电梯PLC的系统结构设计与软件设计

　　摘    要：　首先介绍了PLC的工作原理和将其运用到电梯控制系统所产生的优势，然后，对电梯PLC控制系统的系统结构、软件程序设计流程进行了详细解析，并提出了PLC的选型和I/O配置方法，最后，从实际的角度出发，指出还应对PLC控制系统进行可靠性、安全性以及标准化设计，对电梯行业的智能化发展有一定的借鉴意义。

　　关键词：　电梯; PLC控制系统; 优化设计;

　　随着我国高层建筑的增多，人们对高层运输交通工具——电梯的使用越来越频繁。近年来，可编程控制技术的发展越来越迅速，利用PLC控制技术对电梯的控制系统进行改进，对电梯进行集成选控、并联集成控制、群体控制等逻辑控制，能大幅提高电梯的拖动技术和安全性能，为人们的出行提供更加可靠、安全、舒适的服务。

　　1 、PLC控制系统的工作原理

　　可编程控制器（Progammadble Controllre,PLC）是一种通用控制电子装置,它内部具有程序编制存储器，可执行各种计算指令，PLC具有开发周期短、可靠性强、安全性高等特点，因此，往往用于各类复杂、大型的控制任务。将PLC应用于电梯控制系统，其内部存储器能对数字运算、算式运算和逻辑运算等操作指令进行较好的执行，并且通过数字信号或模拟信号输入和输出，可以较好地控制电梯的运行，也能增强电梯电梯的可维护性、运行的安全性和灵活性，使电梯的使用周期得到延长。

　　2、 电梯PLC的系统结构设计

　　电梯的PLC控制系统分为拖动控制系统和信号控制系统两部分，系统核心由PLC主机与CPU存储器组成，其他主要硬件设备还包括井道设备、安全装置、门机、拖动系统、调整系统、指挥系统、厅外呼梯盘、轿厢操作盘等。
 

　　PLC控制系统总结构图如上图1所示，指挥层、操作盘、安全保护、井道等外设装置发出信号，经输入接口传送入PLC中，CPU存储器内的相关软件程序对该信号进行处理后，PLC再经输出接口向拖动系统发出指令，以实现对电梯启动、加减速、上下行等制动控制，其具体流程如下：乘梯者进入轿厢后，按动操作盘内的指令按钮，CPU存储器通过输入接口对该信号进行采样，并进行指令读取和逻辑运算，从而驱动PLC的内部呼唤信号处理程序对操作内容进行响应，依指令的层次运行电梯，使电梯达到目标层，且CPU还会对输入信号进行周期性刷新，以驱动外部机构实时执行指令，同时，PLC还会通过输出接口对门机发出开关门指令，向调整器发出上下行指令、向各楼层的显示灯、方向灯、呼梯信号灯发出显示指令，从而控制电梯运行。

　　图1 PLC控制系统结构

　　3 、PLC控制系统的软件设计

　　在进行电梯的控制软件设计时，应根据电梯的功能需求，编写相应的程序段，并预设好主程序、子程序和中断程序以实现对电梯的控制，可将软件程序可分为以下几个子程序模块：（1）电梯开关门、故障显示和保护模块；（2）轿厢内操作信号的产生、消除和显示模块；（3）输入信号的产生、消除和显示模块；（4）楼层选择信息的产生、消除和数码管显示模块；（5）电梯的运行方向控制和显示模块；（6）电梯的启动、加速和稳定行驶模块；（7）停层信息的产生、消除和制动模块。

　　以楼层选择信息的产生、消除和数码管显示模块为例，如图2所示，当乘梯者进入轿厢并发出相应的楼层选择指令后，系统会读入该信号信息并将该指令存入对应的中间继电器中执行，PLC则通过比较指令和加减指令对该执行进行控制直到达到指定楼层为止，而对应的楼层信息则通过七段数码管进行显示。又如电梯的运行方向控制和显示模块，该模块主要完成对电梯上、下行的控制和信息显示，PLC需对电梯内的呼叫做出响应，并通过比较指令对电梯的上、下运行方向做出判断；停层信息的产生、消除和制动模块的功能是当电梯运行到指定楼层的检测点时，PLC需要控制电梯减速制动。

　　图2 楼层选择信息控制流程图

　　高层建筑中的楼层较多，而每个楼层都会设置相应的检测点，PLC必须对楼层检测点做出判断，只有电梯运动到指定楼层的检测点时，PLC才会控制电梯进行减速制动；电梯开关门、故障显示和保护模块的功能是对电梯的开关门进行控制以及电梯处于非正常运行状态时，接通二极管电路进行发光显示和紧急制动。在进行PLC控制系统的软件设计时，将上述六个模块进行梯形图编程，并把子程序按逻辑顺序连接就构成了电梯PLC控制系统的总程序。

　　4、 PLC的选型

　　PLC与输入输出设备依靠I/O接口进行连接，判定PLC功能的一个重要技术指标就是I/O的点数和类型。因此，在进行PLC选型时，首先，应根据任务需求，对PLC与各类硬件设备的输入、输出接口进行分析，以确定所需I/O接口的类型；其次，对PLC的输入、输出的地址进行编号，梳理出所需要的I/O数量。

　　除此之外，还应考虑未来对系统的调整和扩充，因此，预留出15%左右的备用接口；最后，将以上信息进行汇总，所需I/O接口的类型和数量，对PLC的容量进行估算，选择出适合的机型。

　　5 、电梯PLC控制系统的其他优化设计

　　5.1、 可靠性设计

　　可靠性是PLC系统设计的重要组成部分，在电梯的运行过程中，系统故障会导致电梯的运行出现异常，因此，应对系统进行可靠性设计，通过冗余设计、运行环境设计等方式来提高系统运行的稳定性,对PLC系统内的核心元件如电源系统、CPU存储器、通信原件应进行冗余设计，而对运行环境进行设计时，应充分考虑到PLC的内部元件对环境温度、湿度、振动的适应性，一般可采用增加热后备或冷后备的设计方式。

　　5.2、 安全性设计

　　在对系统设计时，还应考虑系统的安全性，这里的安全性主要指当电梯的运行在紧急异常状况下还能保持安全状态，从而才能保证乘梯者的人身安全。因此，在进行PLC的系统设计过程中，必须保证系统具有及时处理事故或故障的功能，比如，可采用设计安全回路的方式提高系统的安全性，安全回路与PLC通过硬接线的方式独立连接，当电梯处于非正常运行或出现紧急状况时，PLC系统可通过安全回路对电梯进行紧急制动。

　　5.3、 标准化设计

　　现阶段，可编程控制技术与各类软、硬件的升级换代都较快，因此，在设计时，应选择标准件的硬件设备和通用的软件系统，标准化设计使得PLC系统的兼容性大幅度提高，对系统的日常维护带来较多便利，也利于未来对系统的优化、升级和规模扩展。

　　6 、结语

　　电梯具有轨道运行、操作便捷、快速可靠等特点，是针对高层建筑出行的特殊运输工具，现阶段，随着科技的发展，人们对电梯的功能需求越来越多。本控制系统以PLC为核心，通过对系统结构、控制软件、PLC的选型、可靠性、安全性、标准化进行优化设计，大幅提高了电梯的使用性能，为人们的出行提供了更加安全舒适的服务。

　　参考文献

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