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外文文献翻译
题 目 基于PLC的四层电梯控制
基于PLC的电梯控制系统的设计与实践
XiAoling YAng1, 2, Qunxiong Zhu1, Hong Xu
北京化学技术大学信息科学和技术学院，北京，100029，中国
北京联合大学自动化学院，北京，100101，中国
yxl_lMy@ sinA.coM, zhuqx@MAil.Buct.edu.cn
摘要
本文介绍了住宅大厦2部九层电梯控制系统的开发情况。控制系统采用PLC作为控制器，采用基于“最小等待时间”的并行连接调度规则，实现了两台电梯的并行运行。详细介绍了PLC控制系统的基本结构、控制原理和实现方法。并给出了系统关键方面的阶梯图。该系统具有简单的周边电路，运行结果表明它提高了电梯的可靠性和性能。
1.导言
随着建筑技术的发展，建筑物越来越高，电梯成为高层建筑中重要的垂直运输工具。他们负责将旅客、居住、工作或访客，以舒适及有效率的方式运送至目的地。因此，电梯控制系统是保证电梯平稳、安全运行的关键。它告诉电梯在地板上按什么顺序停车，何时开门或关门，是否存在安全问题。
传统的电梯电控系统是一种轻控系统。它具有电路复杂、故障率高、可靠性差等缺点，对电梯运行质量有很大影响。因此，受一家企业的委托，我们改进了住宅建筑中的一个轻松控制电梯的电气控制系统。结果表明，该系统运行可靠，维修方便。
本文详细介绍了电梯PLC控制系统的基本结构、控制原理和实现方法。
2.系统结构
电梯控制系统的目的是根据用户的要求管理电梯的移动。它主要由2个部分组
2.1电力驱动系统
电力驱动系统包括：电梯车、牵引电动机、车门电动机、制动机构及相关开关电路。
在这里我们采用了一种新型LC系列交流接触器来代替旧的，并利用PLC的触点来代替大量的中间继电器。牵引电动机的电路是预留的。从而有效地克服了原控制柜体积大、噪声大等缺点。
2.2.信号控制系统
电梯的控制信号主要是由PLC实现的。输入的信号有：操作模式、操作控制信号、汽车通话、通话、安全/保护信号、车门开/关信号和调平信号等。电梯系统的所有控制功能均由PLC程序实现，如登记、显示和消除呼车、电梯车厢位置判断、电梯选择层和方向选择等。图1显示了电梯的PLC信号控制系统图。
图1PLC信号控制系统图
2.3要求
控制系统的发展目标是控制9层住宅大厦的2部电梯。
每部电梯的每一层都有一个传感器。我们可以用这些传感器定位电梯的当前位置。电梯车的车门可由车门马达开启及关闭。门上有2个传感器，可以通知控制系统门的位置。门上还有另一个传感器，可以在门关闭时探测物体。电梯的上下运动由牵引电动机控制。
每一层，除了一楼和顶层，都有一对指示电梯上下移动的方向灯。
每层楼，都有七段引导显示电梯车厢的当前位置。
开发电梯控制的第一步是确定基本要求。非正式地电梯行为定义如下。
（一）单台电梯运行
电梯一般有三种运行状态：正常模式、防火模式和维护模式。维护模式具有最高优先级。只有取消维护模式，才能实现其他操作模式。其次是防火模式，电梯必须在火灾开关起作用时立即返回底层或基站。当火灾开关重置时，电梯应转向正常运行模式。在正常运行模式下，控制系统的基本任务是指挥每台电梯上下移动，停止或启动，开门或关门。但有以下一些限制：
每部电梯的汽车控制面板上有9个按钮，每个楼层一个。这些按钮在按下时会发光，并导致电梯到达相应的楼层。当电梯造访相应楼层时，照明被取消。
除一楼和顶层外，每层楼的楼层控制面板上都有两个按钮，一个用来要求上电梯，一个用来要求下电梯。这些按钮按下时会亮起来。当电梯到达地面时[该照明被取消]，然后向所要求的方向移动。汽车控制面板或地板控制面板上的按钮用来控制电梯的运动。
如果乘客想下车，电梯就不能通过。除非有人想下车，否则电梯不能停在地板上。电梯必须为所有在目前方向上行驶的乘客提供服务，否则电梯不能改变方向，而且向相反方向行驶的汽车也不能提供大厅呼叫服务。如果电梯没有任何要求，它将保持在目前的楼层，并且关门。
（二）有两部电梯并行运行
在这种情况下，有两部电梯同时为大楼服务。每天早上7点到9点，下午5点到7点。
当电梯到达一个水平时，它将测试是否需要停止。当需要停止时，它会在这个级别停止。同时，为了平衡停靠数量，两部电梯的运行将遵循一定的调度原则。如果另一辆车已经停了，或者已经停了，电梯不会停在地板上。
电梯的正常运行是由其电力驱动系统和逻辑控制系统共同实现的。
3.软件设计
由于呼叫时间、呼叫地点和乘客目的地的随机性，电梯控制系统是一种典型的实时、随机逻辑控制系统。本文采用了西门子S7-200CPO226及其扩展模块的集体选择控制方法。系统有46个输入点和46个输出点。I/O点见表1和表2。
表1输入点
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描述 |
地址 |
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1-8楼向上大厅呼叫 地下2-9楼呼叫 1-9楼汽车呼叫 1-9到达传感器 门打开按钮 关门按钮 门关闭位置开关 门打开位置开关 调平传感器 下一级传感器 火灾开关 驱动程序操作开关 汽车车门的触控式开关 超载 强制变速开关 满载 |
I0.0-I0.7 I1.0-I1.7 I2.0-I2.7, I3.0 I3.1-I3.7, I4.0-I4.1 I4.2 I4.3 I4.4 I4.5 I4.6 I4.7 I5.0 I5.1 I5.2 I5.3 I5.4 I5.5 |
表2 输出点
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描述 |
地址 |
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1-8楼的呼叫灯 地下2-9楼的呼叫灯 1-9楼的叫车灯 向上移动的灯 向下移动的灯 七段式电梯位置显示 开门 关门 向上移动 向下移动 全负载灯 高速运行 低速运行 加速开始 制动减速 报警式寻呼机 |
Q0.0-Q0.7 Q1.0-Q1.7 Q2.0-Q2.7, Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3-Q3.7 Q4.0-4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 Q4.6 Q4.7 Q5.0 Q5.1 Q5.2-Q5.4 Q5.5 |
在软件设计方面，我们采用模块化方法编写阶梯图程序。模块之间的信息传输由PLC的中间寄存器位实现。
整个程序主要由10个模块组成：呼叫登记显示模块、呼叫登记显示模块、信号组合模块、呼叫取消模块、电梯位置显示模块、楼层选择模块、移动方向控制模块、并行运行模式下的车门开/关模块、维护操作模块和调度模块。
典型模块的设计如下：
3.1电话登记和显示
电梯里有两种呼叫：办公室呼叫和汽车呼叫。当有人按下地板控制面板上的按钮时，信号将被注册，相应的灯将被点亮。这就是所谓的大厅呼叫注册。当乘客按下电梯车厢内的按钮时，信号会被登记，并与相应的灯一起被点亮。这就是所谓的汽车呼叫登记。图2显示了向上调用注册和显示的阶梯图。自锁原理用于保证呼叫的连续显示。
图2向上大厅登记及显示
3.2.呼叫的集体选择
这里使用了集体选择控制规则。如图3所示，M5.1-M5.7、M6.0和M6.1是PLC中的辅助继电器。它们分别表示1楼至9楼的停止申请信号。辅助继电器M6.2表示电梯司机的操作信号。当某一楼层有呼叫时，相应楼层的停止信号会输出。如电梯由司机操作，则不提供电话服务。电梯不能通过乘客要下车的楼层。
3.3.取消电话
该模块的程序可以使电梯响应成为与汽车当前方向具有相同方向的大厅呼叫，当一个大厅呼叫被送达时，其注册将被取消。
图4显示了向上大厅取消的阶梯图。
图3呼叫的组合
图4取消预约电话
在图4中，辅助继电器M4.0是电梯向上移动的标志。当电梯的当前方向上升时，M4.0的接点关闭；相反，当电梯的当前方向下降时，M4.0的接点打开。M0.1至M0.7分别表示2楼至8楼的通话停止请求信号。
这个程序有两个功能：
（一）电梯向下移动时，使电梯响应成为正常的下行大厅呼叫，下行大厅呼叫送达时，其登记被取消。
（二）电梯向上移动时，相应楼层的下行大厅不对其进行呼叫，并保留登记。取消下行大厅呼叫与上行大厅呼叫颠倒。
3.4电梯的方向
电梯可能上下移动，这取决于通话和汽车通话的组合。图5中的梯子图显示电梯将向上移动。
图5电梯的移动
图5显示当呼叫对应的楼层高于电梯目前的位置时，电梯就会上升。这里的辅助继电器M4.0被用作上行标志。当电梯向上移动时，向上移动的灯被点亮，因此M4.0被连接。当电梯到达顶层时，向上移动的灯关闭，计时器开始。在0.2S之后，M4.0断开，向上移动的显示器关闭。在这里我们用M4.0替换了Q3.1，可以保证取消的可靠性。
3.5.电梯的落地
图6显示了电梯停止地板功能的阶梯图。如图6所示，M6.4是阻止地面信号的标志。M6.6是驾驶员发出的停止地板的信号。M7.0是火灾开关发出的火灾信号。而M 6.7则是强制速度改变信号。当其中任何一种接触起作用时，系统应发出停止地面信号。
4.最小等待时间算法
在电梯系统的交通中，通常有两种控制任务。一是基本的控制功能，命令每台电梯上下移动，停止或启动，并打开和关闭车门。另一个是一组电梯的控制。
集团管制系统在提供汽车及大堂服务时的主要要求，应是：为大厦每层提供均衡的服务；尽量减少乘客等候服务的时间；尽量减少乘客从一个楼层移动到另一个楼层的时间；在一定时间内为尽可能多的乘客提供服务。
图6电梯的楼层停止
电梯组控制有多种调度算法。例如，电梯下一步总是为壁橱请求服务的最接近邻居算法；通过分析楼层和人口需求不相等的电梯系统流量来调度电梯的分区算法；以及奇均衡规则，其中电梯只服务单层楼，另一个只服务双层楼。
最接近邻居的算法将电梯空移动到下一个请求的长度最小化。它通常有非常小的平均等候时间，但个别的等候时间会变得相当大。该分区算法通常用于交通繁忙的建筑物，如午餐时间的办公楼。
与办公楼和商场相比，住宅的交通流量相对较低，甚至在每一层都是如此。其次，人们通常认为电梯是纯粹的功能性物体，乘坐电梯的体验是时间等待他们的大部分。此外，在试图满足所有要求时存在着巨大的问题。
针对上述原因，采用“最小等待时间”算法实现了两台电梯的并行运行。
4.1评价功能
“最小等待时间”算法的目标是根据所有呼叫预测每个电梯的响应时间，并选择响应时间最短的电梯服务。当有呼叫时，系统根据(1)和(2)中显示的评
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