简介：本资源为西门子杯中国智能制造挑战赛一等奖获奖例程，面向自动化、工业控制及PLC编程学习者与备赛学生，聚焦六台电梯协同服务十层建筑的群控系统设计与实现。程序基于西门子S7系列PLC与TIA Portal平台开发，完整覆盖电梯基础控制逻辑、群控调度算法（如呼梯响应优先级、最小等待时间分配）、多机通信机制及安全保护策略，可直接用于课程设计、竞赛复现或工业场景仿真验证。压缩包共70个文件，含7个XML配置文件（设备组态与变量定义）、6个DEL脚本（下载与部署逻辑）、5个CFS通信配置文件，以及TVX/TVD等HMI画面与PLC数据块（DB）、函数块（FB）相关工程文件，总大小8.52MB，结构清晰，模块划分明确。已有10253人学习下载，提供完整可运行的赛题级解决方案，包含原版AP14工程、PEData索引与系统日志等调试支撑文件，便于深入理解电梯群控的实时性、稳定性与工程落地细节。
1. 这不是普通PLC程序：西门子杯一等奖电梯群控参考程序，解决的是十层六梯协同调度的硬核逻辑落地问题
你手头有一套六部十层电梯的物理模型或仿真平台，但写出来的调度策略总在高峰期卡死、响应延迟、轿厢空跑率高——这不是PLC扫描周期的问题，是群控算法没真正“活”进梯形图里。这份标为“（一等奖例程）西门子杯六部十层电梯群控参考程序.rar”的资源，不是教学演示代码，而是某高校参赛队在真实西门子S7-1200平台（CPU 1214C DC/DC/DC + CM1241 RS485模块）上跑通、经现场裁判组验证、最终斩获全国总决赛一等奖的完整工程包。它把模糊控制+动态分区+呼梯优先级重排序三类策略，全部用TIA Portal V16原生LAD/FBD实现，不含任何外部库调用或黑匣子函数块。适合正在备赛CIMC（中国智能制造挑战赛）“智能电梯群控”赛项的本科生团队，也适合想吃透工业级多设备协同逻辑的自动化工程师。它不教你怎么建模，只告诉你：当六台电梯同时收到10个不同楼层的召唤信号时，如何在300ms内完成任务分配、方向锁定、停靠序列生成，并把结果稳定输出到6个独立的AS-i从站驱动器上。
2. 程序结构与核心调度逻辑：从主循环到动态分区表的逐层拆解
2.1 工程整体架构：TIA Portal V16下的六层组织块嵌套关系
该工程在TIA Portal V16中以OB1为主循环组织块，向下调用6个功能块（FB），分别对应6台电梯的独立状态机（Elevator_01～Elevator_06）。所有FB共用一个全局数据块DB_Elevator_Global，其中包含：
Call_Table[1..10, 0..1]：二维数组，记录每层楼上下行召唤按钮状态（0=未按，1=已按）Zone_Map[1..10]：动态分区映射表，定义每层归属的逻辑区域（如1-3层为A区，4-7层为B区，8-10层为C区）Dispatch_Queue[1..6]：6个元素的结构体数组，每个元素含Target_Floor、Direction、Priority_Score字段，即当前分配给该梯的待执行任务
提示：所有FB均采用“单次扫描完成一次决策”设计，不依赖背景定时器或延时指令。这意味着每次OB1调用，6个FB并行计算各自下一目标，再由主调度器（FC_Dispatcher）做冲突仲裁——这是避免竞态的关键。
2.2 动态分区算法：为什么10层楼要划成3个区？参数怎么设？
传统群控常按固定层数分区（如每3层一区），但本例程采用负载感知型动态分区：分区边界随各梯实时负载率浮动。其核心逻辑封装在FC_ZoneAdjust中：
// FC_ZoneAdjust: 根据6梯当前载重率动态调整Zone_Map FOR i := 1 TO 6 DO Load_Rate[i] := DB_Elevator_Global.Elevator[i].Load_Weight / DB_Elevator_Global.Elevator[i].Max_Load; END_FOR; // 计算加权平均负载率（权重=当前运行距离） Weighted_Avg := 0; Total_Weight := 0; FOR i := 1 TO 6 DO Dist := ABS(DB_Elevator_Global.Elevator[i].Current_Floor - DB_Elevator_Global.Elevator[i].Target_Floor); Weighted_Avg := Weighted_Avg + (Load_Rate[i] * Dist); Total_Weight := Total_Weight + Dist; END_FOR; Avg_Load := Weighted_Avg / Total_Weight; // 分区边界调整（仅影响Zone_Map[1..10]） IF Avg_Load > 0.7 THEN // 高负载：压缩高层区，扩大中低层覆盖（减少长距离空驶） Zone_Map[1] := 1; Zone_Map[2] := 1; Zone_Map[3] := 1; Zone_Map[4] := 2; Zone_Map[5] := 2; Zone_Map[6] := 2; Zone_Map[7] := 2; Zone_Map[8] := 3; Zone_Map[9] := 3; Zone_Map[10] := 3; ELSIF Avg_Load < 0.3 THEN // 低负载：拉伸高层区，鼓励梯分散服务（降低响应延迟） Zone_Map[1] := 1; Zone_Map[2] := 1; Zone_Map[3] := 2; Zone_Map[4] := 2; Zone_Map[5] := 2; Zone_Map[6] := 2; Zone_Map[7] := 3; Zone_Map[8] := 3; Zone_Map[9] := 3; Zone_Map[10] := 3; ELSE // 默认分区（比赛标准配置） Zone_Map[1] := 1; Zone_Map[2] := 1; Zone_Map[3] := 1; Zone_Map[4] := 2; Zone_Map[5] := 2; Zone_Map[6] := 2; Zone_Map[7] := 2; Zone_Map[8] := 3; Zone_Map[9] := 3; Zone_Map[10] := 3; END_IF;这段代码说明：分区不是静态配置，而是根据6梯加权平均负载率实时重算。当整体负载高（>70%），系统主动压缩高层服务范围（8-10层合并为1区），迫使更多梯集中在中低层接单，减少长距离空驶；当负载低（<30%），则拉伸高层区（7-10层全归C区），让梯更均匀分布，缩短首呼响应时间。参数0.7和0.3是经过200+次仿真测试后收敛的阈值，非随意设定。
2.3 呼梯优先级重排序：FBD图里藏着的“后悔药”机制
单纯按“谁先按谁先服务”会导致高峰时段低层用户永远排不上队。本例程在FB_Elevator_XX内部实现三级优先级打分：
| 评分项 | 权重 | 计算方式 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 基础等待时间 | 40% | Current_Time - Call_Timestamp | 每秒累加，最长计300s（防溢出） |
| 方向一致性 | 35% | IF Call_Direction = Current_Direction THEN 100 ELSE 0 END_IF | 同向呼叫直接满分，反向为0 |
| 楼层距离惩罚 | 25% | 100 - ABS(Call_Floor - Current_Floor) | 距离越近得分越高，10层距得0分 |
但关键在“后悔药”：当某梯已分配任务A（如去5层），途中收到更高分任务B（如去3层且同向），且B的Priority_Score比A高15分以上，则立即插入B到A之前执行。此逻辑由FB内部的Replan_On_Fly子例程触发，通过修改Dispatch_Queue中对应梯的Target_Floor和Priority_Score实现。注意：该重排序仅在轿厢未关门且未启动时生效，一旦MOTOR_RUN置位即锁死任务序列——这是防止运动中突变导致机械冲击的硬约束。
3. 硬件IO映射与通信配置：S7-1200如何驱动六台电梯模型
3.1 数字量IO分配表：6部电梯共用一套输入输出模板
该工程采用集中式IO映射，所有电梯状态与命令通过统一地址区交互，避免为每部梯单独配置硬件。关键地址如下（基于S7-1200 CPU 1214C，DI/DO模块为SM1223）：
| 地址类型 | 符号名 | 物理地址 | 说明 | 数据类型 |
|---|---|---|---|---|
| 输入 | I_Call_Up[1..10] | I0.0 ~ I0.9 | 10层上行召唤按钮（常开触点） | BOOL |
| 输入 | I_Call_Dn[1..10] | I1.0 ~ I1.9 | 10层下行召唤按钮（常开触点） | BOOL |
| 输入 | I_Car_Pos[1..6] | I2.0 ~ I2.5 | 6部电梯轿厢位置编码（BCD码，0-10） | BYTE |
| 输出 | Q_Run_Up[1..6] | Q0.0 ~ Q0.5 | 6部电梯上行运行命令（驱动接触器） | BOOL |
| 输出 | Q_Run_Dn[1..6] | Q1.0 ~ Q1.5 | 6部电梯下行运行命令（驱动接触器） | BOOL |
| 输出 | Q_Open_Door[1..6] | Q2.0 ~ Q2.5 | 6部电梯开门命令（驱动电磁阀） | BOOL |
注意：
I_Car_Pos使用BCD码而非二进制，是因为电梯模型反馈的霍尔开关信号天然按十进制分组（如1层=0001，10层=1010），直接读取可省去译码逻辑，降低扫描周期压力。
3.2 RS485通信配置：CM1241模块如何同步6梯运行状态
为获取轿厢精确位置（非仅楼层开关），工程启用CM1241 RS485模块，通过Modbus RTU协议轮询6台电梯的绝对位置编码器。配置要点如下：
- 波特率：19200 bps（兼顾抗干扰性与响应速度）
- 从站地址：电梯01~06对应Modbus地址1~6
- 读取寄存器：功能码03H，起始地址40001，长度2（高位字节=楼层，低位字节=毫米级偏移）
- 轮询周期：在OB35（100ms定时中断）中执行，每次中断只读1台，6次中断完成一轮（600ms全扫）
此设计规避了“所有梯同时上报导致总线冲突”的风险。若某梯超时未响应，FC_ModbusPoll会标记Comm_Error[i] := TRUE，并触发FB_Elevator_i的降级模式：改用I_Car_Pos[i]的BCD码粗略定位，同时提高该梯的Priority_Score权重（+20%），促使其尽快返回基站校准。
3.3 安全联锁逻辑：如何用纯LAD实现“开门不运行，运行不开门”
安全逻辑不依赖外部继电器，全部在PLC内实现硬联锁。核心约束有三：
- 运行禁止开门：
Q_Open_Door[i]置位时，Q_Run_Up[i]与Q_Run_Dn[i]必须为0 - 开门禁止运行：
Q_Run_Up[i]或Q_Run_Dn[i]任一为1时，Q_Open_Door[i]强制复位 - 门未关严禁启动：每部梯配独立
I_Door_Closed[i]输入，Q_Run_Up[i]/Q_Run_Dn[i]使能前必须检测该信号为1
这些约束用LAD中的“互锁触点”实现，例如运行输出线圈前串联NOT Q_Open_Door[i]和I_Door_Closed[i]常开触点。特别地，I_Door_Closed[i]采用双通道冗余检测：电梯模型提供两路独立的门磁开关信号，PLC内用AND逻辑判断，任一失效即触发Safety_Alarm[i]——这是CIMC赛项明确要求的安全等级。
4. 常见问题与避坑指南：六梯群控调试中最容易翻车的五个点
4.1 现象：六部电梯频繁“抢任务”，同一楼层召唤被多台梯同时响应
原因：Dispatch_Queue未做跨梯去重校验。当FC_Dispatcher为梯1分配了3层上行任务后，未在Call_Table[3,0]中标记“已响应”，导致梯2在下一轮扫描中仍读到该召唤有效。
解决：在FC_Dispatcher末尾添加去重写入逻辑：
// 分配成功后立即标记 IF Dispatch_Queue[i].Target_Floor > 0 THEN IF Dispatch_Queue[i].Direction = UP THEN Call_Table[Dispatch_Queue[i].Target_Floor, 0] := 0; // 清除上行召唤 ELSE Call_Table[Dispatch_Queue[i].Target_Floor, 1] := 0; // 清除下行召唤 END_IF; END_IF;4.2 现象：电梯到达目标楼层后不自动开门，需手动触发
原因：Q_Open_Door[i]输出受FB_Elevator_i内部状态机控制，而状态机跳转条件Car_At_Floor[i]依赖I_Car_Pos[i]的BCD码匹配。但实际模型中，轿厢停靠存在±1层误差（如指令去5层，实际停在4.9或5.1层），BCD码仍显示5，但ABS(Current_Floor - Target_Floor) > 0.5导致Car_At_Floor为FALSE。
解决：在FB内部增加“软到位”判断：
// 替换原始的严格相等判断 Car_At_Floor[i] := (ABS(REAL_TO_INT(I_Car_Pos[i]) - Target_Floor) <= 1); // 同时在开门前追加位置确认延时（200ms） IF Car_At_Floor[i] AND NOT Door_Opening_Delay[i] THEN Door_Opening_Delay[i] := TON(200); // 使用TON定时器 END_IF; Q_Open_Door[i] := Car_At_Floor[i] AND Door_Opening_Delay[i].Q;4.3 现象：动态分区失效，Zone_Map始终为默认值
原因：FC_ZoneAdjust被错误放置在OB1中调用，但OB1每扫描周期执行一次，而Avg_Load计算依赖6梯实时载重，这些值在OB1内尚未更新（因FB_Elevator_xx在OB1后半段才执行）。导致每次计算用的都是上一周期的旧数据。
解决：将FC_ZoneAdjust调用移至OB1末尾，在所有6个FB_Elevator_xx执行完毕之后：
// OB1代码片段 CALL "FB_Elevator_01"(...); CALL "FB_Elevator_02"(...); // ... 其他5个FB CALL "FC_ZoneAdjust"(); // 必须放在这里！4.4 现象：RS485通信偶发丢帧，某梯位置长时间不更新
原因：CM1241模块的接收缓冲区（128字节）被快速填满，因轮询间隔过短（如设为50ms）且未及时读取。新数据覆盖旧数据导致丢失。
解决：
- 将轮询间隔从50ms改为100ms（OB35默认周期）
- 在
FC_ModbusPoll中增加缓冲区清空检查：
IF CM1241_Status.RX_Buffer_Full THEN // 强制读取一次缓冲区（即使无完整报文） READ_BUFFER(CM1241_DB, 0, 128); END_IF;4.5 现象：仿真平台中电梯运行抖动，加减速不平滑
原因：Q_Run_Up[i]/Q_Run_Dn[i]为脉冲输出，但未接入变频器的多段速端子，而是直驱接触器。接触器机械响应慢（约20ms），导致PLC输出10ms脉冲时接触器根本来不及吸合。
解决：在输出线圈后增加最小保持时间：
// 为每个运行输出添加TON定时器 Run_Up_Timer[i] := TON(50); // 至少保持50ms Run_Up_Timer[i].IN := Q_Run_Up[i]; Q_Run_Up[i] := Run_Up_Timer[i].Q;5. 实战验证技巧：用三步法快速确认群控逻辑是否真正生效
5.1 第一步：隔离单梯，验证基础状态机闭环
不要一上来就跑六梯，先砍掉5部，只留电梯01，将其Q_Run_Up[1]/Q_Run_Dn[1]接到LED指示灯，I_Call_Up[1]/I_Call_Dn[1]接按钮。手动触发1层上行召唤，观察：
- LED是否亮起（运行命令发出）
- 亮起后2秒是否熄灭（到达1层）
- 熄灭后是否立即亮起开门LED（
Q_Open_Door[1]）
若此环路不通，说明FB_Elevator_01内部状态转移条件有误，重点查Car_At_Floor和Door_Open_Delay逻辑。这是所有群控的前提——单梯不稳，群控必崩。
5.2 第二步：注入可控扰动，观测动态分区响应
准备一个脚本（可用Python+pycomm3），在PLC运行时动态修改DB_Elevator_Global.Elevator[1].Load_Weight为最大值（如1000kg），其余5梯设为0。此时Avg_Load应跃升至>0.7，触发高负载分区。用TIA Portal在线监控Zone_Map[1..10]，确认其变为[1,1,1,2,2,2,2,3,3,3]。然后将梯1载重恢复为0，等待30秒，观察Zone_Map是否自动切回默认[1,1,1,2,2,2,2,3,3,3]（注意：此处默认值与高负载值相同，但低负载时应为[1,1,2,2,2,2,3,3,3,3]，若未切换，说明FC_ZoneAdjust未被正确调用）。
5.3 第三步：压力测试：模拟早高峰场景，抓取任务分配日志
编写一个外部工具（如Node-RED），每500ms向10层随机发送1个上行/下行召唤（共20个/秒），持续2分钟。同时用TIA Portal的“数据记录”功能，以100ms间隔记录以下变量：
DB_Elevator_Global.Call_Table[1..10,0..1]DB_Elevator_Global.Dispatch_Queue[1..6].Target_FloorDB_Elevator_Global.Dispatch_Queue[1..6].Priority_Score
导出CSV后用Excel透视分析：
- 每部梯平均任务数（应接近均值，方差<1.5）
- 同一层召唤被多梯响应的次数（应≤3次/分钟）
- 任务从生成到分配的延迟（P95应<800ms）
若发现某梯长期空闲（任务数<均值×0.5），检查其FB_Elevator_i内部的Available_For_New_Task标志是否被异常置位（如门未关严、故障报警未复位）。
从那以后我每次拿到新的群控程序，都强制走一遍这三步：单梯闭环→分区扰动→压力日志。哪怕只是改了一个定时器参数，也必须重新过三关。因为电梯群控不是“能跑就行”，而是“每一毫秒都在博弈”。逻辑错一点，现场就是几十人等在10层干瞪眼。希望帮到你。
本文还有配套的精品资源，点击获取
