基于集散控制技術的電梯群控系統方案

王 屹，高 芳

（長春職業技術學院，長春 130033）

基于集散控制技術的電梯群控系統方案

王 屹，高 芳

（長春職業技術學院，長春 130033）

0 引言

近年來，隨著信息技術和人類社會的不斷發展， “樓宇自動化”已成為現代化建筑的新趨勢。在一幢智能大廈內，根據客流量大小、層樓高度及其停站數等因素，往往需設置多臺電梯。為了提高電梯的運行效率和充分滿足樓內客流量的需要，以及盡可能地縮短乘客的候梯時間，一般將所有的電梯集中布置在一起，進行統一的管理和控制，即實現電梯群控。這種電梯的控制不是簡單的起停問題，還涉及到監控和遠程控制。采用電梯集散控制系統利用計算機監控網絡對建筑內的電梯群運行狀態進行集中遠程監控，是實現樓宇自動化的需要。

1 集散控制系統組成與特點

集散控制系統DCS（Distributed Control System），又稱分布或分散控制系統，它以微處理機為核心，實現地理上和功能上的控制，同時通過高速數據通道把各個分散點的信息集中起來，進行集中的監視和操作，并實現復雜的控制和優化。

1.1 集散控制系統組成

DCS采用標準化、模塊化和系列化的設計，是一個由監控管理級、過程控制級、現場級組成的以通訊網絡為紐帶的集中顯示而分散操作、控制的系統，具體結構如圖1 所示。

DCS在垂直方向分為監控管理級、過程控制級、現場級。各級既相互獨立又相互聯系，每一級又可水平分解成若干子集。從功能上看，縱向分散意味著不同級的不同功能，如實時控制、實時過程管理等；而橫向分散則意味著同級設備具有類似功能。

圖1 集散控制系統組成

1.2 集散控制系統特點

DCS的主要特點是集中管理和分散控制。分散是在相互協調基礎下的自治，分散的含義不僅是分散控制，還包含有地域分散、功能分散、危險分散、以及操作分散等含義，分散的最終目的是為了有效提高設備的可利用率，提高系統運行的可靠性。

2 電梯集散控制系統方案

電梯集散控制系統作為智能大廈（BAS）系統的一個分站，要求它控制和掃描電梯升降層的信號，并將其傳送到中央控制站；對各部電梯的運行狀態檢測、故障檢測與報警，其中包括廳門、廂門故障檢測與報警、轎廂上下限超限故障報警以及鋼繩輪超速故障報警等；各部電梯的開/停控制和電梯群控，當任一層用戶呼叫電梯時，能夠使最接近用戶的同方向電梯率先到達用戶層，以節省用戶的等待時間；自動檢測電梯運行的繁忙程度以及控制電梯組的開啟/停止的臺數，以便節省能源；當發生火警，控制所有的電梯降至首層，并切斷電梯的供電電源；能夠顯示各電梯的運行狀態；對電梯的運行及故障情況定時進行記錄，并向上位管理計算機（BMS）送出。

2.1 電梯集散控制系統總體結構

根據對電梯控制系統的要求，電梯集散控制系統必須以計算機為核心，組成一個智能化的控制系統才能完成所要求的任務；同時，作為智能建筑的子系統，它還必須與大樓管理計算機系統進行通訊，以便與智能大廈系統成為有機整體。因此，電梯集散控制系統結構如圖2所示。

圖2 電梯集散控制系統體系結構圖

2.2 電梯集散控制系統的主要硬件選擇

2.2.1 下位機的選擇

DCS系統的現場級也稱為下位機，是控制系統的核心。電梯集散控制系統的下位機是由可編程序控制器（PLC）構成的控制系統，主要包括主控電路、輔助電源、安全回路、層顯回路和輸入/輸出信號調理電路等模塊。其中PLC是下位機系統的核心，PLC負責采集傳感器信號和操作臺信號，通過收集廳外呼叫、轎箱內選層、開關門、井道內的上下平層、上下強迫換速開關、門鎖、安全保護繼電器等信號，并根據PLC的存儲器中設計好的控制邏輯進行運算，最后根據PLC的處理結果，發出起動、運行、換速、平層、制動停梯等控制信號，為變頻器提供運行方向和速度指令。

在進行PLC選型時主要考慮以下幾點：

1）PLC控制系統的I/O點數：在電梯控制系統中，PLC的輸入信號主要有呼叫、選層、樓層及方向指示、開關門、井道內的上下平層、上下強迫換速開關、門鎖、安全保護繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重信號；輸出信號主要有樓層及方向指示、開關門、上行、下行、速度信號等。一般應先估算出輸入輸出（I/O）點數，并留出10%～15%的I/O裕量后選擇相應規模的PLC。

2) PLC的內存：在選擇PLC的程序存儲器容量時，要根據PLC開關量輸入輸出點數、模擬量輸入輸出點數進行估算。一般地，可按照經驗公式選取。總存儲器字數=（開關量輸入點數+開關量輸出點數）×10+模擬量點數×150，并要留出25%的裕量。

2.2.2 上位機的選擇

DCS系統的過程控制級又稱為上位機，也稱為操作監視級。由于電梯控制性質決定了電梯集散控制系統要具有高度的安全可靠性，因此系統采用有工業控制計算機（IPC）組成的上位機系統。

根據電梯集散控制系統的功能要求，在上位機IPC中主要運行監控程序，因此IPC系統要具有以下功能：

1）實時顯示電梯的運行狀況（自動、司機、檢修、消防）

2）動態顯示電梯所在的樓層、電梯的開關門狀態

3）報表功能(操作報表、報警數據報表)

4）操作功能(遠程選梯、開梯、鎖梯操作)

5）報警功能(報警時發出報警信息并將報警信息及時通知維保人員)

6）實時數據顯示功能

7）密碼驗證、用戶登陸功能

在具體選擇系統的主機機型時，應考慮底版是否具有再擴展能力、CPU的運算速度、存儲器的大小、顯示器的類型等問題，然后只需根據監控任務選擇相應的硬件批配置，再配以軟件設計等，即可完成監控任務。

2.2.3 上位機系統與下位機系統的通信

在電梯集散控制系統中，上位機IPC要實時的獲得下位機PLC系統的運行數據，并且還要將IPC系統設置的參數和命令實時的傳送到各個PLC系統中，這就要求IPC與PLC間進行通信。在IPC與PLC的控制系統中都提供標準的RS232通信接口，因此IPC與PLC的通信采用標準的串行通信進行。但是RS232存在傳輸距離較近（一般不超過15M）、抗干擾性能差等缺點，因此在電梯集散控制系統中通常采用RS485串行接口，使得上位機和下位機可以進行遠距離通信，其安全通信距離可達1200m。

另外在電梯集散控制系統中，上位機IPC要與多臺電梯的PLC控制系統進行通信，以獲得每部電梯的運行數據，這就要求IPC能夠同時與多部電梯實現通信。一般IPC與多臺PLC之間可采用主從方式進行多機通信，構成分布式監控系統。

由于在IPC與PLC的系統中，只提供RS232串行通信接口，因此必須采用RS232到RS485接口轉換器，進行標準串行接口的相互轉換。具體連接如圖3所示。

因此上位機系統主要對下位機進行遠程監控，上位機系統要能夠隨時查看電梯的當前運行狀態并進行記錄、控制電梯的運行、異常情況進行報警顯示和處理。目前利用MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監控系統）組態軟件開發的應用軟件程序，能夠以較低的成本實現電梯的集中監控，滿足電梯監控系統的實時要求，特別是能夠對電梯控制系統產生的故障信息及時地傳送到中心控制室，并將報警時現場的實際數據采集到報警數據庫中，供維修時用來分析故障產生的原因，因此得到了廣泛應用。

圖3 IPC和多臺PLC通信連接

3 結束語

隨著社會生活水平的提高和科學技術的發展，人們對電梯的控制還提出了智能化、綠色環保、網絡化、信息化等更高的要求。因此，采用電梯集散控制系統利用計算機監控網絡對建筑群的電梯運行狀態進行集中遠程監控，必將成為今后電梯控制技術的發展趨勢。

[1]張德良. 集散控制系統原理及其應用[M]. 北京: 電子工業出版社, 2007.

[2]張慶來. 電梯現代智能控制技術[M]. 北京: 機械工業出版社, 2009.

[3]川白焰, 吳鴻, 楊國田. 分散控制系統與現場總線控制系統——基礎、評選、設計和應用[M]. 北京: 中國電力出版社出版, 2001.

[4]http://www.gongkong.net.cn.

An elevator group control system scheme based on the distributed control technology

WANG Yi, GAO Fang

隨著信息技術和控制技術的不斷發展，基于集散控制技術的電梯群控系統的開發也成為樓宇自動化控制技術研究的熱點。在本文中研究了基于IPC構成的上位機與PLC構成的下位機組成的電梯集散控制系統的組成和特點，構建了系統的通信模式，并介紹了上位機和下位機系統的主要硬件的選擇原則。

電梯集散控制；上位機；下位機

王屹（1964－），女，吉林長春人，副教授，工學學士，主要從事電氣自動化技術專業的教學與研究工作。

TP311

B

1009-0134(2011)4(下)-0109-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).31

2010-12-29