吳淑娟

（閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與制造學(xué)院，福建 龍巖 364000）

隨著當(dāng)前城市化的發(fā)展，電梯專(zhuān)業(yè)人才日益緊缺，而作為擔(dān)負(fù)培養(yǎng)電梯行業(yè)技術(shù)技能型人才的高職院校，普遍存在電梯實(shí)訓(xùn)室建設(shè)不夠完善，已有設(shè)備單一，與工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接不夠的問(wèn)題；另外隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的日益成熟，在電梯日常運(yùn)行管理中，開(kāi)始引入可視化的人機(jī)交互動(dòng)態(tài)管理，以實(shí)現(xiàn)便捷的電梯運(yùn)行管理[1]。為了使學(xué)生熟練掌握電梯群控的控制方法以及電梯系統(tǒng)管理的可視化設(shè)計(jì)，從降低成本角度出發(fā)，本文利用實(shí)驗(yàn)室已有的兩臺(tái)4 層仿真電梯為研究對(duì)象，配以動(dòng)畫(huà)效果強(qiáng)，編程方便的MCGS 觸摸屏作為上位機(jī)，通過(guò)PLC 編程和HIM 工程設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)一套既能實(shí)現(xiàn)單臺(tái)電梯運(yùn)行控制又能實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電梯并聯(lián)群控控制同時(shí)具有可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控的電梯控制系統(tǒng)。

1 實(shí)驗(yàn)室仿真電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是為了對(duì)接電梯工程現(xiàn)場(chǎng)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室利用已有的仿真電梯實(shí)訓(xùn)設(shè)備學(xué)習(xí)電梯系統(tǒng)的運(yùn)行與控制，熟悉與工程現(xiàn)場(chǎng)一致的工況，掌握電梯運(yùn)行控制的方法。以?xún)膳_(tái)4 層仿真電梯實(shí)訓(xùn)設(shè)備為對(duì)象，利用PLC 與MCGS 觸摸屏人機(jī)界面，學(xué)習(xí)電梯運(yùn)行與控制,使學(xué)生能夠直觀(guān)掌握控制效果并進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)功能：①單梯控制模式下，兩臺(tái)電梯可單獨(dú)運(yùn)行，互不影響。每臺(tái)電梯應(yīng)能正確響應(yīng)任意樓層內(nèi)選、外呼信號(hào)；能準(zhǔn)確平層停車(chē)；能自動(dòng)或手動(dòng)開(kāi)、關(guān)門(mén)；能根據(jù)預(yù)定的響應(yīng)邏輯運(yùn)行。②并聯(lián)群控模式下，兩臺(tái)電梯可按設(shè)定好的群控調(diào)度規(guī)則對(duì)外呼信號(hào)實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度管理。③利用上位機(jī)觸摸屏設(shè)置多畫(huà)面人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 單臺(tái)電梯的運(yùn)行控制

2.1 電梯控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室仿真電梯，按照實(shí)際電梯縮小比例設(shè)計(jì)，包含電梯全部要素。電梯的控制器采用三菱FX3U－64MR/ES PLC，以MCGS 的TPC7062K 觸摸屏為上位機(jī)。

單臺(tái)電梯的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)中PLC 接收樓層內(nèi)外呼信號(hào)、井道傳感器信號(hào)、電梯安全防護(hù)信號(hào)、曳引機(jī)編碼器反饋計(jì)數(shù)脈沖等外部信號(hào)；PLC 程序處理后驅(qū)動(dòng)變頻器控制曳引機(jī)正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行和啟、?？刂?，從而實(shí)現(xiàn)電梯轎廂的上行、下行以及電梯的自動(dòng)平層控制。在自動(dòng)或手動(dòng)方式下PLC 向電梯轎廂門(mén)機(jī)發(fā)出相關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)轎廂開(kāi)、關(guān)門(mén)控制；PLC 通過(guò)七段數(shù)碼管和相關(guān)的發(fā)光二極管實(shí)時(shí)顯示電梯轎廂所在的樓層、呼叫響應(yīng)以及電梯運(yùn)行方向等信息；上位機(jī)MCGS 觸摸屏通過(guò)RS485 通信接口與PLC 進(jìn)行互訪(fǎng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控[2]。

圖1 單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 單臺(tái)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）電梯舒適度設(shè)計(jì)

電梯運(yùn)行過(guò)程中轎廂的振動(dòng)性、運(yùn)行的平穩(wěn)性以及電梯啟、停過(guò)程中的加、減速度等因素均會(huì)影響電梯的舒適度。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)PLC 編程和對(duì)變頻器的高、低速運(yùn)行頻率以及變頻器啟、停的加、減速時(shí)間以及緩和機(jī)械共振引起的振動(dòng)等參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)變頻器的速度切換、平穩(wěn)停車(chē)、準(zhǔn)確平層、減少機(jī)械振動(dòng)，從而達(dá)到電梯運(yùn)行舒適的效果。

（2）電梯基本功能設(shè)計(jì)

電梯基本功能就是在安全回路和門(mén)鎖回路正常的情況下能夠正常響應(yīng)樓層內(nèi)外呼信號(hào)、轎廂到達(dá)響應(yīng)樓層后能夠自動(dòng)平層、能夠自動(dòng)或手動(dòng)開(kāi)、關(guān)門(mén)。電梯運(yùn)行的邏輯必須滿(mǎn)足“先按定向，同向響應(yīng)，順向截梯，最遠(yuǎn)端反向截梯”原則[3]。各功能控制程序流程圖如圖2 至圖5 所示。

圖2 電梯呼叫響應(yīng)程序流程圖

圖3 電梯平層控制程序流程圖

圖4 電梯開(kāi)關(guān)門(mén)控制程序流程圖

圖5 順向截梯，最遠(yuǎn)端反向截梯程序流程圖

3 電梯并聯(lián)群控控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 并聯(lián)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的群控電梯由上述兩臺(tái)由PLC 控制的4 層仿真電梯組成，兩臺(tái)PLC 之間通過(guò)RS485 通信接口組成主、從網(wǎng)絡(luò)，利用編程軟件分配主、從站，并進(jìn)行互訪(fǎng)和數(shù)據(jù)共享。實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電梯的樓層呼叫、轎廂位置以及響應(yīng)順序等信息的共享，從而達(dá)到并聯(lián)群控的統(tǒng)一調(diào)度[4]。以?xún)膳_(tái)PLC 的通信為基礎(chǔ)，觸摸屏以多畫(huà)面的形式統(tǒng)一展示兩臺(tái)并聯(lián)電梯群控系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面。

3.2 電梯群控控制系統(tǒng)的PLC 程序設(shè)計(jì)

電梯群控控制中，每臺(tái)電梯的內(nèi)呼信號(hào)管理仍然與單臺(tái)電梯的控制管理一致，但對(duì)兩臺(tái)電梯的外呼信號(hào)要實(shí)行統(tǒng)一管理。群控控制研究的目的主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)外呼響應(yīng)的統(tǒng)一調(diào)度管理。電梯群控調(diào)度規(guī)則應(yīng)滿(mǎn)足：路程最短、時(shí)間最短和任務(wù)均分原則[5]。

3.2.1.電梯群控調(diào)度規(guī)則

根據(jù)通信參數(shù)設(shè)定將兩臺(tái)電梯分成主梯和副梯，每臺(tái)電梯的有待召和運(yùn)行兩種工作狀態(tài)。在外呼請(qǐng)求時(shí)，兩臺(tái)電梯群控調(diào)度規(guī)則如表1 所示。

表1 電梯群控調(diào)度規(guī)則

3.2.2 電梯群控程序

群控程序設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)外呼信號(hào)的響應(yīng)情況分為主梯響應(yīng)和副梯響應(yīng)兩種情況，根據(jù)預(yù)定的調(diào)度規(guī)則，設(shè)計(jì)群控調(diào)度程序。本系統(tǒng)2 臺(tái)三菱FX3UPLC 之間通過(guò)RS485 通信連接，采用N：N通信，進(jìn)行軟元件相互鏈接的功能[6]。N：N 通信共有3 種鏈接模式，本系統(tǒng)采用模式2。電梯群控設(shè)計(jì)時(shí)，將群控調(diào)度程序?qū)懭胫髡綪LC，主站PLC 通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)從站PLC 的鏈接位元件和鏈接字元件，獲取副梯運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)樓層位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外呼信號(hào)響應(yīng)的統(tǒng)一調(diào)度管理。根據(jù)預(yù)定的調(diào)度規(guī)則設(shè)計(jì)的群控調(diào)度流程圖如圖6 所示。

圖6 群控調(diào)度流程圖

群控調(diào)度流程圖中“沿途順帶”的條件是指：電梯上行時(shí)，外呼所在樓層比轎廂所在樓層高，且電梯最遠(yuǎn)響應(yīng)樓層高于外呼所在樓層；電梯下行時(shí)，外呼所在樓層比轎廂所在樓層低，且電梯最遠(yuǎn)響應(yīng)樓層低于外呼所在樓層。

群控調(diào)度流程圖中涉及的概念及相關(guān)計(jì)算如下（注：以下“電梯轎廂”指電梯轎廂所在樓層，“外呼”指外呼所在樓層，“最遠(yuǎn)響應(yīng)”指電梯當(dāng)前方向最遠(yuǎn)響應(yīng)樓層）：

（1）“副梯距離更近”指的是副梯轎廂與外呼之間的距離小于主梯轎廂與外呼之間的距離。相關(guān)計(jì)算公式為：電梯轎廂與外呼距離＝電梯轎廂－外呼。

（2）“副梯反向更離更近”指的是當(dāng)外呼響應(yīng)方向與主、副轎廂當(dāng)前運(yùn)行方向相反時(shí)，副梯轎廂與外呼之間的反向距離小于主梯轎廂與外呼之間的反向距離。相關(guān)計(jì)算公式為：電梯轎廂與外呼的反向距離＝電梯最遠(yuǎn)響應(yīng)與外呼之間的距離+電梯轎廂與電梯最遠(yuǎn)響應(yīng)之間的距離。

3.2.3 基于MCGS 的上位機(jī)HIM 工程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用MCGS 的TPC7062K 觸摸屏與PLC同步，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)運(yùn)行，觸摸屏系統(tǒng)一方面要能真實(shí)顯示出電梯運(yùn)行過(guò)程中的各種信息以實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視，另一方面要能夠方便在觸摸屏上進(jìn)行相關(guān)操作以實(shí)現(xiàn)電梯系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。為此在觸摸屏上制作2 個(gè)監(jiān)控界面。

界面一中顯示兩臺(tái)電梯的運(yùn)行過(guò)程監(jiān)視畫(huà)面。包括兩臺(tái)電梯的轎廂、對(duì)重、鋼絲繩的運(yùn)行軌跡以及轎廂開(kāi)、關(guān)門(mén)畫(huà)面；兩臺(tái)電梯的轎廂位置、運(yùn)行方向、呼叫響應(yīng)指示等信息；兩臺(tái)電梯當(dāng)前轎廂的實(shí)時(shí)高度、變頻器運(yùn)行頻率等參數(shù),界面一中設(shè)置有進(jìn)入界面二的按鈕。界面二中設(shè)置對(duì)兩臺(tái)電梯的各種遠(yuǎn)程操作控制，包括電梯群控模式選擇、主、副梯的測(cè)試運(yùn)行模式選擇、司機(jī)運(yùn)行模式選擇、緊急救援模式選擇、夜間防盜模式選擇以及群控運(yùn)行和單梯運(yùn)行的切換選擇等。界面二中設(shè)有進(jìn)入界面一的按鈕。

HIM 工程設(shè)計(jì)中對(duì)各種操作模式選擇和顯示信息的地址都進(jìn)行了固定定義，并同步進(jìn)行了轎廂、對(duì)重、鋼絲繩及轎廂門(mén)開(kāi)、關(guān)的運(yùn)行軌跡動(dòng)畫(huà)腳本編寫(xiě)、文字可見(jiàn)度動(dòng)畫(huà)設(shè)置，并在PLC 中增加相關(guān)的程序以使HIM 功能得以實(shí)現(xiàn)。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試和程序優(yōu)化，使其功能不斷完善，取得較好的控制效果，并以此系統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，2017 年、2018 年、2019 年三次代表福建省參加全國(guó)職業(yè)院校技能大賽 “智能電梯裝調(diào)與維護(hù)”賽項(xiàng)，分別獲得全國(guó)二等獎(jiǎng)、全國(guó)一等獎(jiǎng)、全國(guó)二等獎(jiǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

依托兩臺(tái)4 層仿真電梯實(shí)訓(xùn)設(shè)備，對(duì)電梯控制系統(tǒng)的PLC 編程和HIM 工程設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為深入的研究，具有較好的參考價(jià)值。學(xué)生可以在充分學(xué)會(huì)基本的PLC 控制指令的基礎(chǔ)上，利用該平臺(tái)進(jìn)行電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，其人機(jī)交互能力強(qiáng)，動(dòng)畫(huà)豐富，成本低廉，適合目前高職院校電梯及相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展電梯與PLC 控制的綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。