唐旭輝

[摘 ? ?要]以四層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)為研究對象，以西門子S7-200系列PLC為控制核心，通過KingView組態(tài)王上位機(jī)監(jiān)控軟件來顯示兩部電梯的所處樓層數(shù)、實際運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)信息，同時針對兩梯四戶的大樓實現(xiàn)對兩臺電梯進(jìn)行并聯(lián)調(diào)度控制。

[關(guān)鍵詞]電梯;并聯(lián)控制;組態(tài)王

[中圖分類號]TU976.3 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）05–00–03

Design of Elevator PLC Control System

Tang Xu-hui

[Abstract]This paper takes the four-story parallel elevator control system as the research object， takes Siemens S7-200 series PLC as the control core， and uses the KingView host computer monitoring software to display the parameters such as the number of floors and the actual running status of the two elevators. At the same time， for a building with two elevators and four households， the parallel dispatching control of two elevators is realized.

[Keywords]elevator;parallel control;configuration king

隨著社會的發(fā)展，單個電梯已經(jīng)不能滿足一些建筑的需求，在這種情況下就需要使用兩個或者多個電梯一起工作。為了更加便捷的管理，將兩部電梯進(jìn)行集中管理，以達(dá)到效率最大化和節(jié)能的目的。

1 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

1.1 電梯原理

電梯作為垂直起重設(shè)備，由電動機(jī)、控制箱、鋼絲、轎廂、曳引輪和配重組成。電梯的執(zhí)行動作通過控制器發(fā)出，通過一系列分析計算，發(fā)送相關(guān)的指令給拖動系統(tǒng)，按照工作值來拖動曳引系統(tǒng)動作，接著對鋼絲繩進(jìn)行拽引來帶動電梯轎廂使其按照既定的軌跡運(yùn)行，到達(dá)指定的位置之后，信號給出控制電梯門打開，乘客進(jìn)出電梯。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)

電梯采用變頻調(diào)速方式，變頻調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，且響應(yīng)較為及時?；绢l率下，整體的調(diào)速性能更好，機(jī)械特性好，并且在恒定功率或者扭矩調(diào)節(jié)下，效率會更高。隨著電力電子技術(shù)不斷成熟，整體的模塊功能更為強(qiáng)大，變頻調(diào)速性能不斷提高，對頻率轉(zhuǎn)換速度調(diào)節(jié)領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)。

變頻器由主電路和控制電路組成。變頻器自身的電子開關(guān)進(jìn)行斬波控制，輸出電壓為脈沖序列形式，通過改變電子開關(guān)的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間，改變輸出電壓脈沖序列的脈沖寬度，從而實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。

2 電梯控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 設(shè)計目標(biāo)

本文以兩臺四層電梯為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計，主要實現(xiàn)如下目的：

（1）通過調(diào)速變頻器可以提升電梯的運(yùn)行速度，保證電梯運(yùn)行速度的穩(wěn)定。

（2）能夠?qū)崿F(xiàn)定向選層功能。每個樓層都設(shè)有呼叫按鈕，選定樓層之后，電梯到達(dá)該目標(biāo)層時，信號燈按鈕才會熄滅。

（3）能夠?qū)崿F(xiàn)自動定向功能。電梯在上行過程中只響應(yīng)向上的命令，電梯在下行過程中只響應(yīng)下行的命令，別的命令不會響應(yīng)。

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)待客自動開關(guān)門。

（5）上下限位功能、超重禁止運(yùn)行。

（6）運(yùn)行故障超時，電梯每層和每層之間的運(yùn)行時間不能超過20s，超過規(guī)定的時間，電梯報警并且停止運(yùn)行。

（7）兩部電梯通過并聯(lián)調(diào)度原則，能夠最大化實現(xiàn)工作效率的提升，兩臺電梯各自響應(yīng)自己的任務(wù)，通過實際情況來判斷自己的任務(wù)，達(dá)到節(jié)能減資的目標(biāo)。

2.2 系統(tǒng)總體方案

整個電梯控制系統(tǒng)分為5個部分，分別為信號輸入模塊、信號輸出模塊、邏輯控制模塊、電機(jī)運(yùn)行模塊以及監(jiān)控模塊。其中信號輸入模塊主要對四層電梯的召喚按鈕盒內(nèi)的召喚信號、電梯內(nèi)的樓層選擇信號、電梯轎廂所處樓層的位置限位以及電梯相關(guān)的保護(hù)參數(shù)等信號進(jìn)行采集，采集后的信號通過信號輸入模塊傳入邏輯控制模塊，邏輯控制模塊主要為PLC系統(tǒng)的中央處理器，其對輸入信號進(jìn)行判斷，確定呼叫的樓層、電梯的方向，以及兩臺電梯的運(yùn)行狀態(tài)等，處理完成后邏輯控制模塊將信號發(fā)送至信號輸出模塊，控制轎廂門、指示燈、報警信號等設(shè)備的工作，同時邏輯控制模塊還將電梯電機(jī)的運(yùn)行信號傳送至電機(jī)運(yùn)行模塊，其中電機(jī)運(yùn)行主要為變頻器，變頻器根據(jù)輸入指令控制電機(jī)按照既定模式穩(wěn)定運(yùn)行。以上所有控制回路的參數(shù)均會被電梯監(jiān)控模塊采集，進(jìn)而在上位機(jī)界面中進(jìn)行實時指示，供運(yùn)行、維修人員進(jìn)行監(jiān)控。

3 電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)硬件選型

3.1.1 PLC選型

本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的PLC進(jìn)行控制，根據(jù)總體設(shè)計方案，可以確定采用該系列PLC所需的功能模塊，查詢西門子樣本手冊，可以確定各個模塊的基本型號，電源模塊選擇PM207 24VDC/3A，中央控制器選擇CPU224 CN，數(shù)字量輸入模塊選擇EM221 CN 16DI 24VDC，數(shù)字量輸出模塊選擇EM221 CN 8DO 24VDC。

3.1.2 變頻器的選擇

本電梯控制系統(tǒng)選擇ABB廠家的ACS800變頻器。

為了適應(yīng)西門子系列的PLC，本系統(tǒng)將采用IO點(diǎn)硬接線的方式來對變頻器進(jìn)行控制，只需將電機(jī)正轉(zhuǎn)信號以及電機(jī)反轉(zhuǎn)信號發(fā)送至變頻器，變頻器即可根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)開始運(yùn)行，電機(jī)正轉(zhuǎn)信號與電機(jī)反轉(zhuǎn)信號即對應(yīng)電梯的上行與電梯的下行信號。

3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.2.1 信號輸入模塊/信號輸出模塊

如圖1為信號輸入輸出模塊/信號輸出模塊的原理圖，輸入模塊采集電梯外呼叫信號、電梯內(nèi)選層信號、電梯樓層限位信號、電梯上下保護(hù)限位信號、電梯超重信號、電梯門狀態(tài)信號、電梯緊急停止信號，輸出模塊發(fā)送內(nèi)外樓層顯示指令、報警信號指令、電梯門開關(guān)信號指令以及兩臺電梯的制動器動作信號指令。信號輸入模塊與信號輸出模塊均與S7-200控制器緊密相連。

如圖1所示，所有的輸入信號與輸出信號的供電均由電源模塊提供，電制為DC 24V，前后均通過繼電器進(jìn)行隔離。

3.2.2 電機(jī)運(yùn)行模塊

電機(jī)運(yùn)行模塊主要包括兩部分：電梯的提升電機(jī)以及與之相關(guān)的制動器電機(jī);電梯的開門電機(jī)。兩部分的原理圖分別如圖2所示。

如圖2所示，A、B、C三相動力電源經(jīng)過斷路器之后首先接入A電梯電機(jī)對應(yīng)的變頻器中，在變頻器中經(jīng)過AC/DC整流以及DC/AC逆變之后通過動力電纜向A電梯的提升電機(jī)供電，其中該變頻器通過IO模塊接受PLC發(fā)來的控制指令。B電梯電機(jī)的原理與A電機(jī)相同。

如圖3所示，A、B、C三相動力電源經(jīng)過斷路器之后分別接入A、B電梯開門電機(jī)的控制接觸器，每個開門電機(jī)設(shè)有兩個控制接觸器，經(jīng)過左邊接觸器后開門電機(jī)的三相相序為C、B、A，而經(jīng)過右邊接觸器后開門電機(jī)的三相相序為A、B、C，即兩者相序相反，從而使開門電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，當(dāng)開門電機(jī)正轉(zhuǎn)時，電梯門打開，當(dāng)開門電機(jī)反轉(zhuǎn)時，電梯門關(guān)閉，即可正常實現(xiàn)電梯門的開關(guān)控制。

4 電梯控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 地址分配

進(jìn)行PLC程序編寫之前需要根據(jù)實際的接線對PLC的地址進(jìn)行分配，輸入地址的信號分配如表1所示。

如表1中包含兩臺電梯的輸入信號共40路，其中兩臺電梯分別命名為A電梯和B電梯，其中I0.0～I(xiàn)0.5為轎廂外的呼叫信號，為兩電梯公用，故未進(jìn)行區(qū)分。輸出地址的信號分配如表2所示。

4.2 軟件運(yùn)行流程分析

系統(tǒng)運(yùn)行時首先需要進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，確定某一任務(wù)是由A電梯還是B電梯執(zhí)行，具體流程圖以及任務(wù)調(diào)度流程如圖4和圖5所示。

4.3 組態(tài)仿真

將每個限位、開關(guān)、按鈕、報警和指示燈均連接至對應(yīng)S7-200的IO點(diǎn)，即可完成兩者的鏈接。將PLC程序下載至S7-200 PLC之后，啟動運(yùn)行PLC，即可在上位機(jī)監(jiān)控并對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，仿真界面如圖6所示。

如圖6所示，在系統(tǒng)初始狀態(tài)時，A、B電梯均停在一層，即一層的位置感應(yīng)器均為綠燈，當(dāng)按下二層上呼叫時，A電梯開始向上運(yùn)行，其向上運(yùn)行的指示燈變?yōu)榫G色，系統(tǒng)仿真工作正常。

5 結(jié)束語

以電梯控制系統(tǒng)為研究對象，對系統(tǒng)總體設(shè)計方案進(jìn)行了論證，并完成組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭志冬.變頻調(diào)速電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計分析[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，31（2）：3-4，7.