PLC技術對電梯梯群控制系統(tǒng)開發(fā)與應用的影響

徐 源

（北京市特種設備檢測中心，北京 100029）

0 引言

隨著PLC 控制技術的發(fā)展，自動化應用也越來越普及，由于一些行業(yè)的要求及工作和場地的特殊情況，電梯控制設計多數(shù)采用人工手動控制或采用繼電器控制方式，但也存在一些明顯的問題，如啟動、停止和運行不平穩(wěn)，升降運動過程中動作不可靠、自動化程度不高等。基于這些問題使得這些升降機械很難在生產(chǎn)生活中發(fā)揮高效率的作用，也無法根據(jù)實際的生產(chǎn)需要轉換和調整升降機械的動作方式和工作順序。PLC 作為集自動控制技術、通信技術、計算機控制技術為一體的新型自動控制裝置，將其應用到電梯梯群控制系統(tǒng)中，不僅能夠提高電梯控制水平，還能在符合綠色環(huán)保的基礎上提高電梯的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 電梯控制系統(tǒng)與PLC 技術的發(fā)展

1.1 電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展階段

電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展主要包括繼點控制系統(tǒng)和PLC 控制系統(tǒng)兩個發(fā)展階段[1]。繼電控制系統(tǒng)起源于電梯產(chǎn)生的初始時期，是一種較為原始的控制系統(tǒng)，主要是通過邏輯電路對整個運行系統(tǒng)進行控制。傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)工作時涉及的元器件數(shù)量較多，不管是安裝還是調試都十分麻煩，而且在運行時極易被干擾出現(xiàn)故障，已經(jīng)逐漸被市場所淘汰。PLC 控制系統(tǒng)由于其安裝調適便捷、控制性能良好和使用年限較長等應用優(yōu)勢逐漸取代繼電控制系統(tǒng)，成為目前電梯業(yè)中被使用最廣泛的控制系統(tǒng)[2]。

PLC（Programmable Logic Controller），又被稱為可編程邏輯控制器，是一種用于自動化控制的數(shù)字邏輯控制器，其具有最新的微處理器數(shù)字電子設備，能夠隨時將控制指令進行存儲和運行[3]。PLC 結構較為復雜，內部由中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存儲器、輸入輸出接口、編程器以及通信接口和電源等組成。可以通過對多種類型的電子信號進行接收和發(fā)送，從而控制大部分種類的電氣與機械系統(tǒng)。最早美國在20 世紀60年代研制出了世界上第一款可編程邏輯控制器，PLC 技術就此產(chǎn)生并發(fā)展。此后隨著PLC 技術的日益完善，PLC 的數(shù)據(jù)處理能力和可靠性大大增強，再加上現(xiàn)代智能技術的融入，PLC 技術開始廣泛應用于其他行業(yè)，其中就包括電梯業(yè)。

1.2 PLC 技術的應用優(yōu)勢

PLC 技術發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)具備以下應用優(yōu)勢：（1）易于安裝，使用便利。PLC 電梯控制系統(tǒng)在安裝階段，步驟十分簡單且不易出現(xiàn)安裝質量問題，工作人員只需要將可編程邏輯控制器I/O 接口端子和執(zhí)行機構進行連接即可完成安裝。安裝過程中，同時也會在系統(tǒng)檢測電路中設置診斷指示器，便于后期出現(xiàn)故障時，維修人員直接根據(jù)信號情況確定具體故障位置，更換故障模塊。（2）構造靈活，適應面廣。與傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)相比，PLC 系統(tǒng)創(chuàng)新性地采用了積木式結構，既降低了程序開發(fā)和系統(tǒng)設計的難度，同時也大大改變了電梯控制系統(tǒng)的功能結構和規(guī)模，使電梯控制系統(tǒng)使用期間可以根據(jù)需求的變化而重新調整組合，確保滿足各種電梯使用需求。（3）運行可靠性及抗干擾性較強。目前大部分可編程邏輯控制器都采用了微電子技術，使用質量較好的軍用級或工業(yè)級電子器件，大大減少了電梯運行期間出現(xiàn)電子器件故障損壞的可能性，提高了系統(tǒng)的運行效率。另外，PLC 技術自帶的診斷功能可以自動診斷和處理大部分電梯運行故障，進一步保障了電梯控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（4）編程難度較低。PLC系統(tǒng)編程語言主要是由控制梯形圖和命令語句組成，具有較強的靈活性和可塑性，系統(tǒng)編程難度較低。

2 基于PLC 技術的電梯梯群控制系統(tǒng)設計

電梯梯群控制系統(tǒng)在發(fā)展初期階段，采用的是預選分區(qū)控制和繼電時序控制，到了1975年左右，電梯梯群控制系統(tǒng)開始在硬件上采用集成電路，可以進行更為復雜的邏輯運算。再后來隨著網(wǎng)絡技術和微處理器的高速發(fā)展，現(xiàn)代電梯梯群控制系統(tǒng)出現(xiàn)，電梯群控開始廣泛應用計算機技術，基于現(xiàn)場總線和各種先進算法的電梯梯群控制系統(tǒng)被開發(fā)處理出來。當今社會大力倡導綠色環(huán)保的生態(tài)理念，使得電腦梯群控制的性能指標成為大部分建筑方選擇電梯品牌時的首要判斷標準，再加上人們對電梯的服務質量要求越來越高，因此建立起一套高效優(yōu)質服務性的電梯梯群控制系統(tǒng)十分必要。但在現(xiàn)實情況中，多部電梯之間僅僅只是相關聯(lián)動并不能解決現(xiàn)場情況非線性、隨機性和控制目標的多樣性等問題，在這種情況下，進行電梯梯群控制系統(tǒng)設計與開發(fā)時就要充分考慮到如何對電梯安裝進行合理分配，如何優(yōu)化調度系統(tǒng)等情況。基于PLC 技術的電梯梯群控制系統(tǒng)在設計與開發(fā)時要注意以下設計原則和設計步驟：（1）設計原則：為了在電梯梯群控制系統(tǒng)中充分發(fā)揮PLC 的技術優(yōu)勢，相關從業(yè)人員必須將理想需求與電梯實際情況相結合，樹立正確的技術應用思路，嚴格遵循總體設計原則以保障設計與開發(fā)路線后期不會跑偏。如果現(xiàn)實條件允許，要以滿足被控對象實際控制要求為首要目的，在滿足首要目的的前提下，再充分考慮如何利用PLC 技術簡化編程、降低能耗、增強抗干擾性和安全性等，保障電梯梯群控制系統(tǒng)的安裝質量，設計過程中時刻重視設計方案的可靠性、安全性和標準化。（2）設計步驟：常見設計步驟有控制范圍確定、技術方案制定、PLC 系統(tǒng)軟硬件設計、調試運行四大步驟。在確定控制范圍時，相關技術人員需要提前采集并分析有關信息資料，然后在此基礎上對狀態(tài)流程圖和技術指標進行繪制和確立。前期將所有相關信息都調查好后，就可以將其結合電梯系統(tǒng)控制和使用需求開始制訂相關技術方案。方案中需要明確選擇系統(tǒng)控制和運行的具體方式、明確系統(tǒng)中涉及的電器元件以及明確輸入輸出與PLC 驅動信號類型，選擇合理的可編程邏輯控制器型號和功能模塊種類數(shù)量。到了PLC 系統(tǒng)軟硬件設計環(huán)節(jié)，相關技術人員需要以被控對象特點為主要依據(jù)，做好設備選型與I/O 硬件配置工作。同時要重視技術要求與經(jīng)濟效益之間的協(xié)調，在滿足電梯系統(tǒng)實際控制需求的基礎上，合理配置可編程邏輯控制器和各類電器元件。根據(jù)已知信息編寫電梯梯群控制程序系統(tǒng)，并繪制相關梯形圖，實現(xiàn)轉速/啟動與轎內指令等功能。最后的調試運行是在PLC 電梯梯群控制系統(tǒng)設計完畢后，通過對系統(tǒng)開展模擬調試運行實驗，檢查運行情況是否達到預期要求，記錄好各項調試指標，根據(jù)調試結果對梯群控制系統(tǒng)在此進行調整優(yōu)化。

3 PLC 技術在電梯梯群控制系統(tǒng)的開發(fā)與應用

PLC 技術在電梯梯群控制系統(tǒng)中的應用主要體現(xiàn)在拖動控制系統(tǒng)以及信號控制系統(tǒng)兩部分，其中具體有曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及安全保護系統(tǒng)等。在所有相關的設備中，系統(tǒng)控制核心主要涉及PLC 主機、呼梯盤、操縱盤等。其核心系統(tǒng)便是PLC 電梯控制系統(tǒng)，主要由操縱裝置、控制屏、選層器等組成。PLC 技術在電梯梯群控制系統(tǒng)的開發(fā)與應用中除了體現(xiàn)在對電梯實現(xiàn)信號集選控制外，還體現(xiàn)在電梯的開關門控制、電梯召喚指令的登記與消除、呼梯鈴控制與故障報警、電梯的選層定向以及反向截梯。其中，開關門控制方面具體是指電梯在無司機控制的狀態(tài)下，運行到指定樓層時能夠自動開關門。在電梯運行中，無論是外呼還是內呼的情況，只要電梯到達指定樓層并響應了呼叫，就應該進入開關門控制，以確保電梯能夠正常運行。自動開關門程序在應用時，當開門到達限位則復位開門拖動電機；若缺少關門按鈕則依照設定延時進入關門控制。為了避免出現(xiàn)電梯門夾人的情況，在關門過程中一旦光幕傳感器檢測到相關信號，就會停止關門。電梯的內指令外召喚信號的顯示回路和登記消除方面具體包括廳外召喚登記和轎內指令登記兩種，其中不管是廳外召喚登記還是轎內指令登記都需要提前按下要登記的按鈕，系統(tǒng)才會產(chǎn)生相應的運行模式。例如，電梯如果是正常運行的狀態(tài)，同時又不在所登記的樓層，登記則認定為有效。如果要消號的話，指令登記會在電梯正常運行到指令樓層時被消號，廳外召喚會在電梯運行到廳外召喚的樓層并且電梯的召喚按鈕和運行方向一致時被消號。電梯的選層定向以及反向截梯指的是在綜合考慮電梯運行情況之后對電梯運行方向的確定，選層是指電梯在有指令召喚的情況下對相應信號的響應，并在到達對應樓層時，發(fā)出換速的信號。若有司機正常運行就由電梯所處的位置和轎內指令來確定電梯的運行方向；若沒有司機正常運行則由廳外召喚信號根據(jù)電梯所在的位置來判定電梯的走向。故障報警和呼梯玲控制方面具體是指，在司機運行方式下X4 為ON，當有廳外召喚時，蜂鳴器發(fā)出聲音向司機提示有呼梯信號。當某層站有上召喚或下召喚信號時，均使用Y7 為ON，由站點輸出接通呼梯鈴。當PLC 備用電池電壓過低時，特殊功能繼電器M8005 為ON，利用M8011 使蜂鳴器發(fā)出周期為0.01 s 的報警聲；超載時，利用PLC 的特殊功能繼電器M8013，使蜂鳴器發(fā)生周期為1s 的報警聲。在整個電梯梯群控制系統(tǒng)中，全部使用WINCC 監(jiān)控系統(tǒng)時刻監(jiān)管系統(tǒng)的運行狀態(tài)，有利于協(xié)助工作人員管控電梯運行狀態(tài)，并在電梯發(fā)生異常情況或出現(xiàn)嚴重故障時，第一時間做出反應，進行有效快速地應急處理，確保能最大程度上保證電梯的正常運行和維護以及保障人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

4 結語

隨著現(xiàn)代建筑技術的高速發(fā)展，建筑內部開始組裝多部電梯以供使用，如果還采用傳統(tǒng)針對單一電梯的控制方法，容易造成電梯資源的浪費，在這種情況下，電梯梯群控制技術應運而生。目前電梯梯群控制技術主要用于解決同時調度和管理多部電梯、滿足高層建筑客流量輸送、電梯資源合理分配等問題。PLC 自產(chǎn)生開始，就在為各式各樣的自動控制設備提供安全可靠的控制手段，且功能不斷增強，呈現(xiàn)出向高性能、高速度方向發(fā)展、小型PLC 功能不斷增多、用于PLC 編程的計算機軟件功能不斷增強等發(fā)展趨勢。PLC 在設計和制造上使用了很多抗干擾措施，能夠幫助電梯在各種惡劣的環(huán)境中工作，最大程度上保障了電梯運行的安全，目前已基本上取代了傳統(tǒng)的繼電器控制模式。電梯梯群控制系統(tǒng)作為現(xiàn)代高層建筑中不可或缺的重要組成部分，其在設計、開發(fā)和應用過程中的質量直接決定了高層建筑中的客流運輸效率，通過將PLC 技術應用到電梯梯群控制系統(tǒng)中，一方面有利于進一步提高系統(tǒng)的運行響應速度、運行穩(wěn)定性和運行抗干擾性能，促進了電梯控制水平的大幅度提升；另一方面能夠在符合綠色環(huán)保的基礎上提高電梯的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。因此，相關技術人員必須提高PLC 技術的應用力度和重視程度，通過不斷學習全面掌握PLC 技術要點，不斷更新和完善電梯梯群控制系統(tǒng)，促進電梯梯群控制技術的發(fā)展，讓電梯技術的發(fā)展進入一個新的時代。