羅麗華

（廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院，東莞 523960）

1 總體設(shè)計(jì)

針對(duì)6 層電梯，在充分發(fā)揮可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)電梯的控制系統(tǒng)，其電氣系統(tǒng)包括拖動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器，不僅功能靈活，而且易編程，使得故障頻率變低，噪聲低，維護(hù)方便，節(jié)省能源，抗干擾能力強(qiáng)，占地面積小。在乘客進(jìn)入電梯后按下樓層按鈕，電梯自動(dòng)關(guān)閉，可根據(jù)轎廂的位置和乘員所處的位置判斷轎廂的運(yùn)行方向，在選定的樓層?？侩娞荩瑫r(shí)根據(jù)樓層的呼應(yīng)到達(dá)該樓層時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。另外，電梯內(nèi)外有信號(hào)燈指示運(yùn)行方向和樓層數(shù)。

2 設(shè)備選型

2.1 PLC 的選型

方案一：選用西門子可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）ET 200 系列，避免系統(tǒng)損壞。該P(yáng)LC 的抗震能力高達(dá)25g（g為重力加速度），能夠連接電機(jī)啟動(dòng)器、變頻模塊、氣動(dòng)設(shè)備和射頻識(shí)別等功能模塊，在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制。S7-200/200CN 系列的強(qiáng)大功能可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，無(wú)論是獨(dú)立操作還是連接網(wǎng)絡(luò)。

方案二：三菱的FX 系列PLC 具有高速度、高邏輯功能選項(xiàng)和位置控制等特性。FX2N 應(yīng)用廣泛，擁有16 ～256 通道的輸入/輸出。FX2N 系列具有小型化、高速化以及高性能化等特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)FX 系列最高端的微編程器。除獨(dú)立輸入16 ～256 點(diǎn)的用途外，它還可應(yīng)用于多個(gè)基本元件之間的連接、模擬量控制以及位置控制等，具有豐富的軟件組件應(yīng)用指令，方便命令從數(shù)字開(kāi)關(guān)讀取數(shù)據(jù)、讀取矩陣輸入、7 段顯示輸出等。

文章的6 層電梯控制系統(tǒng)共需要31 個(gè)輸入端口和8 個(gè)輸出端口。根據(jù)實(shí)際情況，選擇三菱的FX 系列。所選三菱的PLC 有64 個(gè)輸入端口和64 個(gè)輸出端口，能夠適應(yīng)電梯性能的擴(kuò)展，可以很好地滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

2.2 組態(tài)軟件的選擇

近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件因其自身優(yōu)勢(shì)，逐漸被國(guó)人接受并使用，其中較為突出的有監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)（Monitor and Control Generated System，MCGS）、組態(tài)王以及力控等。MCGS 組態(tài)軟件是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研究開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，采用全中文、可視化、窗口開(kāi)發(fā)接口。以窗口為單位，構(gòu)建用戶執(zhí)行系統(tǒng)的圖形接口，使MCGS 的構(gòu)成工作簡(jiǎn)單、直觀、富于變化，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并行處理系統(tǒng)性能良好。實(shí)際的32 位系統(tǒng)充分利用實(shí)時(shí)多任務(wù)、基于順序優(yōu)先度的時(shí)間共享動(dòng)作的關(guān)鍵功能，將線程作為操作單位，在工程作業(yè)中同時(shí)處理實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和線程實(shí)時(shí)性低的其他非關(guān)鍵任務(wù)，可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程控制領(lǐng)域。因此，在數(shù)據(jù)處理中的數(shù)據(jù)收集、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、異常事件處理等關(guān)鍵任務(wù)情況下，驅(qū)動(dòng)主機(jī)系統(tǒng)在一個(gè)周期的短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)插入空硬件處理驅(qū)動(dòng)非關(guān)鍵性能的工作，并自動(dòng)打印主機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)并行處理。生動(dòng)的數(shù)字多媒體視頻圖像豐富，以圖像、符號(hào)、報(bào)告、曲線等形式，及時(shí)向系統(tǒng)操作員提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)、異常警報(bào)等各種相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過(guò)形狀大小變化、顏色變化、明暗顏色閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)變化等顯示方式，增強(qiáng)每個(gè)圖片的圖形動(dòng)態(tài)顯示處理效果[2]。定義每個(gè)圖形動(dòng)畫(huà)元素的顯示狀態(tài)和圖片動(dòng)畫(huà)顯示效果，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的圖形元素。它還為用戶提供豐富的動(dòng)圖標(biāo)畫(huà)組件，每個(gè)動(dòng)畫(huà)圖標(biāo)組件都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的圖標(biāo)動(dòng)畫(huà)功能。

MCGS 可提供多種報(bào)警功能方式，報(bào)警類型豐富，能實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示報(bào)警信息并對(duì)所有報(bào)警信息數(shù)據(jù)做出實(shí)時(shí)響應(yīng)，為保證工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全可靠的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境提供了有力保障[3]。不同的操作應(yīng)用組件具有不同的應(yīng)用程序功能，并且獨(dú)立。MCGS 結(jié)合其他相關(guān)硬件設(shè)備，不僅可以快速自行開(kāi)發(fā)各種工程文件程序，也可以在現(xiàn)場(chǎng)收集、處理和控制各種工程程序，操作簡(jiǎn)單。MCGS 還可自行搭建智能應(yīng)用管理系統(tǒng)，靈活組建形成各種智能儀表、無(wú)人值守實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采集站、人機(jī)交互界面等專用設(shè)備。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC 設(shè)計(jì)

3.1.1 上層呼叫下層程序設(shè)計(jì)

上層呼叫下層程序主要采用分層呼叫程序，分別是6 層、5 層、4 層、3 層、2 層呼叫。呼叫程序加上各層的限位開(kāi)關(guān)，得電時(shí)電梯上行執(zhí)行和指示燈會(huì)得電。

電梯門處于閉合狀態(tài)時(shí)，X28 常開(kāi)觸頭處于閉合狀態(tài)。按下電梯上行按鈕或下行按鈕，若電梯位于所在樓層下方，會(huì)促使M1、M4、M6、M8、M10 其中一個(gè)常開(kāi)觸頭閉合，這時(shí)Y0 整條電路都會(huì)接通，電梯開(kāi)始上行。當(dāng)電梯到達(dá)所在樓層后，該樓層的限位開(kāi)關(guān)的常閉觸頭（X22、X23、X24、X25、X26）將立即斷開(kāi)，電梯停止運(yùn)行。

電梯門處于閉合狀態(tài)時(shí)，按下廂內(nèi)樓層按鈕，若高于當(dāng)前樓層，會(huì)促使M1、M4、M6、M8、M10其中一個(gè)常開(kāi)觸頭閉合，這時(shí)Y0 整條電路都會(huì)接通，電梯開(kāi)始上行。當(dāng)電梯到達(dá)所在樓層后，該樓層的限位開(kāi)關(guān)的常閉觸頭（X22、X23、X24、X25、X26）將立即斷開(kāi)，電梯會(huì)馬上運(yùn)行。

3.1.2 下層呼叫上層程序設(shè)計(jì)

下層呼叫上層程序主要采用分層呼叫程序，分別是1 層、2 層、3 層、4 層、5 層呼叫。呼叫程序加上各層的限位開(kāi)關(guān)，得電時(shí)電梯上行執(zhí)行和指示燈會(huì)得電。

電梯門處于閉合狀態(tài)時(shí)，X28 常開(kāi)觸頭處于閉合狀態(tài)。按下電梯上行按鈕或下行按鈕，若電梯位于所在樓層上方，會(huì)促使M2、M3、M5、M7、M9 其中一個(gè)常開(kāi)觸頭閉合，這時(shí)Y1 整條電路都會(huì)接通，電梯開(kāi)始上行。當(dāng)電梯到達(dá)所在樓層后，該樓層的限位開(kāi)關(guān)的常閉觸頭（X22、X23、X24、X25、X26）將立即斷開(kāi)，電梯停止運(yùn)行。

電梯門處于閉合狀態(tài)時(shí)，按下廂內(nèi)樓層按鈕，若是低于當(dāng)前樓層，會(huì)促使M2、M3、M5、M7、M9其中一個(gè)常開(kāi)觸頭閉合，這時(shí)Y1 整條電路都會(huì)接通，電梯開(kāi)始上行。當(dāng)電梯到達(dá)所在樓層后，該樓層的限位開(kāi)關(guān)的常閉觸頭（X22、X23、X24、X25、X26）將立即斷開(kāi)，電梯會(huì)馬上運(yùn)行。

3.1.3 電梯關(guān)門程序設(shè)計(jì)

電梯關(guān)門程序主要采用定時(shí)器去實(shí)現(xiàn)，電梯停留在某一樓層的時(shí)候，電梯上行Y0 常閉觸頭、電梯下行Y1 常閉觸頭處于閉合狀態(tài)，按下廂內(nèi)關(guān)門按鈕X8，關(guān)門Y5 電路接通，電機(jī)接通電源，電梯開(kāi)始關(guān)門。當(dāng)電梯完全閉合時(shí)，關(guān)門限位開(kāi)關(guān)X28 常閉觸頭斷開(kāi)，關(guān)門Y5 電路斷開(kāi)，電機(jī)斷開(kāi)電源，電梯停止關(guān)門。

3.1.4 電梯開(kāi)門程序設(shè)計(jì)

當(dāng)電梯處于某一樓層靜止不動(dòng)且門沒(méi)有完全打開(kāi)的狀態(tài)下，電梯上行Y0 常閉觸頭、電梯下行Y1 常閉觸頭、開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)X27 常閉觸頭都處于閉合狀態(tài)。按下廂內(nèi)開(kāi)門按鈕X7，Y4 電路接通，電機(jī)通電，電梯門打開(kāi)。打開(kāi)到位時(shí)，開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)X27 常閉觸頭立即斷開(kāi)，電機(jī)斷電，電梯門停止運(yùn)動(dòng)。

電梯處于某一樓層時(shí)，該樓層的限位開(kāi)關(guān)常開(kāi)觸頭處于閉合狀態(tài)，其余樓層的限位開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸頭處于斷開(kāi)狀態(tài)。這時(shí)若有人員在該樓層電梯外部，按壓電梯外部上行按鈕(下行按鈕)，其上一層按鈕的常開(kāi)觸頭（下行按鈕的常開(kāi)觸頭）立即閉合，使得Y4整條電源線路接通，電機(jī)通電，電梯門打開(kāi)。打開(kāi)到位時(shí)，開(kāi)門限位開(kāi)關(guān)X27 常閉觸頭立即斷開(kāi)，電機(jī)斷電，電梯門停止運(yùn)動(dòng)[4]。

3.1.5 電梯急停程序設(shè)計(jì)

電梯處于任何狀態(tài)下，按下急停按鈕X30，電梯急停Y7 線圈得電，電梯急停Y7 常開(kāi)觸頭閉合，電梯急停Y7 線路持續(xù)通電，電梯停止運(yùn)行。按下急停取消按鈕，電梯急停Y7 線圈斷電，電梯急停Y7 常開(kāi)輔助觸頭電斷開(kāi)，電梯恢復(fù)運(yùn)行。

3.2 MCGS 組態(tài)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)控制界面由主控制面板和轎內(nèi)指令控制面板構(gòu)成。如圖1 所示，監(jiān)控系統(tǒng)上的按鈕和顯示與實(shí)際電梯的相關(guān)按鈕和顯示一一對(duì)應(yīng)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，當(dāng)按下3 樓上呼叫按鈕，按鈕旁邊的燈亮起，指示操作成功，同時(shí)電梯上對(duì)應(yīng)的燈亮起，相當(dāng)于在電梯上按下了3 樓上呼叫按鈕。當(dāng)在電梯上實(shí)際操作時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)上會(huì)有相同的結(jié)果；當(dāng)電梯處于下行狀態(tài)時(shí)，電梯和監(jiān)控系統(tǒng)中指示電梯下行的燈同時(shí)發(fā)亮；當(dāng)電梯停在一樓時(shí)，電梯和監(jiān)控系統(tǒng)上都顯示“1”；當(dāng)電梯開(kāi)關(guān)門時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)地開(kāi)關(guān)門；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警，告知電梯維修人員進(jìn)行維修[5]。

圖1 觸摸屏監(jiān)控界面

圖1是模擬轎廂內(nèi)外各樓層（共6 層）監(jiān)控界面。此設(shè)計(jì)在MCGS 的“用戶窗口”完成。使用MCGS 工具包創(chuàng)建新用戶窗口和動(dòng)畫(huà)工具箱內(nèi)提供的3 類圖形，即圖元、圖符和動(dòng)畫(huà)構(gòu)件，建立電梯監(jiān)控的基本圖形，在此基礎(chǔ)上添加一些圖片、圖形使監(jiān)控界面更加生動(dòng)形象。例如：利用圖元對(duì)象“立即按鈕”作為電梯的內(nèi)呼、外呼、開(kāi)門控制信號(hào)以及關(guān)門控制信號(hào)；利用“常用圖符”中的各種圖符元件，作為各層內(nèi)呼指示、外呼指示、上行指示燈、下行指示燈及各樓層的到層指示。動(dòng)畫(huà)連接的本質(zhì)是在用戶窗口中創(chuàng)建的圖形對(duì)象和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)定義的數(shù)據(jù)對(duì)象之間建立相應(yīng)的連接。它可以用于不同領(lǐng)域在數(shù)值范圍內(nèi)設(shè)置不同的狀態(tài)屬性（顏色、大小、位置變化以及閃爍效果等），通過(guò)改變數(shù)據(jù)值驅(qū)動(dòng)圖形的狀態(tài)變化，使電梯在運(yùn)行過(guò)程中生成逼真的動(dòng)畫(huà)效果，將動(dòng)畫(huà)連接的過(guò)程變成圖形對(duì)象狀態(tài)屬性的建立過(guò)程。

MCGS 組態(tài)模擬軟件設(shè)計(jì)具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性強(qiáng)以及處理性能好等優(yōu)點(diǎn)，可設(shè)置電梯模擬仿真系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，極大地方便了用戶配置。采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理可有效提高系統(tǒng)的可靠性。其中，如果系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常會(huì)及時(shí)報(bào)警，以方便操作人員進(jìn)行修正。它通過(guò)界面圖形尺寸變化、顏色變化等多種變換方式，改善動(dòng)態(tài)顯示效果，使機(jī)械、電氣故障顯示更直觀，為生產(chǎn)安全提供有力的保障[6]。

通過(guò)MCGS 動(dòng)畫(huà)模擬電梯的運(yùn)行情況，能夠更直接地反映電梯的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，有利于加強(qiáng)電梯運(yùn)行控制系統(tǒng)的管理，旨在加強(qiáng)電梯運(yùn)行控制系統(tǒng)。電梯系統(tǒng)出現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，以及手動(dòng)急停電梯功能，改善了電梯使用系統(tǒng)的工作效率和安全性能?；贛CGS 組態(tài)軟件自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)PLC 電梯監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試，用組態(tài)軟件控制PLC，測(cè)試結(jié)果表明，通過(guò)觸摸屏可實(shí)現(xiàn)PLC 控制，達(dá)到控制與監(jiān)控的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)編程和調(diào)試，設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)組態(tài)畫(huà)面中每個(gè)按鈕的動(dòng)作，能準(zhǔn)確顯示各指示燈、樓層、電梯運(yùn)行方向、電梯與地面的實(shí)時(shí)距離、電梯歷史軌跡等信息。監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，畫(huà)面生動(dòng)，能實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯運(yùn)行狀態(tài)，便于檢測(cè)和維護(hù)。