基于觸摸屏的樓宇群控電梯系統研究
徐祥杯葉航(浙江萬(wàn)里學(xué)院電子信學(xué)院，浙江寧波315100)
摘要：隨著(zhù)現代建筑水平的不斷提高，高層和超高層建筑將在建筑群中占主導地位。在這些大規模建筑物中，均需裝置多部電梯以滿(mǎn)足人們工作生活的需要。為了提高智能樓字梯群控制系統的綜合自動(dòng)化水平、提高樓宇服務(wù)質(zhì)量，將PLC與觸摸屏開(kāi)發(fā)系統相結合，合理設計樓宇電梯群智能控制監控系統對建筑物內的電梯群進(jìn)行合理管理、調度分配。監控系統能夠使運行人員及時(shí)了解各電梯的運行，有效地提高了電梯的服務(wù)質(zhì)量和運行效率。
關(guān)鍵詞：觸摸屏；樓宇電梯群；智能監控系統
中圖分類(lèi)號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1672—6847(20LO)04—0033—02
【作者簡(jiǎn)介】徐祥杯(1988一)，男，浙江臺州人，浙江萬(wàn)里學(xué)院電子信息學(xué)院本科生。研究方向：電子信息工程。葉航(1988一)，男，浙江溫州人。浙江萬(wàn)里學(xué)院電子信息學(xué)院本科生，研究方向：電子信息工程。
電梯是輸送人員或貨物上樓和下樓的一個(gè)快捷而方便的人性化設備。電梯控制系統是一個(gè)集機電為一體的綜合復雜系統，涉及機械、電氣和自控等工程領(lǐng)域。隨著(zhù)智能建筑規模的不斷擴大，同一建筑物內部需要安裝多部電梯才能滿(mǎn)足人們的基本要求。如何利用先進(jìn)的電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)相互結合，合理設計樓宇電梯群控制系統，對現代化智能建筑物內的電梯群進(jìn)行合理管理、綜合調度，以提高樓字內電梯運行效率及人性化服務(wù)質(zhì)量，具有相當重要的實(shí)際意義。
智能電梯控制系統已由智能微機綜合控制取代傳統的繼電器控制方式，PLC由于編程簡(jiǎn)單、語(yǔ)言通俗、維護方便、K抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)備受工業(yè)控制人員的重視。在電梯行業(yè)PLC被廣泛地應用于智能電梯控制系統的開(kāi)發(fā)。在電梯工程控制領(lǐng)域，為了提高電梯的人性化服務(wù)質(zhì)量，利用工業(yè)觸摸屏與PLC結合，完成整個(gè)電梯系統各設備運行數據顯示和參數設置，以動(dòng)畫(huà)的形式通過(guò)仿真軟件對電梯系統實(shí)際運行動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬仿真，使運行管理人員能夠了解整個(gè)系統的運行過(guò)程。
一、樓宇群控電梯智能化監控系統硬件設計
(一)硬件系統的總體框圖設計
為實(shí)現樓宇電梯群智能監控系統功能，將整個(gè)樓宇電梯群監控系統分為三層：?jiǎn)卧娞輨?dòng)力層、單元電梯控制層、電梯群監控層。電梯的總特設計框圖如圖1所示：
圖1 電梯群智能監控統模型構成
單元電梯動(dòng)力層中包括l一3號電梯、3臺供電梯變頻控制調節的變頻器。單元電梯控制層由三菱公司出品的FX2n系列的PLC，每個(gè)PIE控制一個(gè)單元電梯。電梯群監控層由一臺三菱公司出品的Q系列的PLC組成。
(二)上位機及下住機
1．上位機。作為樓宇電梯群監控系統的軟件運行分析的核心主體，用以實(shí)現對整個(gè)樓宇電梯群的管理、調度和分配。上位機用PLC主要完成對下位機控制數據的審核判斷，下位機數據通過(guò)CC—Link網(wǎng)絡(luò )結構傳送給上位機，對電梯門(mén)廳召喚命令信號集進(jìn)行分析、調度。
2．下位機。作為單元電梯直接控制的主題，也是整個(gè)系統組態(tài)監控軟件運行的載體，將單元電梯正常運行工況下所采集到的參數變量進(jìn)行接收、分析。
(三)主要硬件的選擇
1．FX2N型PLC。FX2N型PIE是三菱公司自我生產(chǎn)研究的小型PLC，屬于單元式PLC。FX2N型PIE種PLC的控制處理核心CPU模塊、輸入輸出I／O端子模塊等均裝在同一機殼內，設備內部結構緊湊、布置整齊清晰。FX2N型PLC由基本單元和擴展單元兩大部分組成?；締卧瓿上到y的基本功能并可以通過(guò)連接外圍擴展單元模塊，用于控制系統擴展I／O和模擬信號的輸入輸出等功能。
2．Q型PLC。Q型PLC是三菱公司自我生產(chǎn)研究的大／中型PLC，它屬于模塊式PIE。即PLC的各個(gè)部件都是由對應的模塊組成，是相對獨立的。PIE內部CPU、電源、I／O等均采用模塊化設計，利用外部機架或接線(xiàn)電纜將各單元模塊相互連接起來(lái)，便于用戶(hù)根據實(shí)際需求合理選擇模塊進(jìn)行靈活配置。
3．變頻器。把電網(wǎng)工頻電源50Hz變換成各種頻率的交流電源，作為電機動(dòng)力源，實(shí)現電梯電機的變速運行。本次設計中采用富士F、rR0．75E11S一4小型變頻器。
4．觸摸屏。在電梯工程監控領(lǐng)域，工業(yè)觸摸屏通常與PLC相互配套使用，有效地替代了傳統電梯繼電控制系統所需的控制面板和按鈕操控柜，是一種智能可視化操作的綜合數據顯示系統。觸摸屏電梯控制系統可以完成對整個(gè)樓宇電梯去的數據進(jìn)行顯示，通過(guò)顯示器上的界面，可以完成對整個(gè)系統的參數設置、并通過(guò)對應的控制命令，完成對電梯的遠程控制。結合相應的仿真組態(tài)軟件，通過(guò)編寫(xiě)相應的程序，以動(dòng)畫(huà)的方式動(dòng)態(tài)對樓宇電梯實(shí)際運行狀態(tài)進(jìn)行模擬動(dòng)態(tài)仿真，便于管理人員實(shí)時(shí)了解電梯工作狀態(tài)，能夠及時(shí)對故障電梯進(jìn)行分析判斷和事故處理。利用PLC與工業(yè)觸摸屏相結合，使PIE能夠完成具有圖形化、可視化等工作界面的獨立操作系統，簡(jiǎn)化傳統控制系統控制臺上按鈕、儀器儀表、接線(xiàn)盤(pán)等的設備。
本次設計采用GTl595型觸摸屏，它屬于三菱GTl000系列產(chǎn)品。在人機界面的設計中采用三菱公司的GT Designer2軟件完成整個(gè)系統的人機界面設計。
二、電梯群控制算法
(一)分區調度方法
分區域調度即采用化整為零的思路，對整個(gè)建筑大樓按樓層或單元進(jìn)行劃分，將不同樓層劃分為若干小單元，此小單元間又相互聯(lián)系，彼此間又相互約束。通過(guò)對每個(gè)小單元獨立設立為一個(gè)小系統，然后在小系統范圍內進(jìn)行模型設立，并通過(guò)優(yōu)化計算得到最優(yōu)協(xié)調系統模型后，將各小模型相互聯(lián)系建立整體優(yōu)化控制模型。
(二)優(yōu)化控制
在樓字電梯群智能監控系統中，作為下位機的電梯群在實(shí)際運行過(guò)程中受到電梯總臺數的限制，不可能隨時(shí)響應每一個(gè)門(mén)廳的呼梯信號，必須有一個(gè)核心控制中心，合理分配樓層的呼梯信號。優(yōu)化控制實(shí)際上就是一個(gè)為滿(mǎn)足給定條件的多目標最優(yōu)規劃問(wèn)題。大多數科學(xué)家都是采用先進(jìn)的計算機技術(shù)，利用所有可能的呼叫數據與可能的響應一一映射，構筑成一個(gè)系統最優(yōu)分配模型，便于在下一個(gè)呼叫來(lái)臨之前求得
最優(yōu)樓梯分配，完成整個(gè)電梯系統的合理分配。
(三)專(zhuān)家系統
即利用專(zhuān)家系統與模糊規則相結合，根據當前建筑物內的客流方向和密度的已知數據，利用專(zhuān)家系統強大的模糊推理功能，結合模糊控制系統確定當前的建筑物內交通模式，從而根據實(shí)際的參數確定下一步應采用的調度措施。本系統中，采用每臺FX2n型PLC作為下機獨立控制一臺電梯的運行。Q系列PLC作為上位機接受單元電梯FX2n傳送的所有門(mén)廳呼梯請求信號，按照多目標規劃電梯群控算法，決定由哪臺電梯響應此請求信號。而每臺獨立電梯轎廂內乘客的呼梯信號則由自身的FX21q型PLC獨自完成。
三、樓字群控電梯智能化監控系統軟件設計
(一)Q型PLC軟件設計
在Q型PLC是整個(gè)系統的上位機，通過(guò)設置定時(shí)掃描程序，從監控系統開(kāi)始運行的每一個(gè)固定時(shí)間內對整個(gè)電梯群的運行情況進(jìn)行掃描，包括整個(gè)監控系統的網(wǎng)絡(luò )通信是否正常、各單元電梯的運行工況是否正常等。當出現某一端子在掃描過(guò)程中，出現信號中斷或電梯故障信號時(shí)，監控系統就會(huì )將該電梯剔除出本系統，不讓其繼續參加電梯的控制，而將對應的門(mén)廳召喚任務(wù)分配給其他同類(lèi)運行正常的電梯，并通過(guò)各類(lèi)標識提示乘客換梯，并采用閉鎖方式，此時(shí)電梯處于檢修停機狀態(tài)。
(二)FX2n型PLC軟件設計
單元下位機FX2n型PLC的軟件具有電梯運行數據通信、單元電梯邏輯控制和電梯系統故障自我檢測診斷等功能。根據樓字電梯工作的實(shí)際特性，單臺電梯具有三種運行工況：上行工況、下行工況和空閑工況。當整個(gè)樓字電梯監控系統工作后，首先調用單元電梯進(jìn)行初始化子程序運行，將電梯轎廂停到一樓并通過(guò)微機自動(dòng)設置各電梯的相關(guān)參數初始值。再完成初始化處理后，單元電梯就進(jìn)入空閑運行工況。當整個(gè)電梯群均處于空閑工況時(shí)，監控系統就會(huì )不斷進(jìn)行掃描，查詢(xún)樓層中是否有門(mén)廳召喚按鍵和轎廂內目標行程按鍵。當單元電梯接收到本地門(mén)廳的呼梯任務(wù)時(shí)，則先判斷本梯轎廂是否停門(mén)廳召喚乘客對應的樓屢，如果是則直接打開(kāi)轎廂門(mén)。如果不是，則會(huì )將此信號返回上位機，由上位機統一進(jìn)行調度。當單元電梯將進(jìn)入上行工況或下行工況時(shí)，通過(guò)內部程序分析計算出上行最近目標或下行最近目標的樓層，由電梯變頻器驅動(dòng)對應電機的控制按照預測的速度驅動(dòng)電梯朝目標方向運動(dòng)。
四、人機界面
由于智能建筑水平的不斷提高，小區也為了提高自己服務(wù)水平，使得乘客能夠清晰明了地使用電梯，同時(shí)為了便于電梯管理人員及時(shí)了解整個(gè)電梯群的運行情況。采用三菱公司的GT Designer2軟件設計了一個(gè)基于觸摸屏GTl595的樓宇電梯群智能監控系統人機界面。人機界面主要由三大部分組成：主界面、故障詳情界面和參數設置界面。
(一)主界面
主界面屬于整個(gè)樓字電梯群監控系統的基本畫(huà)面，它用來(lái)顯示各單元電梯的整體運行工況，模擬動(dòng)畫(huà)效果形象地描繪出各電梯上升和下降，同時(shí)可以對電梯進(jìn)行各類(lèi)處理，如電梯初始化設置、運行電梯、顯示電梯故障等功能。當電梯出現特殊緊急情況下，運行管理人員可以通過(guò)主畫(huà)面的“急停”按鈕操作電梯，使電梯安全的停下，防止事故的繼續擴大。
(二)故障詳情界面
樓字電梯群監控系統故障詳情界面屬于主界面的子界面，可以通過(guò)實(shí)際的數據顯示出故障電梯故障點(diǎn)的位置，故障類(lèi)型。當掃描過(guò)程中發(fā)現某臺電梯端子出現故障時(shí)，電梯監控系統就會(huì )自動(dòng)檢測判斷處故障類(lèi)型及對應的參數值，便于相關(guān)檢修維護人員進(jìn)行對應的電梯維修保護。從而縮短了電梯的檢修時(shí)間，有利于電梯的運行可靠性。
(三)參數設置窗口
參數設置窗口主要用來(lái)設置電梯三種調度模式下的時(shí)間段和樓字電梯群控算法中各目標參量的權值和閥值，初始化單元電梯的原始數據，并將單元電梯驅動(dòng)到底層，便于上位機系統進(jìn)行調度。
五、結束語(yǔ)
電梯群智能監控系統是現代高層大規模建筑群中必不缺少的核心組成部分之一，它的好與壞直接體現了物業(yè)管理水平，決定了整個(gè)建筑的電梯的輸送能力的大小。本文詳細介紹了基于多目標規劃算法的，觸摸屏與PLC結合的電梯群智能監控系統設計與應用。在程序設計過(guò)程中，添加了監控系統故障的智能自我檢測診斷功能，提高了電梯運行的可靠和安全性，并借助成熟的工業(yè)觸摸屏技術(shù)，合理利用GT De—signer2設計軟件，開(kāi)發(fā)出基于GTl595型觸摸屏的人機界面，代替了傳統的按鈕和儀器儀表等笨重設備，極大方便了運行管理人員適時(shí)監控整個(gè)樓宇電梯群系統，使之能實(shí)時(shí)了解電梯系統的運行狀況及故障信息。利用PLC與觸摸屏相結合組成的樓字電梯群智能監控系統具有明顯開(kāi)發(fā)周期短、設備維護簡(jiǎn)單清晰、運行安全可靠性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合現代樓字電梯群智能監控方面的應用。
參考文獻：
[1]全國電梯標準化技術(shù)委員會(huì )．GB7558—2003．電梯制造與安裝安全規范[S]．中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局，2004．
[2]顧鑫，康紅，張廠(chǎng)健，等．電梯制造與安裝安全規范GB7558--2003[S]．北京：中華人民共和國國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局．2003．
[3]張東明，文友先，PLC的發(fā)展歷程及其在生產(chǎn)中的應用[J]，現代農業(yè)裝備，2007，(9)：60—64．
[4]陳在平．可編程控制器技術(shù)與應用系統設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社．2002．
【5]王子文，駱建華．電梯PLC控制策略及其程序設計[J]．起重運輸機械，2006，(7)：14—17．
[6]刑航，陳安．嵌入式系統在智能電梯中的應用[J]．電氣時(shí)代，2006，(2)：46—49．
