王 屹，高 芳

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春 130033）

基于集散控制技術(shù)的電梯群控系統(tǒng)方案

王 屹，高 芳

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春 130033）

0 引言

近年來，隨著信息技術(shù)和人類社會的不斷發(fā)展， “樓宇自動化”已成為現(xiàn)代化建筑的新趨勢。在一幢智能大廈內(nèi)，根據(jù)客流量大小、層樓高度及其停站數(shù)等因素，往往需設(shè)置多臺電梯。為了提高電梯的運行效率和充分滿足樓內(nèi)客流量的需要，以及盡可能地縮短乘客的候梯時間，一般將所有的電梯集中布置在一起，進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，即實現(xiàn)電梯群控。這種電梯的控制不是簡單的起停問題，還涉及到監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制。采用電梯集散控制系統(tǒng)利用計算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對建筑內(nèi)的電梯群運行狀態(tài)進(jìn)行集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，是實現(xiàn)樓宇自動化的需要。

1 集散控制系統(tǒng)組成與特點

集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System），又稱分布或分散控制系統(tǒng)，它以微處理機(jī)為核心，實現(xiàn)地理上和功能上的控制，同時通過高速數(shù)據(jù)通道把各個分散點的信息集中起來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作，并實現(xiàn)復(fù)雜的控制和優(yōu)化。

1.1 集散控制系統(tǒng)組成

DCS采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計，是一個由監(jiān)控管理級、過程控制級、現(xiàn)場級組成的以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示而分散操作、控制的系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

DCS在垂直方向分為監(jiān)控管理級、過程控制級、現(xiàn)場級。各級既相互獨立又相互聯(lián)系，每一級又可水平分解成若干子集。從功能上看，縱向分散意味著不同級的不同功能，如實時控制、實時過程管理等；而橫向分散則意味著同級設(shè)備具有類似功能。

圖1 集散控制系統(tǒng)組成

1.2 集散控制系統(tǒng)特點

DCS的主要特點是集中管理和分散控制。分散是在相互協(xié)調(diào)基礎(chǔ)下的自治，分散的含義不僅是分散控制，還包含有地域分散、功能分散、危險分散、以及操作分散等含義，分散的最終目的是為了有效提高設(shè)備的可利用率，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

2 電梯集散控制系統(tǒng)方案

電梯集散控制系統(tǒng)作為智能大廈（BAS）系統(tǒng)的一個分站，要求它控制和掃描電梯升降層的信號，并將其傳送到中央控制站；對各部電梯的運行狀態(tài)檢測、故障檢測與報警，其中包括廳門、廂門故障檢測與報警、轎廂上下限超限故障報警以及鋼繩輪超速故障報警等；各部電梯的開/?？刂坪碗娞萑嚎?，當(dāng)任一層用戶呼叫電梯時，能夠使最接近用戶的同方向電梯率先到達(dá)用戶層，以節(jié)省用戶的等待時間；自動檢測電梯運行的繁忙程度以及控制電梯組的開啟/停止的臺數(shù)，以便節(jié)省能源；當(dāng)發(fā)生火警，控制所有的電梯降至首層，并切斷電梯的供電電源；能夠顯示各電梯的運行狀態(tài)；對電梯的運行及故障情況定時進(jìn)行記錄，并向上位管理計算機(jī)（BMS）送出。

2.1 電梯集散控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)對電梯控制系統(tǒng)的要求，電梯集散控制系統(tǒng)必須以計算機(jī)為核心，組成一個智能化的控制系統(tǒng)才能完成所要求的任務(wù)；同時，作為智能建筑的子系統(tǒng)，它還必須與大樓管理計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，以便與智能大廈系統(tǒng)成為有機(jī)整體。因此，電梯集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電梯集散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2.2 電梯集散控制系統(tǒng)的主要硬件選擇

2.2.1 下位機(jī)的選擇

DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場級也稱為下位機(jī)，是控制系統(tǒng)的核心。電梯集散控制系統(tǒng)的下位機(jī)是由可編程序控制器（PLC）構(gòu)成的控制系統(tǒng)，主要包括主控電路、輔助電源、安全回路、層顯回路和輸入/輸出信號調(diào)理電路等模塊。其中PLC是下位機(jī)系統(tǒng)的核心，PLC負(fù)責(zé)采集傳感器信號和操作臺信號，通過收集廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器等信號，并根據(jù)PLC的存儲器中設(shè)計好的控制邏輯進(jìn)行運算，最后根據(jù)PLC的處理結(jié)果，發(fā)出起動、運行、換速、平層、制動停梯等控制信號，為變頻器提供運行方向和速度指令。

在進(jìn)行PLC選型時主要考慮以下幾點：

1）PLC控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)：在電梯控制系統(tǒng)中，PLC的輸入信號主要有呼叫、選層、樓層及方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、安全保護(hù)繼電器、檢修、消防、泊梯、稱重信號；輸出信號主要有樓層及方向指示、開關(guān)門、上行、下行、速度信號等。一般應(yīng)先估算出輸入輸出（I/O）點數(shù)，并留出10%～15%的I/O裕量后選擇相應(yīng)規(guī)模的PLC。

2) PLC的內(nèi)存：在選擇PLC的程序存儲器容量時，要根據(jù)PLC開關(guān)量輸入輸出點數(shù)、模擬量輸入輸出點數(shù)進(jìn)行估算。一般地，可按照經(jīng)驗公式選取?？偞鎯ζ髯?jǐn)?shù)=（開關(guān)量輸入點數(shù)+開關(guān)量輸出點數(shù)）×10+模擬量點數(shù)×150，并要留出25%的裕量。

2.2.2 上位機(jī)的選擇

DCS系統(tǒng)的過程控制級又稱為上位機(jī)，也稱為操作監(jiān)視級。由于電梯控制性質(zhì)決定了電梯集散控制系統(tǒng)要具有高度的安全可靠性，因此系統(tǒng)采用有工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）組成的上位機(jī)系統(tǒng)。

根據(jù)電梯集散控制系統(tǒng)的功能要求，在上位機(jī)IPC中主要運行監(jiān)控程序，因此IPC系統(tǒng)要具有以下功能：

1）實時顯示電梯的運行狀況（自動、司機(jī)、檢修、消防）

2）動態(tài)顯示電梯所在的樓層、電梯的開關(guān)門狀態(tài)

3）報表功能(操作報表、報警數(shù)據(jù)報表)

4）操作功能(遠(yuǎn)程選梯、開梯、鎖梯操作)

5）報警功能(報警時發(fā)出報警信息并將報警信息及時通知維保人員)

6）實時數(shù)據(jù)顯示功能

7）密碼驗證、用戶登陸功能

在具體選擇系統(tǒng)的主機(jī)機(jī)型時，應(yīng)考慮底版是否具有再擴(kuò)展能力、CPU的運算速度、存儲器的大小、顯示器的類型等問題，然后只需根據(jù)監(jiān)控任務(wù)選擇相應(yīng)的硬件批配置，再配以軟件設(shè)計等，即可完成監(jiān)控任務(wù)。

2.2.3 上位機(jī)系統(tǒng)與下位機(jī)系統(tǒng)的通信

在電梯集散控制系統(tǒng)中，上位機(jī)IPC要實時的獲得下位機(jī)PLC系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并且還要將IPC系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)和命令實時的傳送到各個PLC系統(tǒng)中，這就要求IPC與PLC間進(jìn)行通信。在IPC與PLC的控制系統(tǒng)中都提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信接口，因此IPC與PLC的通信采用標(biāo)準(zhǔn)的串行通信進(jìn)行。但是RS232存在傳輸距離較近（一般不超過15M）、抗干擾性能差等缺點，因此在電梯集散控制系統(tǒng)中通常采用RS485串行接口，使得上位機(jī)和下位機(jī)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，其安全通信距離可達(dá)1200m。

另外在電梯集散控制系統(tǒng)中，上位機(jī)IPC要與多臺電梯的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，以獲得每部電梯的運行數(shù)據(jù)，這就要求IPC能夠同時與多部電梯實現(xiàn)通信。一般IPC與多臺PLC之間可采用主從方式進(jìn)行多機(jī)通信，構(gòu)成分布式監(jiān)控系統(tǒng)。

由于在IPC與PLC的系統(tǒng)中，只提供RS232串行通信接口，因此必須采用RS232到RS485接口轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)串行接口的相互轉(zhuǎn)換。具體連接如圖3所示。

因此上位機(jī)系統(tǒng)主要對下位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，上位機(jī)系統(tǒng)要能夠隨時查看電梯的當(dāng)前運行狀態(tài)并進(jìn)行記錄、控制電梯的運行、異常情況進(jìn)行報警顯示和處理。目前利用MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件程序，能夠以較低的成本實現(xiàn)電梯的集中監(jiān)控，滿足電梯監(jiān)控系統(tǒng)的實時要求，特別是能夠?qū)﹄娞菘刂葡到y(tǒng)產(chǎn)生的故障信息及時地傳送到中心控制室，并將報警時現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)采集到報警數(shù)據(jù)庫中，供維修時用來分析故障產(chǎn)生的原因，因此得到了廣泛應(yīng)用。

圖3 IPC和多臺PLC通信連接

3 結(jié)束語

隨著社會生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對電梯的控制還提出了智能化、綠色環(huán)保、網(wǎng)絡(luò)化、信息化等更高的要求。因此，采用電梯集散控制系統(tǒng)利用計算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對建筑群的電梯運行狀態(tài)進(jìn)行集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，必將成為今后電梯控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。

[1]張德良. 集散控制系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.

[2]張慶來. 電梯現(xiàn)代智能控制技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[3]川白焰, 吳鴻, 楊國田. 分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)——基礎(chǔ)、評選、設(shè)計和應(yīng)用[M]. 北京: 中國電力出版社出版, 2001.

[4]http://www.gongkong.net.cn.

An elevator group control system scheme based on the distributed control technology

WANG Yi, GAO Fang

隨著信息技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，基于集散控制技術(shù)的電梯群控系統(tǒng)的開發(fā)也成為樓宇自動化控制技術(shù)研究的熱點。在本文中研究了基于IPC構(gòu)成的上位機(jī)與PLC構(gòu)成的下位機(jī)組成的電梯集散控制系統(tǒng)的組成和特點，構(gòu)建了系統(tǒng)的通信模式，并介紹了上位機(jī)和下位機(jī)系統(tǒng)的主要硬件的選擇原則。

電梯集散控制；上位機(jī)；下位機(jī)

王屹（1964－），女，吉林長春人，副教授，工學(xué)學(xué)士，主要從事電氣自動化技術(shù)專業(yè)的教學(xué)與研究工作。

TP311

B

1009-0134(2011)4(下)-0109-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).31

2010-12-29