魏子棟

摘 要：傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)長時間運行，會使得長候梯率偏高。因此，有必要開展基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究。其間通過基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制器及總線等硬件設計、五層并聯(lián)電梯控制信號輸入和派梯計算等軟件設計，完成對五層并聯(lián)電梯的控制。仿真對比試驗結果表明，與傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)可以明顯縮短電梯運行時間，因此更具有實際應用價值。

關鍵詞：PLC;五層并聯(lián);電梯;控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP29文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）08-0034-03

Optimization Design of Five-story Parallel Elevator Control System

Based on PLC

WEI Zidong

（Mechanical and Electrical Department， Guangdong Provincial Transportation Technician Institute，

Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： The traditional elevator control system runs for a long time， which will make the long waiting rate higher. Therefore， it is necessary to carry out PLC-based five-story parallel elevator control system optimization design research. In the meantime， through the hardware design of the PLC-based five-story parallel elevator controller and bus， and the software design of the five-story parallel elevator control signal input and elevator calculation， the control of the five-story parallel elevator is completed. The simulation comparison test results show that compared with the traditional elevator control system， the system can significantly reduce the elevator running time， so it has more practical application value.

Keywords： PLC;five-story parallel;elevator;control system

眾多建筑物都配備了多臺電梯并聯(lián)工作，傳統(tǒng)的單臺電梯獨立控制方式已經(jīng)無法滿足用戶的需要，并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)應運而生[1-2]。并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)將建筑物當中集中排列的多臺電梯設備進行統(tǒng)一的管理和調配，從而達到降低乘客候梯時間、乘梯時間以及減少能源消耗的目的。并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)具有突出的優(yōu)勢，受到各個國家電梯控制專家及相關學者的高度重視，電梯的調度計算也成為并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)的核心。為了進一步優(yōu)化并聯(lián)電梯系統(tǒng)，本文開展了基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究。

1 基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)硬件優(yōu)化設計

1.1 基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制器設計

本設計選用兩臺基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制器，其中一臺用于采集電梯之外的召喚信號，利用數(shù)據(jù)通信的形式將電梯外的召喚信號、電梯運行狀態(tài)信號、電梯運行狀態(tài)調配、調配信息等傳遞到另一臺基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制器[3]。另一臺PLC五層并聯(lián)電梯控制器接收到相應的信息后，完成對信息的銷號和定級，并自動生成運行策略及調度策略，控制五層并聯(lián)電梯的運行，然后將五層并聯(lián)電梯的信息發(fā)送到對方。圖1為兩臺基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制器連接方式示意圖。

本設計選用兩臺西門子1200型號的PLC控制器，一臺PLC控制器即可對5層并聯(lián)電梯進行分層控制，不需要其他外加分層器。電梯標號可由1～225號自由選擇設置，工作電流小于800 mA，輸入電壓為DC24 V。當兩部五層并聯(lián)電梯同時對電梯外部召喚信號召喚時，兩臺電梯自動定向啟動前往相應的樓層，當其中一臺電梯率先到達指定樓層時，另一臺電梯需要就近?？吭谄綄?，不允許其懸浮在兩個樓層之間。

1.2 總線設計

本設計選用Kvaser-2450型號控制器局域網(wǎng)總線作為五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)的總線，用于對電梯運行實施檢測和控制，從而解決電梯控制系統(tǒng)中各個電子設備之間的通信問題，減少電子設備之間大量的信號線，將單獨的總線連接在系統(tǒng)中原有的外圍器件之上。Kvaser-2450控制器局域網(wǎng)總線具備32位數(shù)字輸入和輸出功能，可通過基礎模塊控制。這個IP20保護級別的模塊具備高溫、反向極性和電源電涌保護功能，總線中包含一個電源LED燈顯示設備，用于顯示電梯狀態(tài)。采用2級24VDC輸入電壓（-15%/+20%）。DIN導軌安裝簡便，無須使用外界工具即可完成安裝，成本低廉，數(shù)據(jù)傳輸最遠距離可達15 km，數(shù)據(jù)傳輸速度快，最高可達2 Mbit/s。Kvaser-2450控制器局域網(wǎng)總線主要用于描述電梯與其他電子設備之間的信息傳遞方式。Kvaser-2450控制器局域網(wǎng)總線可以利用多種不同物理介質的雙絞線、光纖等，完成對控制信號的差分電壓傳送。表1為Kvaser-2450控制器局域網(wǎng)總線中芯片引腳的各項參數(shù)。

Kvaser-2450控制器局域網(wǎng)總線中選用JSPO半導體型芯片，該型號芯片可支持12位和32位識別碼，速率達1 Mbit/s，可讀寫訪問錯誤計數(shù)器。

2 基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)軟件優(yōu)化設計

2.1 五層并聯(lián)電梯控制信號輸入

遠程控制不具備編程能力，因此在控制信號輸入到主站時，需要首先完成執(zhí)行送出信號在遠程控制中的顯示。電梯控制信號通信采用S-Ans通信協(xié)議。

五層并聯(lián)電梯信號的輸出屬于人為操作，系統(tǒng)需要將相應的操作信號在電梯內部轉換為控制信號，并利用PLC控制器自動進行采集。人為錯誤操作常常會造成電梯產(chǎn)生錯誤控制信號，為了不影響電梯正常運行，首先需要對控制信號進行掃描，根據(jù)正確的控制順序，將錯誤控制信號過濾，并將正確的控制信號采集，存儲在PLC控制器中，再通過相應派梯計算得出的控制數(shù)據(jù)，控制五層并聯(lián)電梯的運行。

2.2 派梯計算

確定五層并聯(lián)電梯控制信號輸入及相應解釋后，利用式（1）計算派梯指標。

[Εmn=CEm×Wn=Cm1×Wm1+Cm2×Wm2+Cm3×Wm3]? ? ? ?（1）

式中，[Εmn]為第[m]種運行模式下，第[n]部電梯的綜合派梯指標，當[Εmn=max（Εm1，Εm2，Εm3…，Εm5）]時，第部電梯為最佳的派梯選擇;[CEm]為第[n]部電梯的綜合輸入特征量;[Cm1]、[Cm2]、[Cm3]為三個不同的輸入特征量，分別表示電梯相應召喚時間、電梯內部乘客平均乘梯時間以及電梯相應召喚所需電能;[Wn]為系統(tǒng)評價指標;[Wm1]、[Wm2]、[Wm3]為三個不同的評價指標，分別代表AWT、ART和TEN的權值，其取值范圍為在0～1，且[Wm1+Wm2+Wm3=1]。

為實現(xiàn)乘客召喚電梯時保持最小候梯時間，按照順向截梯的原則，電梯的等待時間不僅要與電梯和召喚的方向相關，還要與相互之間的位置有關。根據(jù)五層并聯(lián)電梯的實際運行情況，通過三種不同評價函數(shù)計算出各個電梯的等待時間，公式如下。? ? [? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?T1=|A1-A2|）×Bt+M×QtT2=（|X1-A2|+|X1+X2|+|A1-A2|）×Bt+M×Qt? ? ? ? ? ? ? T3=（|X1-A2|+|X1-A1|×Bt+M×Qt]

（2）

式中，[T1]為召喚控制信號的方向與電梯當前的運行方向相同，且在電梯方向前方時的等待時間;[T2]為召喚控制信號的方向與電梯當前運行方向相同，且在電梯后方時的等待時間;[T3]為召喚控制信號的方向與電梯當前運行方向相反時的等待時間;[A1]為電梯外部召喚所在樓層數(shù);[A2]為電梯在外部召喚到來時的當前樓層數(shù);[Bt]為電梯以額定勻速行駛途徑某一層時所需時間;[M]為電梯運行到被召喚樓層響應電梯內部指令及外部召喚所停留的層站數(shù);[Qt]為電梯加減速、開關門以及停止時的平均時間;[X1]為電梯在本方向到達的最遠?？繕菍訑?shù);[X2]為電梯在到達本方向后的最遠停靠樓層數(shù)。

根據(jù)電梯處于運行狀態(tài)時計算出的召喚控制信號結果的各項參數(shù)，計算出電梯到底達時所需時間，并選擇時間最短時的運行數(shù)據(jù)作為召喚控制信號，保證電梯運行時間。

3 試驗

在仿真軟件平臺中構建五層建筑物，增設兩臺加入本設計系統(tǒng)的電梯和兩臺加入傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的電梯，構成仿真試驗環(huán)境，進行本設計系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的仿真對比試驗。

3.1 試驗準備

設置電梯群共有8部電梯，標號分別為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#，其中，標號1#、2#、3#、4#為加入本設計系統(tǒng)的五層互聯(lián)電梯，標號5#、6#、7#、8#為加入傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的五層互聯(lián)電梯。五層建筑物不包括地下部分，設置電梯在勻速運行時的速度為250 m/min，即平均通過一層樓的時間需要1 s，設置電梯的額定載荷為1 000 kg（約為16人），設置電梯的加速及減速的時間為1.5 s，開關電梯門的時間約為1.5 s，乘客平均轉移時間需要2.5 s。隨機選擇25名乘客分布在建筑物的各個樓層，首先記錄加入本設計系統(tǒng)的五層并聯(lián)電梯運行過程中的相應數(shù)據(jù)信息，并將其設置為試驗組。再以相同的方式記錄加入傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的并聯(lián)電梯運行過程中的相應數(shù)據(jù)信息，比較兩次仿真試驗結果。

3.2 試驗結果及分析

根據(jù)上述試驗準備，完成整個仿真試驗，試驗過程中的數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，八部電梯完成運行后，與對應的標號5#、6#、7#、8#電梯相比，標號1#、2#、3#、4#電梯所用時間明顯更少。仿真試驗結果表明，與傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)相比，本文提出的基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)運行效率更高，平均乘梯時間明顯縮短，長候梯率明顯降低，為乘客節(jié)約更多的運行時間，其更適用于實際建筑物中對電梯的控制。

4 結語

針對傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)中存在的問題，本文提出了一種基于PLC的五層并聯(lián)電梯控制系統(tǒng)，并通過仿真試驗證明了該方法與傳統(tǒng)方法相比明顯縮短了運行時間。未來，建筑物的發(fā)展將會更加復雜化和智能化，而對于電梯控制系統(tǒng)無疑會造成更大的考驗。在今后的研究中，人們會將更多智能化的控制技術、更加精細化的傳感設備以及更加巧妙的機械技術應用于電梯控制系統(tǒng)中，從而使電梯系統(tǒng)為人類做出更大的貢獻。

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