基于結(jié)構(gòu)化編程的電梯指令登記的實(shí)現(xiàn)

摘? 要：介紹了電梯指令登記模塊功能及一種實(shí)現(xiàn)方法。該模塊功能包含四個(gè)部分，分別是外呼指令登記、內(nèi)選指令登記、到站銷號(hào)、誤按銷號(hào)，鑒于各個(gè)樓層的外呼和內(nèi)選設(shè)備相同且動(dòng)作類似，采用了西門子S7-300系列PLC作為控制器，使用結(jié)構(gòu)化編程的方式，實(shí)現(xiàn)了控制任務(wù)。通過調(diào)試，達(dá)到了模塊功能要求，效果良好。

關(guān)鍵詞：電梯;指令登記;西門子;PLC;結(jié)構(gòu)化編程

0? ? 引言

電梯的運(yùn)行是一個(gè)復(fù)雜的過程，為保證電梯安全、方便、舒適地運(yùn)行，除了需要良好的拖動(dòng)系統(tǒng)外，還必須有一套完善可靠的控制系統(tǒng)[1]。

控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)有線性化編程和結(jié)構(gòu)化編程兩種方式。早先的程序設(shè)計(jì)中，通常使用線性化編程方式，即將所有的程序指令都定在主程序中以實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)化控制任務(wù)，這樣的編程方式不利于程序的查看、修改和調(diào)試。與線性化編程方式相對(duì)應(yīng)的是結(jié)構(gòu)化編程方式，它將整個(gè)控制任務(wù)劃分為相對(duì)獨(dú)立的控制任務(wù)，每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制任務(wù)可以對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)化程序中的一個(gè)程序段或子程序（FC或者FB），OB1通過調(diào)用這些程序塊來完成整個(gè)自動(dòng)化任務(wù)。在大型項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)化編程方式有明顯的優(yōu)點(diǎn)[2]。

電梯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電梯程序設(shè)計(jì)可采用結(jié)構(gòu)化編程，將電梯復(fù)雜的控制功能劃分成若干個(gè)子程序單元，分別實(shí)現(xiàn)相對(duì)單一的功能，指令登記模塊就是其中的一個(gè)子程序。

1? ? 指令登記模塊功能及其控制要求

1.1? ? 指令登記模塊功能

電梯指令登記模塊功能包含四個(gè)子功能，分別是外呼指令登記、內(nèi)選指令登記、到站銷號(hào)、誤按銷號(hào)。外呼指令登記、內(nèi)選指令登記是指電梯能分別登記、記憶各層的外呼和內(nèi)選指令信號(hào);到站銷號(hào)是指電梯到達(dá)該層后，能將登記的信號(hào)予以銷號(hào);誤按銷號(hào)是指乘客誤按外呼或內(nèi)選按鈕，該誤按指令可銷號(hào)[3]。

1.2? ? 模塊控制要求

1.2.1? ? 外呼指令的登記與銷號(hào)

電梯在每個(gè)層站都設(shè)有一外呼盒，在門廳等候電梯的乘客按門廳上的呼梯按鈕，即可發(fā)出外呼信號(hào)，該信號(hào)需記憶并點(diǎn)亮外呼盒上的上行或下行指示燈。當(dāng)電梯到達(dá)該樓層且定向方向與目的地方向一致時(shí)，電梯要求已滿足，呼梯信號(hào)應(yīng)被銷號(hào);電梯運(yùn)行方向與呼梯目的地方向相反時(shí)，電梯在經(jīng)過該層時(shí)，不停梯，呼梯要求沒有滿足，呼梯信號(hào)不能銷號(hào)。

1.2.2? ? 內(nèi)選指令的登記與銷號(hào)

內(nèi)選指令盤和操縱箱設(shè)在轎廂內(nèi)部。內(nèi)選指令盤是乘客在轎廂內(nèi)選層的信號(hào)輸入設(shè)備，一般包括電梯樓層顯示器、內(nèi)選指令按鈕、電梯運(yùn)行方向指示燈、開門按鈕和關(guān)門按鈕等。當(dāng)轎內(nèi)乘客于轎內(nèi)操縱板按下要前往樓層的對(duì)應(yīng)按鈕時(shí)，電梯控制器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行登記，相應(yīng)樓層的內(nèi)選按鈕指示燈被點(diǎn)亮。當(dāng)電梯到達(dá)目的層站后，該層內(nèi)選按鈕指示燈熄滅，內(nèi)選指令銷號(hào)。

1.2.3? ? 誤按銷號(hào)

若乘客誤按指示燈按鈕，可通過該功能銷號(hào)。不同的電梯方法不盡相同，常見的有兩種，一種是再按銷號(hào)，另一種是長(zhǎng)按銷號(hào)，即乘客連續(xù)按住誤按的按鈕2 s后，該誤按指令可銷號(hào)。本文以長(zhǎng)按銷號(hào)為例進(jìn)行介紹。

2? ? 指令登記模塊端子分配

端子分配需計(jì)算輸入、輸出元件的數(shù)量，本文以四層電梯為例進(jìn)行計(jì)算。電梯在其轎廂內(nèi)設(shè)有內(nèi)選指令盤，四層電梯共需四個(gè)內(nèi)選按鈕;四層電梯共設(shè)有四個(gè)外呼盒，最底層和最高層層站外呼盒上各僅安裝有一個(gè)單鍵按鈕，其中頂層安裝向下召喚按鈕，底層安裝向上召喚按鈕，其余中間層站外呼盒上均安裝有向上和向下召喚按鈕各一個(gè)，呼梯按鈕共6個(gè);合計(jì)需輸入點(diǎn)數(shù)10點(diǎn)。每個(gè)按鈕內(nèi)嵌相應(yīng)的指示燈，因此輸出點(diǎn)數(shù)也需要10點(diǎn)。其輸入、輸出端子分配如表1所示，其中F指樓層，1F即第1層。

3? ? 指令登記模塊程序設(shè)計(jì)

電梯的指令登記模塊程序設(shè)計(jì)也采用結(jié)構(gòu)化編程方式。

3.1? ? 指令登記模塊程序流程圖

由硬件部分的控制要求可知，無論是按下外呼按鈕還是內(nèi)選按鈕，PLC在每次循環(huán)掃描時(shí)一般都需要做三種判斷，即目標(biāo)層是不是當(dāng)前樓層？電樓是不是已經(jīng)到達(dá)目標(biāo)樓層？按鍵時(shí)間是不是已經(jīng)達(dá)到銷號(hào)條件？分析可得出編程的思路，如圖1流程圖所示[4]。

3.2? ? 指令登記模塊中的函數(shù)

指令登記模塊命名為FC200，在該功能實(shí)現(xiàn)中，另定義實(shí)現(xiàn)各個(gè)樓層指令登記與銷號(hào)動(dòng)作的函數(shù)為FC202，在FC200中對(duì)FC202進(jìn)行調(diào)用。FC202函數(shù)梯形圖如圖2所示。

函數(shù)接口設(shè)置為：Call為輸入信號(hào)接口，數(shù)據(jù)類型為BOOL，注釋是外呼內(nèi)選呼梯信號(hào);Arrive為輸入信號(hào)接口，數(shù)據(jù)類型為BOOL，注釋是到站信號(hào);Timing為輸入信號(hào)接口，數(shù)據(jù)類型為TIMER，注釋是定時(shí)器號(hào);Lamp作為輸出信號(hào)接口，數(shù)據(jù)類型為BOOL，注釋是外呼內(nèi)選指示燈。

函數(shù)工作原理：有輸入信號(hào)時(shí)，Call接通，Lamp線圈得電并自保持，指示燈持續(xù)點(diǎn)亮;若到站信號(hào)Arrive接通得電，Arrive常閉按鈕得電斷開，Lamp線圈失電，指示燈熄滅。若長(zhǎng)按Call，計(jì)時(shí)器Timing計(jì)時(shí)達(dá)到2 s后，計(jì)時(shí)器常閉按鈕斷開，Lamp線圈失電，指示燈也熄滅。

3.3? ? 內(nèi)選指令登記與銷號(hào)

在電梯指令登記功能FC200中，既有內(nèi)選指令登記程序段，也有外呼指令登記程序段，內(nèi)選指令登記程序段不僅完成內(nèi)選指令登記，同時(shí)也完成銷號(hào)，如圖3所示。

到站銷號(hào)需獲取到站信號(hào)，其方法是調(diào)用轎廂位置函數(shù)子程序，獲取各樓層到站信號(hào)。M200.1是1F到站信號(hào)，M200.2是2F到站信號(hào)，M200.3是3F到站信號(hào)，M200.4是4F到站信號(hào)。

內(nèi)選指令登記與銷號(hào)程序調(diào)用FC202函數(shù)。當(dāng)乘客按下內(nèi)選按鈕后，目標(biāo)層內(nèi)選指示燈點(diǎn)亮;電梯到達(dá)目標(biāo)層時(shí)，目標(biāo)層內(nèi)選指示燈熄滅;若乘客誤選，可持續(xù)按內(nèi)選按鈕，達(dá)到2 s時(shí)，目標(biāo)層內(nèi)選指示燈熄滅。

3.4? ? 外呼指令登記與銷號(hào)

外呼指令登記程序段不僅完成外呼指令登記，也同時(shí)完成銷號(hào)。與內(nèi)選指令登記與銷號(hào)程序相比，外呼指令登記與銷號(hào)程序還需要判斷電梯運(yùn)行方向，與電梯轎廂運(yùn)行方向相同時(shí)，相應(yīng)的呼梯信號(hào)才會(huì)銷號(hào)。下面以第2層為例，外呼指令登記與銷號(hào)程序梯形圖如圖4所示。

第2層外呼指令登記與銷號(hào)程序調(diào)用FC202函數(shù)。Q0.0是上行，Q0.1是下行，M200.2是2F到站信號(hào)，M201是上行方向中間繼電器，M202是下行方向中間繼電器。當(dāng)電梯到達(dá)目標(biāo)層，且運(yùn)行方向與呼梯目標(biāo)層方向一致時(shí)，呼梯要求已滿足，呼梯信號(hào)應(yīng)被銷號(hào);電梯運(yùn)行方向與呼梯目標(biāo)層方向相反時(shí)，不停梯，呼梯要求沒有滿足，呼梯信號(hào)不能銷號(hào)，只有當(dāng)呼梯要求滿足后，呼梯信號(hào)才能銷號(hào)。

如電梯從一樓向上運(yùn)行（上行）而呼梯要求從二樓向下，若有去三樓以上的內(nèi)選要求及外呼梯要求，電梯到達(dá)二樓時(shí)（無二樓上行要求）不停梯、呼梯要求沒有滿足，呼梯信號(hào)不能銷號(hào);若三樓以上無用梯要求，電梯將停在二樓，但呼梯信號(hào)（二下）不能立即銷號(hào)，待人員進(jìn)入轎廂，選層（去一樓）后，電梯定向下，則二下呼梯信號(hào)已滿足，呼梯信號(hào)被銷號(hào)。

當(dāng)乘客在層門的呼梯盒上發(fā)送出上行或下行呼梯信號(hào)I4.5或I4.6后，2F外召指示燈被點(diǎn)亮;當(dāng)電梯在2F停梯時(shí)，呼梯要求滿足，2F外召指示燈熄滅;若乘客誤選，可持續(xù)按住呼梯按鈕，達(dá)到2 s時(shí)，2F外召指示燈熄滅。首先需獲取到站信號(hào)，其方法是調(diào)用FC230轎廂位置函數(shù)子程序，獲取各樓層到站信號(hào)。M200.1是1F到站信號(hào)，M200.2是2F到站信號(hào)，M200.3是3F到站信號(hào)，M200.4是4F到站信號(hào)。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

在西門子PLC結(jié)構(gòu)化編程中，每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制任務(wù)可以使用一個(gè)FC或者FB，本文中用到FC，F(xiàn)C稱作功能，也叫函數(shù)，它有兩個(gè)作用：

（1）作為子程序使用，將整個(gè)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)化劃分，將相互獨(dú)立的控制設(shè)備分成不同的FC編寫，統(tǒng)一由OB1調(diào)用，便于程序調(diào)試及修改，使整個(gè)程序條理性強(qiáng)、易讀。

（2）作為函數(shù)使用，對(duì)相類似的設(shè)備統(tǒng)一編程，函數(shù)中通常帶有形參，通過多次調(diào)用，對(duì)形參賦值不同的實(shí)參實(shí)現(xiàn)對(duì)類似設(shè)備的控制[5]。

本例中FC的兩個(gè)作用都有用到。對(duì)電梯整個(gè)程序的設(shè)計(jì)是將電梯劃分為多個(gè)模塊，此時(shí)是將FC作為子程序使用，電梯指令登記模塊FC200是電梯整個(gè)程序的一個(gè)子程序，由電梯主程序OB1調(diào)用。而電梯指令登記模塊FC200的程序設(shè)計(jì)，通過分析控制要求可知，不同樓層的外呼設(shè)備與內(nèi)選設(shè)備相同，兩種設(shè)備指令從登記方式、到站銷號(hào)方式到誤按銷號(hào)方式都存在相似性，將實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)層指令登記與銷號(hào)動(dòng)作的FC202作為函數(shù)使用，在FC200中調(diào)用FC202，對(duì)FC202賦予不同樓層的輸入、輸出地址值，就實(shí)現(xiàn)了該樓層指令登記與銷號(hào)的動(dòng)作。

[參考文獻(xiàn)]

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[4] 張漢杰，王錫仲，朱學(xué)莉.現(xiàn)代電梯控制技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[5] 廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

收稿日期：2020-06-28

作者簡(jiǎn)介：趙永潔（1968—），男，河北定州人，碩士研究生，高級(jí)講師，主要從事機(jī)電一體化方面的研究工作。