電梯自動控制穩定性的研究

李春曦

【關鍵詞】計算機控制 PC 穩定性

電梯作為一種安裝在樓宇內部的垂直運輸系統，隨著全國電梯需求市場的不斷擴大，電梯產品在技術、性能、質量上都在不斷發展，電梯行業可能成為全球電梯的制造中心，進一步吸納世界其它地區的電梯產能，服務型收入將逐步成為產品增利的主導，因而出現了綠色環保電梯、智能化、信息化和高速等新技術，將成為電梯產品發展的潮流。另外，智能家居，智能樓宇以及物聯網技術的普及，使得用戶對電梯的功能需求不再是簡單的輸送功能，需要與樓宇的物聯網系統構成一個完整的，無縫銜接的整體。如，與樓宇的門禁系統，住戶手機的NFC功能實現智能門禁，提高用戶的使用舒適度和樓宇的安全度等。中職電梯實訓尤其要適應這些變化。對實訓用電梯功能進行加強顯得十分必要。

通常而言，為機電產品加入智能控制功能，使用的控制單元無非是單片機、PLC或者是傳統意義上的計算機。單片機和PLC應用范圍比較廣泛，主要是因為它們的成本較低，簡單的功能容易實現，有相對較強的兼容性和穩定性。但是這些控制單元由于運算能力比較弱，不太適合于具備復雜功能的信息化產品的控制。我們在此討論使用微機，即傳統的PC機作為控制單元。傳統PC機是區別于單片機等微機產品，性能接近含應用了奔騰級別CPU（即中央處理器），或更高等級性能的計算機產品技術。其應用于電梯上。由于運算能力遠強于單片機和PLC，易于聯網以實現物聯網的各種管理功能；基于某個操作系統的大型控制軟件容易編寫，易于使用移動互聯網與用戶的移動通信設備連接，使得用戶的使用舒適度得以提高 。因而具有廣闊的應用前景。但是，在實際的應用當中，PC機容易出現控制系統死機重啟，甚至誤輸出，局部損壞等故障，而且在價格、電磁兼容、使用壽命、軟件穩定性方面，比單片機、PLC、DSP等成熟產品還有一段距離，比較難被設計人員所接受和推廣。

普通PC機存在的穩定性問題及其解決方法：

1 應對不同級別的產品對設備作出修改和特殊設計

故障案例：電梯轎廂內，有一樓層顯示及媒體廣播的一款一體化液晶顯示的計算機，客戶反映電梯在經過驗收后，將會在使用時，該部件一直處于報計算機BIOS設置失敗的黑屏顯示而無法工作。

故障原因分析：其故障產生原因是由于個別現場的電梯閑置時間過久，使儲電池失電，其供電給計算機主板BIOS芯片內保存的數據丟失，致使計算機系統尋找正常的引導路徑失敗，從而影響電梯的正常使用。

問題解決分析和思路：很明顯，如果對于家用的計算機來說，只需要換掉電池即可以使得計算機繼續完成它的工作，但是換電池對于電梯控制來說不是一件小事情。即使電池更換了之后，隔一段時間總會有消耗完的時候。對于工業級別的計算機來說，最好能夠采用不需要電池維持存儲單元來存儲CMOS信息。經過設計改進，該主板BIOS芯片從儲電池供電型，變更為EEPROM失電保存數據型芯片后，該類型的故障徹底消除。

PC機作為家用電器設備與控制電梯的工業控制級設備在穩定穩定性方面的要求有著比較大的差距，使得一些原本只存在于普通環境下出現的小故障，在工業控制環境下造成比較大的故障。這要求技術人員在進行設計和修改時需要有一定的專業知識對此類情況進行預見，并且采取相關措施將其防范于未然。

2 應對特殊的技術要求，選擇適合的元件和布線方式完成工程

回顧電梯驅動控制技術的發展歷程，電梯驅動和控制信息的產生，傳遞，加工和處理有兩種典型方式，經歷了模擬信息系統，后發展到將所有信息，通過數字電路進行數字化處理、傳輸、控制，構成數字化系統電梯。

不管電梯控制如何發生或變化，實質就是為樓宇提供垂直運輸服務。筆者根據其功能，進一步展開其實現方式之一，對電梯的控制時序要求。假如其中組成部分出現異常，特別是從部分輸出反饋輸入信號的實時控制回路，反饋去路要求相對更高，一旦出現問題，電梯運行一般作出急停處理，有的伴隨照明回路重新啟動一次，然后進入自救狀態，尋找最近層樓開門放人。如電梯沒有大問題，不需要手工斷電上電操作復位，電梯能夠自動返回服務狀態。但是此過程中，乘客在搭乘電梯時候的體驗極為糟糕，假如發生困人事件，將對乘客對電梯產品的信心和對品牌的印象造成不可挽回的破壞。

其中電梯控制的組成，由多個安全裝置串聯成為安全回路，在電梯控制中，只給電梯運行，輸入一個硬件外部允許的信號，國家標準詳細地規范這些人身安全的安全保護裝置要求，以保護人身在事故中免受傷害或降低傷害程序。但安全裝置卻極少介入產品的正常運行，只在危險情況下動作。據此，設計前必須保證安全裝置的高穩定性，另一方面，提高產品正常運行的穩定性，則是可減少安全裝置動作的概率。若安全裝置不介入產品的正常運行，則安全裝置的穩定性與產品正常運行的穩定性是相互獨立的，隨電梯工作應用的不斷成熟，安全回路的設計電路也非常成熟和可靠了。符合產品的法律法規要求，并能夠通過簡易有效的維護工作，每年就可以通過各技監部門的檢驗項目，這也是電梯的應用基本要求之一。

從以往實踐統計發現，許多計算機產品的元器件損壞，大部分是源于使用設計不合理，元件質量才占將要原因，因此在設計期間是必須掌握好各元件的使用牲。零部件是電梯的基本組成單元，計算機技術產品作為其中的關鍵零部件之一，如何正確使用、規定和控制是在設計實務中，筆者認為非常重要。

現有產品具有的CPU雙指令處理系統，處理速度更快、尋址能力強、內存刷新頻率高和容量大、總線速度快等技術特點，是高端計算機的基本特征。弄清關鍵零部件的使用牲，也是設計方需要遵循的設計要求：如規定計算機內部元件的降額準則和安全系數、關鍵參數的選取，以及部件、器件的主要技術參數和使用范圍、條件等。使用頻率、耐壓和電流均有各自的使用范圍，各元件在量產和長期工作的使用過程中，假如超過它們的正常技術范圍外，就會產生隱患，假如超過元件在量產和長期工作的使用過程中，假如超過瓣正常技術范圍外，就會產生隱患，例如現在的RAM芯片耐壓值有限，受到干擾行刺或浪涌作用，對芯片產生機械變形，性能因而不可靠，最終導致芯片發生故障。

同時，電梯是一個與樓宇建筑融為一體的機電產品，產品的安裝范圍可能涉及整個小區，雖然計算機的PCI，AGP等總線技術非常成熟，但是要擴展到一定距離要求時，實際應用卻很困難，且電梯著電磁干擾的環境，必然會影響到總線的調整少量的傳輸數據。因此，并行通信技術只應用于電子板內，而串行通信技術更應用于電梯對距離遠，容錯性能要求高，布線少場合。計算機串口通信技術在電梯的應用上，具有重要的意義和發展的空間，這是由電梯的基本應用要求和計算機的技術特征所決定的。

3 應對產品靈敏度需求，采用良好的電磁兼容設計以減少誤觸發異常保護動作

數字產品良好的抗干擾性，特別是計算機產品，在設計上具有重要實用意義和作用。在電梯的使用環境中，叫會受到不同程度的電磁干擾而可能會影響到正常工作，甚至會損壞。電梯存在的干擾類型主要有電快瞬干擾、雷擊、靜電、輻射等。由于外部的電力設備、內部的曳引機、變頻器等功率負載的開閉合動作，部分高頻率浪涌干擾源，會通過動力線傳導和對線間以電容耦合的形式傳播，且具有線間容性耦合傳導能力強的特點。對電梯的內部控制系統、串行通信電路，MCU控制單元、含放大電路等敏感單元部件會有影響，而計算機高頻電路是明顯的敏感電路，所以采用良好的電磁兼容設計，是實現應用在電梯工業領域中，最基本要求之一。因此，保證計算機產品的穩定性，才能保證電梯整體各控制信號和顯示都沒有錯誤的輸出，乘客和產品才有安全保障。

抗擾性是電梯系統和各電子部件電路能承受電磁干擾影響能力，電磁干擾也稱為“噪聲”，是由于變化的場或其它電刺激信號，對正確電路工作造成干擾，繼而被信號線接收而產生錯誤判斷信號。電梯工作現場的干擾一般都是以脈沖的形式進入微處理器，干擾竄入系統的渠道有三條：空間干擾、過程通道干擾和供電系統干擾。為減少系統的錯誤和故障，提高系統的穩定性，就必須采用抗干擾措施，提高系統對環境的適應能力。

良好的抗擾性設計措施，建議消除第三電路和軟件容錯設計處理，例如，計算機部分采用合理的隔離處理、濾波、接地等措施，借鑒單片機抗擾性的成功經驗，大部分可移植到計算機產品上。筆者認為，由于硬件處理已趨成熟，軟件也有成功可參考的措施，如何正確辨別干擾的信號或其技術牲，進行容錯設計，可有效解決大部分的干擾，對靈敏度高，響應時間過快的設計，同時也具有越高的出錯機會，特別是識別異常故障信號后產生的保護動作的設計，都不應有過高的靈敏度，元件選用低速器件能滿足工作要求的，就不要選用高速元器件，否則容易導致電梯異常的保護動作，后果嚴重。

當然，對于組成計算機控制系統的另一個重要的部分——軟件設計部分，也是穩定性設計的重要一環，限于本文的篇幅，此部分內容暫不作討論。

4 總結

從上述可見，計算機技術，在電梯技術領域發展非常快，從電梯企業的硬件設備，到企業管理的軟件系統，都可以看到計算機管理的身影。現今的電梯產品幾乎也由數字技術產品組成，如變頻器、控制系統、群控系統、變頻門機、光幕、稱量裝置、語音報站、信息顯示、故障自診斷、遠程監控、斷電再平層裝置等等，其實現和控制離不開計算機技術；電梯的安裝、維修、保養工程所用的工具及檢測設備也多有計算機技術的滲透。由此可見，當今的電梯企業，從電梯的生產加工設，到電梯產品的數字化控制，再到電梯產品的安裝維護等日常管理，都有計算機技術的滲透，由此我們完全可以預見，將來的電梯產品將發展成為完全的數字概念電梯，由計算機進行控制，經由物聯網絡，移動互聯網絡實現智能樓宇，智能家居的重要組成部分。探索計算機系統在電梯系統中應用的穩定性不僅必要，而且十分迫切。

參考文獻

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