黃志強，謝 軍

（安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥230011）

引言

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，科技的不斷創(chuàng)新，不同領(lǐng)域的技術(shù)不可避免的開始出現(xiàn)了互相借鑒、相互融合的趨勢。對于電梯行業(yè)而言，傳統(tǒng)的行業(yè)自動化層級結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，集成化程度不高，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)對于信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展需求，在此基礎(chǔ)上對于電梯行業(yè)采用仿真平臺模擬，設(shè)計出最高效，最合理的樓群集成系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的搭建

此次系統(tǒng)的搭建的對象為西門子公司開發(fā)的關(guān)于實際電梯結(jié)構(gòu)為主題的仿真軟件，該仿真軟件不僅由平時見到的傳感器、PLC、應(yīng)用模塊組成，還可以按照實際的情況，模擬出呼叫電梯，進出電梯，等待電梯，和對電梯進行實際的操作。和我們平時生活中遇到的電梯基本一致，是一款很強的仿真軟件。

1.1 PLC 程序模塊

在電梯仿真平臺中運用的是西門子S7-1200PLC 作為整個系統(tǒng)的程序編寫與通信的鏈接，同時運用Intouch軟件對整個的系統(tǒng)程序進行組態(tài)并配置出相應(yīng)的仿真配置。電梯運行的I/O 點也需要和S7-1200PLC 的I/O 點對應(yīng)起來，部分PLC 的I/O 點位的配置如圖1 所示：

圖1 部分PLC I/O 點配置

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

本次設(shè)計采用SIMATIC S7-1200 緊湊型小型PLC（在TIA portal V15 工程平臺選擇CPU 1214C，緊湊型CPU DC/DC/DC）。WinCC 監(jiān)控環(huán)境和EES 仿真軟件進行連接。再添加DI/DO 兩個通用模塊進行數(shù)字量輸入輸出。并根據(jù)PLC 的IO 輸入輸出量設(shè)定地址范圍?？刂葡到y(tǒng)在TIA portal V15 工程平臺中的硬件組態(tài)拓撲視圖如圖2 所示。

2 梯群控制方案設(shè)計

2.1 電梯群控

針對6部多層電梯實施聯(lián)合控制，滿足常見不同應(yīng)用場合下集群電梯的控制策略切換。具體來講，需要考慮三方面因素：

（1）乘客平均候梯時間；（2）乘客平均乘梯時間；（3）系統(tǒng)整體能耗。

圖2 PLC 系統(tǒng)連接圖

2.2 單部電梯基本功能

根據(jù)不同樓層客戶需求及時響應(yīng)，實現(xiàn)自動平層、開關(guān)門、超重提示、實現(xiàn)上下限位，層門聯(lián)鎖保護，并根據(jù)不同的需求實現(xiàn)合理的響應(yīng)。具體地，應(yīng)具備如下功能：

（1）電梯初始化

電梯模型會給出自動運行信號，示意比賽開始，控制程序需要在收到該信號后，進行必要的初始化工作，完成后電梯位于預(yù)選區(qū)域待命，并返回準(zhǔn)備就緒信號以確認。

（2）集選控制

電梯在運行過程中可以應(yīng)答同一方向所有層站呼梯信號和轎廂內(nèi)的選層指令信號，并自動在這些信號指定的層站平層?？?。電梯運行響應(yīng)完所有呼梯信號和選層指令信號后，停在最后一次運行的目標(biāo)層待命。

（3）開關(guān)門控制

電梯門會根據(jù)當(dāng)前電梯的狀態(tài)、轎廂門的狀態(tài)、呼梯信號、選層信號及光幕信號狀態(tài)等，合理的進行相應(yīng)的響應(yīng)。當(dāng)門未全關(guān)時，如有光幕信號，須優(yōu)先響應(yīng)，保持電梯門打開；當(dāng)電梯平層開門后，延時關(guān)閉，此時間可修改。

（4）啟停控制

根據(jù)電梯主電路完成按時間原則的啟動、停止過程。當(dāng)電梯平層時，需要依時間原則依次觸發(fā)三級制動減速，待平層后，切斷上行、下行接觸器，抱閘停車。

（5）運行控制

在運行過程中，需要始終對當(dāng)前運行方向、當(dāng)前樓層（采用七段數(shù)碼管顯示）進行實時監(jiān)控與顯示。通常，乘客會根據(jù)當(dāng)前電梯運行方向及電梯門是否打開進行判斷后上車。僅當(dāng)無呼叫指令時，運行方向指示無向。

2.3 單部電梯運行（異常）狀態(tài)監(jiān)測

在電梯整個運行過程中，監(jiān)測狀態(tài)參數(shù)以及各種反饋信號等，確保電梯穩(wěn)定運行。故障情況下，制定相應(yīng)的安全策略。有出現(xiàn)異常狀態(tài)時，輸出信號故障指示燈。應(yīng)具備如下功能：

（1）超載保護

電梯超載時，故障指示燈閃爍，并保持開門狀態(tài)，不允許起動。

（2）終端越程保護

電梯的上下終端都裝有終端減速開關(guān)、終端限位開關(guān)，以保證電梯不會越程。

（3）開關(guān)門保護

如果電梯持續(xù)關(guān)門一段時間后，尚未使門鎖閉合，電梯就會轉(zhuǎn)換成開門狀態(tài)，故障指示燈常亮。如果電梯在持續(xù)開門一段時間后，尚未收到開門限位信號，電梯就會變成關(guān)門狀態(tài)，并在門關(guān)閉后，響應(yīng)下一個召喚和指令。電梯集群控制邏輯如圖3 所示

圖3 集群控制邏輯圖

3 人機交互界面

根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計利用WinCC 監(jiān)控界面與PLC相連接，實現(xiàn)對電梯運行狀況的實時監(jiān)控，同時向用戶提供操作平臺讓用戶可以對流程進行簡單的修改操作。配合S7-1200 PLC 和TIA Portal 來實現(xiàn)程序的編寫和調(diào)試。對程序進行修改和完善，并且畫出WinCC 人機交互界面，方便用戶對設(shè)備進行監(jiān)測和控制，實現(xiàn)顯示屏顯示出監(jiān)控界面。

本設(shè)計的人機界面包括：WinCC 電梯運行實時監(jiān)控界面，如圖4 所示；電梯狀態(tài)實時監(jiān)控界面。

下面分別對以上人機界面的功能設(shè)計及交互方案進行介紹。

圖4 電梯實時運行監(jiān)控圖

圖5 部分電梯選層PLC 設(shè)計

4 程序設(shè)計

4.1 PLC 程序設(shè)計

電梯啟動后，通過進入電機達到模式進行系統(tǒng)的初始化。控制程序需要在收到信號后，進行必要的初始化工作，并返回準(zhǔn)備就緒信號以確認初始化完成。例如，使進入電梯選層，當(dāng)在1 號梯轎內(nèi)按下1 層的按鈕，與此同時1 號梯轎內(nèi)1 層所對應(yīng)的指示燈亮起，電機接受到信號，準(zhǔn)備工作，當(dāng)在1 號梯轎內(nèi)按下2 層的按鈕時1 號梯轎內(nèi)2 層所對應(yīng)的指示燈亮起，電機接受到信號，把梯轎從1 層提升到2 層，以此往復(fù)，如圖5 所示關(guān)于部分電梯選層PLC 程序設(shè)計。

4.2 SCL 程序設(shè)計

對電梯程序編寫的過程中運用了西門子SCL 程序編寫方式對電梯的載重量進行了編寫。在SCL 程序中對于載重量進行定義，當(dāng)1 號電梯的載重量大于設(shè)定值的重量時，促使電梯門關(guān)閉的繼電器會斷開，與此同時電梯滿載的指示燈會亮起，變成常亮的狀態(tài)，當(dāng)電梯門打開到設(shè)計位置后開門繼電器打開，使電路斷電，否則開門繼電器接通，會使電梯門一直處于打開狀態(tài)，程序如下

5 結(jié)束語

本設(shè)計采用PLC（即可編程控制器）控制電梯的運行，相比于傳統(tǒng)的繼電器控制方式，PLC 具有可靠性高、體積小、抗干擾能力強、編程簡單、維修方便、功耗低、控制功能完善、通用性強等特點。在采用PLC 控制方式控制時，可以實現(xiàn)各種特殊控制的要求，只需要改變程序就可適用于各種生產(chǎn)過程。在維修時通過更換各種模塊就可以迅速排除故障，而且PLC 還具有自診斷、故障報警功能，面板上的各種指示便于操作人員檢查調(diào)試，大大減少了工作人員的工作量。從建設(shè)初期投入方面和后期維護方面大大減少了成本資金，經(jīng)濟效益大大增加，更加符合綠色環(huán)保要求。同時通過仿真實驗證明，該電梯集群系統(tǒng)的可操控性比傳統(tǒng)的電梯操控性更強，系統(tǒng)更穩(wěn)定，在實際工程中具有一定的工程價值。