基于三菱PLC 的智能电梯控制系统的程序设计

周旭华，伍懿美，冯海彬，冯大辉

（河源职业技术学院，广东河源，517000）

0 引言

随着科学技术及我国经济的飞速发展，人民生活水平也得到了很大的提高，电梯已成为人民生活中不可缺少的一部分，我国电梯以每年80 万台的新增数量快速地发展，因此，对于电梯技术人员的需求也非常大，基于此，很多院校均开设了电梯技术的相关课程，本文详细地分析设计了一套的智能电梯的控制系统以及组态设计程序，对电梯技术人员学习理解电梯的控制系统具有很好的参考价值。

1 智能电梯控制系统总体设计

电梯的硬件按空间来划分主要有四大空间，分别为安装曳引机和其他有关设备的机房、为轿厢和对重装置运行而设置的井道、运载乘客或其他载荷的部件轿厢以及电梯在各楼层的停靠站层站。按照功能来划分主要包括8 个子系统，每个子系统不是独立工作。具体功能和组成如表1 所示。

表1 电梯八大系统

电梯运行时首先需要进行初始化流程即回到基站，当电梯在基站等待时有外呼信号或内呼信号就要进行楼层的判断，当外呼或内呼信号是轿厢所在的楼层，这时电梯只执行开门，5s 后关门继续等待呼梯信号，若电梯的呼梯信号与轿厢所在楼层是不同楼层就要进行判断，呼梯信号在轿厢下方时，轿厢下行。当呼梯信号在轿厢上方时，轿厢上行，电梯整体控制流程图如图1 所示。

图1 电梯控制整体流程图

2 智能电梯控制系统的设计

■2.1 PLC 控制硬件设计

PLC 的中文名称是可编程逻辑控制器。PLC 是一种具微处理器的自动化控制的数字运算控制器，可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程，减小了控制线路的电气回路和控制电气设备。本电梯采用的是三菱FX3U 系列PLC，控制原理图如图2 所示。

图2 电梯PLC 控制原理图

■2.2 程序设计

一套完整的电梯的控制程序主要包含11 个功能程序，初始楼层定位与自复位、信号登记与消除；楼层信号收集、楼层显示与切换、五大运行逻辑、运行方向显示、曳引机运行与速度控制、平层停梯部分、开门程序、关门程序、照明与风扇。下面对重点功能程序设计进行讲述。

电梯刚投入运行时，轿厢的位置不一定在最底层位置，因此控制器PLC 并不知道电梯处于什么位置，此时应当对电梯进行楼层定位，该功能为初始楼层定位；此外，电梯在运行的过程中可能会出现各种故障导致断电，使电梯无法正常工作运行，其中不乏一些令电梯无法处于正常平层位置的情况，此时应当对电梯进行自复位，令其运行至最底层平层处停梯。程序设计如图3 所示。

图3 初始楼层定位与自复位程序

2.2.2 信号登记与消除

信号登记主要用于召唤电梯或者指定电梯运行；值得注意的是，对于内呼信号，在电梯处于某平层时，该层的内呼信号不予登记；信号消除则是对已登记信号进行销号处理，代表电梯已经达到信号楼层或者不需要电梯运行至该信号所在楼层位置。销号又分为错误销号和自动销号，错误销号指的是对于登记错误信号的处理方法，常用于内呼信号。自动销号指的是电梯到达信号所在楼层，并且满足信号消除时所做出的信号处理；内外呼信号均可使用。内呼信号登记如图4 所示，销号程序如图5 所示。

图4 内呼信号登记

图5 自动销号程序

2.2.3 五大运行逻辑程序

五大运行逻辑分别有先按定向、同向响应、顺向截梯、最远端反向截梯、就近停梯。

①先按定向：先按的信号即为最开始输入的信号，定向即为固定方向。电梯在没有信号不运行的状态下会根据先输入的信号固定运行方向，不限楼层，不限轿厢所在位置。

②同向响应：电梯在运行期间，若有其他楼层信号输入，且该信号需要电梯运行的方向与电梯现运行的方向相同，则响应该信号；若该信号需要电梯运行的方向与电梯现运行的方向不相同，则暂不响应该信号。

最后，重视行业转型的最根本支撑的参与，即员工群体的与时俱进性、“互联网+”大数据思维的培养等。企业与行业的转型与升级，不能仅仅依靠企业领导一人，或者一个企业，而是需要调动企业所有员工，传统行业中所有企业的积极性、自主力、创新性等。需要企业所有员工及行业中所有企业共同进步，不断吸纳新的见解和知识，并形成智慧型学习组织。此方面可借鉴艾米·雷丁在美国最大投资机构任职期间创造的“无限创新”计划。此计划以激励和引导全员参与创新为目标，力主利用员工的创新与士气，在“互联网+”大数据的带动下，寻找企业和行业发展的新经济增长点等。

③顺向截梯：在电梯运行期间，若有比电梯现响应的楼层信号更为靠前的信号输入，且该信号的方向与电梯现运行的方向一致，并且电梯还未经过该楼层时，该信号应能实现拦截电梯并且进行完整的响应流程。

④最远端反向截梯：在电梯没有信号不运行时，若有其他楼层信号输入，且此信号的方向与需要电梯运行的方向相反，并且没有比之更靠后的信号输入时，该信号应能实现拦截电梯并且进行完整的响应流程；若电梯在运行时，此时输入其他楼层信号，且此信号需要电梯运行的方向与电梯现运行的方向一致，但信号方向与电梯运行方向相反，并且没有比之更靠后的信号输入时，该信号应能实现拦截电梯并且进行完整的响应流程。

⑤就近停梯：对于能够手动消除的内呼信号，应在信号消除时能够在最近的楼层停下电梯运行并且开门。但此逻辑分为多种情况：

（1）取消内呼时，没有其他楼层信号输入；

（2）取消内呼时，有其他楼层信号输入，并且还未经过该信号所在楼层；

（3）取消内呼时，有其他楼层信号输入，但已经经过该信号所在楼层；

对于情况（1）（3）应能执行就近停梯逻辑；对于情况（2）应取消就近停梯逻辑。程序如图6 所示。

图6 五大运行逻辑部分程序

2.2.4 开门程序

电梯开门是电梯运行之中的重要一环，若电梯无法正常开门，则轿厢内乘梯人员无法出来，厅外候梯人员无法进入轿厢内乘梯；为保证轿厢内乘梯人员安全，特此设立延时开门模块。若电梯处于正常平层状态且无需自检，则当电梯上电时自动执行一次开门；若电梯正常响应信号，则电梯在停梯过后执行延时开门，且电梯在停梯后无法立即开门；当轿厢超载或者光幕检测到被遮挡时，自动执行开门；电梯在运行、未平层及开门到位时，无法执行开门；出于安全考虑，若电梯断电或者进入检修状态，此时电梯若处于开门状态，可开门到位，也可手动开门，但当电梯关门到位后，则无法再次开门。程序设计如图7 所示。

图7 开门程序

2.2.5 关门程序

关门程序也为电梯运行中重要的一环，若电梯未关门或者未关好门，都会导致电梯无法正常运行。当电梯开门到位时，进行自动关门计时，在开门到位三秒后执行自动关门（具体时间看程序设计者的需求）；若检测到电梯未关好门，在电梯上电时会自动执行一次关门；在电梯开门到位时，无需等待三秒也可执行手动关门；在电梯处于开门状态或者处于关门限位（即关好门）的状态时，无法执行关门。具体程序如图8 所示。

图8 关门程序

3 测试

根据设计需求，根据以下方案对四层电梯进行了测试：

（1）开始时，电梯处于任意一层，若轿厢位置处于非平层位置，可利用M600 作为一楼登记信号，使M1 辅助继电器（1F 收集信号）输出，让电梯下行至一楼，并触碰下强迫换速开关，给予楼层显示一楼信息；若轿厢位置处于平层位置，并已知轿厢位置，初始运行时可利用M600 触发传送（MOV 指令）轿厢所处的位置楼层信号；

（2）输入按钮带有指示灯。当按呼梯按钮时，指示灯亮，到达呼梯楼层后，呼梯信号解除，指示灯灭。对同时有多个内选信号与外呼信号，响应原则为“先按定向，同向响应，顺向截梯，最远端反向截梯”。

（3）打开电梯锁（梯锁有信号）时，电梯在平层后，消除外呼登记，响应内呼已经登记的信号，响应结束后自动回到一楼，并开门9s 后自动关门，关闭楼层显示信息，此时不响应所有内呼和外呼信号，等关闭电梯锁时电梯恢复正常工作。

（4）电梯运行过程中如因停电等原因停在非平层区域情况下，再次上电时电梯轿厢应先自动回到一楼平层位置，之后电梯正常工作。电梯具有检修功能，检修状态下能点动控制电梯以检修速度慢上或慢下运行。并且检修恢复正常后，如果不在平层位置，能够自动复位一楼。

（5）电梯错误登记信号取消功能。当轿厢内指令登记错误时，只要长按登记按钮2s 以上，即可取消该登记楼层，从而避免电梯不必要的停层。若电梯运行方向上最后的响应层站是内呼信号时，该内呼信号被取消时能够就近停梯，并且平层。

通过测试本文设计的程序能够很好地满足四层电梯的运行功能。

4 结论及应用

本文设计了一种基于三菱PLC 的电梯控制软件程序，本文将电梯程序模块分为17 部分，五个运行逻辑，详细叙述了程序含义。程序除了具有基本的电梯功能外，还具有错误登记消号功能，节能功能，自回基站功能，梯锁功能和自复位功能。