基于PLC的五層樓電梯控制系統分析

摘 要：為了讓乘客可以用到更舒適、更安全、更環保的電梯，對電梯的控制系統進行相關分析具有重要意義。PLC有編程容易、靈活性好、擴展性能好、抗干擾能力強等優點，被廣泛應用于電梯控制系統。本文研究的是基于西門子PLC的五層電梯控制系統，主要是利用PLC的邏輯開關控制功能，對電梯的開關門、樓層顯示、轎內與廳外的召喚響應與消除、定向、超載報警、起動加速和制動停車等模塊進行詳細分析。

關鍵詞：電梯； 控制系統；PLC

中圖分類號：TG156

Abstract：In order to let passengers can use the elevator more comfortable， safer and more environmentally friendly， the correlation analysis of the elevator control system has important significance. PLC programming easy， good flexibility， scalability and good anti-interference ability， is applied to elevator control system. This paper is a study of the five layer elevator control system based on SIEMENS PLC， mainly using PLC logic switch control function， a detailed analysis of the elevator door switch， floor display， car and hall call response and elimination， orientation， overload alarm， start acceleration and parking brake module.

Key words：elevator；control system；PLC

伴隨著我國社會的飛速發展，我國的城市化建筑越來越趨向于高層方面的設計與實現，因此客用電梯依然成為人們必須選擇的代步工具之一。考慮到電梯的安全性和舒適性，本文結合相關文獻內容，采用西門子PLC對五層樓電梯的控制進行詳細分析，相關結論可供學習者參考。

1 電梯的結構和PLC的特點

電梯是機電一體化的產品，電梯從空間上可劃分為機房、轎廂、井道和層站四個部分，俗稱四大空間。電梯的八大系統包括門系統、轎廂系統、重量平衡系統、電力拖動系統、電氣控制系統、導向系統、曳引系統和安全保護系統。電梯的總體結構圖如圖1所示[1]。

PLC的主要特點如下[2]：

（1） 抗干擾能力強，可靠性高。

繼電器控制系統中，因為器件的老化、觸點電弧及脫焊等現象是不可避免的，從而大大降低了系統的可靠性。在PLC控制系統中，主要模件都采用大規模和超大規模集成電路，而且都是由無觸點的半導體電路來完成大量的開關動作，加之PLC 在硬件和軟件方面用了較好的防護措施，從而使其可靠性更高，抗干擾能力也更強。

（2） 編程語言簡單易學。

PLC 采用梯形圖邏輯編程，它的語言直觀易懂，不要求使用者要精通計算機方面復雜的軟硬件知識。

（3）安裝簡單，維修方便。

PLC不需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接運行，使用時只需要將現場各種設備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入使用。

（4） 采用模塊化結構，體積小，重量輕。

為了適應工業控制的要求，除了整體式PLC外，絕大多數PLC采用模塊化結構。PLC的各部件，包括CPU、電源、I/O等都采用模塊化設計。

（5） 豐富的I/O接口模塊，擴展能力強。

PLC組成框圖如圖2 所示[2]。

2 電梯控制流程

電梯的控制流程如圖3所示[3]。

基本控制算法如下：

步驟1 啟動：啟動電梯。

步驟2 正常/檢修運行：如果正常運行，轉入步驟6；如果檢修運行，轉入步驟3。

步驟3 等待：在進行檢修時，等待檢修相關操作。

步驟4 檢修點按鈕：如果按下檢修點按鈕，轉入步驟5；否則，轉入步驟3。

步驟5 點動運行：電梯電動運行，進行檢修，執行完后，轉入步驟18。

步驟6 等待：在正常運行時，等候呼梯信號。

步驟7 接收到呼梯信號：如果接收到呼梯信號，轉入步驟8；否則，轉入步驟6。

步驟8 電梯定向：根據呼梯信號確定電梯的運行方向。

步驟9 電梯起動：電梯開始運行。

步驟10 穩速運行：電梯以一定速度平穩運行。

步驟11 接收到停層信號：如果接收到停層信號，轉入步驟12；否則，轉入步驟10。

步驟12 制動減速和延時：接受到停層信號后電梯進行制動減速和延時。

步驟13 平層到位：如果電梯到達指定位置，轉入步驟14；否則，轉入步驟12。

步驟14 自動/手動開門：通過手動或自動打開電梯門。

步驟15 延時結束：延時結束，轉入步驟16；否則，轉入步驟17。

步驟16 自動關門：延時結束后，電梯自動關門，完成后轉入步驟18。

步驟17 手動關門：在延時沒有結束之前，進行手動關門，完成后轉入步驟18。

步驟18 是否停止運行：如果停止，轉入步驟19；否則轉入步驟2。

步驟19 停止：電梯停止工作，結束。

3 基于PLC的電梯控制程序

本文選擇西門子PLC S7-300，CPU選擇為CPU 315-2 PN/DP。通過清點需要接入PLC 的信號觸點，可以計算出五層電梯控制系統的輸入為31個，輸出為32個，所以選擇數字量輸入模塊 DI32 x 24VDC和 數字量輸出模塊 DO32 x 24VDC/0.5A，其I/O變量如附表1 所示。

電梯控制程序的設計主要包括了：開關門控制；樓層顯示；轎內與廳外信息同步；電梯運行定向；停車信號產生；制動減速信號產生；電梯起動加速、穩速運行與停車制動環節；超載報警等環節。

（1） 開關門控制。

電梯開門主要存在檢修開門和正常運行開門，因而設計得到開門控制的梯形圖如圖4所示。

對于關門主要存在檢修關門和正常運行關門。因而關門控制的梯形圖如圖5所示。

（2） 樓層顯示。

當電梯到達某層時，七段碼應該顯示出此層是幾樓，才能讓乘客更清楚電梯的位置。例如電梯在一樓，在一樓感應器%I2.4得電，則七段碼A段和B段會亮，顯示出1的字樣，當電梯不在一樓而上升到二樓時，則%I2.4將失電，七段碼A段和B段會暗，相應的在二樓感應器%I2.5會得電，進而使七段碼的A、B、D、E和G段會亮，顯示出2 的字樣。因篇幅限制，本文只列舉一樓至三樓的梯形圖見圖6。

（3） 轎內與廳外信息同步。

電梯轎內1-5樓的五個按鈕和廳外的上下呼的按鈕只要有被按下，則相應按鈕的指示燈就會變亮，當電梯響應后其按鈕的指示燈就會滅。此外，轎內和廳外都有樓層顯示和上下行顯示，這樣可以讓乘客更清楚電梯的位置。一樓至五樓的響應與消除的梯形圖如圖7所示。

（4） 電梯的定向。

電梯在正常運行的情況下，當電梯接到了內選和外呼的信號時，則應該把電梯的當前位置信號和呼叫信號相比較，從而確定電梯的運行方向。電梯定向后，當內選和外呼順向運行沒有完成的時候，定向信號不能被消除。在檢修的情況下，電梯不需要進行定向，直接由轎內的上行起動和下行起動按鈕來完成。

（5） 停車信號的產生。

在停車制動前，必須先確定停車信號，即確定電梯將要在哪層停下，這可通過樓層位置信息和呼叫信息來判斷。

（6） 制動減速信號的產生。

電梯在平層之前要先減速再制動，才能使電梯平層更準確，且電梯也不會突然停車，這讓乘客感覺更舒適。

（7） 電梯起動加速、穩速運行與停車制動環節。

只有當電梯的運行方向確定了，即上行或下行，并確保電梯門已經關好了，才可以開始起動電梯，進入起動加速環節，經過延時后短接阻抗，從而達到額定速度進入穩速運行的階段。在到達指定樓層前，電梯減速制動。

（8） 報警系統。

根據電梯的實際運行承載能力，預先設置電梯的額定承載重量，利用配置的重力傳感器產生的信號來判斷是否電梯超載。當電梯的承載重量超過額定承載重量時，重力傳感器的模擬開關得電，從而使超載報警燈點亮，發出報警信號。

4 結論

本文主要分析了PLC 應用于電梯的控制系統。采用PLC 來實現電梯的自動開/關門、樓層顯示、轎內和廳外的登記與消除、自動定向、起動和停車、檢修運行與安全保護等功能。通過PLC控制，可以提高電梯的安全性和舒適性。

參考文獻：

[1]夏英強.分析電梯的基本結構及其運行原理[J].科學與財富， 2015（16）：60-60.

[2]向曉漢.西門子PLC完全精通教程[M].化學工業出版社， 2014.

[3]黃麗晶.基于PLC的電梯控制系統設計分析[J].電氣技術， 2016， 17（11）：125-132.

作者簡介：蘇國棟（2000 -），陜西省西安中學高三3班。