薛小慶，陳 博，薛 毅

(1.咸陽師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.陜西方圓汽車標(biāo)準(zhǔn)件有限公司，陜西 咸陽 713800)

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，高層建筑越來越多，起垂直運(yùn)輸作用的電梯得到了廣泛應(yīng)用。單臺(tái)電梯配置已不能達(dá)到要求，而常常在建筑物內(nèi)安裝兩部或兩部以上的電梯。為了使電梯的運(yùn)行高效節(jié)能，滿足電梯調(diào)速精度和調(diào)速范圍等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)需求，兩部電梯常采用并聯(lián)控制，兩部以上的電梯采用群控[1]。目前，電梯主要有繼電器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)。其中，繼電器系統(tǒng)存在控制線路繁雜、易出故障、使用壽命短，占空間龐大、維修不便等缺點(diǎn)，逐漸被后兩種系統(tǒng)代替。同時(shí)，微機(jī)控制器系統(tǒng)雖在智能上有優(yōu)勢，但是抗干擾能力差、系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、難以掌握維修技術(shù)等缺點(diǎn)。近年來PLC作為新一代的控制器，以其高可靠性和靈活性，成為現(xiàn)代電梯的主流[2]。

基于當(dāng)前電梯在安裝使用中連線多而復(fù)雜，維修過程繁瑣和在運(yùn)行過程中的可靠性降低的問題，采用了總線制和分布式的設(shè)計(jì)思想，通過主從PLC之間的通信和PLC與遠(yuǎn)程模塊的相互通信的形式來控制電梯的運(yùn)行，并根據(jù)此模式設(shè)計(jì)了并聯(lián)調(diào)度原則，完成了并聯(lián)控制程序。

1 電梯結(jié)構(gòu)和并聯(lián)電梯的運(yùn)行

電梯是機(jī)電一體化的大型復(fù)雜產(chǎn)品。從總體來講，電梯系統(tǒng)是由機(jī)械和電氣系統(tǒng)兩部分組成的。機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體，電氣部分相當(dāng)于人的神經(jīng)，是機(jī)與電的高度結(jié)合體。其中，機(jī)械系統(tǒng)是由曳引系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂和門機(jī)系統(tǒng)、機(jī)械安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。而電氣控制系統(tǒng)主要由平層裝置、位置檢測、樓層指示器等十多個(gè)部件和幾十個(gè)分別裝在各有關(guān)電梯部件上的元件組成。單臺(tái)電梯在運(yùn)行時(shí)，電梯系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和檢修運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài)。而在檢修狀態(tài)功能下，實(shí)現(xiàn)的是電梯點(diǎn)動(dòng)慢上慢下，其控制功能可以在自動(dòng)功能中并聯(lián)互鎖完成功能；電梯自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)有召喚信號(hào)，電梯系統(tǒng)進(jìn)行登記和顯示，并判斷轎廂和召喚指令的位置關(guān)系，進(jìn)行自動(dòng)選向，響應(yīng)召喚按確定的方向運(yùn)行，本設(shè)計(jì)采用交流雙速電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，所以運(yùn)行過程中需要完成切換速度的功能。通過井道換速傳感器，檢測換速，通過每一層的平層裝置完成平層停車。到站時(shí)開關(guān)門，準(zhǔn)備下一次響應(yīng)。當(dāng)電梯并聯(lián)時(shí)，兩臺(tái)電梯自身的功能都和單梯一樣，與單梯控制之間最大區(qū)別是對廳外召喚的處理。通常情況下，單梯對廳外召喚處理是根據(jù)集選原則，即有廳外召喚時(shí)控制系統(tǒng)先予以登記，并且依次應(yīng)答與電梯運(yùn)行方向相同的廳外召喚，之后電梯自動(dòng)應(yīng)答響應(yīng)召喚。并聯(lián)電梯不但遵守集選原則，還要遵守并聯(lián)調(diào)度原則。當(dāng)我們按照一定的并聯(lián)調(diào)度原則編制電梯程序后，通過電梯控制器之間的串行通信，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換與處理，就可以達(dá)到協(xié)調(diào)雙梯運(yùn)行，達(dá)到對兩臺(tái)電梯的最優(yōu)控制的目的[3]。

2 PCD控制器和遠(yuǎn)程模塊

Saia PCD（Process Control Device，PCD）是瑞士Saia-Burgess公司研發(fā)的新一代可編程控制器，它把傳統(tǒng)的PLC技術(shù)、Web、信息技術(shù)（IT）集成到PCD控制器中。除了具有傳統(tǒng)PLC的功能之外，與其他的PLC相比，具有以下特點(diǎn)[4]:

（1）采用32位的微處理器，工作頻率可達(dá)100 MHz。

（2）系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場狀況，輸入輸出模塊可以采用集中式組合或通過遠(yuǎn)程模塊分散式連接。

（3）各種類型的接口模塊和處理單元具有開放的通信接口和方便靈活的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

（4）PCD控制器可以不依賴高層的處理機(jī)，獨(dú)立工作或聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)。PCD內(nèi)置通訊協(xié)議，便于與其他系統(tǒng)集成。所有PCD控制器都可以定義為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)。

（5）PCD控制器具有較強(qiáng)的通信能力,支持RS-232、RS-485、現(xiàn)場總線、Lonwork、Ethernet、S-BUS等多種通信方式?？梢苑奖愕貥?gòu)建不同規(guī)模的分布式控制系統(tǒng)，中央控制器都可以訪問任意PCD系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和處理。

（6）軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是開放的，支持指令、梯形圖功能塊和順序功能圖等編程語言，提供2種基本的結(jié)構(gòu)化編程方法，可以方便地進(jìn)行軟件移植。

Saia PCD的模塊化和遠(yuǎn)程模塊分散式結(jié)構(gòu)、基于通信總線的系統(tǒng)構(gòu)成模式、控制檢測信息數(shù)字化交換等特點(diǎn)，可以有效地減少設(shè)備布線，提高系統(tǒng)的可靠性?？紤]到電梯安裝過程中的線太多，于是在每層安裝2個(gè)遠(yuǎn)程模塊。一個(gè)是輸入（采集信號(hào)）模塊PCD7.L200（包含8個(gè)輸入接口），另一個(gè)是輸出模塊（也包含8個(gè)接口）PCD8.L200。遠(yuǎn)程模塊從站比PCD控制器有一個(gè)更高的阻抗，因此其必須置于低阻耗的總線S-BUS上，且此總線一段能驅(qū)動(dòng)128個(gè)掛接。但是，每個(gè)遠(yuǎn)程模塊的地址被限制在100以內(nèi)，必須是00～99，因?yàn)檫h(yuǎn)程模塊的地址設(shè)定是靠兩個(gè)十位數(shù)字來設(shè)置的。此遠(yuǎn)程模塊以開關(guān)形式提供了一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，通過PCD（起到DDC作用），起到控制操作和數(shù)據(jù)的采集等。

3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

經(jīng)過對電梯系統(tǒng)的整體比較和對電梯電氣控制系統(tǒng)的了解，提出了本設(shè)計(jì)的方案和思想。雙梯并聯(lián)控制系統(tǒng)主要有并聯(lián)調(diào)度和集選控制組成，在此采用3臺(tái)PCD2.M150和10個(gè)遠(yuǎn)程模塊通信的方式來實(shí)現(xiàn)，如圖1。設(shè)置在機(jī)房的PCD為主站PLC，主要是起并聯(lián)調(diào)度控制和雙梯的拖動(dòng)運(yùn)行，以及與各PCD和遠(yuǎn)程模塊的通信。從站PCD設(shè)置在轎廂里，每個(gè)轎廂一個(gè)PCD，主要負(fù)責(zé)各轎廂的集選控制部分。在每層設(shè)置兩個(gè)遠(yuǎn)程模塊，主要是采集外部召喚信號(hào)、平層信號(hào)和顯示召喚信號(hào)。在遠(yuǎn)程模塊和主站，以及各個(gè)PCD之間的通信都是采用RS-232總線形式。

圖1 系統(tǒng)原理圖

4 電梯實(shí)現(xiàn)的使用功能

4.1 集選功能

集選功能是指對電梯的各種信號(hào)進(jìn)行綜合處理，來決定電梯的運(yùn)行方向和開關(guān)門控制。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下控制要求:自動(dòng)開關(guān)門；內(nèi)指令和外召喚信號(hào)的登記、消除及顯示；電梯自動(dòng)定向；自動(dòng)選層；轎箱到達(dá)層樓位置指示；平層提前減速，平層停車自動(dòng)開門；端站強(qiáng)迫換速。

4.2 并聯(lián)調(diào)度

并聯(lián)控制就是按照預(yù)先設(shè)定的原則，派遣最適合的電梯去應(yīng)答召喚。因此，并聯(lián)調(diào)度原則是并聯(lián)電梯的核心[5]。并聯(lián)調(diào)度原則主要有下列4條:（1）基站設(shè)置和基梯設(shè)置原則:基站指轎廂無指令運(yùn)行中?？康膶诱?。此層站出入轎廂的人數(shù)最多。一般選一樓作為基站。在并聯(lián)電梯中，通常情況下，基梯停在基站待命，忙梯相應(yīng)召喚。（2）先到先行原則:當(dāng)兩臺(tái)電梯先后到達(dá)基站待命時(shí)，當(dāng)有召喚時(shí)，先到達(dá)基站的電梯去響應(yīng)，成為忙梯。（3）派梯原則:當(dāng)A梯為忙梯，A梯正在上行時(shí)，上方出現(xiàn)召喚信號(hào)，或下方出現(xiàn)下召喚信號(hào)，則由A梯去響應(yīng)，而B梯留在基站不予應(yīng)答。但如果A梯下方出現(xiàn)上召喚信號(hào)，則派基梯B梯應(yīng)答信號(hào)；A梯正在下行時(shí)，下方出現(xiàn)召喚信號(hào)，由A體執(zhí)行，上方出現(xiàn)召喚信號(hào)，則由B梯去響應(yīng)。（4）單梯集選原則:當(dāng)有一電梯檢修時(shí)，另一臺(tái)電梯自動(dòng)投切運(yùn)行，起集選電梯作用。

5 程序設(shè)計(jì)

5.1 通信程序

外召按鈕和平層傳感器開關(guān)連接在輸入模塊上，外召登記燈接入輸出模塊。由于遠(yuǎn)程模塊不具備編程能力，必須把信號(hào)送入主站中，在經(jīng)過程序的執(zhí)行送出信號(hào)給遠(yuǎn)程模塊顯示。遠(yuǎn)程模塊與PCD間的通信以及PCD之間的通信都采用232接口。采用S-Bus通信協(xié)議。圖2是輸入通信程序。圖3是輸出通信程序。表1為部分標(biāo)志位和I/O分配。

如程序圖2和3所示:5個(gè)遠(yuǎn)程輸入模塊（它們的地址:11站到15站，分別代表1層到5層的外召模塊），把外召和平層信號(hào)傳送入主站的F1到F13標(biāo)志位中。而傳送模塊則把主站的標(biāo)志位F1到F13的數(shù)據(jù)傳給從站（轎廂PCD）的標(biāo)志位。

圖2 遠(yuǎn)程模塊數(shù)據(jù)傳入主站

圖3 主站數(shù)據(jù)輸出給從站

表1 部分標(biāo)志位和I/O分配

5.2 并聯(lián)調(diào)度程序

圖4 基站設(shè)置

電梯處于一層待機(jī)狀態(tài)，則認(rèn)為電梯處于基站。但是，基梯只有一個(gè)，即使兩臺(tái)電梯都在一層，也只有一臺(tái)基梯，并且遵循“先到基站先作基梯”的原則。先返回基站的電梯為基梯，另一臺(tái)電梯為自由梯。基站設(shè)置的程序段如圖4所示，程序中的F71是A梯基站設(shè)置標(biāo)志位，與B梯基站設(shè)置標(biāo)志位F72互相傳遞，并形成互鎖，共同完成基站的設(shè)置。A梯在一層待機(jī)時(shí)，如果B梯不作基梯，則A梯作基梯。如果A梯駛出一層，則取消A梯的基梯功能。如果B梯為基站，A梯即使也在一層，也不能成為基梯。

當(dāng)A梯設(shè)置為基梯，根據(jù)調(diào)度原則，A出車條件:（1）A梯B梯先后到達(dá)基站，遵循先到先行原則。（2）B梯要求A梯出車。（3）通信出錯(cuò)時(shí)，恢復(fù)單梯運(yùn)行，有廳外呼梯信號(hào)時(shí)，則A梯出車。程序如圖5，其中F61為A基梯出車標(biāo)志位。

圖5 基梯出車程序

6 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)主要采用了思博公司的PCD系列控制器，來完成并聯(lián)控制和集選控制。采取一個(gè)主站和兩個(gè)從站的設(shè)計(jì)思路，外召喚信號(hào)通過遠(yuǎn)程模塊來采集和登記，減輕了主站負(fù)擔(dān)，使風(fēng)險(xiǎn)分散，有利于提高系可靠性。把主站設(shè)置在機(jī)房，每個(gè)轎帶S-BUS現(xiàn)場總線協(xié)議，減少了系統(tǒng)間的布線。

[1]王榮海,彭紅.并聯(lián)電梯調(diào)度原則的研究[J].信息技術(shù)，2005，29（9）:80-82.

[2]唐勇奇，趙葵銀.PLC在變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代，2000(12):2.

[3]梁延?xùn)|.電梯控制技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

[4]段晨東，王小波，薛小慶.基于PCD控制器的高空間作業(yè)平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械化，2012（2）:50-53.

[5]許士瑞.采用PLC控制實(shí)現(xiàn)2部電梯并聯(lián)運(yùn)行[J].中國電梯，2000，11（11）:19-21.