淺談信息技術在電梯控制系統中的應用

亢偉超

摘 要：對于電梯運行的有效控制，不僅能夠確保電梯的安全運行，而且也能夠提升電梯的使用效率。隨著信息化的不斷快速發展，信息技術也在電梯控制領域發揮著越來越重要的作用。在這種背景下，文章首先探討了電梯控制系統的發展與信息技術應用的基礎，進而分析了模糊控制的理論應用與系統開發。

關鍵詞：信息技術；電梯控制；應用；模糊控制理論；系統開發

1 電梯控制系統的發展與信息技術應用的基礎

1.1 常規控制系統

由于科技的高度發展和國內經濟的起飛及人口向城市集中，因而使城市的建筑物普遍朝高樓大廈發展，電梯即是在這種情況下的時代產物，可以提供人們上下高樓的便利性。電梯的控制方式普遍采用下列三種控制方式：繼電器控制方式、可編程控制器（PLC）控制方式、微處理機的單晶片控制方式。上述三種控制方式中，繼電器控制系統具有發生故障率高、可靠性差、接線復雜、通用性差等缺點。1983 年微處理晶片數字式邏輯系統控制器導入電梯使用，此后正式成為電梯控制的主要發展方向，致使電梯的電氣控制方式進入了一個新的發展時期。可編程控制器控制系統及微處理機的單晶片控制系統具有控制系統體積減小、節能、可靠性提高，尤其是對群控、通訊等復雜電梯控制功能更具優越性。可編程控制器（PLC）的程序編輯采用易學易懂的梯形圖語言，且具有控制靈活方便、可重復使用、程序記憶體與外部輸出容量可彈性擴充、抗干擾能力強、運行穩定可靠、能與電腦連線操作等特點。

1.2 信息技術應用的基礎

電梯控制系統大部分都是借助電腦的軟硬件結構，并搭配各式各樣的感應器及預先所規劃的復雜的各式操作程序，結合成所謂的人工智能。精準的監控及引導各部電梯的動作，是以模糊邏輯方法為基礎。模糊理論是根據不明確的信號，通過近似推理的過程，且經過運算而得到明確的結論，類似人頭腦中“過程模糊，結果明確”的思維特征。使用模糊邏輯數學分析統計法，能快速的找出任何時刻最適合的運行模式。

文章主要以小型電梯控制系統為例，結合PLC控制技術的特點，提出了一套結合模糊邏輯理論，將推理、判斷、決策、控制等的知識思考行為，轉化成為知識庫及規則庫儲存于電腦中，再經由模糊理論法（fuzzy theory）以數值計算方法完成推論，實現于此電梯控制系統的視窗化的設計與應用。文章主要是針對電梯等待時間及搭乘時間做一完整分析，并利用可編程控制器（PLC）為控制核心，視窗化圖控采用Delta 圖控軟件Delta Screen Editor，在電腦上直接對電梯做監控引導，再經由電腦與可編程控制器的通訊連線實現完成。本系統是一種機電整合的教材，是電機、電腦與控制工程的融合，所得成果可在機電整合或科學教育中使用。

2 模糊控制的理論應用與系統開發

2.1 模糊控制的理論應用

模糊控制主要是在直覺和人工經驗的基礎上，建立所需的知識庫，并可看成一組決策法則，根據輸入值滿足系統條件（歸屬函數）的程度，給予一個特定值，稱作grade（歸屬度），其范圍為0～1。若完全屬于系統條件時，其值為1；完全不屬于系統條件時，其值為0，是傳統的集合；其他屬于系統條件中間的，依其所屬程度給予0 和1 之間的任意值，這是屬于模糊集合。模糊邏輯（fuzzy logic）設計方法主要可以分為四個部分：即模糊化界面（Fuzzification Interface）、知識庫（Knowledge）、模糊推論機構（Fuzzy Inference）與解模糊化界面（Defuzzification Interface）。其中，知識庫又可分為資料庫（Data Base）及規則庫（Rule Base）。模糊控制是以語言化控制規則為主體，為了將輸入的明確值與語言化的控制規則結合，必須將輸入值做模糊化處理以便對應到資料庫里語言變量的論域中，再配合規則庫及推論機構推導出結果。因結果仍然是模糊值，所以必須再做解模糊化工作，其輸出才是明確值。文章中借助每個樓層的傳感器作為取樣輸入，再通過步進電機的驅動模組作為輸出控制。該電梯控制系統的每個模糊集合均有語性值代表其模糊含意。利用編輯軟件Delta WPLSot程序化于可編程控制器系統的內部，以達成系統的閉回路控制。

2.2 系統架構

系統的硬件架構是由可編程控制器、步進電機及驅動器、傳感器等所組成。系統在可編程控制器內部所完成實現的內容，可先定義誤差量（E）與誤差偏差量（ΔE）兩軸，誤差量是由軟件設定的參考距離與回授距離的差值。誤差偏差量的計算是目前誤差En減去前一次的誤差量En-1，當程序連續執行下，循環一次的時間步距Δt很短時，可視為一個誤差偏差量ΔE，或稱之為誤差微分量ΔE/Δt。

（1）可編程控制器。系統所使用的控制器是利用三菱公司的產品。該系列PLC在電腦通訊的模式中，其交信資料的類型分別為讀取PLC元件及交信資料的交信型式和寫入PLC元件及交信資料的交信型式。（1）步進電機及驅動器。系統所使用的步進電機及驅動器可完成實現輸出距離，提供搭乘者更短的搭乘時間及更精準的樓層距離定位。步進電機的結構不論是PM式、VR式或復合式步進電機，其定子均設計為齒輪狀，這是因為步進電機是以脈波信號依照順序使定子激磁，以數字電壓輸入來控制其轉速及轉動方向。就電機驅動原理而言，將其脈波激磁信號依序傳送至A相、A+相、B相、B+相則轉子向右移動（正轉），相反的若將順序顛倒則轉子向左移動（反轉）。（1）傳感器。系統所使用的傳感器可完成實現取樣輸入信號，提供給可編程控制器的輸入端，進入控制器內部做運算處理。

2.3 實驗研究結果

在實驗研究中，各個實際樓層相互距離各為14.4cm，加入Fuzzy 控制時，可測得的距離分別為14.3cm、14.2cm、14.3cm，未加入Fuzzy 控制時，可測得的距離分別為13.8cm、14.0cm、13.9cm，可知經由模糊理論控制可實現精準的樓層距離定位。就樓層搭乘時間而言，加入Fuzzy控制時，可測得的搭乘時間分別為18.6sec、18.7sec、18.6sec，未加入Fuzzy控制時，可測得的搭乘時間分別為19.1sec、19.2sec、19.1sec，可知經由模糊理論控制可實現縮短的搭乘時間。進而，操作者可通過Delta圖控軟件進行視窗化控制。視窗中的按鍵，可對電梯控制系統進行模糊邏輯控制設定、樓層控制、樓層距離顯示、搭乘時間顯示等進行自動化設計。

3 結束語

文章利用可編程控制器實現模糊理論（Fuzzy Logic），提供搭乘者更短的搭乘時間及樓層距離定位更精準。系統在硬件部分，自行設計及組裝小型電梯的實驗模型進行實驗，軟件部分則通過圖控方式制作人機界面應用程序建構出視窗化電梯控制系統，最后由實驗結果驗證所發展的軟硬件的可行性。并且比較了有模糊理論及無模糊理論的應用，經由實驗數據結果，得知前者展現了較好的效能。所研制的經驗可作為機電整合的教學教材，達成理論與實踐結合的教學目標。

參考文獻

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[2]李興鵬，武偉.基于物聯網技術的電梯設備監控管理系統研究[J].高等職業教育（天津職業大學學報），2012（03）.endprint