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基于PLC的电梯控制系统的设计与实现
杨小玲1, 2，朱群雄1，洪旭1
1信息科学与技术学院，北京化工大学，北京100029
2北京联合大学自动化学院，北京100101 yxl_lmy @ sina.com，祖
克x@mail.buct.edu.cn,
摘要
本文介绍了一套住宅楼的2层九层电梯控制系统的开发。控制系统采用PLC作为控制器，采用基于“最小等待时间”的并联连接调度规则，以并联方式运行2台电梯。本文详细介绍了PLC控制系统的基本结构，控制原理和实现方法。它还提供了系统关键方面的梯形图。该系统外围电路简单，运行结果表明，提高了电梯的可靠性和性能。
介绍
随着建筑技术的发展，建筑物越来越高，电梯成为高层建筑中重要的垂直运输工具。他们负责运送乘客，在大楼内生活，工作或参观，舒适而有效地到达目的地。因此，电梯控制系统对于每台电梯的平稳安全运行至关重要。它告诉电梯以什么顺序停在地板上，何时打开或关闭门以及是否存在安全关键问题。
传统的电梯电气控制系统是一个继电器控制系统。它具有电路复杂，故障率高，可靠性差等缺点;并极大地影响了电梯的运行质量。因此，在企业的委托下，我们通过PLC改进了住宅楼中的中继控制电梯的电气控制系统。结果表明，改造后的系统运行可靠，维护方便。
本文详细介绍了电梯PLC控制系统的基本结构，控制原理和实现方法。
系统结构
电梯控制系统的目的是响应用户的请求管理电梯的
移动。它主要由两部分组成：
电力驱动系统
电力驱动系统包括：电梯轿厢，牵引电动机，门电动机，制动机构和相关的开关电路。
在这里，我们采用了一种新型的LC系列交流接触器来取代旧的，并用PLC的触点代替了大量的中间继电器。牵引电动机的电路是保留的。因此，有效地克服了原
始控制柜的诸如大体积和高噪声的缺点。
信号控制系统
电梯的控制信号主要由PLC实现。输入信号为：操作模式，操作控制信号，轿厢呼叫，门厅呼叫，安全/保护信号，门开/关信号和水平信号等。电梯系统的所有控制功能均由PLC程序实现，如作为门厅呼叫或轿厢呼叫的登记，显示和消除，电梯轿厢的位置判断，选择电梯的层数和方向选择等。电梯的PLC信号控制系统图如图1所示。
操作模式
操作控制信号
安全/保护信号
楼层指示灯
轿内指令按钮
PLC
廊内指示灯
廊内指令按钮
输入
输出
行向灯
水平传感器
到达信号
楼层传感器
开关门控制
电力驱动系统
开关门信号
图1
要求
控制系统开发的目标是控制9层住宅楼中的2部电梯。
对于每个电梯，每个楼层都有一个传感器。我们可以使用这些传感器来定位电梯轿厢的位置。电梯轿厢门可以通过门电机打开和关闭。门上有2个传感器，可以通知控制系统门的位置。当门关闭时，门上还有另一个传感器可以检测到物体。电梯轿厢的上下运动由牵引电机控制。
除第一层和顶层外，每层楼都有一对方向灯，指示电梯正在向上或向下移动。
每层楼都有一个七段LED显示电梯轿厢的当前位置。
开发电梯控制的第一步是确定基本要求。非正式地，电梯行为定义如下。
(1) 用一部电梯运行
通常，电梯具有三种操作状态：正常模式，防火模式和维护模式。维护模式具有最高优先级。只有维护模式被取消才能实现其他操作模式。接下来是防火模式，当火警开关动作时，电梯必须立即返回底层或基站。当火警开关复位时，电梯应转到正常运行模式。在正常操作模式下，控制系统的基本任务是命令每个电梯上下移动，停止或启动以及打开和关闭门。但是有一些限制如下：
每个电梯在汽车控制面板上都有一组9个按钮，每个楼层一个。这些按钮在按下时会亮起，并使电梯进入相应的楼层。当电梯访问相应的楼层时，取消照明。
除了第一层和顶层外，每层楼的地板控制面板上都有两个按钮，一个用于请求上升电梯，一个用于请求下行电梯。按下这些按钮时会亮起。当电梯到达地板时，照明被取消，然后沿所需方向移动。
汽车控制面板或地板控制面板上的按钮用于控制电梯的运动。
如果乘客想要，电梯不能通过楼层当电梯达到一个水平时，它将测试是否需要停止。当需要停止时，它将停在此水平位置
电梯不能改变方向，直到它为当前方向行驶的所有机载乘客提供服务，并且轿厢呼叫不能由反向行驶的轿厢服务。 如果电梯没有请求，它将保持在当前楼层，门关闭。
（2）两台电梯平行运行
这种情况下，有两台电梯同时为建筑物服务。 它运行时间为每天早上7点至9点和下午5点至晚上7点。
当电梯达到一个水平时，它将测试是否需要停止。 当需要停止时，它将停在此水平。 同时，为了平衡停靠次数，两部电梯的运行将遵循一定的调度原则。 如果另一辆车已停止或已停在那里，电梯不会停在楼层。 电梯的正常运行是通过其电力驱动系统和逻辑控制系统的协作来实现的。
软件设计
由于呼叫时间，呼叫位置和乘客目的地的随机性，电梯控制系统是典型的实时随机逻辑控制系统。这里我们采用了西门子PLC S7-200 CPU226及其扩展模块的集体选择控制方法。系统中有46个输入点和46个输出点。I / O点显示在表1和表2中
表1输入点
描述 地址
1-8楼上门厅 I0.0-I0.7
2-9楼楼层呼叫 I1.0-I1.7
1-9楼车 I2.0-I2.7, I3.0
1-9到达传感器 I3.1-I3.7，I4.0-I4.1
门打开按钮 I4.2
门关闭按钮 I4.3
门关闭位置开关 I4.4
门打开位置开关 I4. 5
向上调平传感器 I4.6
降低水平传感器 I4.7
火灾开关 I5.0
司机操作开关 I5.1
车门触摸面板开关 I5.2
超载 I5.3
强制变速开关 I5.4
满载 I5.5
表2输出点
描述 地址
1-8楼的门厅呼叫灯 Q0.0-Q0.7
2-9层落地大厅呼叫灯 Q1.0-Q1.7
1-9层汽车通话灯 Q2.0-Q2.7，Q3.0
上移灯 Q3.1
向下移动灯 Q3.2
七段LED显示屏 Q3.3-Q3.7
电梯的位置 Q4.0-4.1
开门 Q4.2
关门 Q4.3
向上移动 Q4.4
向下移动 Q4.5
满载灯 Q4.6
高速运转 Q4.7
低速运转 Q5.0
加速开始 Q5.1
制动减速 Q5.2-Q5.4
警报器 Q5.5
关于软件设计，我们采用模块化方法编写梯形图程序。 模块之间的信息传输是通过PLC的中间寄存器位实现的。
整个程序主要由10个模块组成：门厅呼叫登记和显示模块，汽车呼叫登记和显示模块，信号组合模块，门厅呼叫取消模块，电梯位置显示模块，楼层选择模块， 移动方向控制模块，门开/关模块，维护操作模块和调度模块在并行运行模式下。 典型模块的设计描述如下：
门厅呼叫登记和显示
电梯里有两种电话：门厅呼叫和汽车呼叫。当有人按下地板控制面板上的按钮时，信号将被记录，相应的指示灯将亮起。这称为门厅呼叫登记。
当乘客按下电梯轿厢中的按钮时，信号将被记录并且相应的灯点亮。这称为汽车呼叫登记。
图二
集体选择电话
这里使用集体选择控制规则。如图3所示，M5.1M5.7，M6.0和M6.1是PLC中的辅助继电器。它们分别表示1至9层的停止请求信号。辅助继电器M6.2表示电梯驱动器的操作信号。当某个楼层有呼叫时，将输出相应楼层的停止信号。当驾驶员操作电梯时，将不会提供门厅呼叫。电梯不能通过乘客希望下车的楼层。
取消通话
该模块的程序可以使电梯响应与车辆当前方向具有相同方向的门厅呼叫，并且当提供门厅呼叫时，其注册将被取消。图4显示了大厅呼叫取消的梯形图。
第九层停
第八层停
第二层停
第一层停
图4
在图4中，辅助继电器M4.0是电梯的上移标志。当电梯的当前方向上升时，M4.0的触点闭合;相反，当电梯的当前方向下降时，M4.0的触点打开。M0.1至M0.7分别表示轿厢呼叫的楼层2到楼层8的停止请求信号。
该程序有两个功能：
(1) 当电梯向下移动时，使电梯响应正常向下呼叫，当向下呼叫电话时，其注册被取消。
(2) 当电梯向上移动时，相应的楼层向下的大厅 - 通过它的呼叫不被提供并且保持登记。取消大厅通话取消了大厅通话。
电梯的方向
取决于门厅呼叫和轿厢呼叫的组合，电梯可以向上或向下移动。图5中的以下梯形图说明电梯将向上移动。
图5向上移动电梯
图5显示当呼叫对应楼层高于电梯当前位置时，电梯将上升。这里辅助继电器M4.0用作上移标志。当电梯向上移动时，上行灯会亮起，因此M4.0已接通。当电梯到达顶层时，向上移动的灯关闭并且计时器启动。0.2秒后，M4.0断开，上移显示屏关闭。在这里，我们使用M4.0来取代Q3.1，这可以确保取消的可靠性。
电梯的停车位
图6电梯的停车位置
如图6所示，M6.4是停车信号的标志。M6.6是驾驶员发出的停车信号。M7.0是火警开关发出的火警信号。
M6.7是强制变速信号。当这些接触中的任何一个起作用时，系统应发出停止信号的信号。
最短等待时间算法
在电梯系统的交通中，通常有两种类型的控制任务。一个是基本控制功能，命令每个电梯上下移动，停止或开始，打开和关闭门。另一个是控制一组电梯。
集体控制系统在服务汽车和门厅呼叫方面的主要要求应该是：为建筑物的每个楼层提供均匀的服务;尽量减少乘客等待服务的时间;尽量减少乘客从一层楼移动到另一层楼的时间;在给定时间内尽可能多地为乘客服务。
电梯的组控制有很多调度算法。例如最近邻算法，电梯总是服务于下一个壁橱请求;分区算法[3] 通过分析不等楼层和人口需求的电梯系统的交通来调度电梯;和奇偶规则，电梯只服务于奇数楼层而另一个仅服务于偶数楼层。
最近邻算法最小化了电梯空移到下一个请求的长度。它通常具有非常小的平均等待时间，但个别等待时间可能变得非常大[2]。分区算法通常用于交通繁忙的建筑物，例如午餐时间的办公楼。
与办公楼和购物中心相比，住宅建筑的交通流量相对较低甚至在每个楼层。其次，人们通常认为电梯是纯粹的功能性物体，乘坐电梯的经验是等待大多数人的时间。
此外，在试图满足所有要求时存在巨大的问题。
考虑到上述所有原因，我们采用“最短等待时间”算法来实现2台电梯的并联运行[4]。
评估功能
“最短等待时间”算法的目标是根据所有呼叫预测每个电梯的响应时间，并选择具有最短响应时间的电梯。
当有呼叫时，系统根据（1）和（2）中显示的评估函数计算出每个电梯的功能值：
Ĵ（*）=最小[J（1），J（2），...，J（N）]
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资料编号：[2993]
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