竇 巖 郭蘭中

（常熟理工學(xué)院 機械工程學(xué)院，常熟 215500）

電梯控制系統(tǒng)可靠性研究

竇 巖 郭蘭中

（常熟理工學(xué)院 機械工程學(xué)院，常熟 215500）

本文針對電梯控制系統(tǒng)可靠性進行研究探討，并且充分考慮控制系統(tǒng)性能，分析影響電梯控制系統(tǒng)可靠性的主要因素，提出了電梯控制系統(tǒng)硬件及軟件抗干擾措施。電梯控制系統(tǒng)硬件采用串模干擾、共模干擾、接地技術(shù)實現(xiàn)抗干擾；電梯控制系統(tǒng)軟件通過設(shè)置自檢程序、指令冗余技術(shù)、設(shè)置軟件陷阱、等措施提高抗干擾性能。該措施于電域的其他控制系統(tǒng)也具有參考價值。

電梯控制系統(tǒng) 可靠性 冗余技術(shù) 抗干擾

引言

電梯是國家認定的特種設(shè)備，服務(wù)于各個城市建設(shè)的每個角落，與人民生命息息相關(guān)。然而，電梯的工作現(xiàn)場不可避免會存在一定干擾，或人為或意外。一旦受外部的干擾，電梯的控制系統(tǒng)產(chǎn)生故障，那么就可能會對人們的財產(chǎn)帶來隱患，甚至危及生命安全。因此，人們也越來越關(guān)注其安全性和可靠性。所以，本文對電梯的可靠性、安全性進行分析，有極其重大的必要性和現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 影響電梯控制系統(tǒng)可靠性的主要因素

電梯控制系統(tǒng)的可靠性關(guān)系到每個乘客和維保人員的安危，甚至關(guān)系整個社會的生產(chǎn)效率和安全保障。所以，無論是電梯的硬件還是軟件或者外圍的一些基礎(chǔ)設(shè)備，只要其中任意一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都將導(dǎo)致電梯出現(xiàn)運行故障。因而，討論控制系統(tǒng)技術(shù)要求的第一要素就是討論電梯控制系統(tǒng)的可靠性。分析造成控制系統(tǒng)（PLC控制系統(tǒng)）的主要故障，整理出圖1所示的故障分布圖。

圖1 系統(tǒng)的故障分析圖

由此可見，提高電梯可靠性要著重從以下幾方面來考慮：（1）選擇安全可靠的外部設(shè)備，可以有效縮短大量的維修恢復(fù)時間；（2）保護控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)和相關(guān)程序；（3）采取一定的抗干擾措施。

2 電梯控制系統(tǒng)的硬件抗干擾措施

電梯的運行現(xiàn)場往往存在各種各樣的干擾源，這些干擾源會干擾微處理器的正常工作，使其工作狀態(tài)出現(xiàn)錯誤，然后電梯有可能出現(xiàn)死機、亂層、沖頂、蹲底甚至失控，危及人們的生命及財產(chǎn)。為了提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率，有必要對硬件采取一些抗干擾的措施，以提高系統(tǒng)對外界干擾的承受能力。

常見的三種干擾及其抑制措施有串模干擾、共模干擾、接地技術(shù)。

串模干擾是串連于信號源回路中的干擾，大部分的干擾源由信號輸入線上感應(yīng)或接收產(chǎn)生[1]。電梯串行通訊系統(tǒng)中的信息引線大部分使用雙絞線，不僅能夠降低生產(chǎn)成本，而且能夠有效減少串模干擾的影響。因為雙絞線中每一個絞線環(huán)向的互反特點，從而使各電磁環(huán)路的電磁感應(yīng)相互抵消。此外，選用低通濾波器能夠可靠抑制電源發(fā)出的高次諧波。

共模干擾是因為微處理器地、放大器地和信號源地之間的電位差而出現(xiàn)的干擾[1]。在平衡傳輸中，對使用差動輸入構(gòu)造的接收單元來說，共模干擾不會影響其工作。然而，在不平衡傳輸構(gòu)造中，共模干擾將會轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅８蓴_而對接收單元起作用，且不平衡的水平越大，影響越大。

電梯控制系統(tǒng)是一種相對復(fù)雜麻煩的弱電控制系統(tǒng)，接地技術(shù)是抗干擾途徑中的重要一個步驟。所以，對接地務(wù)必慎重處理。針對電梯控制系統(tǒng)的特點，需使用相對的接地方式。

3 電梯控制系統(tǒng)的軟件提高可靠性的措施

設(shè)計電梯控制系統(tǒng)時，為了提升系統(tǒng)可靠性，在軟件設(shè)計和硬件設(shè)計方面都要認真考慮。通過使用冗余設(shè)計，添加抗干擾設(shè)施等方法，能夠有效提高系統(tǒng)硬件的安全可靠性。然而，要讓系統(tǒng)全部達到理想中的可靠性，上述方法明顯不足夠。所以，系統(tǒng)的可靠性不單要考慮硬件可靠性，還需要討論提高軟件的可靠性措施。

電梯控制系統(tǒng)的軟件抗干擾措施：設(shè)置自檢程序、指令冗余技術(shù)、設(shè)置軟件陷阱等技術(shù)。

在系統(tǒng)開機運行時，首先進行硬件自檢程序。如果硬件有故障發(fā)生，則系統(tǒng)終止運行并報警輸出[2]。此外，還可以在系統(tǒng)內(nèi)部添加內(nèi)部狀態(tài)標志。當控制系統(tǒng)運行時，重復(fù)查詢這些設(shè)置的狀態(tài)標志是否異常。若有異常及時發(fā)現(xiàn)，停止系統(tǒng)運行并糾正錯誤，從而保證電梯控制系統(tǒng)運行的可靠性。

電梯控制系統(tǒng)的微處理器遭到干擾或運行異常指令時，常常會把操作數(shù)默認為操作碼來運行命令，導(dǎo)致正確的程序執(zhí)行流程被打亂，從而判斷到錯誤的指令上，不容易回到正確代碼上，即程序彈飛現(xiàn)象。因此，編程開發(fā)時，確保盡可能多地書寫單字節(jié)指令，并在重要的地方鍵入幾個單字節(jié)指令；也可將把單字節(jié)指令反復(fù)使用，即指令冗余技術(shù)。指令冗余技術(shù)顯然會降低控制系統(tǒng)微處理器的運行效率，但隨著微處理器的不斷發(fā)展，至今的技術(shù)已經(jīng)達到執(zhí)行幾條指令絕無影響的程度。

設(shè)置軟件陷阱是在非程序區(qū)設(shè)置一些陷阱程序。當控制系統(tǒng)正常運行時，不會進入此非程序區(qū)；當程序出現(xiàn)彈飛現(xiàn)象時，就可能遇到這些陷阱[3]。在陷阱區(qū)的代碼處添加復(fù)位指令，可以強令程序回到初始狀態(tài)重新運行，防止發(fā)生“死機”情況。軟件陷阱的設(shè)置需要結(jié)合電梯控制系統(tǒng)本身的特點，電梯控制方式不同，設(shè)置的方法也不同。PLC控制系統(tǒng)可以采用NOP或者跳出指令實現(xiàn)，對于微機版或者一體機的電梯控制系統(tǒng)，可以在編程時結(jié)合情況設(shè)置一些跳出與返回指令實現(xiàn)。

看門狗定時復(fù)位技術(shù)（WATCHDOG）[4]工作機理設(shè)置。看門狗本身是獨立工作的，工作時基本不依賴于CPU。然而，CPU在一定的時間間隔內(nèi)和看門狗數(shù)據(jù)交換，以表明系統(tǒng)運行正常。如果CPU卡在一個無限循環(huán)，因為超過指定的時間間隔，即數(shù)據(jù)交換失敗，系統(tǒng)啟動復(fù)位指令的復(fù)位，以保證電梯控制系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

對于電梯控制系統(tǒng)在軟件編程時的抗干擾措施，需要重點輸出信號，如起動、加速、減速、平層準確度、停車、開關(guān)門及到位等指令[5]。考慮進行重復(fù)輸出技術(shù)，可保證系統(tǒng)的可靠性。

4 電梯控制系統(tǒng)提高可靠性實施方案

電梯控制系統(tǒng)的可靠性關(guān)系電梯的安全運行。除了控制系統(tǒng)的軟硬件措施外，也可采用物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控，利用大數(shù)據(jù)運算提高其可靠性能。

針對目前電梯控制系統(tǒng)可靠性問題，可以選擇采用計算機控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)對電梯進行遠程監(jiān)控。采用傳感器采集電梯運行數(shù)據(jù)，通過微處理器進行非常態(tài)數(shù)據(jù)分析，它能24小時不間斷對網(wǎng)絡(luò)中電梯進行遠程監(jiān)視，并實時分析和記錄電梯的運行狀況，從而根據(jù)故障記錄自動統(tǒng)計電梯控制系統(tǒng)故障率。經(jīng)由GPRS網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)或485通訊傳輸?shù)榷喾N方式，實現(xiàn)電梯故障報警、質(zhì)量評估、隱患防范等功能，從而在實施可靠性檢測的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種預(yù)見性電梯故障診斷系統(tǒng)。

該預(yù)見性電梯故障診斷系統(tǒng)主要由檢測終端、通信終端、后臺服務(wù)器及監(jiān)控軟件組成。它是將控制柜中的信號經(jīng)計算機處理后，獲得電梯控制系統(tǒng)運行情況和發(fā)生故障的信息，從而通過專用網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)竭h程能夠提供專業(yè)電梯服務(wù)的中心，以便掌握電梯運行情況，特別是電梯控制系統(tǒng)發(fā)生故障情況。通過實施此方案，可實現(xiàn)提高電梯控制系統(tǒng)的運行可靠性。

5 結(jié)語

本文論述了電梯控制系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究方法，通過對電梯控制系統(tǒng)可靠性分析，提出了有參考價值和可行性的實施方案。

[1]劉混舉.機械可靠性設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2]孫培德.串行通訊傳輸線分析及抗干擾方案[J].中國電梯，1998,（11）：26-29.

[3]何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用與系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1995：474-491.

[4]李建中.關(guān)于電梯維護保養(yǎng)有效性思考[J].中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督，2010，（7）：50-51.

[5]孫后環(huán).電梯控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計[J].南京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2001，（1）：31-36.

Research on the Reliability of Elevator Control System

DOU Yan, GUO Lanzhong
(Mechanics Institute, Chang Shu Institute of Technology, Changshu 215500)

In this paper, the elevator control system reliability research, and fully consider the performance of the control system, analyzes the main factors influencing the reliability of the elevator control system, and put forward the elevator control system hardware and software anti-interference measures. The elevator control system adopts the series mode interference and common mode interference and grounding technology to realize anti-jamming. The elevator control system software improves antijamming performance through measures to set up the test program, instruction redundancy technique, software trap. The measures of control system in electric field also have the reference value.

elevator control system, reliability, redundancy technology, anti-interference