基于西门子PLC控制四层电梯的控制系统设计

摘要：随着城市建设的发展，高楼层建筑不断增多，电梯作为高楼层中垂直运行的交通工具与人们的日常生活密不可分。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一种是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；另外一种控制方式采用可编程控制器（PLC）取代微型计算机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于第二种方式生产规模较小，而设计和制造微机控制装置成本较高，PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

本文在阐述电梯的可编程控制器的结构和系统特性等基础上，使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统，轿厢内指令和厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行控制、电梯的层站控制等部分，实现了轿厢内与各层指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。

关键词：四层电梯、可编程控制器（PLC）、控制系统

一、电梯的起源、发展及应用

电梯在汉语词典中的解释为：建筑物中用电作动力的升降机，代替步行上下的楼梯。电梯的起源要从公元前2600年埃及人在建造金字塔时使用了最原始的提升系统说起，但这一类起重机的能源均为人力。真正能够称为电梯即用电能驱动升降的产品到20世纪初才出现。1854年奥的斯发明的制动器使电梯吊绳在断裂后弹簧拉力减弱，制动杆与井道两侧的导轨牢固地咬合在一起，避免继续下坠发生危险。现代人通过不断改进和增加保护措施使电梯的安全性有了极大提高。

中国电梯行业从市场规模上已经有了很大提高，一些自主品牌也逐步提升了自己的产品质量和技术含量，我国**提出的节约型社会正好让电梯行业中节能电梯技术的企业有机会发展，另外，国外用户比以前更多地青睐中国产品也为中国电梯的崛起提供了机会。我国目前已超过日本成为世界最大的新装电梯市场。由于房地产业、城市公共建设等产业发展迅速，我国的电梯市场仍将保持每年20%的递增速度。目前国家规定20米以上高楼就应安装电梯，因此未来电梯最大的市场就是住宅市场。此外，机场、商场、地铁等大型公共设施建设对自动扶梯、观光电梯等电梯的需求量也十分可观。

二、PLC的发展

1、PLC的定义

PLC即可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程的存储器来存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟量输入/输出控制各种的机械或生产过程。

2、具有较高的抗干扰能力和运行可靠性

PLC采用现代大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造技术。内部电路取得了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。此外，PLC自带硬件故障自我检查功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外部器件的自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样也就提高了整个系统的可靠性。

3、配套齐全，功能完善

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列产品，并具有很完善的数据运算能力，可适用于各种规模的工业场合。位置控制、过程控制、温度控制、机器视觉等几乎函盖所有工业和民用的所有领域。PLC强大的通信能力和人机界面的互通，使由PLC组成的控制系统变得更加强大。

4、易学易用

PLC接口简单容易，现多采用以太网接口。编程语言易于理解和学习，梯形图语言与电气继电器图相当接近，便于广大电气工程师和技术人员接受。为其大范围推广和使用奠定了基础。

三、电梯控制系统的组成

电梯控制系统由软件和硬件两部分组成。软件是控制系统的核心部分，所有硬件部分均由按一定原理及要求编制的程序来完成对其的支配动作。而硬件部分则由机械和电气组成。

1、电梯控制系统特性

电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。控制系统根据轿厢所处位置及乘客所在层数，轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢信在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门；另上在轿厢内外均要有信号灯，用以显示电梯运行方向及楼层数。拖动系统则由电机、安全钳、电气元件等组成。

2、电梯控制系统要求

由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制的，而楼层和轿厢的呼叫是随机的。

2.1电梯上电开始运行，运行前可以停在任意楼层，一般停在一层基站处。

2.2电梯内部有信号输入时优先执行，到达该楼层时停止运行，开门；无人上下3S后关门。

2.3电梯外部有信号输入时，执行外部信号，到达该楼层时停止运行，开门；无人上下3S后关门。

2.4电梯运行过程中先执行最远端信号。即：上行或下行时，优先往最高或最低的信号输入楼层运行。运行过程中如果中间楼层有信号请求，到达后停止运行，开门。

3、电梯控制系统构成

3.1电梯系统的工作过程

本电梯四层控制系统设计采用西门子S7-200可编程控制器完成主控系统设计。电梯由轿厢内按钮、厅外呼叫按钮、楼层位置指示、平层快慢速控制、开关门控制等组成。电梯处于基站关门等待运行状态，等待接受呼叫指令。此时如果有呼叫按钮按下，信号便传输到PLC,由PLC运算后确定是本层后开门上人。如果不是便执行上行或下行指令，使电梯垂直运行。到达指定层站后停止运行，开门上人。人进入轿厢后，可以手动按关门按钮，电梯关门；控制系统也可通过传感器检测到无人进入轿厢后延时自动关门。显示面板及按钮上的指示灯在按下后点亮，动作执行完成后熄灭。

外呼按钮和轿厢内的按钮为对应按钮，有一个按钮被按下后所对应的按钮及指示灯同时点亮，直到电梯到达此层站后信号消失，指示灯熄灭。电梯在上行或下行时优先执行最远端信号。例如：电梯停在一层基站处，当四层有人按下按钮后电梯上行至四层。在上行过程中，有人按下三层按钮，电梯上行至三层后停止运行并开门等待上人。此时如果有人按下二层电梯按钮，电梯并不能下降至二层，而是继续上行至四层完成上人关门等所有指令后再下降至二层。这样就能够避免电梯在中间楼层之间循环行驶而顶层很难叫到电梯。保证了电梯由下至上，再由上至下按顺序行驶。

轿厢在运行过程中会对每一层的位置传感器进行实时刷新，将信号传至PLC后进行比对并更新。对应层站及未执行层站指示灯点亮，其余指示灯熄灭。轿厢位置编码器不断与层站位置传感器进行比较，快接近层站时电梯减速运行，到达平层位置后电梯停止运行，同时制动系统启动。电梯停稳后发出开门信号，电梯开门。无人进入电梯后，经延时后自动关门。按呼叫按钮进行上行或下行，如无任何指令，电梯就地等待指令。

3.2PLC输入/输出点分配表

PLC所有逻辑控制均通过输入/输出接口与外部电路连接。分配表如下：

序号

名称

代号

PLC接点

序号

名称

代号

PLC接点

1

一层位置行程

SQ1

I0.0

21

上行指示

HR1

Q0.0

2

二层位置行程

SQ2

I0.1

22

下行指示

HR2

Q0.1

3

三层位置行程

SQ3

I0.2

23

上行输出

HR3

Q0.2

4

四层位置行程

SQ4

I0.3

24

下行输出

HR4

Q0.3

5

一层按钮

SB1

I0.4

25

一层输入指示

HR5

Q0.4

6

二层按钮

SB2

I0.5

26

二层输入指示

HR6

Q0.5

7

三层按钮

SB3

I0.6

27

三层输入指示

HR7

Q0.6

8

四层按钮

SB4

I0.7

28

四层输入指示

HR8

Q0.7

9

一层上行按钮

SB5

I1.0

29

一层上行指示

HR9

Q1.0

10

二层上行按钮

SB6

I1.1

30

二层上行指示

HR10

Q1.1

11

三层上行按钮

SB7

I1.2

31

三层上行指示

HR11

Q1.2

12

二层下行按钮

SB8

I1.3

32

二层下行指示

HR12

Q1.3

13

三层下行按钮

SB9

I1.4

33

三层下行指示

HR13

Q1.4

14

四层下行按钮

SB10

I1.5

34

四层下行指示

HR14

Q1.5

15

开门限位行程

SQ5

I1.6

35

开门指示

HR15

Q1.6

16

关门限位行程

SQ6

I1.7

36

关门指示

HR16

Q1.7

17

上极限行程

SQ7

I2.0

18

下极限行程

SQ8

I2.1

19

开门按钮

SQ9

I2.2

20

关门按钮

SQ10

I2.3

3.2PLC实物接线图：

3.3PLC程序梯形图：

总结：本论文通过理论结合实际的讲述了PLC控制电梯的全过程。电梯在现代生活中是必不可少的运行工具之一，而控制系统是电梯的核心。四层电梯控制只能做为一个基础铺垫，对多层及繁杂的控制起一个抛砖引玉的作用。