基于西門子S7-1500PLC特殊擾動下的電梯控制方案設計

劉魏晉 陳元凱 李樹杰 唐洋

摘? 要：電梯已成為生活中不可缺少的垂直交通工具，其安全性備受關注。為確保電梯在各種工況下的正常運行，本文針對幾種特殊的異常擾動，通過S7-1500PLC程序優(yōu)化，實現(xiàn)幾種特殊擾動下的方案設計，解決電梯無人空載的無效運行，提升電梯運行整體效率。該方案具有良好的邏輯控制能力，在幾種特殊工況下電梯依然能穩(wěn)定運行，減少了電梯運營成本，增加了電梯使用周期。

關鍵詞：特殊擾動? S7-1500PLC? 邏輯控制? 無人空載? 特殊工況? 運營成本? 使用周期

Abstract： Elevator has become an indispensable vertical vehicle in life， and its safety has attracted much attention. In order to ensure the normal operation of the elevator under various working conditions， the paper aims at several special abnormal disturbances， through the optimization of S7-1500 PLC program， realizes the design under several special disturbances， solves the invalid operation of no-load elevator， and improves the overall efficiency of elevator operation. The design has good logic control ability， and the elevator can still run stably under several special conditions， which reduces the operation cost and increases the service life of the elevator.

Key Words： Special disturbance; S7-1500PLC; Logical control; No-load elevator; Special conditions; Operation cost; Life cycle

隨著時代的不斷發(fā)展，電梯從19世紀研發(fā)出來到21世紀的時間里，從最早的液壓式升降機到直流電機式電梯再發(fā)展到現(xiàn)在的曳引驅(qū)動式電梯[1]，功能從運送乘客到現(xiàn)在的載貨電梯、觀光電梯、施工電梯，遍及各行各業(yè)。電梯已然成為城市物質(zhì)文明的一種標志和各行業(yè)的必需品，與人們的生活，工業(yè)的運輸密不可分，因此建立一套安全性、高效率的電梯控制系統(tǒng)是十分重要的一環(huán)。近年來，生活中頻繁出現(xiàn)個人搗亂電梯信號、放置異物影響開關門而導致電梯不能正常運行，甚至發(fā)生安全事故。因此對于電梯的人為搗亂、誤操作處理，開關門異常保護處理等運行異常的狀態(tài)，如何高效合理的解決顯得尤為重要。

1? 電梯控制系統(tǒng)硬件設計

從曳引驅(qū)動式電梯投入使用以來，由PLC控制電梯運行系統(tǒng)的方案被許多電梯公司認可使用，電梯的調(diào)速系統(tǒng)和邏輯控制系統(tǒng)在PLC控制下，可以很大改善電梯的運行舒適感，運行可靠性，整體提高了電梯的性能。西門子S7-1500PLC系列具有非常高的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，在功能上更加完善可靠[1]，在指令上，算法的優(yōu)化更加提升程序設計的方便性，簡易性，因此本系統(tǒng)以S7-1500PLC系列為控制核心，控制系統(tǒng)包含了主控和單控部分。主控部分包含計算機的PC站和主控的 PLC 控制器，通過以太網(wǎng)完成通訊連接，同時主控的PLC 又與各個電梯的 PLC 通過 Profibus-DP總線進行通訊連接。

2? 電梯控制系統(tǒng)軟件設計

電梯呼叫信號包括轎廂內(nèi)乘客內(nèi)呼樓層信號和外層樓層外呼信號。

在不同信號觸發(fā)下，程序進行邏輯運算比較，最終將乘客送至目標樓層。電梯運行時，每層的內(nèi)、外呼叫信號都會在數(shù)碼管上顯示，并表示出相應樓層[2]。電梯到達目標樓層后，并且保持平層，電梯門才會打開。電梯在運行過程中的高速、低速、制動由曳引電機控制[3]。

電梯運行流程圖1如圖所示。

本文以集選控制方式來控制電梯，電梯的控制系統(tǒng)處理每個樓層的內(nèi)外呼叫響應信號，通過程序邏輯中的處理判斷，自動改變電梯上下運行方向[4]。在此方式的運行控制下，將當前運行方向的內(nèi)外呼叫程序?qū)崿F(xiàn)后轉(zhuǎn)變運行方向，完成電梯順向載人登梯，禁止反向載人登梯[5]。

2.1 集選信號控制

集選控制是指集合呼叫信號，選擇應答控制。例如，電梯在運行過程中可以應答同一方向所有層站呼梯信號和轎廂內(nèi)的選層指令信號，并自動在這些信號指定的層站平層?？俊ｋ娞葸\行響應完所有呼梯信號和選層指令信號后，停在最后一次運行的目標層待命[6]。

2.2 開關門控制

電梯門會根據(jù)當前電梯的狀態(tài)、轎廂門的狀態(tài)、呼梯信號、選層信號及光幕信號狀態(tài)等，合理地進行相應的響應。例如，當門未全關時，如有光幕信號，須優(yōu)先響應，保持電梯門打開;當電梯平層開門后，延時關閉，且此時間可修改;在持續(xù)按住開門按鈕時，電梯門延時關閉功能失效。

2.3 運行狀態(tài)顯示

在運行過程中，電梯的運行方向，樓層需要在數(shù)碼管上實時顯示。乘客會根據(jù)電梯現(xiàn)實的運行方向來上下電梯。

2.4 錯誤指令消除

針對選層指令中可能存在的人為誤操作進行相應的優(yōu)化。

2.5 運行保護

電梯運行過程中不響應開門信號，只能在電梯候車等待和暫停中可以手動開關門。

3? 特殊擾動下的程序優(yōu)化

電梯正常運行中，人為搗亂情況發(fā)生在個人內(nèi)呼每一層按鈕信號而本人不在電梯中，以小孩搗亂居多，這種電梯會去響應每一層的信號，極大的浪費了能耗，乘客等候時間。基于此，本文在程序中加入載重量條件識別來完成該擾動處理。

程序段一先對電梯內(nèi)呼信號進行儲存，作為目標層的判斷對象，電梯內(nèi)呼按在鈕程序中作為脈沖信號，儲存到地址，每一層對應一個內(nèi)設的內(nèi)呼記憶線圈并置位，用于程序中判斷樓層的輸入信號條件。

程序段二在電梯有內(nèi)呼信號且內(nèi)呼記憶置位，以電梯當前載重量進行判斷，在滿足有內(nèi)呼信號并且電梯內(nèi)有乘客載重量不為0時，即為有效信號，電梯才能正常運行到目標樓層。若有內(nèi)呼信號但沒有乘客時，即載重量為0，則為搗亂信號，禁止運行線圈得電，復位電機啟動信號，上下行接觸器，高低速接觸器，電梯禁止運行，并在Timer0計時后消除內(nèi)呼信號的記憶，為下次信號響應處理做好準備。

4? 仿真及結論

本次仿真平臺基于德普羅爾公司的電梯仿真系統(tǒng)產(chǎn)品進行仿真試驗，該系統(tǒng)可隨時監(jiān)控，調(diào)整電梯在運行中的參數(shù)，通訊方式繁多，能充分模擬客流場景，自主調(diào)整乘客類型、任務要求，充分試錯PLC程序的邏輯控制性。具有評分規(guī)則系統(tǒng)，可以不斷根據(jù)評要求來調(diào)節(jié)優(yōu)化程序[7]，如表1。

發(fā)生特殊擾動后，運送乘客數(shù)量降低，乘客平均侯梯時間、系統(tǒng)啟停次數(shù)上升，系統(tǒng)能耗指標明顯升高。

前后兩者對比，在處理此類特殊擾動后，運送乘客的數(shù)量明顯增加，減少了電梯無效運行，極大的降低了系統(tǒng)能耗指標。

由此可見，本文控制方案在針對特殊擾動情況下，解決了電梯的無效運行，縮減的電梯能源損耗，減少乘客平均侯梯時間，提升了電梯整體有效運行，并優(yōu)化了電梯運行邏輯，給乘客更好的服務體驗。

參考文獻

[1] 楊玉開.基于西門子S7-1200PLC電梯控制系統(tǒng)設計[J]. 科學技術創(chuàng)新，2020（21）：91-92.

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[3] 周靖航.基于S7-1200的電梯群控系統(tǒng)設計[J]. 機械管理開發(fā)，2019（3）：186-188.

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[5] 蔣杉，吳劍威，申遠.曳引式電梯模糊PID控制系統(tǒng)調(diào)速特性仿真[J].合肥師范學院學報，2015（6）：24-26.

[6] 張思.PLC的電梯控制系統(tǒng)分析及電梯安裝工程項目管理研究[D].昆明：昆明理工大學，2017.