基于S7-1200PLC电梯集群控制系统的设计
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作者:王晓东 刘昱斌 万鹏
摘 要：本文在电梯行业工艺和控制要求的基础上，开发了一种以当前工程项目的实施流程为模型的电梯集群控制系统。系统的控制器选取的是SIMATIC S7-1200系列PLC，系统的控制对象选取的是电梯仿真模型。在SIMATIC S7-1200PLC上完成控制算法并在WINCC上完成监控环境组态，其中上位机与电梯仿真模型之间是通过以太网通讯的方式进行信息交换，并对电梯系统做出测试。测试结果表明，电梯群控系统不仅可以大幅度缩短乘客候梯时间和乘梯的时间，还降低了电能损耗，提升了电梯的安全性、稳定性和可靠性。
关键词：PLC;电梯;群控;SIMATIC S7-1200;WINCC
随着现代城市的发展，越来越多的高层建筑不断上升。随着楼层越来越高，电梯也需要配备智能化系统。当然电梯需要在保证安全的前提下满足最基本的客货功能外，还需要使电梯具有高效节能、运行稳定、反应时间短等特点。本文在传统电梯的控制逻辑基础上，选择采用模块化、结构紧凑、功能全面的SIMATIC S7-1200PLC来实现二部十层电梯的顺序选择控制。还采用WINCC组态界面，方便维修，提高电梯安全性。
1 系统的硬件系统部分
电梯仿真模型是由控制器与被控对象两大部分组成。其中控制器选取的是SIMATIC S7-1200PLC，被控对象选取的是电梯仿真模型。通过工业智能网关建立服务器与现场层的数据通讯连接需要在工控机中运行，控制程序需要在上位机中执行。由于其需要传输的信息量太大，用DP通訊的传输量有限还可能有丢失数据的情况，所以三者通过以太网通讯的方式进行信息交换。电梯运行方式是按照轿厢内部呼梯按钮信号和轿厢外外部呼按钮信号进行识别，然后通过控制程序，使电梯达到目标楼层。电梯轿厢的向上向下动作是通过电机的正反转来实现，而电梯轿厢的运行速度是通过高低速接触器来控制，电梯的开关门操作是通过继电器来完成，还设有三级减速对电梯刹车进行控制。电梯内部和各楼层分别设有用来显示电梯运行方向和电梯所在楼层的显示器和七段数码管。
2 系统的整体逻辑部分
当电源接通，电梯开始启动进行初始化，初始化完成后在起始层等待呼叫。若此时有呼叫，先将其进行本层与目的层的判断。如果本层与目的层相同，则执行开关门程序，再判断是否需要停止运行，然后进入等待模式;如果目的层与本层不同，则判断电梯运行方向然后执行轿厢启停程序，并同时进行楼层检测，等轿厢到达目的层再次执行轿厢启停程序。等待轿厢平层停稳后，进行开关门，然后进入等待模式。
3 系统的集群控系统部分
从高效的角度考虑，两部电梯的集群控制应遵循待机电梯优先响应呼叫，当无待机电梯时，合适的同向电梯优先响应该呼叫。当电梯完成初始化操作后，电梯都在底层处于停止状态，这时按照电梯当前所在楼层与目标呼梯信号所在楼层的距离来判断，将得到的目标呼梯信号分配给与其同向且距离最短的电梯，当距离相同时优先选择桥厢内选楼层有效指令少的电梯。当电梯处于上行过程中：距离X=目标呼梯层-电梯当前层（目标层>当前层）;距离X=10-电梯当前层+目标呼梯层（目标层<当前层）。当电梯处于下行过程中：距离X=电梯当前层-目标呼梯层（目标层<当前层）;距离X=电梯当前层+目标呼梯层（目标层<当前层）。当一部电梯的指令信号超过五个时，群控系统将不会给这部电梯派发指令信号，直到该电梯将指令信号完成后，系统才会继续给其派发指令信号。当电梯出现超重和异常时会发出故障信号，整个电梯将停止运行直到故障信号解除，这时系统不会给该电梯派发指令信号。
4 人机交互模式
人机交互界面是基于SIMATIC WinCC组态来实现的。该界面可以实时显示当前电梯的运行状态，通过以太网通讯协议，使该界面能在任何一个客户端上显示。该界面方便监控电梯运行情况的同时也有利于后期对电梯的调试等工作。
5 结语
根据文中所诉内容，对仿真模型进行了15分钟300人的测试。测试所得结果如下表所示。通过对乘客乘坐电梯的平均时间、乘客等候电梯的平均时间、乘客长时间等候电梯的速率、电梯所运行的总距离、系统启动停止总次数等性能指标的测试，所得结果各性能都得到了大幅度的优化。因此，该系统即保证电梯运行可靠、灵活程度高的同时，又保证其在最短的时间内将乘客安全送达目标楼层。即将耗能大幅度减少，还使经济效益大幅增加，更加符合绿色环保要求。
参考文献：
[1]周靖航.基于S7-1200的电梯群控系统设计.湖北：理学院机械工程学院，2019.
[2]刘明泽.S7-1200PLC的电梯群控系统的设计与仿真.湖北：湖北文理学院，2019.
[3]赵赛.于西门子S7-1200电梯控制系统设计与实现.辽宁：沈阳工学院信息与控制学院，2019.
[4]胡艳丽.基于S7-1200的三部电梯群控系统设计.数字与应用，2018.
作者简介：王晓东（1997-），男，汉族，山东科技大学泰山科技学院机电工程系，电气工程及其自动化专业;刘昱斌（1996-），男，汉族，山东科技大学泰山科技学院机电工程系，电气工程及其自动化专业;万鹏（1997-），男，汉族，山东科技大学泰山科技学院机电工程系，电气工程及其自动化专业。
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