基于組態軟件的電梯遠程監控系統的設計

王超 張春 楊蓮紅 胡曉波

摘 要： 為了提高電梯運行的可靠性和安全性，減少因異常狀態多而造成的判斷花費時間久和解決不及時等問題，構建了在工業以太網下的多部獨立電梯遠程監控系統。使用OPC對象鏈接和嵌入式技術實現了PLC與監控計算機的數據通信，在博途軟件下完成了軟硬件組態、程序編寫和監控畫面的組建。該系統具有故障檢測、報警和異常狀態報表顯示等功能，研究表明該監控系統運行穩定、可靠，可極大地提高電梯維護人員的工作效率，對實際工程應用具有一定的推廣價值。

關鍵詞： 組態軟件； PLC； 電梯遠程監控； OPC通信； 故障檢測

中圖分類號： TN915.9?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）09?0167?04

Abstract： To improve the reliability and security of the elevator running， and avoid the problems of long judgment time and delayed solution caused by abnormal condition， the remote monitoring system for multiple independent elevators under the industrial Ethernet was constructed. The data communication between PLC and monitoring computer is realized by means of OPC object linking and embedded technology. The establishment of software and hardware configuration， program compiling， and monitoring interface was accomplished with TIA software. The system has the functions of fault detection， alarm， and report display of abnormal condition. The research results show that the monitoring system can run stably and reliably， and greatly improve the working efficiency of the elevator maintenance personnel. It has certain promotional value for the practical engineering application.

Keywords： configuration software； PLC； elevator remote monitoring； OPC communication； fault detection

0 引 言

隨著城市的發展，高層建筑越來越多，電梯成為必不可少的承載工具，傳統的電梯巡檢采用操作人員定期去檢查，異常狀態的發現多依賴用戶、被困人員以及值班人員等[1?2]，由于電梯數量眾多且多是獨立的運行狀態，無法進行統一監管，從而增加了維護人員的工作量和工作強度，為了解決此問題，可以通過以太網方式將電梯連接到網絡中，不需要額外的硬件設備，就可以實現管理與控制的數據集中，解決運行過程無法統一監管的”孤島效應”，操作人員在控制室就能實時監控電梯的運行狀況，一旦出現故障，便可迅速知道故障出現的具體位置、查詢異常狀態報表可知道故障出現的原因，由此可縮短維修電梯的時間，保證電梯的可靠運行。

1 PLC電梯遠程監控系統的設計

1.1 電梯遠程監控系統的組成

遠程監控系統由監控計算機、以太網交換機和PLC組成，監控計算機內安裝有博途軟件以及相對應的授權許可證，具有對工程項目文件進行新建、編輯、修改、下載等功能[3]，用SIMATIC NET軟件構建OPC服務器，博途平臺下WINCC V13作為客戶端，OPC服務器通過以太網方式與PLC建立通信關系，對PLC的數據進行讀/寫操作，并通過標準的OPC接口傳送給OPC客戶端，即可實現對整個電梯運行狀態的監控和管理，電梯遠程監控系統結構圖如圖1所示。

1.2 電梯模型結構圖

電梯模型主要包括電梯整體結構：轎廂、曳引電機、驅動電機以及各種限位開關[4]；各個樓層按鈕：上、下行呼梯按鈕，顯示及指示燈信號；電梯內部信號：轎廂開關門按鈕、轎廂選層按鈕以及對應的指示燈等；控制信號及其他：樓層門鎖信號、上、下平層信號、超重信號、上、下端限位信號和檢修開關等，電梯模型結構圖如圖2所示。

本設計以控制獨立3部10層電梯為例、每部電梯均由西門子PLC作為控制器完成控制，通過以太網連接組成監控系統，PC機上運行的基于TIA博途平臺的WinCC V13構成的虛擬電梯仿真模型，實現對電梯的實時監控運行。

2 PLC電梯遠程監控系統軟件設計

2.1 電梯運行狀態分析

通過以太網相連的多部虛擬電梯，電梯之間無信息交換，每部電梯的運行狀況通過監控計算機完成監控，虛擬電梯可以根據不同樓層用戶的需求及時響應，可實現自動平層、開關門、上下限位、層門聯鎖保護和異常狀態監測等功能，電梯在運行中能夠把召喚信號集合起來進行應答，并自動在指定的層站平層停靠，電梯響應完所有的呼梯信號和選層信號后，停在最后一次運行的目標層待命，平層時按照設定的時間原則依次觸發三級制動減速，平層后切斷上、下行接觸器抱閘停車，運行中需要對當前的運行方向、當前樓層進行實時監控與顯示，相鄰兩層采用低速運行、跨層則高速運行。電梯會根據當前電梯的狀態、轎廂門的狀態、呼梯信號及光幕信號等合理的進行響應，當門未全關時，比如有光幕信號，則需要優先響應，保持電梯門打開，當電梯平層開門后，延時關閉，當電梯無指令或者外登記超過一段時間后，轎廂內照明、風扇自動斷電，以節約能源，待接到指令或者呼叫信號后自動投入運行，當有異常狀態時（超重、開關門故障或者曳引電機故障）通過故障燈指示，并通過報表顯示出異常狀態的信息。

2.2 組態軟件與PLC的OPC通信的實現

OPC用于服務器/客戶機連接的統一而開放的接口標準和技術規范[5?6]，通過OPC技術可以實現PLC與組態軟件的通信，組態軟件與PLC的通信實現過程如下：

（1） 在SIMATIC NET中打開站組態編輯器，分別在Inedx1和Index2中添加OPC Server和IE general，將此配置映射到博途PC station中。

（2） 在博途軟件下對S7?300PLC進行硬件組態，在PLC硬件組態畫面中選中PROFINET interface，設置以太網屬性，包括設置CPU的IP地址、子網掩碼等信息。

（3） 博途軟件下PC station配置：在PC station中Slot 1插入OPC Server，在Slot 2中插入IE general，之后需要對OPC Server和IE general的屬性進行設置，即可把博途下Step7中的全局符號變量和共享DB數據塊中的變量集成到OPC Server中。

（4） PLC與OPC Server建立連接：在Devices&networks中選擇“S7 connection”，即可把PLC與PC station中的IE general連接起來。組態完成分別下載到PLC和PC station后，此時OPC Server就可以通過符號訪問PLC中的數據了。

2.3 主程序流程

以太網下監控的每部電梯均執行同樣的程序，開始運行時，首先初始化電梯使轎廂回到底端等待召喚，判斷是否有內選或者外選信號，若沒有內外選信號，則要判斷電梯是否是待載休眠或是檢修方式，若有內外選信號，則要判斷是否是同層的內外選，若不是同層需要拿本層與目標層進行比較，根據比較的結果確定是接通上行或者下行接觸器，為了縮短電梯運行時間，若本層與目標層無間隔層則低速運行，若有一個及以上的間隔層運行在高速運行狀態，當到達目標層的前一層時，實現高低速切換，當到達目標層時依次觸發一、二、三級制動，平層結束后執行開門動作，若有開門故障，則報警提示操作人員解決此故障，若有超重故障，通過減少重量解決，若有關門故障，也需要報警提示操作人員解決。

主程序流程圖如圖3所示。

2.4 電梯遠程監控系統調試

使用博途 WINCC V13繪制監控電梯模型，WINCC V13下提供了豐富的界面制作工具，可生動形象地繪制出對象模型，可直觀形象地觀察實驗調試結果，在博途STEP7 V13下首先要建立硬件組態，之后建立變量表，在監控界面下需要對畫面中的動畫和變量建立連接[7?9]，通過OPC驅動就可以把PLC變量添加到WINCC中，畫面中的對象就可以根據需要與這些變量進行連接，進而在組態監控界面上實時顯示，由于在博途軟件中STEP7和WINCC使用相同的數據庫，因而PLC與WINCC的通信連接就非常方便。

監控系統通過以太網連接三部電梯，該系統由主界面和各個單部電梯界面組成，如圖4所示。主界面包括三部獨立電梯的基本運行狀態、異常狀態報表和單部電梯切換按鈕，單部電梯界面包括電梯模型、內外選信號區、1號電梯運行狀態區和菜單區等。系統運行時，首先打開主界面，通過主界面可以觀察到三部電梯的基本運行狀態：1號電梯從一層低速上行，2號電梯從3層低速上行，3號電梯從6層低速上行，無異常狀態，單擊1號電梯界面，即可切換到1號界面監控，從中可以觀察到次時2層內呼按鈕點亮，上行接觸器接通，上行指示燈點亮，電梯即將運行至2層，照明和風扇處于運行狀態，1～10層門鎖處于關閉狀態，因本層和目標層無間隔，電梯運行在低速狀態，若到達2層，電梯將首先接觸到2層的下平層傳感器，以此確定電梯到達2層，接著開始執行一、二、三級制動，直到電梯的上、下平層傳感器都被接通，電梯抱閘，觸發開門繼電器，梯外人員可以進入電梯，控制電梯繼續運行，1號電梯監控畫面如圖4（b）所示。

若出現超重現象，則超重指示燈亮，門保持常開狀態并寫入異常狀態表，只有當超重問題解決，電梯才會正常運行。若出現門打不開或者關不上，就會出現開、關門故障，若當電梯上、下運行時長時間不觸及上、下平層傳感器，系統將認為電梯曳引機故障，電梯停止運行并且故障指示燈常亮，同時PLC會發送曳引故障的字符給監控畫面，監控畫面收到該信號就會打開異常狀態報表，如圖5所示，該報表顯示了1號電梯門故障、2號電梯門故障和3號電梯曳引故障，維護人員通過查看報表便可及時知道電梯出現的故障是何種類型，從而能及時修復電梯，確保電梯可靠、正常的運行。

3 結 語

本設計在博途平臺下完成了基于以太網連接的多部電梯的實時監控，采用OPC技術實現博途軟件與PLC的通信，通過實時監控和異常狀態報表有助于發現電梯故障并對故障進行分析和判斷，從而縮短故障停梯時間、減少維修人員的工作量，對保障電梯安全運行具有很大的作用。

注：本文通訊作者為張春。

參考文獻

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