基于PLC的电梯控制系统设计
摘要：电梯作为垂直运输的工具，其作用在建筑物中至关重要。为了保证电梯运行既高效节能又安全可靠、操作方便，可采用可编程控制器（PLC）来控制电梯系统。本文介绍了基于PLC的电梯控制系统的研究和设计。主要涉及两台11层住宅区居民楼电梯的PLC控制系统的基本结构、工作原理以及总体设计方案，并且分析了采用PLC在电梯控制系统中应用的优势。
关键词：PLC，电梯，控制系统，基本结构
1 文献综述
随着现代经济的发展，人们的物质文化生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起[1]。电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备，建筑的发展必然带来了电梯行业的快速发展[2]。如今电梯已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相组合的机电一体化产品。电梯的应用日益广泛和普及，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠，已越来越多地引起了电梯业界人士的关注[3]。
自 1889 年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，已经历了一百多年，现在电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具，而且作为载人工具[4]，人们对电梯在可靠性、舒适性、低噪音、低能耗、操作方便性等性能方面的要求也愈来愈高，电梯群控系统应运而生，两台电梯的并联优化控制又是电梯群控较简单、也是最常见的情况[5]。两台电梯并联控制或是多台电梯群控，其最直观的感觉是两台或多台电梯并排设置并且共享各个楼层的厅外呼梯信号，并能按预定的规律进行各电梯的自动调度工作。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，第二种控制方式用可编程控制器取代微机实现信号控制[6]。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在抗干扰性差、系统设计较复杂、一般维修人员难以掌控其维修技术等缺陷；而PLC控制系统由于运行可靠，使用维修方便，抗干扰性强等优点[7]，使得系统可靠性大大提高[8]，从而PLC控制系统已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
2 选题背景及其意义
随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进，电梯作为高层建筑主要的垂直交通运输工具[9],必然要做到高效、安全、可靠、方便等。现代高层建筑中各办公大楼、住宅、宾馆、医院、仓库、码头、甚至是大型的货轮等都离不开它。电梯已完全融入我们的生活、生产中，满足人们生活、工作以及学习上的需要[10]。
据统计，我国在用电梯已达40多万台，每年还以约5万～6万台的速度增长[11]。并
且在实现电梯群控系统后，据一些资料数据显示，电梯并联后的运送能力提高了20%-30%左右，减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间，因而在上、下班客流量的高峰时段，乘员候梯和乘梯的时间大大减短。电梯运行实际能量消耗的50%是在减速、加速这段运行过程中。电梯并联后，电梯停层数量的减少很大程度减少电梯运行的电力消耗[12]。如果两电梯各自独立运行，容易发生电梯响应呼梯信号而运行到站后，乘客已被另一台电梯接走而空运行的现象，长期这样必然造成很大的能源浪费，给电梯的集中管理造成较大的困难[13]，而且使得电梯系统处于非最佳运行状态，难以提高运行效率，乘客的需求也不能得到最好的响应和最好的满足。
可编程控制器（PLC: Programmable Logic Controller）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置[14]。在电梯控制系统中，PLC控制可以降低因专门设计和制造微机控制装置的成本，且 PLC 具有编程简单、控制运行可靠性高、抗干扰能力强、通用性好、功能强大、开发周期短、体积小、使用方便、可扩展性强、成本低、维护方便以及强大的网络通讯功能等优点，因此成为现代楼宇电梯控制系统的主流[15]，同时在我国电梯行业有着广泛运用。这种电梯控制系统较原有电梯控制系统可以更容易的完成更为复杂的控制任务,其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现的。
现有的电梯控制技术仍存在缺点和不足之处，如何把更为先进的技术应用于电梯群控之中，以进一步改善运输的效果、提高运行的效率、满足乘客的需求[17]，仍然需要更深入的探索和研究。因此运用可编程控制器（PLC）对电梯控制系统、特别是电梯群控系统进行研究与设计具有十分重大的意义。
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3 研究内容
3.1 电梯的主要组成部分
电梯是由机械系统和电气系统两部分组成。
电梯的机械系统部分由曳引系统、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成，如图3-1所示。
电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。
1一减速箱 2一曳引轮
3一曳引机底座 4一导向轮 5一限速器 6一机座 7一导轨架
8一曳引钢丝绳 9一开关碰铁
10一紧急终端开关 11一导靴 12一轿架 13一轿门 14一安全钳 15一导轨
16一绳头组合 17一对重 18一补偿链
19一补偿链导轮 20一张紧装置 21一缓冲器 22一底坑 23一层门 24一呼梯盒
25一层楼指示灯 26一随行电缆 27一轿壁
28一轿内操纵箱 29一开门机
30一井道传感器 31一电源开关 32一控制柜 33一曳引电机 34一制动器
图3-1 电梯机械部分结构示意图
3.2 系统整体方案设计
本次设计对象是某住宅区内居民楼的两台11层并联电梯，电梯轿厢可上下运行，轿厢门具有开关和限位等保护功能。轿厢内可提供上行信号、下行信号、平层检测信号、开关门限位信号、门安全信号等。
组态软件监控 防夹保护 外呼信号 内呼信号 开关门信号 平层信号 超重蜂鸣报警 呼梯信号指示 运行，方向指示 开关门控制 楼层显示 输入接口 楼层显示 CPU 输出接口 超重保护 故障报警 图3-2.系统整体设计框图
3.3 PLC电梯控制系统的硬件设计
在设计中两台电梯的硬件完全相同，在设计程序之前，首先通过进行PLC的I/O点的估算，进行PLC选型，在综合考虑各方面的因素后，本课题采用西门子公司生产的S7-200型号的PLC作为电梯的控制器。
3.4 PLC电梯控制系统的软件设计。