張 偉 曾振城

(漳州職業(yè)技術(shù)學院 福建漳州 363000)

隨著自動化在各行業(yè)發(fā)展，電梯作為降低人力、物力的自動化工具在大型商場、寫字樓、辦公樓、觀景臺等場合被應用廣泛，而且電梯作為自動化控制領(lǐng)域的一部分備受關(guān)注，其安全性、可靠性、經(jīng)濟性是在設(shè)計電梯時追求的方向。采用繼電器控制和單片機控制是比較老舊的使用方法。但是由于繼電器主要利用大量的機械觸點和連線來實現(xiàn)各種動作，因此其機械損耗較快，抗干擾性能比較差，使用PLC電梯控制系統(tǒng)，不僅可以提高抗干擾能力，而且使用簡單，維護方便[1]。組態(tài)在工業(yè)控制領(lǐng)域得應用也較為廣泛，其采用的面相對象的編程和設(shè)計方法，使得更加易于學習和掌握其可視化功能，同時也為電梯控制系統(tǒng)提供了管理層實時監(jiān)控的方案。

1系統(tǒng)的組成、功能及運行原則

1.1電梯系統(tǒng)的組成

該控制系統(tǒng)主要由PC機、松下PLC、組態(tài)軟件組成。主要是利用組態(tài)軟件建立電梯仿真模型，通過RS232串口將上位PC機PLC連接，進行I/O組態(tài)連接、數(shù)據(jù)庫組態(tài)建立、動畫連接和動作腳本編寫來實現(xiàn)對電梯控制系統(tǒng)動態(tài)仿真。系統(tǒng)框架如圖 1所示。

圖1 電梯控制系統(tǒng)框圖

1.2電梯系統(tǒng)的工作原理

該設(shè)計的電梯系統(tǒng)的工作原理如下：

(1)初始時刻，電梯處于1層，電梯接受每個呼叫按鈕發(fā)出的信號并做出相應響應。

(2)當電梯停在任何一層(例如第4層)，按動該層的向上呼叫按鈕或向下呼叫按鈕，則電梯發(fā)出開門信號，電梯進行開門動作，直至開門行程開關(guān)打開，并延遲10s后關(guān)門。也可以進行手動實現(xiàn)開關(guān)門。如果電梯的轎廂不在第4層，則等電梯轎廂運行至該層后執(zhí)行以上命令。

(3)當按下內(nèi)層呼叫按鈕時，相應呼叫燈亮，直至電梯轎廂進行樓層判斷、轎廂運行至該層后，內(nèi)部呼叫燈熄滅。

(4)電梯控制系統(tǒng)的每一層在井道內(nèi)都有一個行程開關(guān)，當電梯的轎廂碰到某一層的行程開關(guān)時，則說明電梯已抵達該層。

(5)當電梯轎廂抵達某一層后，電梯控制系統(tǒng)除了可以實現(xiàn)自動開/關(guān)門功能外，還可以實現(xiàn)手動開/關(guān)門功能。為了保證其安全性，電梯在運行期間不可進行開/關(guān)門，即有自鎖功能。

(6)當電梯的轎廂運行到某一樓層時，該層對應的樓層位燈亮起。直到響應下一樓層，該層指示燈滅，另一層指示燈亮。

(7)電梯轎廂內(nèi)部有應急呼叫按鈕，若電梯出現(xiàn)異常情況下，乘客可按下該按鈕，控制中心接收應急信號后對電梯進行故障排查，可進行手動關(guān)閉應急燈。

2電梯系統(tǒng)的仿真

根據(jù)上文說明的電梯系統(tǒng)的工作原理，本仿真系統(tǒng)主要包括電梯主體和控制裝置。其主體包括：呼梯盒、開關(guān)門按鈕、應急呼叫按鈕、轎廂、曳引機等?？刂破髦饕强删幊炭刂破?PLC)和力控軟件[2]。該電梯控制系統(tǒng)共5個樓層，每層都有外呼按鈕、樓層顯示，電梯上下行顯示。轎廂內(nèi)有內(nèi)層呼叫按鈕，應急呼叫按鈕，手動開關(guān)門按鈕。

2.1電梯的I/0點分配及其意義

(1)外呼信號。除1層只有上呼叫按鈕，5層下呼叫按鈕外，其他樓層均有上下呼叫按鈕。其I/O分配為：從X1到X8。共8個I/O點。

(2)行程開關(guān)。電梯每層均有一個行程開關(guān)，當電梯到該層，碰到行程開關(guān)，該層行程開關(guān)打開。1-5層的行程開關(guān)的I/O分配為：X9-X13。

(3)內(nèi)部呼叫按鈕。電梯內(nèi)部有各層的呼叫按鈕，當按下目標層按鈕，電梯發(fā)出該層信號。其1-5層I/O分配分別為：X14、X15、X16、X17、X18。

(4)開關(guān)門呼叫按鈕。電梯內(nèi)部有手動開關(guān)門按鈕。其I/O分配為：X19和X20。

(5)開關(guān)門行程開關(guān)。電梯轎廂內(nèi)有一個開門行程開關(guān)和一個關(guān)門行程開關(guān)。其I/0分配為X21、X22。

(6)外部呼叫燈。外部1層上呼燈Y1，外部2層上呼燈Y2，外部2層下呼燈Y3，外部3層上呼燈Y4，外部3層下呼燈Y5，外部4層上呼燈Y6，外部4層下呼燈Y7，外部5層下呼燈Y8。

(7)各層位燈。電梯到達某層時，該行程開關(guān)打開，該層位燈亮。其1-5層位燈I/O分配為：Y9、YA、YB、YC、YD。

(8)電梯上升、下降及其指示燈，電梯開關(guān)門。其I/O分配為電梯上升YE，電梯下降YF，電梯上升指示燈R20，電梯下降指示燈R21。電梯開門R22，電梯關(guān)門R23。

(9)內(nèi)部各層呼叫燈。當按下內(nèi)部各層呼叫按鈕時，內(nèi)部的各層對應的呼叫燈亮，電梯運行到呼叫層，觸碰行程開關(guān)，燈熄滅[3]。其1-5層的I/O分配為，內(nèi)部第1層呼叫燈：RE、內(nèi)部第2層呼叫燈：RF，內(nèi)部第3層呼叫燈：R10，內(nèi)部第4層呼叫燈：R11，內(nèi)部第5層呼叫燈：R12。其I/O分配共46個，其注釋如表1所示。

2.2系統(tǒng)工作流程圖

電梯控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是電梯的上下運行和電梯的開關(guān)門。該電梯控制仿真系統(tǒng)在開始上電后進行初始化，電梯轎廂停在第一樓層，然后等待呼叫信號，當有某一樓層呼叫時，電梯轎廂先進行判斷呼叫的方向，再根據(jù)呼叫方向運行。轎廂到達目標層后延時開門，待開門行程打開后，延時關(guān)門，也可以進行手動開關(guān)門。之后根據(jù)乘客按下內(nèi)呼叫按鈕，轎廂到達目標層后繼續(xù)進行以上的開關(guān)門動作。該電梯控制系統(tǒng)的流程如圖2所示。

圖2 電梯控制系統(tǒng)流程圖

3組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計

組態(tài)軟件是一個集成人機界面和監(jiān)控管理系統(tǒng)的工業(yè)控制的上位軟件。組態(tài)軟件可以與可編程控制器、智能模塊、電力設(shè)備、遠程數(shù)據(jù)采集裝置等通訊[4]?？墒宫F(xiàn)場信息實時傳到控制室，操作人員和管理人員不需深入現(xiàn)場就可以獲得實時和歷史參數(shù)[5]。組態(tài)軟件資源豐富，功能強大，使用方便，在工業(yè)控制中得到廣泛應用[6]。可編程控制器(PLC)和組態(tài)軟件的結(jié)合可以組成應用較為廣泛的控制系統(tǒng)，組態(tài)中強大的數(shù)據(jù)采集和過程控制與PLC靈活的編程方法符合電梯系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢[7]。利用組態(tài)軟件進行電梯系統(tǒng)控制主要包括設(shè)備配置、圖形監(jiān)控界面的設(shè)計、數(shù)據(jù)庫變量的構(gòu)建、動畫連接、動作腳本編寫、運行調(diào)試等過程。

3.1變量設(shè)置及數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造

設(shè)備配置就是完成組態(tài)與可編程控制器(PLC)之間的通訊。該控制系統(tǒng)的在I/O設(shè)備組態(tài)中選擇松下PLC，串口選擇FP系列串口。

數(shù)據(jù)是用來表述系統(tǒng)控制對象屬性，在力控實時數(shù)據(jù)庫中，一個點對應一個客觀世界中的可被測量或控制的對象[8]。力控實時數(shù)據(jù)庫可以提供一些預定義的標準點參數(shù)，如模擬I/O點、數(shù)字I/O點，同時用戶也可以依據(jù)控制系統(tǒng)需求，進行建立自定義點類型[9]。

用戶對點的引用實際上是對該點的某一具體參數(shù)進行引用，該控制系統(tǒng)利用24個點組態(tài)結(jié)合PLC的I/O地址對電梯進行控制，其數(shù)據(jù)組態(tài)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫組態(tài)圖

3.2 監(jiān)控界面設(shè)計

監(jiān)控界面設(shè)計用于模擬工業(yè)現(xiàn)場和工控設(shè)備[10]。該系統(tǒng)的圖形監(jiān)控界面設(shè)計包括電梯井道、電梯轎廂、外呼叫盒、內(nèi)呼叫盒，電梯上下行顯示、樓層顯示、層位燈、開關(guān)門按鈕等。利用組態(tài)的工具箱、圖庫，位圖插入等手段，在畫電梯門時利用圖形顏色填充功能，用水平填充功能來實現(xiàn)電梯的開關(guān)門，電梯的開關(guān)門用一個間接變量(over.pv)的加減來實現(xiàn)。電梯的開門由右向左打開，電梯的關(guān)門由左向右關(guān)上，組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計如圖4。

圖4 組態(tài)監(jiān)控界面圖

4系統(tǒng)運行與調(diào)試

根據(jù)前面設(shè)計的工作原理，通過運行程序控制組態(tài)監(jiān)控界面，檢查呼梯功能與開關(guān)門功能。通過按下電梯各個按鈕，察看電梯的上下行、開關(guān)門，報警情況。通過調(diào)試，可以實現(xiàn)電梯系統(tǒng)的自動控制，且組態(tài)控制界面運行正常。

電梯呼叫系統(tǒng)分為內(nèi)部呼叫系統(tǒng)和外部系統(tǒng)，內(nèi)部呼叫系統(tǒng)有五個層位按鍵和開關(guān)門按鍵，應急呼叫和解除呼叫按鍵；外部呼叫系統(tǒng)中，每層都有兩個按鍵，分別為上、下。通過仿真，當電梯處于3樓時，5樓有人按電梯下行鍵，電梯上行到5層時，層位燈先亮，電梯自動開門，當電梯門全部開啟，延時10s后會自動關(guān)門，同時也可以通過人工進行關(guān)門。人工按內(nèi)部按鍵，電梯按指令運行，如果在運行過程中，有遇到順延需求時，電梯會按順序開關(guān)門。應急燈主要用于當電梯出現(xiàn)故障狀態(tài)時，可以通過按鍵報警，不僅報警燈會亮起，同時還會蜂鳴。電梯每一層門口上均有顯示屏，通過和PLC樓層接口同信，會實時顯示電梯處于哪一層，便于外部等候人員把握時間。如圖5～圖13所示。

圖5 電梯開門動作圖

圖7 應急報警燈亮圖

圖8 解除應急報警圖

圖9 電梯到達4層圖

圖10 電梯在3層開門圖

圖11 電梯在3層關(guān)門圖

圖12 電梯上升過程圖

圖13 電梯下降過程圖

5結(jié)論

該電梯控制系統(tǒng)基于PLC軟件編程及組態(tài)軟件控制下實現(xiàn)了電梯控制系統(tǒng)的基本功能，既發(fā)揮了PLC的高可靠性、高穩(wěn)定性及編程模塊化優(yōu)勢，同時也發(fā)揮了力控軟件的數(shù)據(jù)采集和過程控制兩大功能。這種結(jié)合提高電梯系統(tǒng)控制系統(tǒng)的高效性、安全性、經(jīng)濟性，但在功能設(shè)計和程序設(shè)計上仍有進一步優(yōu)化的空間。