基于西門子PLC 的電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計

馬德光

（廣西輕工技師學(xué)院，廣西 南寧530031）

本文采用西門子1200 系列PLC，從電梯機構(gòu)、電梯的控制流程設(shè)計、PLC 選型、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計、電梯電動機控制線路設(shè)計等方面對七層樓電梯的控制系統(tǒng)進行設(shè)計，將西門子PLC控制方案融入電梯控制系統(tǒng)中去。

1 電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計

電梯的主要功能是在垂直方向上進行運輸作業(yè)，是一直特殊的運輸設(shè)備。它主要由轎廂、配重、拖動電動機、減速傳動機構(gòu)、井道及井道設(shè)備組成。轎廂的主要功能是載人或載物，配重的主要功能是用來改變電梯電動機負載的特性，以此提升電梯的安全性能。如圖1 所示，為電梯拖動系統(tǒng)示意圖。電梯轎廂及配重分別安裝在鋼絲繩的兩端，電動機及減速機構(gòu)通過拖拽鋼絲繩對轎廂的運動進行控制，控制轎廂上下運動時的加速、減速、停止等。

圖1 電梯拖動系統(tǒng)示意圖

2 電梯控制系統(tǒng)PLC 的選型

7 層電梯控制系統(tǒng)需要設(shè)計由交流雙速電動機控制的七層工作站，針對這一要求，本設(shè)計選用西門子S7-1200 系列PLC中的CPU 1214C AC/DC/Rly，該PLC 提供了14 個輸入點和10個輸出點，其輸入點的存儲器地址為I0.0-I1.3（共14 個點），輸出點的存儲器地址為Q0.0-Q1.1（共10 個點），由于本設(shè)計需要用到40 個輸入點和38 個輸出點，為滿足設(shè)計要求，需要對其進行擴展，設(shè)計選用西門子數(shù)字I/O 擴展模塊SM1223。SM1223 輸入輸、出模塊的數(shù)字量輸入/輸出為16 點輸入/16 點繼電器輸出。本次設(shè)計中選用2 個SM1223 模塊做為設(shè)計擴展模塊。

3 基于西門子PLC 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)電梯控制的設(shè)計要求，PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計組成如圖2 所示。

圖2 PLC 控制系統(tǒng)組成

4 基于西門子PLC 輸入、輸出信號的設(shè)計

4.1 輸入端口的設(shè)計

電梯轎廂內(nèi)包括各層的樓層選擇按鈕，7 層樓應(yīng)設(shè)計有7個樓層按鈕，需用到7 個輸入點，開關(guān)轎廂門需要用到2 個開關(guān)按鈕，需用到2 個輸入點，出于安全的考慮，電梯轎廂門應(yīng)設(shè)計有防夾保護，電梯門在未關(guān)好的情況下應(yīng)禁止啟動，轎廂門限位開關(guān)用到2 個輸入點，為防止轎廂沖頂以及沖底，還應(yīng)在電梯頂部和底部設(shè)計有上下限位開關(guān)（需要用到2 個輸入點），共計13 個輸入點。井道內(nèi)每層都應(yīng)設(shè)置傳感器，以便感知轎廂當前所在樓層，7 層樓安裝7 個傳感器，共需分配7 個輸入點，為確保電梯到達樓層時不出現(xiàn)錯層現(xiàn)象，需要應(yīng)用上下平層傳感器進行樓層對正，需分配9 個輸入點。每個樓層門廳等候區(qū)都需要設(shè)計上行和下行兩個按鈕，考慮到底層只需設(shè)計1 個上行按鈕、頂層只需設(shè)計1 個下行按鈕，總共需要分配12 個輸入點，當轎廂無操作時，需要預(yù)設(shè)自動、檢修等六個功能，需分配6 個輸入點。綜上所述，本設(shè)計共需分配40 個輸入點。

4.2 輸出端口的設(shè)計

在本設(shè)計中，三相異步電動機為電梯控制系統(tǒng)的主要控制對象，電動機正反轉(zhuǎn)控制著電梯的上下行，需要分配2 個輸出點，電梯為變頻器分段調(diào)速控制，控制電梯速度需要分配2 個輸出點，啟動加速、3 級制動減速共需4 個輸出點，轎廂開關(guān)門控制需要分配2 個輸出點，7 層樓分別需要7 個指示燈顯示當前樓層位置，需要分配7 個輸出點，上下行指示燈顯示需分配2 個輸出點，電梯的上下行記憶點顯示需分配12 個輸出點，轎廂內(nèi)顯示已選擇的樓層，需要設(shè)計7 記憶燈，需分配7 個輸出點，本設(shè)計共需要分配38 個輸出點。

5 電梯的控制流程設(shè)計

電梯系統(tǒng)PLC 控制實際上就是處理好呼叫輸入信號與輸出信號的邏輯關(guān)系。根據(jù)實際需要電梯控制流程設(shè)計如下：

（1）轎廂內(nèi)關(guān)門信號按下時，電梯門鎖定功能解除，轎廂門自動關(guān)閉，電梯門關(guān)閉到位后，電梯允許接收上、下行信號。

（2）電梯上下行到指定樓層后，轎廂自動停止，并通過樓層傳感器對樓層進行對層檢測，對層無誤后轎廂門自動打開，轎廂門打開后無操作的情況下等待20 秒后自動關(guān)門，并等待電梯系統(tǒng)的呼叫信號。

（3）為了解決呼叫沖突的問題，電梯運行時，只響應(yīng)與轎廂運行方向相同的呼叫信號。

（4）電梯運行時自動比較當前轎廂內(nèi)所選擇的樓層信號，當?shù)竭_所選擇的最高樓層時，電梯自動停止，并切換運行方向，轎廂下行返回底層。

（5）電梯系統(tǒng)接收到的電梯外部呼叫信號需進行記憶，只有在完成呼叫任務(wù)后才清除該信號存儲。

（6）電梯轎廂內(nèi)以及電梯門廳處都應(yīng)設(shè)計有電梯運行當前樓層數(shù)的數(shù)值顯示。

（7）當多個樓層同時呼叫電梯時，電梯系統(tǒng)根據(jù)信號呼叫時序的先后，安排電梯運行的順序，最先呼叫信號的執(zhí)行級別最高，優(yōu)先執(zhí)行該呼叫所要求的上行或下行任務(wù)。在確定了當前上下行任務(wù)后，再確定執(zhí)行與該任務(wù)同向的呼叫任務(wù)。

（8）當執(zhí)行完一個方向的任務(wù)要進行換向時，根據(jù)最遠站換向原則來進行運行方向的轉(zhuǎn)換。

（9）當電梯進行維修時，要將所有樓層的電梯門關(guān)閉，以防止行人誤入。

6 結(jié)論

本設(shè)計中將三相交流異步電動機、繼電器、接觸器、行程開關(guān)、按鈕、發(fā)光指示器和PLC I/O 接口組合成一個完整的控制系統(tǒng)。并且在整個系統(tǒng)中應(yīng)用西門子PLC 應(yīng)用模塊化程序設(shè)計的方法設(shè)計出相應(yīng)的邏輯控制程序以實現(xiàn)對電梯的升降、加減速、平層、起動、制動等進行控制。應(yīng)用基于西門子PLC 設(shè)計的電梯控制系統(tǒng)使得整個電梯的結(jié)構(gòu)更加的簡單、運行效率更高、運行穩(wěn)定性更好。