關時，電梯迫降至底層，電梯門打開，同時電梯停用，當關閉消防開關時電梯恢復正常工作。消防開關在觸摸屏上進行操作，在PLC中增加程序段，實現消防功能。

3 電梯群控

每部電梯系統均由一臺PLC控制，PLC之間通過通信模塊交換數據，電梯外呼統一管理，接近現實中的樓宇電梯控制。本套電梯系統的群控系統由兩臺三菱FX2N系列通過485通信形式實現。通過通信，兩臺PLC以主從站的形式互通樓層呼叫，轎廂位置，響應次序等信息，從而實現群控的調度。結構圖見圖2。

3.1 PLC組之間的通信設定

主PLC和從PLC之間通過串口連接，通過編程元件的共享實現數據互訪，主站PLC通信設定程序見圖3，從站PLC設定程序見圖4。

3.2 群控調度程序

將電梯分為待召、上客、運行三種狀態，其中一臺為主梯（主梯PLC1為主站），另一臺為副梯（副梯PLC2為從站），相同情況下主梯優先響應。當其中一臺電梯處于檢修狀態時，另一臺按單電梯運行邏輯運行。

兩臺電梯內選信號的響應規則與單臺電梯一致，群控邏輯主要考慮兩臺電梯對外呼信號如何響應，外呼信號統一管理，兩臺電梯外呼信號作用相同，響應邏輯應遵循路程最短原則、時間最少原則與任務均分原則。

（1）群控電梯平層的處理。群控電梯平層采用數字量控制方式。即用旋轉編程器提供電梯高度數字脈沖，再經由PLC（可編程控制器）的高速計數器讀出高度計數，然后運算處理信號，得出轎廂的位置從而發出減速，經過門驅雙穩態信號觸發平層信號。采用這種技術后則可以省去井道內許多開關提高電梯的穩定性，減少故障。

（2）電梯群控調度算法。兩臺電梯主梯（主站）和副梯（副站），分為待召、上客、運行三種狀態，調度算法見表1。

3.3 觸摸屏控制

在主梯中的觸摸顯示屏上制作二個界面，界面一為啟動窗口，界面一中包含主梯和副梯的轎廂當前樓層信息、轎廂運行方向、所有內選指示燈、所有外呼燈，顯示狀態與電梯運行狀態一致。在界面一中設置有進入界面二的按鈕，并有相應的文字說明。在界面二中包含主梯和副梯的電梯開門及關門動畫模擬（門動作為連續移動變化）及主梯和副梯轎及當前轎廂的實時高度（顯示單位為mm）。在界面2中設置有返回界面一的按鈕， 并有相應的文字說明。圖5為界面2。

3.4 實現與測試

通過PLC編程和觸摸屏組態軟件編程[3]實現，經過2個月的調試運行，取得了變頻器、PLC程序參數設置的優化匹配設置，取得了很好的效果。并進行了不斷優化。最后代表北京市參加了2013年全國職業技能大賽智能電梯裝調與維護賽項并獲得一等獎。

4 結 論

本文從工程實踐出發，深入研究了基于PLC和觸摸屏的雙電梯群控系統的實現過程，給出了群控過程的主要部分實現的說明，具有很好的參考價值。

作為朝陽產業的電梯業將隨著科技的不斷發展而日趨完善，性能更加優良。未來電梯控制系統將具有智能化、知識化、小型化等特點，為人們的生活提高安全可靠、高效舒適的服務

參考文獻

[1] 鄭曉芳.我國電梯群控系統研究文獻綜述與思考[J].華東交通大學學報，2012（3）：51?55.

[2] 周樺.電梯PLC控制系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2012.

[3] 鐘志萬.基于可編程序控制器和組態軟件的雙電梯聯動監控系統的研究[D].重慶：重慶大學，2006.

[4] 齊云，張永瑞.基于CPLD的電梯控制器的設計與實現[J].電子科技，2008（7）：69?72.

[5] 張文軍.基于PLC的電梯控制系統的設計與研究[J].現代電子技術，2012，35（23）：161?163.

[6] 俞張輝，張自強，顧美康.基于模型的設計思想加速電梯控制算法開發[J].電子科技，2011（8）：28?30.