双电梯并联控制系统总体方案设计

摘 要：本文研究了用PLC控制两台电梯的双电梯并联控制系统的设计方法，论文首先详细叙述了电梯的机械系统、拖动系统和控制系统的主要部件的功能和工作原理，确定了用PLC控制双电梯联动系统的方案。

然后确定了电梯控制系统的基本功能，并根据这些功能设计出了电梯的基本运行控制程序。论文讨论了对两部并联电梯运行的要求，研究了并联调度的原则。

并联电梯控制系统的设计以实际情况为根据，计算出了优化的电梯运行调度方案，达到高效、节能的目的。对我国的电梯市场的设计、研发提供了良好的实验依据。

关键词：电梯、并联控制、PLC

1. 引言

本课题将在借鉴已有成果的基础上，设计基于计算机+可编程控制器的双电梯联动控制系统。通过合理地利用PLC的硬件资源和软件资源，进行电梯群控系统的设计来提高电梯的操作灵活及快捷。对电梯的群控问题进行分析研究，以两台电梯的联控逻辑为例，设计基于计算机+可编程控制器的双电梯联动控制系统。 通过合理地利用PLC的硬件资源和软件资源，进行电梯群控系统的设计来提高电梯的安全可靠性和操作的灵活性，对缩短平均候梯时间、减少电梯运行时间具有重要意义，对电梯控制的发展具有促进作用。

本设计的主要研究方式、方法包括：

1.通过研究电梯的运行方式，进行双电梯的逻辑设计。双电梯一般遵守集选规则，即将呼叫信号先进行登记，对与电梯运行同向的呼叫信号逐一应答，当同向指令和召唤应答完毕后电梯可以自动换向。除此以外，电梯并联运行还遵循的相应的调度原则：正常情况下，当电梯使用以后，二号电梯作为忙梯会首先自动上升至第三层待命，一号电梯则作为基站电梯在第一层楼待命。当某层站有门厅呼叫信号时，则“忙梯”立即启动并定向运行去接该层站的乘客。

2.选用西门子S7-300系列PLC作为下位机，构成双电梯的控制系统，电梯逻辑控制系统的控制核心是PLC，哪些信号需要输入至PLC，PLC需要驱动哪些负载，以及采用何种编程方式，都决定着其内部I/O点数的分配，根据PLC的I/O节点使用原则，应留出一定的I/O点以做扩展时使用。

3.PLC控制程序采用结构化设计，使用西门子配套软件STEP7进行编程设计，构建双电梯联控软件系统。

2. 双电梯联控的总体方案设计

2.1 电梯的结构与工作原理

电梯是垂直方向上运行的运输设备，由机械和电气两大系统组成。

机械系统由曳引系统、轿厢、对重装置、导向系统、厅轿门、开关门系统、机械安全保护系统组成。其中曳引系统由曳引机、导向轮、曳引钢丝绳、曳引绳锥套等部件组成。导向系统由导靴、导轨架、导轨等部件组成。机械安全保护系统主要由缓冲器、限速器和安全钳、制动器、门锁等部件组成。厅轿门和开关系统由轿门、厅门、开关门机构、门锁及位置开关等部件组成。

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

2.2双电梯控制方案总体设计

使用多电梯的场合一般是单电梯无法满足建筑物内的交通需要，如客流量、等候时间等。因此，使用双电梯或更多电梯需要解决的主要问题是多电梯协调工作方式和以等候时间最短为目标的联控逻辑算法。本设计研究两部电梯的联控技术，进行了控制方案的总体设计。

双电梯控制方案的系统框架如图2-1所示。基本思路是采用计算机+可编程控制器结构。由可编程控制器完成数据和状态采集、控制任务，并将状态数据传输给计算机。计算机完成监控任务，并将管理指令输出给可编程控制器。

图2-1 双电梯控制方案的系统框架

双电梯的信号关系如图2-1所示，在该系统中可编程控制器(PLC)是核心部分，两部电梯的内部呼叫信号、每层楼的外部呼叫信号、电梯的运行方向信号、两部电梯的载重信号、以及两部电梯当前所在层信号输入到PLC中，PLC根据接收的信号状态，按照已设计好的逻辑算法进行运算，并输出控制信号，来控制两部电梯电机的正转与反转、何时开门何时关门、电梯楼层和运行方向的现实的显示、以及超重后的报警等。同时，根据预先设计，PLC将需要监控和存入数据库的信息传送个上位机(计算机)。除接受PLC传输的信息外，计算机可以根据管理需要，向PLC发出控制指令。

输入到PLC的控制信号有：运行方式选择(如自动、有司机、检修、消防运行方式等)、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等，通过PLC的控制来判定电梯的运行方向，是否开关门，显示出当前的楼层，在超载的情况下发出警报。

对于控制电梯一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。PLC接收来自操作面板和呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道 和变频器的状态信号 ，经程序判断与运算后实现电梯的集选控制，PLC在输出显示和监控信号的同时向变频器发出运行方向、启动、加速、减速、运行和制动停梯信号。曳引电动机正转(或反转)控制及高速控制信号有效时，电动机开始起动，起动后维持一定的速度一直运行，完成起动及运行段的工作。当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号。减速过程开始，当电机达到一定速度时电梯停止减速，并以此速度爬行。当平层信号到来后，PLC撤消爬行信号，同时发出停梯信号，此时电动机减速到停止转动，电梯停梯。正常情况下，在整个起动、运行、减速爬行段内，变频器的零速输出点一直是闭合的，减速至零之后，零速输出点断开，通过PLC抱闸及自动开门。 本设计主要是针对为了使人打到最短等候时间，进行逻辑分析，并可以后续设计出相应的PLC控制程序。

3. 电梯运行的总体逻辑算法

(一)2部电梯分别为A，B，YA、YB分别为A、B电梯的运行值，它反映了电梯当前运行的楼层。YA：电梯当前所在楼层数(B梯与此类似，以下均以A梯为例)。如果电梯停在某层待命时，运行值为上行时的值。设H为厅内某一外召唤按钮按下时对应的键值，H=所在楼层数。

(二)设定变量MA，MB;其中MA、MB分别为A梯顺向内呼最值和B梯顺向内呼最值;当电梯向上运行时，MA=max(A梯内呼登记表);当电梯下行时，MA=min(A梯内呼登记表)。电梯相应的最短距离为S。B梯与A梯相同。

以A梯为例电梯响应时间的确定：当外呼信号与电梯运行方向相反时， 就是电梯由当前楼层顺向运行到内呼最值楼层、再由内呼最值楼层运行到外呼信号楼层的楼层数之和，即S=|YA-MA|+|MA-H|。

当外呼信号与电梯运行方向相同时，外呼信号在电梯运行前方，则就是电梯运行到外呼楼层的楼层数，即S=|YA-H|。

如果外呼信号在电梯运行后方，则值由3部分构成，电梯当前值到顺向最值楼层的距离、顺向最值楼层到外部后向呼梯最值楼层的距离和外呼信号到外部后向呼梯最值楼层的距离，即：S=|YA-MA|+|MA-H|。B梯计算方法与A梯一致。

为了达到乘客等候时间最短，使A、B两部电梯的响应时间作比较，响应时间短的来完成乘客的需求。

参考文献

[1]中华人民共和国城乡建设环境保护部，住宅建筑设计规范，1987年

[2]余华、孙德堡，智能大厦中的电梯群控系统，电工技术杂志，2002年

[3]朱晓东、曾庆山，基于PLC的电梯最小等候时间的集选控制算法，轻重运输机械，2006