基于PLC的電梯控制系統設計與實現

黃瀟 歸凱

基于PLC的電梯控制系統設計與實現

黃瀟 歸凱

（青島市特種設備檢驗檢測研究院 山東青島 266000）

針對基于PLC的電梯控制問題，簡要介紹了可編程控制器、電梯控制系統以及PLC在電梯控制系統中的優勢。闡述了基于PLC的電梯控制系統結構，以5層電梯為例，分別論述了PLC機型選擇、I/O地址分配及外圍接線等。軟件設計方面，分別論述了指層控制、定向選層、開關門控制等功能的實現方法，并給出了梯形圖。PLC的應用能夠提高電梯運行的穩定性、安全性和時效性。

電梯；PLC控制；硬件設計；軟件分析

1 PLC及電梯控制系統

1.1 PLC技術概述

可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）綜合了微處理、自動化、計算機等多種技術發展起來的一種可進行編程的邏輯控制器。通常情況下，PLC采用模塊化設計，常用模塊主要包括中央處理單元（CPU）、功能模塊、輸入/輸出接口、存儲器、電源、通信模塊等。可實現邏輯運算、順序控制、程序代碼存儲、計數、數學運算等功能，用戶可根據相應的指令結合數字或模擬數據交換電路進行各類生產過程的控制。PLC控制系統以其開發周期短、抗干擾能力強、運行可靠性高等優點，廣泛應用于電梯等控制領域。

1.2 PLC在電梯控制系統中的優勢

（1）基于PLC的電梯控制系統，可實現電梯的自動控制，提高控制系統的精度、抗干擾能力、可靠性。

（2）基于PLC的電梯控制系統，不需要選層器及大量的繼電器，外部線路進一步簡化使得控制系統結構簡單、體積較小。

（3）PLC功能十分強大，即使復雜的控制系統同樣可以滿足其要求，用戶根據需求可自主增加、減少、更改某些功能。

（4）PLC本身可進行故障檢測與報警，運行安全性、可靠性較高；安裝、維護方便，便于檢修，無需改變硬件結構即可更改控制方案。

（5）便于進行群控調配或管理，在某種程度上提高了電梯運行效率。綜上所述，基于PLC控制系統的電梯裝置具有舒適、方便、安全等特點。

1.3 功能要求

（1）控制電動機實現電梯的升降功能，并安裝對應上下操作、開關門操作、設定樓層的按鈕開關。

（2）電梯能夠及時、正確地響應操作指令并做出相應的動作。例如：電梯運行過程中，某一樓層的乘客按下了下行或上行按鈕，在有限延時的情況下控制系統能夠保證電梯正常打開電梯門。

（3）大多數情況下，電梯運行過程中會在同一個時間內接收到眾多不同的控制信號，控制系統應具有綜合判斷、自動處理能力、優先級處理能力，確保每個動作都是有效的，進而保證電梯的正常運行。

2 電梯控制系統基本結構

通常情況下，電梯存在兩種工作狀態，即停止（STOP）狀態和運行（RUN）狀態。運行狀態下，PLC可通過執行用戶程序來實現特定功能以滿足控制要求。為保證PLC輸出能夠快速地響應不斷變化的輸入信號，用戶程序需不斷地重復執行而不僅僅執行1次，直到控制系統切換到STOP狀態或停機。

2.1 PLC選型、硬件系統配置及I/O點數計算

本文以5層電梯為例，選用西門子可編程控制器搭建電梯控制系統。下面將從PLC機型選擇、I/O點數分配、各子系統功能程序實現等幾個方面進行闡述。

根據I/O接口的輸入、輸出類型及數量，考慮到系統的擴展性，I/O接口要有一定余量，所以選用西門子315-2DP可編程控制器。該控制器普遍使用且包含80個輸出、輸入接口。一般情況下，電梯需要保留門機繼電器和主回路接觸器。因此，出于安全考慮，PLC電梯控制系統必須保留門鎖繼電器和安全回路繼電器。

2.2 I/O地址分配及外圍接線圖

根據I/O接口數量、實際情況以及輸入、輸出接口的分配情況，綜合考慮各種因素，可得輸入、輸出的I/O地址分配及外圍接線圖，。所述控制系統的核心為PLC，反饋等信號經輸入接口傳送至PLC控制器，根據預先存儲的程序對接收到信號進行運算處理生成控制指令，控制指令通過輸出接口分別發送至驅動系統、指層器、召喚指示燈等。

3 程序設計

如上所述，被控電梯總共5層，每層均有轎廂所在樓層和升降指示燈；1-5指示燈分別對應樓層信號；每一層樓廳均設置了上行召喚和下行召喚按鈕；電梯運行過程中，首先對當前運行狀態和各種呼喚信號進行系統分析，進而確定下一時刻工作狀態；具體地講，電梯控制系統應具有自動達層、停梯消號、自動開/關門、外呼記憶、反向保號、順向截車、自動定向等基本功能。

3.1 指層控制

作為整個PLC控制系統比較關鍵的功能，指層控制主要用于指示當前時刻電梯轎廂所處樓層位置以及電梯的運行方向，即上行、下行。在現有技術條件下，可通過安裝在轎廂頂部隔磁板或井道內的感應器等裝置實現樓層信號的指示。另外，可通過PLC程序控制實現電梯運行方向的預計。

3.2 定向選層

電梯定向是在綜合分析電梯所處樓層、廳外召喚、轎內指令、運行方式等因素的基礎上，確定下一時刻電梯的運行方向。電梯選層是指廳外召喚信號和轎內指令同時存在的情況下，電梯應該響應哪個信號并做出相應的處理。與此同時，電梯即將到達有廳外召喚指令或轎內指令樓層時，需做減速處理。當電梯處于司機正常運行狀態時，根據電梯轎廂所處位置以及電梯轎內指令來判定電梯運行方向；當電梯處于無司機正常運行狀態時，根據電梯轎廂所處位置以及廳外召喚指令來判定電梯運行方向。

3.3 開關門控制

對于電梯開關門控制，本文以比較常見的雙開門且運行無司機控制的電梯為例進行闡述。在電梯整個運行過程中，開關門控制主要包括本層開門、轎廂手動開門、自動延時關門、電梯運行至目的樓層的手動和自動開門、基站外啟動時開關門處理等。

4 結語

隨著電力電子技術和控制技術的不斷發展，基于PLC的控制系統及應用設備已廣泛地應用于生產、生活的各個方面。鑒于PLC的穩定性、智能性、易開發等特點，其在高層建筑電梯中使用已日趨成熟。換句話說，可編程控制器（PLC）已成為新型電梯控制系統的首選。基于PLC的電梯控制系統，不僅可以簡化控制系統的硬件結構，而且能夠大大提高控制系統的可靠性和靈活性。雖然其開發成本比繼電器稍高，不過可以通過減少輸入、輸出節點來降低成本，除此之外，從安全性方面考慮，PLC的使用具有比較重要的現實意義。

[1]魏國軍.基于PLC的電梯控制系統設計與仿真[J].科技資訊，2016（8）：58～60.

[2]吳萍.基于PLC技術的電梯控制系統關鍵技術研究[J].電子技術與軟件工程，2015（22）：153.

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1004-7344（2016）31-0269-01

2016-10-14