基于西門子S7-1200PLC電梯控制系統設計

楊玉開 李 慧

（江西理工大學應用科學學院，江西 贛州341000）

近年，我國生產水平的提高，高層建筑如雨后春筍。電梯是必不可缺少的交通工具。傳統的電梯滿足不了人們的需求，因此設計電梯群控系統是必不可少的。此文在傳統電梯的控制邏輯基礎上，采用智能化、功能齊全、適應性強的西門子S7-1200實現電梯的控制。較比于傳統控制器，S7-1200PLC 擁有模塊化、結構緊湊、功能全面、高速輸出等特點，能夠滿足電梯的高頻詞運行，電梯的安全性和可靠性能夠得到有力保障。

1 電梯控制系統結構和設計

此前電梯控制系統主要由PLC 實現。當代電梯控制不僅需要滿足基本的載客運貨，還要在安全的前提下，有效的、智能地制定最優的響應策略、運行速度等。電梯控制系統由電力拖動系統和電氣控制系統組成。電梯垂直方向主拖動電路和轎廂開關電路組成電氣拖動系統。二者均采用易于控制的直流電動機或三相異步電機及永磁同步電機作為拖動動力源。電氣控制系統主要圍繞電梯對PLC 輸入/輸出兩個信號進行設計。指令信號、呼梯信號和位置信號組成輸入信號。開關門信號、電梯上下行信號和指示燈信號組成輸出信號。在電梯內部進行樓層選擇稱為指令信號。乘客在電梯外呼叫電梯稱為呼梯信號。電梯所在的層樓表示位置信號。開關門信號則表示為電梯到達所需樓層后自動開關門和乘客在電梯里面手動開關門。上下行信號和指示燈信號則根據指令信號和呼梯信號進行處理。控制器采用西門子鄰域小型自動化系統的最新產品S7-1200。S7-1200 控制器使用方便靈活、功能完善、設計緊湊、組態靈活且具有功能強大的指令集。PLC 搭配適配器PM-125 后可連接Wincc 監控畫面與EET 工程機投入使用。

2 控制系統硬件設計

基于PLC 電梯控制系統，主要由PLC 主機、PM125、電梯整體模型等組成。PLC 主機是電梯控制系統的核心部分，由于PLC控制器穩定性強，程序設計方便靈活因而成為電梯控制系統的首要選擇。控制系統的核心為PLC 的主機，同操作盤、呼梯盤和井道等部位保持信號傳輸，通過軟件控制向拖動系統發出指令，控制電梯的運行速度、方向、加/減速及制動啟動。

3 控制系統軟件開發設計

軟件設計是PLC 電梯控制系統設計中的重要組成部分，進行軟件設計時應充分的考慮電梯的運行狀況。比如，上行、下行、開門、關門、內呼、外呼等，確保電梯投入使用后安全且功能完善。以呼梯信號為例。呼梯信號包括內選信號和外呼信號，當乘客在轎梯內選擇好樓層后，該樓層的內選樓層指示燈被點亮，內選信號就被儲存，乘客到達相應樓層并執行開門程序，說明轎廂到達該樓層并執行開門程序等待乘客離開，此時內選信號應該被清除。此外，在進行電梯控制系統設計時要考慮電梯控制的自鎖與互鎖關系，故在進行電梯控制設計時采用隨機邏輯控制方式。

3.1 群控算法需遵循原則

3.1.1 自由站和基站原則。部分電梯在基站等待，其余電梯在上一指令樓層待命。

3.1.2 先到先行原則。如果倆臺電梯先后到達基站等待命令，若上層/下層呼叫，應執行先到先行原則。

3.1.3 順接反不接原則。假如4 號梯正在上行，若4 號梯上方出現上行呼叫信號，則由4 號電梯去接，在基站的其余電梯不執行；假如4 號梯下方出現上行呼叫信號，由基站的電梯去執行。

3.1.4 最小等待時間調度原則。當外呼指令發送后，通過計算每部電梯的平均侯悌時間，選擇最適合電梯去接送，確保減少乘客的侯悌時間。

3.1.5 成本調度原則。綜合考慮電梯接送完成后的能耗，確保最低能耗。

3.2 控制算法設計

本文采用的是基于調度原則的群控算法。基于調度原則的群控算法，最短侯悌時間，接受各臺電梯發出的呼梯信號，通過計算每臺電梯所需時間，選擇時間最短的電梯去接送。多目標函數解、計算最優函數解、最佳派梯方案統稱為電梯群控算法。呼梯處理全部模塊、計算呼梯到達的時間、呼梯分配過程等組成電梯群控算法。當群控模塊啟動后，計算出每臺電梯乘客的侯悌時間、電梯能耗和平均侯悌時間。通過對比數值找出最小值（乘客侯悌時間＞平均候梯時間＞電梯能耗）記為最優電梯，真正的外呼指令傳輸給最優梯的虛擬外呼，完成群控控制。群控算法流程圖如圖1 所示。

圖1 群控算法流程圖

3.3 電梯部分環節梯形圖設計

3.3.1 初始化環節

電梯開始運行時，轎廂可能處于任意樓層，因此初始化程序的設計是非常必要的。初始化程序的功能是將電梯下行到下限位開關處，然后電梯運行到初始化所設置的樓層待命，等待運行信號。初始化完成后，根據呼梯信號進行運行。

3.3.2 群控算法的核心程序

從高效率的角度分析，電梯的集群控制系統應遵循待機電梯優先響應呼叫，如果無待機電梯。應選擇合適的電梯響應該呼叫的原則。同單部電梯相類似的原則，集群控制程序應在每個掃描周期開始時優先掃描有無呼梯信號，若沒有呼梯信號，電梯部分邏輯程序掃描結束。若有呼梯信號，程序開始對各個電梯進行距離比較算法，選擇距離最近的電梯處理此信號。如果所有電梯都不適合處理此呼叫，則保留此呼叫并進行下一周期掃描，以此類推。

結束語

綜上所述，采用西門子S7-1200PLC 控制器，在TIA 博圖平臺下硬件組態，編程上通過計算平均侯悌時間、電梯能耗、平均侯悌時間的參數，并經過多次模擬仿真實驗得出：系統運行穩定、效率高、侯悌時間更短、能耗低、安全可靠，具有一定的工程應用價值。