基于PLC的樓宇群控電梯系統(tǒng)研究

鐘建文

（江門市新會(huì)建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣東 江門 529100）

基于PLC的樓宇群控電梯系統(tǒng)研究

鐘建文

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本文首先概括性介紹了PLC與電梯群控技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)基于PLC的樓宇電梯群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)怯铍娞莸挠行Э刂铺峁┮欢◣椭?/p>

PLC；樓宇電梯；群控系統(tǒng)

1 PLC與電梯群控技術(shù)概述

1.1 PLC的基本原理及特點(diǎn)

PLC是可編程控制器的縮寫形式，它是以微處理器為核心的數(shù)字式電子裝置，PLC集成了計(jì)算機(jī)與自動(dòng)化兩大技術(shù)，成為當(dāng)前比較先進(jìn)的工業(yè)控制裝置。

（1）PLC的基本原理。PLC是以一定的順序進(jìn)行掃描，以不間斷地循環(huán)方式進(jìn)行工作，其運(yùn)行步驟如下：根據(jù)使用者的控制要求編制好相應(yīng)的程序，并將該程序保存到存儲(chǔ)器當(dāng)中，當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，CPU會(huì)執(zhí)行有關(guān)命令，根據(jù)指令信號(hào)順序地進(jìn)行周期性循環(huán)掃描，若是程序內(nèi)未設(shè)置跳轉(zhuǎn)指令，則PLC會(huì)從預(yù)先設(shè)置好的首條指令開始，逐條、順序地執(zhí)行程序，直至整個(gè)程序結(jié)束，隨后會(huì)重新返回到首條指令，開始新一輪的運(yùn)行。每次掃描時(shí)，PLC還會(huì)同時(shí)完成對(duì)輸入信號(hào)的采集以及對(duì)輸出狀態(tài)的刷新，只要PLC不出現(xiàn)故障或是人為終止，便會(huì)一直周而復(fù)始地進(jìn)行下去。

（2）特點(diǎn)。目前，在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，PLC獲得了廣泛應(yīng)用，這與其自身的高可靠性和較強(qiáng)的抗干擾能力有著密切的關(guān)系。PLC在軟硬件的設(shè)計(jì)上均采取了大量的技術(shù)措施，所以PLC控制系統(tǒng)十分可靠。大體上可將PLC的特點(diǎn)歸納為以下幾個(gè)方面：抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、系統(tǒng)安裝調(diào)試工作量小、便于維護(hù)、操作簡單、易學(xué)易用、體積小、能耗低等等。

1.2 電梯群控技術(shù)

電梯群控系統(tǒng)具有如下基本功能：

（1）能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并采集運(yùn)行數(shù)據(jù)。群控系統(tǒng)會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部每一臺(tái)電梯的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，如電梯所處的位置、運(yùn)行方向、載荷、速度、候梯呼叫信號(hào)等等，同時(shí)，會(huì)將這些信號(hào)傳輸給上層軟件，完成對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。

（2）控制功能。這是群控系統(tǒng)的核心功能，其特點(diǎn)是集中控制，不但能夠使系統(tǒng)內(nèi)的某一臺(tái)電梯去響應(yīng)某個(gè)呼叫，而且還能使某臺(tái)電梯不響應(yīng)外界呼叫。

（3）通信功能。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的優(yōu)化及合理分配，調(diào)度軟件與硬件控制間的配合必不可少，其關(guān)鍵在于相關(guān)數(shù)據(jù)與控制命令的順利傳輸，換言之，單臺(tái)電梯在群控系統(tǒng)中具備良好的通信能力。

2 基于PLC的樓宇電梯群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)階段，國產(chǎn)的電梯主要有兩種控制方式，一種繼電器，另一種是PLC。由于PLC集“三電”于一體，使其具備了較高的穩(wěn)定性和可靠性，從而被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的多個(gè)方面。隨著PLC的更新?lián)Q代，其現(xiàn)已非常成熟，功能也日漸強(qiáng)大，如邏輯控制、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理等等。鑒于此，下面本文采用西門子公司研發(fā)的S7-200PLC對(duì)樓宇電梯群控系統(tǒng)的主從站設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述。

2.1 電梯群控系統(tǒng)的硬件配置

（1）PLC的硬件主要由以下幾個(gè)部分組成：主機(jī)、I/O接口、電源擴(kuò)展器接口及外部設(shè)備接口。其中主機(jī)由CPU、系統(tǒng)程序及用戶應(yīng)用程序存儲(chǔ)器組成，CPU是整個(gè)PLC的核心，它具有如下作用：運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控I/O接口狀態(tài)、處理數(shù)據(jù)、判斷邏輯等等；I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備相連接的主要部件，其一方面能夠接受輸入設(shè)備的控制信號(hào)，另一方面能夠驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備。為避免電磁干擾，I/O接口多以光電耦合電路為主。

（2）變頻器。本次設(shè)計(jì)中選用的變頻器為MM420，這是一款多功能的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)變頻器，其采用的是當(dāng)前較為流行的模塊化設(shè)計(jì)，本身的界面非常友好，便于用戶操作。在由變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)中，當(dāng)變頻器接收到控制器發(fā)出的電梯呼叫請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，變頻器會(huì)按照預(yù)先設(shè)定好速度及加速度值，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，并在速度達(dá)到最大值以后，進(jìn)入勻速狀態(tài)，抵達(dá)目的層的減速點(diǎn)之后，控制器會(huì)發(fā)出切斷高速度信號(hào)的指令，變頻器將會(huì)以預(yù)先設(shè)定好的減速度將速度降低至爬行速度，整個(gè)過程中，變頻器會(huì)自行計(jì)算出從減速點(diǎn)至平層點(diǎn)間的實(shí)際距離，并擬合出優(yōu)化曲線，同時(shí)按照該曲線完成運(yùn)行。

（3）旋轉(zhuǎn)編碼器。在電梯控制過程中，借助編碼器產(chǎn)生出來的脈沖，可將電梯在電梯井當(dāng)中的位移情況轉(zhuǎn)換為編碼器的脈沖輸出。為便于體現(xiàn)電梯的運(yùn)行狀態(tài)，一般都是將編碼器裝設(shè)在曳引機(jī)齒輪減速箱輸出軸的軸端上，通過PLC計(jì)數(shù)器輸入端點(diǎn)，便可將脈沖數(shù)存儲(chǔ)到PLC的存儲(chǔ)單元當(dāng)中。采用旋轉(zhuǎn)編碼器能夠有效減少電梯井道內(nèi)的機(jī)械安裝，便于電梯調(diào)試。需要特別注意的是，為防止外界電磁干擾，旋轉(zhuǎn)編碼器的硬件接線應(yīng)當(dāng)全部采用屏蔽線。在本次設(shè)計(jì)中，為進(jìn)一步增強(qiáng)計(jì)數(shù)器的脈沖精度，選用了歐姆龍公司研發(fā)的6C-CWSC型可逆旋轉(zhuǎn)編碼器，該裝置的特點(diǎn)是脈沖精度高且在低速運(yùn)行時(shí)不丟導(dǎo)致脈沖丟失。

2.2 群控電梯從站設(shè)計(jì)

（1）控制程序設(shè)計(jì)。樓宇內(nèi)的電梯運(yùn)行主要是按照各個(gè)樓層及轎廂的呼叫和行程信號(hào)進(jìn)行控制，由于各個(gè)樓層及轎廂的呼叫全部都是隨機(jī)的，故此，群控系統(tǒng)采用隨機(jī)邏輯控制。本文所設(shè)計(jì)的群控系統(tǒng)共有32個(gè)輸入點(diǎn)，這些輸入點(diǎn)能夠滿足電梯的基本運(yùn)行需要，其分布位置如下：樓層中、外選擇信號(hào)、轎廂運(yùn)行時(shí)樓層檢測信號(hào)、極限限位保護(hù)信號(hào)等。

（2）樓層的計(jì)數(shù)。在本系統(tǒng)中，樓層的計(jì)數(shù)主要是由旋轉(zhuǎn)編碼器負(fù)責(zé)完成的，計(jì)數(shù)方式為相對(duì)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器采用的雙向計(jì)數(shù)器。為避免其在計(jì)數(shù)脈沖高電平期間發(fā)生重復(fù)計(jì)數(shù)的現(xiàn)象，采用了樓層計(jì)數(shù)信號(hào)上沿觸發(fā)樓層計(jì)數(shù)器。

（3）減速控制。頻繁啟停是電梯運(yùn)行的基本特性，為進(jìn)一步提升工作效率，并顯著改善電梯的舒適感，應(yīng)當(dāng)確保電梯能夠在運(yùn)行時(shí)平滑減速至速度為零，即無速度停車抱閘。在本次設(shè)計(jì)中，采用旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)轎廂的位置進(jìn)行檢測，當(dāng)電梯啟動(dòng)后，計(jì)數(shù)器會(huì)精確地確定出電梯行走過的距離，當(dāng)達(dá)到與減速點(diǎn)相應(yīng)的預(yù)置數(shù)時(shí)，便會(huì)發(fā)出減速指令，電梯接收到指令后，便會(huì)平滑減速，直至速度降為零后停車。

2.3 群控電梯主站設(shè)計(jì)

（1）群控算法。群控電梯一般都是建立在對(duì)單臺(tái)電梯的控制邏輯基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，故此在設(shè)計(jì)電梯群控算法時(shí)，也應(yīng)當(dāng)以單臺(tái)控制邏輯為基礎(chǔ)。而群控算法的選擇應(yīng)當(dāng)充分考慮系統(tǒng)的要求，能夠?qū)﹄娞莸暮艚行盘?hào)進(jìn)行合理分配。

（2）主站與從站的通信。雙座電梯聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)PLC主機(jī)可采用PPI通訊。為確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚傩裕O(shè)計(jì)中采用了187.5K的通信波特率，由于PLC僅能默認(rèn)9.6K的波特率，故此需要對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在PPI網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，PLC間的通訊由網(wǎng)絡(luò)讀寫指令完成，系統(tǒng)從站無需進(jìn)行專門的通訊編程，但需要對(duì)其通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行映射。

3 結(jié)論

綜上所述，在計(jì)算機(jī)、數(shù)字儀表、網(wǎng)絡(luò)通信、現(xiàn)場總線等技術(shù)不斷發(fā)展的帶動(dòng)下，電梯群控技術(shù)也隨之獲得了長足進(jìn)步，國內(nèi)出現(xiàn)了大批的電梯群控系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電梯的統(tǒng)一調(diào)度，不但可以提升電梯的服務(wù)效率，而且還降低能耗。本文基于PLC對(duì)樓宇電梯群控系統(tǒng)的主從站設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，期望能夠?qū)﹄娞莞咝н\(yùn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有所幫助。

[1]唐勇奇.電梯變頻調(diào)速PLC控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電機(jī)電器技術(shù)，2011（11）.

[2]梁春燕，謝劍英.智能大廈中的電梯群控系統(tǒng)研究[J].測控技術(shù)，2012（9）.

[3]張苗苗，張學(xué)軍，謝劍英.基于模糊推理的電梯群控系統(tǒng)的研究與仿真實(shí)現(xiàn)[J].控制與決策，2013（10）.

[4]宗群，王朝陽，岳有軍.電梯群控系統(tǒng)多目標(biāo)模糊控制算法的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（7）.

[5]賈青，謝劍英.離散隨機(jī)事件優(yōu)化控制在電梯群控系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].信息與控制，2010（8）.

TU857

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1673-0038（2015）33-0272-02

2015-7-15