PLC电梯群控系统设计与调度算法实战

1. 项目背景与挑战

凌晨两点的实验室里，六部电梯的仿真界面在显示器上闪烁着蓝光。这是我们团队为2021年西门子杯工业自动化挑战赛开发的六部十层电梯控制系统，项目代号"电梯侠"。作为机械专业的学生，这次比赛让我们完成了从机械制图到PLC编程的硬核转型。

这个项目的核心挑战在于实现六部电梯的高效协同调度。与普通单梯控制不同，多电梯系统需要解决几个关键问题：

• 如何合理分配新到达的乘梯请求？
• 怎样避免多部电梯响应同一楼层造成的资源浪费？
• 当系统负载激增时，如何防止电梯群出现"死锁"或"饥饿"现象？

我们使用的硬件平台是西门子S7-1200 PLC，编程环境为TIA Portal V15。选择这个组合是因为它既满足比赛要求，又具有良好的仿真调试功能——这对我们这些PLC新手至关重要。

2. 系统架构设计

2.1 状态机模型

每部电梯都被建模为一个独立的状态机，包含以下基本状态：

• 空闲态（IDLE）：电梯静止且无任务
• 上行态（UP）：电梯正在向上运行
• 下行态（DOWN）：电梯正在向下运行
• 停靠态（DOCKED）：电梯停靠楼层并开门

状态转换遵循严格的优先级规则：

1. 当前方向上的目标楼层优先响应
2. 同方向的外部呼叫次优先
3. 反向呼叫最后处理

这种设计保证了电梯运行的高效性，避免了无谓的方向切换。

2.2 数据结构设计

我们为每部电梯定义了状态结构体：

st复制TYPE ELEVATOR_STATUS :
STRUCT
    CurrentFloor : INT;      // 当前楼层(1-10)
    Direction : INT;         // 运行方向(-1/0/+1)
    TargetFloors : ARRAY[1..10] OF BOOL; // 内部目标楼层
    CallUp : ARRAY[1..10] OF BOOL;       // 上行外呼
    CallDown : ARRAY[1..10] OF BOOL;     // 下行外呼 
    DoorStatus : BOOL;       // 门状态(开/关)
    Overload : BOOL;         // 超载报警
    Moving : BOOL;