PLC智能電梯控制模型開發

于紅花

(煙臺汽車工程職業學院 電子工程系， 山東 煙臺 265500)

0 引言

近年來，隨著我國的經濟發展，國人的經濟水平逐漸提升，人們對生活質量的需求越來越大，不再滿足于走路上下樓，房地產行業領域為了滿足人們的需求絞盡腦汁，最終電梯成為了人們生活必不可少的設備之一，但傳統電梯易發生故障，安全性能不高，而PLC的成功加入，解決了傳統電梯的弊端，成為了新起之秀，本文將針對PLC智能電梯進行開發與運用。

1 PLC控制器的基本結構特點

PLC是可以進行編程的邏輯性控制器，全稱為Programmable Logic Controller，由于它是一種具有微處理器的數字電子設備，特將用于自動化控制的數字邏輯控制器，它可以將接收到的控制指令隨時加載至內部存儲器中并對指令進行執行，該控制器主要由五部分組成，分別是輸入模塊、中央處理器、輸出模塊、操作界面和可編輯器件[1]。PCL控制器的基本結構,如圖1所示。

圖1 PLC控制器的基本結構

近年來，PLC控制器被廣泛應用于工業自動化領域，主要原因為PLC控制器在工作過程中不單單可以為工業領域降低生產成本，還可以對生產的產品提高質量，具有一定的可靠性。在PLC控制器出現之前，工業領域想要應用同樣規模的自動化系統，需要同時應用成百上千的繼電器以及計數器才可以勉強與之媲美，如今的PLC控制器基本可以代替那些大型裝置，該控制器與一般的微處理器具有很大差別，PCL控制器一般在出廠之前就已經完成初始化操作，用戶只需根據自己的需求對其進行編輯即可[2]。PLC控制器與一般微處理器的對比,如表1所示。

表1 PCL控制器與一般微處理器的對比

2 基于PLC系統的智能電梯運行原理及控制方式

2.1 PLC智能電梯運行的基本原理

傳統的電梯運行原理是通過曳引繩將對重與轎廂進行連接，使曳引繩分別纏繞于導向輪與曳引輪上，連接成功后，將電動機安裝于電梯系統中，電動機在其中充當減速器起到變速的作用，帶動曳引輪進行轉動，隨著曳引輪轉動后，將與曳引繩產生摩擦力，在摩擦力的作用下帶動對重以及轎廂進行升降運動，實現電梯的運行，但是傳統的電梯有許多弊端，極容易出現故障而引發事故，并且易出現到達指定樓層后電梯不開門現象[3-4]。

現如今，PLC控制器的迅速發展，避免了許多不應該發生的事故，很大程度的減少了工作人員的工作量。而PLC控制器最主要的技術為掃描技術，該技術的加入使工作過程分為3個階段，分別是輸入采樣階段、用戶程序執行階段和輸出刷新階段，其中輸入采樣階段主要是PLC通過掃描的方式讀入輸入的數據以及狀態，并將其存入系統內部存儲器中，采樣結束后進入下一階段；用戶程序執行階段，在該階段的PLC采用由上而下的順序依次掃描用戶程序，并進行邏輯運算；輸出刷新階段是在系統掃描結束后，PLC自動進入輸出刷新階段，這一階段屬于PLC的真正輸出。

2.2 PLC智能電梯運行的控制方式

由PLC控制器控制下的智能電梯運行模式相比原有電梯采用的硬接線模式更加高端，由硬接線模式控制的電梯不僅運行速率低，而且十分不穩定，很容易受到外部因素影響而造成電梯發生晃動，存在一定的安全隱患，影響公司形象。

現如今，隨著PLC控制器大量投入運行，打破了固有局面，實現成本低、優化便捷的愿望。PLC控制器控制的智能電梯運行的控制方式主要采用軟接線模式，該模式具有較強的適應能力，可以很快的熟悉系統的操作模式，并加速運行，同時它的擴展能力極強，可以隨時根據實際需求而編輯邏輯控制器。系統為達到信號傳輸速率加快的目的，將PLC智能電梯所采用的控制材料改成半導體材料，通過使用半導體材料很大程度上加快了電梯對于用戶指令的反應，通過多次實驗，根據數據表明PLC智能電梯顛覆以往，具有運行平穩、無抖動等現象的發生的優勢，并且提高了電梯的安全性能，具有極高的使用價值[5]。

3 基于PLC的智能電梯控制模型設計

3.1 PLC智能電梯的基本結構

PLC智能電梯主要運用了西門子S7—300PLC控制系統，該系統具有眾多管腳，其接口分配,如表2所示。

該系統主要由七大部分組成。第一部分是電梯上位機監控；第二部分是S7—300PLC主控制系統；第三部分由曳引機、門電機、制動器以及變頻器組成；第四部分是各樓層召喚信號；第五部分是轎廂；第六部分是安全和門鎖畫路信號；第七部分是轎廂內召喚信號。PLC智能電梯的基本結構,如圖2所示。

圖2 PLC智能電梯的基本結構

表2 PLC管腳地址分配表

當用戶使用智能電梯時，電梯的各樓層召喚信號會聯合轎廂內召喚信號根據控制指令對信息進行采集，指令接收成功后，由第三部分的曳引機執行命令進行拖拽作用，將電梯帶到用戶指定的樓層，用戶有其他的需求，可以通過開關按鈕進行控制到達時間。

3.2 PLC智能電梯的功能要求

以西門子S7—300PLC控制系統為核心技術的PLC智能電梯具有許多操作部門，由這些部門組成了強大的智能電梯系統，每個部門有著屬于自己獨特的功能，在這些系統的緊密配合下，發揮了電梯的最大精準度，實現電梯運作模式。PLC智能電梯對于各部分的功能要求極高，首先感應器應具有極高的感應能力，正確判斷電梯所在的樓層，將信息顯示在屏幕上提供給用戶查看，該指令完成后，系統將對感應器的記憶進行消除，以便感應器執行下一指令。電梯系統將通過感應器發送的信息，對轎廂進行控制，拖拽至指定樓層，一分鐘之內感應器感應不到任何物體進入轎廂內，將自動關閉電梯門，等待接收下一指令。操作過程中PLC智能電梯對運行的速率具有一定的要求，不可以過慢，并且運行過程中電梯門不可以手動打開，避免造成危險發生，電梯內應安裝報警裝置，在電梯所承受的重量超過其自身能承載的重量之后，進行報警處理，提示人們合理進入電梯[6]。

3.3 PLC智能電梯控制系統設計

3.3.1 智能電梯控制系統設計

由PLC控制的控制器具有穩定性高、程序可根據需求自主編輯以及靈活度高等特點，因此特別對該電梯的控制系統進行設計，該設計主要分為12部分組成，分別是PLC主機、CPU存儲器、輸入與輸出接口、轎廂操作盤、廳外呼梯盤、安全裝置、井道裝置、樓層指示器、調速裝置、主拖動控制器和門控制器。其各部分負責不同的功能，PLC主要負責運行整個系統，CPU存儲器的功能為接收各類數據并對其進行分類，輸入與輸出接口是接收數據的接口，轎廂操作盤以及廳外呼梯盤是整個系統的輸入設備，各部分功能不同，負責的部門也不同，相互之間緊密配合主導整個系統的生死存亡。智能電梯控制系統總體結構,如圖3所示。

圖3 智能電梯控制系統總體結構圖

3.3.2 西門子S7—300PLC電梯控制系統的硬件設計

為了PLC智能電梯控制系統能夠順利運行，特將西門子S7—300PLC作為該系統的硬件部分，將設計分為十個部門，分別是旋轉編碼器、曳引電機、變頻器、電源、S7—300PLC門電機、呼叫與位置信號以及樓層和呼叫顯示，各自負責不同的功能，相互之間緊密配合，使整個系統的作用達到了制高點。PLC智能電梯控制系統硬件組成,如圖4所示。

圖4 PLC智能電梯控制系統硬件組成

為了更好的控制電梯的運行速度以及保證系統對信號的采集、傳輸與運算功能，特別設計了調速系統與邏輯控制系統，使電梯運行的安全性得到了保障[7]。

3.3.3 西門子S7—300PLC電梯控制系統的軟件設計

西門子S7—300PLC電梯系統的軟件設計，主要從六個模塊考慮，分別是電梯識別模塊、定向回路模塊、運行方向模塊、顯示模塊、開關控制模塊和召喚信號模塊。其中電梯識別模塊主要負責根據指令識別電梯位置，從而執行指令，實現對電梯進行拖拽過程；定向回路模塊在系統中起決定性作用，負責控制電梯上下運行狀態；運行方向模塊與顯示模塊部分主要負責電梯運行的速度快慢問題，該部分對電梯進行控制，才可以實現各樓層之間相互運轉問題；開關控制模塊以及召喚信號模塊部分主要負責對電梯門的開關狀態以及運行情況進行控制，開關控制模塊負責電梯到達指定樓層后，對電梯門進行開關指令，召喚信號模塊主要負責接收指令，對其他模塊進行分配，指令結束后對其記憶進行消除[8]。

4 PLC智能電梯控制模型仿真系統的實際運用

4.1 系優化測試

為了保證系統的可實施性，特別對電梯進行全面的系統測試，以電梯從三樓和四樓開始上行為例。電梯從三樓及四樓上行過程,如表3、表4所示。

表3 電梯從三樓上行過程表

表4 電梯從四樓上行過程表

通過對電梯從三樓和四樓開始上行運行過程，形成了模擬圖，更加直觀的了解系統優化過程。電梯從三樓及四樓上下行模擬圖,如圖5、圖6所示。

4.2 仿真與評價

通過系統多次應用于實際市場后發現，PLC控制器是整個系統開發成功的關鍵因素，PLC控制器既可以控制電梯運行狀態，又可以保障電梯的穩定性，成功避免了安全隱患的發生，并且在需要對系統進行優化時，可以輕松進行操作，不需要對系統全部拆分，很大程度上減少了電梯維修人員的工作量，大量投入市場后，得到的反饋都十分滿意。總體來說PLC的加入，使電梯實現了全面自動化發展，可以對電梯進行遠程操作的同時，也保證了系統安全穩定的運行。

圖5 電梯從三樓上下行模擬圖

圖6 電梯從四樓上下行模擬圖

5 總結

隨著我國經濟的迅速發展，房地產行業領域也在不斷完善，但是占地面積有限，只能把房屋提高，才能解決面積問題，為了給人們提供方便，電梯成為了重要的運載工具，本文針對傳統電梯的劣勢做出了改變，在其中加入PLC控制器，加強了電梯的安全穩定性，經試驗結果表明，該項設計符合開發要求，具有一定的研究意義。