电梯PLC控制系统设计研究

摘要：PLC控制系统具有使用便捷、功能灵活、能耗低、噪声小、可靠性高、占地面积小、维护方便等诸多优点，因而得到广泛的应用。文章介绍了电梯控制系统结构和原理，论述了电梯PLC变频控制系统的设计方案，并对MCGS组态软件及其优点进行了介绍。

关键词：电梯；PLC控制系统；MCGS组态软件；变频调速；高层建筑 文献标识码：A

中图分类号：TP273 文章编号：1009-2374（2015）35-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.005

当前，我国建筑事业大力发展，各个城市的高层建筑如雨后春笋，电梯是高层建筑不可替代的一部分，大大方便了人们的生活。电梯属于机电一体化设施，主要涉及到机械和电气两个专业。其电气部分主要包括两个系统，分别为控制系统和拖动系统。过去的继电器控制系统存在笨重、触电复杂、可靠性低等缺陷。PLC（Programmable Logic Controller）全称为可编程逻辑控制器，具有使用便捷、功能灵活、能耗低、噪声小、可靠性高、占地面积小、维护方便等诸多优点，在保证电梯运行安全的前提下，也大大提高了乘客乘坐电梯的舒适度。MCGS（Monitor and Control Generated System）为通用监控系统，其可以和PLC进行通讯，可以对获取的现场数据进行处理，通过各种形式将处理结果形象清晰地显示出来。应用范围广，是电梯控制系统检验的一个理想工具。

1 电梯控制系统结构和运行原理

1.1 电梯控制系统结构

电梯控制系统组成部分主要包括组态软件、PLC、数据传输模块等。组态软件是一种可在Windows系统上运行的组态软件，能够方便地生成计算机监控系统，能够实时采集现场数据，可通过数据报表、曲线、动画等多种形式显示采集结果，实现工况监控、数据分析、故障报警等多种功能。PLC负责所有现场数据采集和电梯全部控制任务。计算机的主要功能为创建人机交互界面，具体包括数据收发、参数设置、进程控制、信息显示等。电梯在投入运行过程中，组态软件实时地监控PLC工作状况，确保界面显示信息的准确性和有效性，也保证了控制命令能够及时地被传递给PLC进行系统控制。

1.2 电梯控制系统运行原理

电梯工作主要存在两种状态，即运行和停止。PLC在电梯运行时利用软硬件对电梯进行实时控制。由于信号输入具有很大的随机性，PLC程序需要被重复进行一遍遍的扫描以保证响应的及时性。当电梯或PLC接受到停止命令后，程序执行即刻停止。

2 电梯PLC控制系统设计

2.1 电梯PLC控制要求

我们通过控制对象的要求如数字、模拟信号、联网需要等以及I/O点数来选择PLC。本系统应用于一个4层的电梯楼。

电梯开关门要实现自动控制。该功能设计包括了开门、关门动作及其时间设置，从电梯运行的一般需要考虑，我们将开门时间设置为5.5s，关门时间设置为5s。如果在5s内未收到关闭信号，电梯门将无法关闭，此时电梯重新执行打开命令。电梯启动加速、制动减速和自动停车应实现自动控制。当某层发出呼梯请求命令时，电梯加速，而当电梯即将到达目的层时，电梯减速，减速后执行自动命令。电梯能够在超载时报警并停止启动。另外，电梯需配合消防继电器进行消防运行管理。于电梯运行前必须做好检查工作，若正在检修，必须待检修工作完成后方可投入运行。电梯选层遵循以下要求：各层乘客可以在电梯口通过按“上”或“下”按钮发送乘梯请求。在电梯内部设置了4个楼层的指示开关按钮S1、S2、S3、S4，按钮分别配置4个指示灯L1、L2、L3、L4。4个行程开关分别为SQ1、SQ2、SQ3、SQ4。另外，电梯不会去执行反方向的呼叫请求，即电梯上升时不会立即对下楼的请求进行响应，反之亦然。

2.2 PLC软硬件设计

我们通过控制对象的要求如数字、模拟信号、联网需要等以及I/O点数来选择PLC。本系统应用于一个4层的电梯楼。硬件系统主要由电梯、PLC及变频器组成。

I/O具体分配情况参见表1、表2所示：

根据表1和表2的内容可以获取PLC接线图，系统实现的功能描述如下：

首先，乘客按下呼叫请求按钮，电梯启动并到达目的层停下、响铃、电梯门与轿厢门同时开启，与此同时，计时器开始计时；乘客走进电梯，电梯未检测超重；计时器计时到5.5s，期间，计时未被中断（电梯红外为探测到障碍物或没有人按下延时按钮等），电梯关闭；乘客按下想要去的楼层，电梯启动，到达目的层，响铃，开门，与此同时，计时器开始计时。计时器若未被中断，计时到5.5s，则电梯关闭。电梯在启动过程中，若收到同向的请求乘梯的信号则响应请求命令，到命令发出楼层停止；若收到反相请求信号，则暂时不响应，等到电梯反回来时，即同向时再响应，以最近为优先。电梯门设置压力和红外传感器，若关门时受到压力或检测到障碍物，则重新打开门计时5s后再关门。

由以上描述，可以看出PLC控制的流程图具体如图1所示：

图1 电梯PLC控制流程示意图

2.3 变频调速设计

电梯的速度直接影响到乘客的舒适度。电梯的速度控制一直是电梯控制的一项重要工作，也是重难点所在。我们选择西门子MM440交流变频器对电梯的速度进行调控。我们首先在PLC寄存器中写入理想的给定速度曲线，电梯在实际运行时，可以通过查表，找出理想曲线对应的速度数值，进行数模转换，再将模拟信号输入变频器控制器频率达到控制电梯速度的目的。西门子MM440交流变频器具有如下特点：（1）将斜坡的上升和下降时间适当调长以减轻乘客启动的冲击感，提高变速的平滑度和乘坐的舒适度；（2）选择工频为快车频率以提高系统工作效率，但适当降低其爬行频率，以减轻电梯停止的失重感；（3）设定零速为0ft。

电梯是一个启停频率很高的设备，变频调速设计的好坏决定了电梯的运行效率和舒适度。最佳状态即所谓的“无速停车包闸”，指的是电梯能够在平层的刹那速度刚好降至0。这要求降速信号有一定的准确性，按照距目标层距离的大小对速度曲线进行精准矫正。该设计采用了旋转编码器对电梯具体位置进行监测，计算电梯行驶过的距离，配合加速点，进行控制命令的发送。

2.4 组态软件设计

组态软件主要用于现场数据采集和监控，能够方便地生成计算机监控系统，能够实时采集现场数据，可通过数据报表、曲线、动画等多种形式显示采集结果，实现工况监控、数据分析、故障报警等多种功能。MCGS是一款优秀的组态软件，其具有很强的实用性，能够实时监控电梯的运行情况，界面清晰易懂，画面表现方式丰富。先进的数据采集功能和信息处理能力，网络功能强大，报警功能完备，安全可靠，方便维护。支持很多硬件设备，可扩展性好，并行执行多种任务，管理功能强大等。

该设计首先进行通讯设备的选择，于MCGS组态软件中添加FX2-80MRPLC并对其属性进行了设置。通过对MCGS中数据设备通道连接的合理设定，便能够成功将组态软件和PLC连接起来。根据MCGS的实际需要，通过正确的驱动程序驱动PLC串口，让计算机响应PLC。于软件的操作界面上创建一个动画界面。对不同控件属性进行设定，模拟实际情况对控件进行控制，以检测PLC的控制性能的实际工作效果。MCGS主要包括三个窗口，分别为主控窗口、用户窗口及设备窗口，其可以对各种各样对象进行组态调控，形成生动的界面，方便对信息的可视化

处理。

3 结语

PLC变频控制系统能够大大提高系统的可靠性和电梯运行安全度，表现出体积小、操作方便、运行效果好、安全可靠等诸多优点。该设计不仅实现了电梯的自动控制，还对电梯速度进行了准确的调控，显著提高了乘坐人员的舒适度。MCGS和PLC能够很好地配合起来对电梯的运行控制情况进行模拟和评价，具有重要的意义。总之，PLC由于其本身的诸多优点，使其成为电梯系统控制的一个不错的选择。

参考文献

[1] 叶彬强，余丽琼，吴宝华.PLC编程技术[J].兵工自动化，2005，（3）.

[2] 孟雷.基于PLC的电梯模型控制系统及组态监控设计[D].苏州大学，2010.

[3] 梁丽秀.基于PLC的电梯控制系统设计[J].科技致富向导，2011，（12）.

[4] 金海旻.基于PLC的四层电梯控制系统的设计[D].内蒙古大学，2011.

[5] 许少衡，张廷锋，莫文贞.基于PLC电梯控制系统设计的创新实验[J].中国现代教育装备，2011，（3）.

[6] 徐爱荣.PLC在电梯控制系统中的应用[A].河南省土木建筑学会2008年学术大会论文集[C].2008.

作者简介：尹黎明（1985-），男，浙江绍兴人，绍兴市妇幼保健院工程师，研究方向：电梯、中央空调设备维修。

（责任编辑：周 琼）