基于结构化编程的电梯指令登记的实现

摘  要：介绍了电梯指令登记模块功能及一种实现方法。该模块功能包含四个部分，分别是外呼指令登记、内选指令登记、到站销号、误按销号，鉴于各个楼层的外呼和内选设备相同且动作类似，采用了西门子S7-300系列PLC作为控制器，使用结构化编程的方式，实现了控制任务。通过调试，达到了模块功能要求，效果良好。

关键词：电梯;指令登记;西门子;PLC;结构化编程

0    引言

电梯的运行是一个复杂的过程，为保证电梯安全、方便、舒适地运行，除了需要良好的拖动系统外，还必须有一套完善可靠的控制系统[1]。

控制系统的程序设计有线性化编程和结构化编程两种方式。早先的程序设计中，通常使用线性化编程方式，即将所有的程序指令都定在主程序中以实现一个自动化控制任务，这样的编程方式不利于程序的查看、修改和调试。与线性化编程方式相对应的是结构化编程方式，它将整个控制任务划分为相对独立的控制任务，每个相对独立的控制任务可以对应结构化程序中的一个程序段或子程序（FC或者FB），OB1通过调用这些程序块来完成整个自动化任务。在大型项目中结构化编程方式有明显的优点[2]。

电梯结构复杂，电梯程序设计可采用结构化编程，将电梯复杂的控制功能划分成若干个子程序单元，分别实现相对单一的功能，指令登记模块就是其中的一个子程序。

1    指令登记模块功能及其控制要求

1.1    指令登记模块功能

电梯指令登记模块功能包含四个子功能，分别是外呼指令登记、内选指令登记、到站销号、误按销号。外呼指令登记、内选指令登记是指电梯能分别登记、记忆各层的外呼和内选指令信号;到站销号是指电梯到达该层后，能将登记的信号予以销号;误按销号是指乘客误按外呼或内选按钮，该误按指令可销号[3]。

1.2    模块控制要求

1.2.1    外呼指令的登记与销号

电梯在每个层站都设有一外呼盒，在门厅等候电梯的乘客按门厅上的呼梯按钮，即可发出外呼信号，该信号需记忆并点亮外呼盒上的上行或下行指示灯。当电梯到达该楼层且定向方向与目的地方向一致时，电梯要求已满足，呼梯信号应被销号;电梯运行方向与呼梯目的地方向相反时，电梯在经过该层时，不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能销号。

1.2.2    内选指令的登记与销号

内选指令盘和操纵箱设在轿厢内部。内选指令盘是乘客在轿厢内选层的信号输入设备，一般包括电梯楼层显示器、内选指令按钮、电梯运行方向指示灯、开门按钮和关门按钮等。当轿内乘客于轿内操纵板按下要前往楼层的对应按钮时，电梯控制器对该信号进行登记，相应楼层的内选按钮指示灯被点亮。当电梯到达目的层站后，该层内选按钮指示灯熄灭，内选指令销号。

1.2.3    误按销号

若乘客误按指示灯按钮，可通过该功能销号。不同的电梯方法不尽相同，常见的有两种，一种是再按销号，另一种是长按销号，即乘客连续按住误按的按钮2 s后，该误按指令可销号。本文以长按销号为例进行介绍。

2    指令登记模块端子分配

端子分配需计算输入、输出元件的数量，本文以四层电梯为例进行计算。电梯在其轿厢内设有内选指令盘，四层电梯共需四个内选按钮;四层电梯共设有四个外呼盒，最底层和最高层层站外呼盒上各仅安装有一个单键按钮，其中顶层安装向下召唤按钮，底层安装向上召唤按钮，其余中间层站外呼盒上均安装有向上和向下召唤按钮各一个，呼梯按钮共6个;合计需输入点数10点。每个按钮内嵌相应的指示灯，因此输出点数也需要10点。其输入、输出端子分配如表1所示，其中F指楼层，1F即第1层。

3    指令登记模块程序设计

电梯的指令登记模块程序设计也采用结构化编程方式。

3.1    指令登记模块程序流程图

由硬件部分的控制要求可知，无论是按下外呼按钮还是內选按钮，PLC在每次循环扫描时一般都需要做三种判断，即目标层是不是当前楼层？电楼是不是已经到达目标楼层？按键时间是不是已经达到销号条件？分析可得出编程的思路，如图1流程图所示[4]。

3.2    指令登记模块中的函数

指令登记模块命名为FC200，在该功能实现中，另定义实现各个楼层指令登记与销号动作的函数为FC202，在FC200中对FC202进行调用。FC202函数梯形图如图2所示。

函数接口设置为：Call为输入信号接口，数据类型为BOOL，注释是外呼内选呼梯信号;Arrive为输入信号接口，数据类型为BOOL，注释是到站信号;Timing为输入信号接口，数据类型为TIMER，注释是定时器号;Lamp作为输出信号接口，数据类型为BOOL，注释是外呼内选指示灯。

函数工作原理：有输入信号时，Call接通，Lamp线圈得电并自保持，指示灯持续点亮;若到站信号Arrive接通得电，Arrive常闭按钮得电断开，Lamp线圈失电，指示灯熄灭。若长按Call，计时器Timing计时达到2 s后，计时器常闭按钮断开，Lamp线圈失电，指示灯也熄灭。

3.3    内选指令登记与销号

在电梯指令登记功能FC200中，既有内选指令登记程序段，也有外呼指令登记程序段，内选指令登记程序段不仅完成内选指令登记，同时也完成销号，如图3所示。

到站销号需获取到站信号，其方法是调用轿厢位置函数子程序，获取各楼层到站信号。M200.1是1F到站信号，M200.2是2F到站信号，M200.3是3F到站信号，M200.4是4F到站信号。

内选指令登记与销号程序调用FC202函数。当乘客按下内选按钮后，目标层内选指示灯点亮;电梯到达目标层时，目标层内选指示灯熄灭;若乘客误选，可持续按内选按钮，达到2 s时，目标层内选指示灯熄灭。

3.4    外呼指令登记与销号

外呼指令登记程序段不仅完成外呼指令登记，也同时完成销号。与内选指令登记与销号程序相比，外呼指令登记与销号程序还需要判断电梯运行方向，与电梯轿厢运行方向相同时，相应的呼梯信号才会销号。下面以第2层为例，外呼指令登记与销号程序梯形图如图4所示。

第2层外呼指令登记与销号程序调用FC202函数。Q0.0是上行，Q0.1是下行，M200.2是2F到站信号，M201是上行方向中间继电器，M202是下行方向中间继电器。当电梯到达目标层，且运行方向与呼梯目标层方向一致时，呼梯要求已满足，呼梯信号应被销号;电梯运行方向与呼梯目标层方向相反时，不停梯，呼梯要求没有满足，呼梯信号不能销号，只有当呼梯要求满足后，呼梯信号才能销号。

如电梯从一楼向上运行（上行）而呼梯要求从二楼向下，若有去三楼以上的内选要求及外呼梯要求，电梯到达二楼时（无二楼上行要求）不停梯、呼梯要求没有满足，呼梯信号不能销号;若三楼以上无用梯要求，电梯将停在二楼，但呼梯信号（二下）不能立即销号，待人员进入轿厢，选层（去一楼）后，电梯定向下，则二下呼梯信号已满足，呼梯信号被销号。

当乘客在层门的呼梯盒上发送出上行或下行呼梯信号I4.5或I4.6后，2F外召指示灯被点亮;当电梯在2F停梯时，呼梯要求满足，2F外召指示灯熄灭;若乘客误选，可持续按住呼梯按钮，达到2 s时，2F外召指示灯熄灭。首先需获取到站信号，其方法是调用FC230轿厢位置函数子程序，获取各楼层到站信号。M200.1是1F到站信号，M200.2是2F到站信号，M200.3是3F到站信号，M200.4是4F到站信号。

4    结语

在西门子PLC结构化编程中，每个相对独立的控制任务可以使用一个FC或者FB，本文中用到FC，FC称作功能，也叫函数，它有两个作用：

（1）作为子程序使用，将整个程序进行结构化划分，将相互独立的控制设备分成不同的FC编写，统一由OB1调用，便于程序调试及修改，使整个程序条理性强、易读。

（2）作为函数使用，对相类似的设备统一编程，函数中通常带有形参，通过多次调用，对形参赋值不同的实参实现对类似设备的控制[5]。

本例中FC的两个作用都有用到。对电梯整个程序的设计是将电梯划分为多个模块，此时是将FC作为子程序使用，电梯指令登记模块FC200是电梯整个程序的一个子程序，由电梯主程序OB1调用。而电梯指令登记模块FC200的程序设计，通过分析控制要求可知，不同楼层的外呼设备与内选设备相同，两种设备指令从登记方式、到站销号方式到误按销号方式都存在相似性，将实现各个数层指令登记与销号动作的FC202作为函数使用，在FC200中调用FC202，对FC202赋予不同楼层的输入、输出地址值，就实现了该楼层指令登记与销号的动作。

[参考文献]

[1] 常国兰.电梯自动控制技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 陈忠华.可编程序控制器与工业自动化系统[M].北京：机械工业出版社，2008.

[3] 閆莉丽.高级电梯安装维修工技能实战训练[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4] 张汉杰，王锡仲，朱学莉.现代电梯控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013.

[5] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2016.

收稿日期：2020-06-28

作者简介：赵永洁（1968—），男，河北定州人，硕士研究生，高级讲师，主要从事机电一体化方面的研究工作。