基于西门子PLC的电梯控制系统

来源：西部工控网

1 引言
常规自动控制系统中，传感器与执行器是独立接线，多个传感器和执行器构成系统需要大量导线。通信总线应用到测控系统中，能节省大量导线，可提高系统可靠性。已被广泛采用工业总线一般有两类。一类为主从结构方式，如RS-485通讯，该通讯总线工业控制中已到广泛应用，其通讯方式为命令—响应方式。主机定时向各子控制器发出查询信号，再由各子控制器汇报各自状态。这种通讯方式开发难度较小，但通讯实际耗费了主控制器相当一部分资源。此种方式并未能xx发挥出主控制器强大运算功能。另一类为各节点自主通讯方式，如欧姆龙公司、三菱公司CAN总线，NEWLIFT公司LONWORKS总线等。这类总线可靠性和通讯速率与前一种有着本质提高，但成本相对较贵。

2 西门子执行器-传感器接口总线AS-Interface
针对现流行两类串行总线控制方式优缺点，西门子吸取了两种控制方式优点，推出了AS-Interface(远程I/O)总线技术。AS-Interface是执行器-传感器接口总线系统，就是将分散I/O信号从站收集起来，仅用两根信号线传送到AS-I主站。AS-I主站按顺序呼叫，最长循环时间为5ms，AS-I从站节点错误情况下，具有自动关闭总线功能，切断它与总线上联系，使其它从站不受影响，其故障问题可及时AS-I主站上反映出来。AS-I每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了AS-I总线高可靠性，AS-I总线直接通讯距离最远可达100m，中继站延伸{zd0}距离300m，AS-I总线最多可安装248个传感器与执行器。
西门子PLC主机与执行器-传感器-接口从站之间联系AS-I主站，无须额外编辑通讯程序，工程人员来说远程I/O对应于映像区对应位，符合他们编程习惯，十分方便。两线通讯应用，系统连接线采用卡线刺穿式结构，布线量大为减少，且独特AS-I梯形电缆，杜绝了接线错误可能性，与以前PLC控制系统相比可节省大量电缆，安装工作量亦大为减少。

3 电梯控制系统
电梯控制系统从继电器控制发展到PLC加调速器控制方式，经历了一个相当大技术飞跃，现有产品也成型，且性能相当稳定，现有电梯控制系统基本结构如图1所示。控制中心楼顶机房，井道和轿厢中所有信号都以点对点形式大量电缆传送到控制中心。

图1 传统电梯控制系统

传统电梯控制系统接线过多，安装复杂，不易更改和扩展，导致难以维护和效率低缺点。电梯用户对电梯要求已仅停留对系统安全性、可靠性等基本功能追求上，对电梯舒适感、效率、自我故障诊断、远程监控等智能化以及电梯调试，维护简便性提出了更高要求。急需一种高效率，高可靠性现场总线技术来满足用户要求，AS-Interface总线技术就是其{zj0}选择。AS-I总线物理实现为两线通讯，接线采用卡线刺穿式结构，AS-I从站可以十分方便接入到总线上，且独特AS-I梯形电缆，杜绝了接线错误可能性。下面对西门子S7-200CN PLCAS-Interface总线系统实现电梯控制做一些探讨。

4 AS-Interface总线电梯控制系统中应用
4.1 硬件实现
具有AS-Interface总线功能西门子S7-200CN PLC性能较好，功能强大，支持三角函数、开方、对数运算等功能;可线编辑和监视;调制解调器支持远程监控;可以故障诊断，执行单次扫描，强制输出;可以编辑变量状态表，使用多个可同时打开窗口可同时显示信号状态和状态表。基于S7-200CN PLC电梯控制系统是一个网络化、智能化、xxx极高控制系统。
系统硬件实现上，仔细调查和论证发现:电梯控制系统传感器和执行器基本上集中井道和轿厢，机房仅一个执行器即调速器，而无传感器。将机房作为控制中心不尽合理，使系统硬件布置达到{zy}，项目对传统电梯控制系统做了如下调整:电梯控制系统和拖动系统从物理上分开，改变了传统电梯系统控制、拖动不分家状态。这样做好处是真正实现了强弱电分开，大大提高了系统抗干扰性，进一步保证了电梯系统安全和可靠;电梯大部分信号轿厢和井道，将控制中心置于机房，应用AS-Interface总线技术，那么它所需要AS-I从站是十分可观(以10层10站电梯为例，轿厢和井道信号大约有100个，一个AS-I从站I/O数最多为8，也就是说需13个从站才能满足要求)，这种有了先进性而无经济性系统难以被工程所接受。项目做法就是将控制中心转移到轿厢顶，这种转移不降低其先进性同时大大降低了控制系统成本(同样以10层10站电梯为例，井道和机房信号大约有48个，所需要从站仅为6个)。

图2为以上思想采用AS-I总线技术电梯控制系统，控制中心位于轿顶，由CPU226CN(PLC)、EM223(PLC扩展)、AS-I主站三部分组成，轿厢上信号均直接接到PLCI/O上，井道和机房信号AS-I从站传输到AS-I主站上，现场安装十分简单。

图2 AS-I电梯控制系统

4.2 相关西门子控制元器件介绍
下面对CPU226CN，AS-I主站CP243-2，扩展EM223及AS-I从站性能及作用做一个简单介绍。
(1) S7-200CN主控制器(CPU226cn)
●构成
本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，{zd0}扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立30kHz高速计数器，两路独立20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器，1个RS-485通讯/编程口。是具有较强控制能力控制器。如图3所示:

图3 CPU226CN

●作用
装置于轿顶，负责控制轿厢位置，轿门驱动，接受来自轿厢上各种电信号，处理与AS-I主站之间和调制解调器通讯等各种信号。
(2) AS-I主站
●性能
AS-I周期时间不大于5ms，AS-I连接电缆允许{zd0}电流为3A，可直接连到外部24V电源，其址范围:一个8DI/8DO数字模块和一个8AI/8AO模拟模块。可见，AS-I主站响应时间和带负载能力非同一般。如图4所示:

图4 CP243-2

●作用
装置于轿顶，负责与主控制器通讯并控制AS-I从站。
(3) 扩展
●性能
EM223扩展单元具有8I/8O共16路数字信号输入输出口，具有光电隔离，低功耗等功能。
●作用
将控制中心置于轿顶一个重要原因是电梯大部分信号都集中轿厢上，可以将这些信号直接以并行方式送到控制中心，这是一种十分经济且可行办法。显然CPU224本机I/O点数量不能满足要求时，必须扩展(EM223)来弥补不足点数。
(4) AS-I从站
将井道和机房信号AS-I从站连入电梯控制系统，，AS-I从站被分散安装井道中和机房内，负责处理召唤盒内信号和控制调速器。
4.3 软件实现
西门子S7-200CN系列PLC是将AS-I从站自动映射到8个模拟量输入字(AIW0～AIW7)和8个模拟量输出字(AQW0～AQW7)上。工程技术人员来说，对AS-I从站编程和对普通I/O编程没什么区别，只需增加一小段程序，就可实现从站I/O到PLC中映射。
启动AS-I及映射转换程序清单如下:
LD SM0.1
SI Q3.7, 1
RI Q3.0, 4
LD SM0.7
BMW AIW0, VW1000, 8
BMW VW2000, AQW0, 8
4.4 工作流程
电梯控制核心是对各类信号分析并控制调速器，门机等拖动轿厢运动过程。西门子S7-200CNPLC串行系统中，井道和机房各类控制、数据信号AS-I从站传输到AS-I主站上，经由AS-I主站传输到CPU226CN中。同样，CPU226CN想对某一从站发出指令也需AS-I主站完成。轿厢上所有信号直接并行I/O点送入CPU226CN内。下面以一部电梯处理一个召唤信号过程为例，简要介绍其工作流程。
系统上电时，CPU226CN进行上电自检。包括I/O检查，与主站通讯检查，电梯当前状态(门状态，自动、检修或司机，电梯位置等)参数正确性。一旦发现错误，则进入故障状态，封锁快车，直到所有故障排除，才进入正常运行状态。从站一旦检测到有召唤信号，立即AS-I信号电缆传输到AS-I主站，经由主站向CPU226CN发出中断信号，把召唤信号最终传送到CPU226CN进行处理。一次信号传输时间少于5ms。
CPU226CN收到信号后，电梯现状态，决定电梯运行方向和停车位置，AS-I主站向从站发生指令控制调速器及曳引机。

5 基于西门子PLC电梯远程监控系统
5.1 通信口介绍
内部集成PPI接口为S7-200CN用户提供了强大通讯功能。PPI接口物理特性为RS-485，可三种方式下工作:
(1) PPI方式
PPI通讯协议是西门子专为S7-200CN系列PLC开发一个通讯协议。可普通两芯屏蔽双绞电缆进行联网。波特率为9.6kbps,19.2kbps和187.5kbps.S7-200CN系列CPU上集成编程口同时就是PPI通讯协议进行通讯非常简单方便，只用NETR和NETW两条语句即可进行数据信号传递，不需额外再配置模块或软件。PPI通讯网络是一个令牌传递网，不加中继器情况下，最多可以由31个S7-200CN系列PLC，TD200，OP/TP面板或上位机(插MPI卡)为站点，构成PPI网。
(2) MPI方式
S7-200CN可以内置接口连接到MPI网络上，波特率为19.2/187.5kbps。它可与S7-300/S7-400CPU进行通讯。
(3) 自由口方式
自由口方式是S7-200CNPLC一个很有特色功能。它使S7-200CNPLC可以与任何通讯协议公开其它设备、控制器进行通讯。
5.2 硬件实现
我们使用自由口方式，电缆将CPU226CN485口与调制解调器连接，并接入电话线，监控室将调制解调器与电脑连接。连接完毕后，可以拨号上网对现场电梯进行监控。其中，调制解调器选用实达网上之星5600db+，硬件框图如图5所示:

图5 远程监控硬件框图

5.3 软件设置
西门子STEP-7MicroWIN编程软件本身带有远程监控相关设置，工程技术人员来说不用重新进行通信开发，节省了大量费用。进入STEP-7MicroWIN编程软件界面后，只需简单设置，远程监控即可实现。
Communication中将Local Modem和Remote Modem设定为相同型号(否则无法对Local Modem进行烧制)，若备选栏中无法找到所选用硬件Modem，则必须进行自定义，自定义Modem configure，如表1所示。

表1 自定义Modem configure

6 综合指标分析
总线技术电梯上应用(也称串行通信电梯)，目前已国内部分电梯上采用。如上海三菱、广州日立、天津奥斯等大电梯生产厂家已经开始大量采用这种技术，但国内广大中小电梯企业而言，引进和开发这套系统无疑将耗费大量人力和物力。四川建宁电梯厂2000年曾成套引进了台湾TS868电梯串行通讯系统，与现自主开发基于西门子AS-I总线技术串行通讯系统相比，列出对比表，如表2所示。

表2 TS868和SIEMENS(S7-200CN)对比表

从对比表中不难看出，基于西门子AS-I总线技术串行通讯系统开发是成本上技术上都表现优秀，特别适合中小电梯企业产品更新换代。

7 结束语
基于西门子AS-I总线技术串行通讯系统十分适合中小企业进行自主开发。无须工程技术人员放弃熟悉PLC控制，也无须大投入，就可使电梯产品上档次，跟上国际大趋势，使企业激烈市场竞争中争取到一个好市场定位。这一技术电梯上应用已于2001年10月四川乐山师范学院主教学楼两台电梯上到成功实现。