汪麗群，張潤良，許世杰，吳建龍

（蘇州市職業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104）

電梯作為高層建筑中的垂直運輸工具，其需求量與日俱增。由于人流量大，高層建筑中一般安裝兩臺電梯并聯(lián)運行?，F(xiàn)有的電梯并聯(lián)控制方法不能完全兼顧等候時間、運行效率、電梯能耗等問題，據(jù)此提出一種基于PLC的電梯并聯(lián)控制優(yōu)化設(shè)計，以提高每臺電梯運行效率。

1 電梯并聯(lián)PLC控制系統(tǒng)硬件搭建

電梯并聯(lián)系統(tǒng)由兩臺6層電梯組成，每臺電梯均由三菱PLC控制，一般兩臺電梯并聯(lián)，安裝距離不遠[1-2]。兩臺電梯通過RS485模塊進行通信，一臺PLC為通信主站，相應(yīng)電梯為主梯；另一臺PLC為通信從站，相應(yīng)電梯為副梯。

電梯并聯(lián)PLC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。并聯(lián)系統(tǒng)中主站（主梯）與從站（副梯）通過RS485模塊實現(xiàn)廳外召喚信號共享，主梯實時采集兩臺電梯的外呼信號、運行狀態(tài)等信息，按照一定的調(diào)度原則進行分析計算，并決定由哪臺電梯響應(yīng)呼梯信號。若主梯響應(yīng)，則直接在主梯PLC內(nèi)部分配調(diào)度信號；若副梯響應(yīng)，則由通信模塊將調(diào)度信號分配給副梯。兩種情況都由變頻器驅(qū)動電梯運行至呼梯樓層載客。

圖1 電梯并聯(lián)PLC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2 電梯并聯(lián)調(diào)度方法

電梯并聯(lián)調(diào)度方法主要考慮的因素包括乘客候梯時間、能量消耗、運行效率、使用場所等?，F(xiàn)有的并聯(lián)調(diào)度方法并不完善,不能兼顧多個因素，因此需要優(yōu)化[3]。

2.1 常見的并聯(lián)調(diào)度方法

實際工程應(yīng)用中,常見的并聯(lián)調(diào)度方法有最短候梯時間調(diào)度和最短路程響應(yīng)調(diào)度兩種[4]。

1）最短候梯時間調(diào)度：將外呼信號分配到距外呼召喚樓層運行時間較短的電梯，保證了候梯時間最短。運行時間包括電梯起動、勻速運行、停止三個過程時間，以及開關(guān)門時間。該方法在保證最短候梯時間時，卻讓電梯在短時間內(nèi)多次啟停，增加了能耗[5]。

2）最短路程響應(yīng)調(diào)度：將外呼信號分配到距外呼目標(biāo)樓層距離較近的電梯，電梯在運行中以順向截梯，逆向不停為前提，在保證電梯運行效率的前提下再就近響應(yīng)。該方法綜合考慮到候梯時間和運行效率，但平均候梯時間會長于最短候梯時間調(diào)度方法。

以上兩種常見的并聯(lián)調(diào)度方法調(diào)度電梯有一定的隨機性，易出現(xiàn)一臺電梯大量使用造成過度磨損，使用壽命降低，另一臺電梯使用次數(shù)較少的情況。

2.2 并聯(lián)優(yōu)化調(diào)度方法

基于PLC的電梯并聯(lián)控制優(yōu)化方法將最短路程原則和任務(wù)均分原則有機結(jié)合。其中任務(wù)均分原則主要指采集兩臺電梯運行的次數(shù)和電梯內(nèi)選信號登記情況，在一定距離內(nèi)，優(yōu)先調(diào)度運行次數(shù)少的電梯，同時優(yōu)先選擇內(nèi)選指令少的電梯來調(diào)度。這樣既兼顧候梯時間，又使兩臺電梯使用率得到均分，提高了每臺電梯運行效率，減少了能耗。

綜合考慮最短距離、運行次數(shù)、內(nèi)呼指令，再結(jié)合順向截梯原則，本研究將并聯(lián)控制優(yōu)化算法分為兩種情況進行設(shè)計，并聯(lián)控制優(yōu)化算法流程圖如圖2所示。設(shè)外呼目標(biāo)樓層為L，主、副梯的所在樓層分別為L1，L2，運行的次數(shù)分別為N1，N2，則主、副梯運行次數(shù)差為?N=N1–N2，主、副梯當(dāng)前樓層與外呼目標(biāo)樓層的距離差分別為?D1=│D1–D│,?D2=│D2–D│,以上兩個距離的差值為?D=?D1–?D2。當(dāng)?D＞0時，主梯離目標(biāo)樓層近；當(dāng)?D<0時，副梯離目標(biāo)樓層近；當(dāng)?D=0時，主、副梯離目標(biāo)樓層一樣近。

圖2 并聯(lián)控制優(yōu)化算法流程圖

2.2.1 主、副梯均不運行

主、副梯均不運行時，采集主、副梯的外呼信號、運行次數(shù)、當(dāng)前所在樓層，根據(jù)最短路程原則，分別比較主、副梯的當(dāng)前所在樓層與此時外呼目標(biāo)樓層的距離。當(dāng)距離相等時，再比較主、副梯運行次數(shù)，按照任務(wù)均分原則，分配給運行次數(shù)少的電梯響應(yīng)外呼；當(dāng)距離不相等時，再進一步比較距離相差值，當(dāng)距離相差超過兩個樓層距離時，則分配給離目標(biāo)樓層近的電梯響應(yīng)外呼。反之，再結(jié)合運行次數(shù)來分配，當(dāng)距離相差不遠且運行次數(shù)相差超過10次時，按照任務(wù)均分原則，分配給運行次數(shù)少且距離稍遠的電梯運行。這樣能夠綜合兼顧使用次數(shù)和候梯時間，讓使用次數(shù)少的電梯投入運行。當(dāng)運行次數(shù)相差少于10次時，還要按照最短路程原則，分配給離目標(biāo)樓層近的電梯響應(yīng)外呼，保證乘客的候梯時間最短。

2.2.2 主、副梯至少有一臺運行

主、副梯至少有一臺運行時，采集主、副梯的外呼信號（目標(biāo)樓層和去向），內(nèi)選登記情況。當(dāng)一臺電梯內(nèi)呼指令過多時，依次響應(yīng)內(nèi)呼，整個運行時間較長，增加乘客的候梯時間。因此，當(dāng)內(nèi)選登記數(shù)超過4 次，并聯(lián)系統(tǒng)將不會分配外呼信號給該電梯響應(yīng)外呼，保證乘客候梯時間最短。反之，再判斷外呼去向與電梯運行方向是否一致，若不一致，根據(jù)電梯逆向不停原則，將外呼信號分配給另一臺電梯；若一致，根據(jù)電梯順向截梯原則，當(dāng)外呼的目標(biāo)樓層在電梯運行方向順路的情況下（如電梯在上行，處在2樓位置，此時目標(biāo)樓層為4樓，則算順路），并聯(lián)系統(tǒng)將外呼信號分配給該電梯。反之，并聯(lián)系統(tǒng)將外呼信號分配給另一臺電梯，這樣能減少乘客的候梯時間。

除以上算法，該并聯(lián)優(yōu)化控制方法還可實現(xiàn)基本并聯(lián)功能，如當(dāng)一臺電梯處于檢修、超載等異常情況時，所有外呼信號均由另一臺電梯響應(yīng)。

3 電梯并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

電梯并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件采用SFC模塊設(shè)計，由PLC實現(xiàn)。并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計框圖如圖3所示。

圖3 并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件總體設(shè)計框圖

由圖3可知：并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件由主梯PLC和副梯PLC組成，主要包括單機驅(qū)動模塊、門驅(qū)動模塊、內(nèi)外呼模塊、狀態(tài)采集模塊、通信模塊和調(diào)度模塊。其中，通信模塊、調(diào)度模塊是并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件中兩個關(guān)鍵模塊。

3.1 通信模塊設(shè)計

通信模塊設(shè)計是并聯(lián)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計中的最重要的部分，是主、副梯信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄骸１敬卧O(shè)計采用基于三菱RS485單元的N:N網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)中每一站點都有指定特殊輔助繼電器M和特殊數(shù)據(jù)寄存器D進行數(shù)據(jù)通信、傳輸和共享[5]。

主、從站通信部分程序如圖4所示。①通信初始化。主、從站通過特殊寄存器D8175～D8180設(shè)置站號、從站數(shù)、刷新模式、通信超時等基本通信參數(shù)，建立通信網(wǎng)絡(luò)。②主、從站通信數(shù)據(jù)采集。主梯接收副梯的轎廂位置、運行方向、運行次數(shù)、外呼信號、內(nèi)選指令個數(shù)等數(shù)據(jù)，副梯接收主梯的外呼調(diào)度信息。③通信數(shù)據(jù)實時刷新與傳輸。在N:N網(wǎng)絡(luò)中配置刷新模式為2，則主站通過M1000～M1063、D0～D7發(fā)送數(shù)據(jù)給從站，從站通過M1064～M1127、D10～D17發(fā)送數(shù)據(jù)給主站，將之前主、從站通信數(shù)據(jù)分配到對應(yīng)的特殊輔助繼電器M和特殊數(shù)據(jù)寄存器D中進行傳輸。PLC在每個掃描周期內(nèi)，執(zhí)行通信傳輸程序，刷新通信數(shù)據(jù)。以副梯（從站）外呼信號通信程序為例進行說明，如圖4（b）所示。副梯外呼信號有12個，即X0～X13，用于通信傳輸給主梯的軟元件為M1064～M1076，通過程序“MOV K3X0 K3M1064”進行字傳輸能夠減少通信響應(yīng)滯后時間，保證并聯(lián)控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

圖4 主、從站通信部分程序

3.2 調(diào)度模塊設(shè)計

調(diào)度模塊在主站PLC（主梯）中實現(xiàn)，作為并聯(lián)控制算法核心模塊[6]，從站PLC(副梯)只提供運行數(shù)據(jù)給主梯，根據(jù)圖2并聯(lián)控制優(yōu)化算法流程進行PLC程序設(shè)計，主要分為電梯運行和不運行兩種情況。PLC輸出端口Y3連接變頻器速度端子，在程序中,主、副梯均可采集Y3信號獲取電梯運行狀態(tài)，該運行狀態(tài)包括是否運行和運行次數(shù)，當(dāng)Y3=1時，電梯運行，反之，電梯不運行。此外，程序通過對Y3信號的上升沿進行計數(shù)即可得到運行次數(shù)。

以兩臺電梯均不運行且與目標(biāo)樓層距離相同為例，說明調(diào)度算法程序的實現(xiàn)，其并聯(lián)調(diào)度算法部分軟元件如表1所示。并聯(lián)調(diào)度算法部分程序如圖5所示。當(dāng)主、副梯均不運行時，M10、M1100為OFF；當(dāng)主、副梯與目標(biāo)樓層距離相同時，D30與D32相等，此時只要比較主、副梯的運行次數(shù)D20與D10；當(dāng)主梯運行次數(shù)較少時，M20為ON，調(diào)度主梯運行；當(dāng)副梯運行次數(shù)較少時，M1020為ON，通過通信專屬的輔助繼電器M1020，調(diào)度副梯運行。

表1 并聯(lián)調(diào)度算法部分軟元件

圖5 并聯(lián)調(diào)度算法部分程序

4 結(jié)論

本研究提出了一種基于PLC的電梯并聯(lián)控制優(yōu)化設(shè)計方案，并應(yīng)用于兩臺6層電梯并聯(lián)控制中。首先是硬件搭建，采用RS485模塊串行通信進行數(shù)據(jù)傳輸，重點研究了并聯(lián)控制優(yōu)化算法，將最短路程原則和任務(wù)均分原則有機結(jié)合，分為主、副梯均不運行和主、副梯至少有一臺運行兩種情況進行算法設(shè)計。其次是軟件設(shè)計，重點研究了通信模塊、調(diào)度模塊的軟件設(shè)計。該方案既兼顧候梯時間，又使兩臺電梯使用率得到均分，提高了每臺電梯運行效率，減少了能耗，具有一定的推廣應(yīng)用價值。