基于PLC和模糊控制的电梯智能控制系统研究.pdf

30特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 5 期旋转编码器将马达转速的反馈信号转换为脉冲信号，然后输入变频调速器和 PLC 控制器，当信号相等时，变频调速器就向电动机装置输出扭矩，电动机装置以更准确的扭矩带动电梯，提高电梯的效率；当出现不同的信号时，PLC 控制系统会发出警告，关闭电梯的输出直到故障被解决为止。（5）开关信号输入输出回路开关信号有：减速开关信号、安全环路信号、厅轿门信号等。利用 PLC 控制器，利用内部的编程，将切换信号输入，对输出信号进行有效的控制，将输出信号转化为驱动输出信号，从而对电梯的安全做出正确的判定，假设安全，则正常操作：不安全，停车，实现电梯智能化。2两种技术在电梯智能控制系统中的应用价值（1）模糊控制在电梯智能控制系统中的应用价值扩展的灵活性它可以通过应用范围、容量和功能的扩充，以及与 DCS 或其它主机的通讯，实现功能的扩充和与外部设备的数据交换1。经过应用范围的扩展，能够实现电梯智能控制系统在更多场景中的应用。例如，电梯智能控制系统应该具备与外部设备和系统的良好互操作性，系统支持常见的通信协议和接口标准，借助 CAN 总线、Modbus、Ethernet 等，以便与其他子系统（如楼宇自动化系统）或外部设备（如照明控制器、安全监控系统）进行数据交换和联动。灵活的程序设计大部分的 Fuzzy 程序都是使用类似于真实电路的梯形图，便于广大的电气工程师理解和理解。这种面向生产的、面向用户的程序设计方法，要比一般的计算机程序语言容易得多，因此，“梯形图”被称作“面向蓝领的程序设计语言”，而“模糊控制”则是指“蓝领计算机”2。将整个系统划分为各个独立的功能模块，每个模块负责0引言电梯智能控制工程的开发和运用是借助集成系统、传感器设备等，针对电梯内部环境的数据收集，判断出各种工作方式和空间环境所形成的各种数据资料是否符合实际使用需要，真正反映了智能化、自动化技术所提供的现实应用意义。就具体实施方式而言，电梯设备自动化的实现更多的是采用电子化的方式，以信息技术为驱动，逐渐替代相对应的人工作业，增强电梯设备操作的准确性。1电梯智能控制系统的结构（1）变频器主要通过 PLC 控制程序及旋转编码器检测电梯的位置信号和速度信号，控制曳引机的力矩,实现电梯的变频调速功能。它能非常有效地控制好电梯的运转状况，增强电梯的舒适感，顺畅快慢车的切换。（2）PLC 控制器目前，松下 PLC 控制器、三菱 PLC 控制器、LGPLC控制器等，三菱 PLC 控制器占主导地位。PLC 控制器与变频器进行数据交流，并利用串行通讯设备和变频调速对牵引设备进行有效的控制，是整个控制系统的核心部分。（3）串行通讯装置该系统通过 PLC 控制器与串口通信线路进行通信，避免了传统继电器控制系统中的许多导线等问题，使得系统更加简单实用。在项目的检验和维护中，节省了大量的人力、物力，加速了检验工作的进度。串行通信设备具体包括：内部通信、外部通信、门机通信等。（4）旋转编码器基于 PLC 和模糊控制的电梯智能控制系统研究刘旭摘要尽管电梯在提高城市出行效率方面发挥着十分关键的作用，但是电梯发生意外的问题也经常出现，所以对电梯的工作状况做好监测，根据对失事电梯做出及时处置，对于维护生命财产安全有着十分关键的作用。电梯事故是因为控制器出现问题，或者是人为因素造成，电梯在控制器紊乱的状态下出现制动失效可能造成电梯的意外移位，所以制定一个电梯的防护制度有着很大作用。关键词PLC模糊控制电梯智能控制系统收稿日期：2023-03-1031特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 5 期不同的任务。这样设计可以使得系统的功能和逻辑更加清晰和可维护，并且可以很容易地对某个模块进行扩展或更新，而不会影响到其他模块的功能。使用模块化设计能够尽可能提高代码的复用性和可移植性。提高安全性和便利性它可以通过智能化的控制和监测技术，系统可以实时监测电梯运行状态、故障信息以及环境条件等。一旦发现异常情况，系统能够迅速做出响应，并采取相应的措施，如减速、报警等。这样可以大大降低事故的发生概率，提高乘客的安全感和信任度3。比如，系统可以实现智能调度功能，根据乘客的请求、电梯的负载情况和楼层流量进行智能分配，从而减少等待时间和拥堵情况。一方面，触摸屏技术不断改进，触摸屏的灵敏度和准确性得到了提高，更加满足了用户的操作需求，使用户的操作更加便捷和直观。（2）PLC 技术在电梯智能控制系统中的应用价值 PLC 具有极高的可靠性和安全性PLC 的使用过程非常严谨，采用的是大型集成电路技术，内部电路采用高新的抗干扰技术，所以它的可靠性和安全性都非常高。比如：三菱生产的 F 系列 PLC，其每小时的无故障时间（BTMF）为 30-500,0004。从PLC 的外部线路来看，PLC 的控制系统与同等规模的继电器相比，其电接线和开关点已减少到原有数量基础的百分之一甚至千分之一，因而可以大幅度地减少故障的发生。PLC还在继电器控制系统中应用了大量的继电器、时间继电器、计数器等设备，使控制箱的设计和安装工作大大降低。同时，在硬件上，也采取了一系列的改进措施，以改善系统的可靠性。例如，使用可靠的元素等来保护存储内容。此外，PLC 的硬件还具有自动故障检测的能力，可以在出现故障时及时报警。设计人员在设计软件时，还可以编写外部组件的故障自诊断程序，使得除了 PLC 之外的其他线路和设备都具有自诊断和保护的能力。PLC 具有易操作的特性PLC 有两种工作方式，一是程序输入，二是修改。可以直接显示程序的输出者；改变程式，可以在变更之前，先按要求的位址号码或接点号码来搜寻或依次搜寻。当前，大部分 PLC 仍然采用“梯形图编程”的继电器控制形式。同时兼顾了大部分工厂电气工程师的阅读习惯和程序设计，同时继承了传统的控制电路的清晰、直观，因此很容易理解和掌握5。梯形图与继电器控制电路图在原理上类似，都是利用 PLC 的极小的开关量来完成对继电器的控制。通过短期的培训或者读 PLC 的用户手册，电子工程师们可以迅速地学习如何利用梯形图来编写控制软件。相对于直接使用汇编语言的用户程序，PLC 在进行梯形编程时，需要使用解析器将其转换为汇编语言，再进行编译，这需要花费更多的时间，但是大部分的机电控制装置都能达到控制要求。PLC 具有极强的抗干扰性A 软件方面：PLC 的监测计时器可以用于监测特定的运算机的延时，防止当程式侦错或程式发生错误时，发生程式错误造成的死循环；当 CPU、输入/输出接口、通讯、电池等出现异常情况时，PLC 的自动诊断功能能够及时发现并采取相应的预防措施，避免故障扩大；备用电池在断电时仍然可以使用。B 硬件部分：本系统通过滤波等电路提高 PLC 对电源波动、电噪声、电磁波、振动等的干扰，保证 PLC 在高湿、高湿的工业环境下工作；采用光电隔离技术，可有效地降低外界干扰对PLC的影响；采用导电、导磁材料，对 CPU 等关键元件进行屏蔽，降低了系统的电磁干扰。目前国内大多数城市的中小型电梯均使用 PLC 进行控制，通过 PLC 进行控制，可以减少系统的运行费用，并且 PLC 具有较好的程序设计、可扩充性、配套、功能完善、适用范围广等优点。易于维修，是一种理想的机电一体化控制装置。3PLC 技术在电梯控制系统中的应用控制一部电梯的正常工作需要指令信号、控制信号、召唤信号、楼层信号和火灾信号。这些信号用于水平控制按钮，井道行程开关，电梯控制板和水平火灾报警开关。电梯开关的楼层信号，可以对楼层进行定位，并进行方向控制，同时，还能显示楼层的位置。电梯控制面板上的命令信号和楼层控制按键上的呼叫信号，主要是对命令和呼叫的注册处理，包括开/关、上/下、停站。当火灾报警开关发出火灾控制信号后，该命令和呼叫记录就会被取消，直接控制电梯到一层并打开。在对电梯的操作进行控制的同时，还要进行操作的显示，以及对电机的正反方向的旋转，即完成升降梯的上下移动。（1）信号控制系统在电梯控制系统中，大多数的电梯信号控制都是通过 PLC 软件实现的，随着 PLC 的不断发展和使用，它代替了传统的继电器和机械选层器，使电梯的运行安全性得到了极大的提高，同时也降低了操作中可能出现的故障6。在一个信号控制系统中，只要有程序的操作，就可以实现一切功能。对于电流不同的电梯，例如直流电和交流电，它们之间有一些区别，除了极少数的控制和输入含义和输出功能有差异，其余的都是相同的，因此PLC 控制系统在实际应用中具有很强的普适性。（2）指令程序电梯有乘客操纵、手动检修和驾驶员操纵三种方式。32特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 5 期旅客们只需要点击自己想要去的楼层，然后点击按钮，就可以根据自己的目的地，选择最佳的路线。电梯一停下，就有一层的指示灯亮了起来。人工维修，主要是根据维修任务，对电梯的转速进行调整。而在驾驶座上，所有的按键都是由驾驶员来控制的，当电梯抵达指定的楼层时，指示灯就会亮起来，上面会出现一个数字。此外，采用上下缓进按键，还能对电梯的实际操作进行有效地控制。根据特定的控制模式，也可以对选层选择的命令程序进行编辑。4模糊控制在电梯智能控制系统中的应用模糊控制（FuzzyControl）是目前自动控制器的研发中,较为成熟的应用领域之一。模糊控制是一个建立规范的智能控制模型,由于其无需依靠受控对象准确的模型,因此尤其适用于存在不确定性的重复控制、参数的时变性、多入口/多出口的强耦合特征、严重非线性或过程复杂性的控制中,它具有较高的鲁棒性能，且操作简易。模糊控制器通常由模糊控制器结构,进入、产出接口,机构,受控对象和测试设备等五部分组成。电梯交通系统是一种具有不明确的、不确定性的、多系统、多输入输出的控制系统,系统中包含很多模糊的、不确定性的信号,而这种模糊信号都必须通过模糊集合加以解释。把模糊的推理方法运用到电梯系统,就可以使控制器的功能目标实现最优化的目的。同时,在具有模糊逻辑结构的电梯群控系统中,平均候梯时间缩短了百分之十 百分之二十,超过一分钟的时长候梯率则缩短了百分之二十 百分之三十,效益上显著超过普通电梯的群控系统。（1）模糊推理这是模糊控制理论的核心,它具有模仿人脑的模糊逻辑推理功能。模糊推理的基本步骤都是按照模糊逻辑中的隐含的关系和逻辑推理规律来完成的,一般是根据专业设置的模糊规则在完成模糊推理之后,选择打响当层楼内呼梯信号的最佳电梯轿厢位置。（2）模糊化将输入信息反映到该区域的某个具体位置后,再把其转换为该区域内的某个模糊子集,也就是将信号的准确量转换为模糊量。通过使用模糊逻辑和模糊集合理论，可以将输入数据以模糊的方式进行处理和表示。这种转换可以更好地理解和处理复杂、不确定的技术问题。（3）知识库知识库通常由模糊规则库和数据库组成。它涵盖了在控制器中工作所需要的基本目标和有关知识,其数据库系统中涵盖了各种不同语言变数的隶属参数,模糊空间的划分数,尺度变换因子和等信号;规范库则涵盖了用模糊语言变量设计的各种控制器规范,并凝结了控制器专家们专业的理论知识和宝贵的工作经验。（4）清晰化清晰化的功能,是把通过模糊推理得出的限制量（模糊量）转换为现实的,可作用于被控物质对象的精密物理量。如在监视系统中,对图像分析与处理中采用的模糊技术来判断旅客数量;依据客流密度、出入人次、楼层与客流状况等进行交通模式识别：通过对电梯轿厢底部称重的感应器显示体重,再通过模糊技术判断电梯轿厢内的旅客数量。（5）模糊预测对电梯的运行做出预报。通过对各类模型构建（基本参数和非参数模型）,可以满足电梯控制系统的复杂模式;通过引入滚动技术,在对局部优化的基础上进行了对全局的调整策略。同时,也通过反馈修正,克服了电梯系统干扰的不稳定影响。（6）与人工神经网络相结合组成模糊神经网络人工神经网络系统是模拟大脑控制系统的思维网络。有强大的自认识和逻辑思维,其专家信息的效率低,准确性较好,人工干预很少。其不足之处在于它无法及时处理和表达模糊信息,也不具备可解释性,而且它对数据的需求也较高。而模糊神经网络则是有模糊权系数和输入信息中的模糊量的神经网络系统,而模糊网络相对于普通神经网络系统来说,有着对数据的需求较少、推理信息易于处理、专家信息价值较高的优势,而更棘手的问题是它不能自行创建和改变隶属度函数和模糊规律。5PLC 技术在电梯控制系统中应用的策略（1）提升技术人员的专业化水平要使 PLC 设备更有效地应用于电梯控制，提高其自动化程度和效率，必须加强技术人员的专业素质。首先，必须保证 PLC 设备的安装人员必须具备专业水准，才能进行专业的测试，否则就意味着无法按时完成 PLC 设备的安装，必须由专业技术人员来负责。其次，必须保证专业技术人员达到一定的专业水准，这就要求对技术人员进行定期的培训，提高他们的专业技能，同时也要对他们进行考核，考核的结果会和他们的业绩挂钩，如果他们的表现不符合要求，那么他们的业绩将会被扣除，以此来鼓励他们积极地提高自己的专业技术。（2）制定完善的电梯日常管理制度要使 PLC 设备有效地应用于电梯控制，就必须建立健全的电梯日常管理体系。首先，电梯的管理系统必须做到准确无误，不能让垃圾在电梯里停留太久，因为在电梯里，垃圾会从门缝里掉下来，对电梯的工作造成很大的影响。其次，有必要对电梯的日常管理人员进行系统的安全宣传。另外，还应该在系统中增加日常管理人33特 种 设 备 安 全 技 术2023 年第 5 期员的职责，明确他们的职责，一旦发现问题，就可以按照他们的具体职责进行问责。6结束语综上所述，电梯智能控制系统是将电梯操作方式和智能控制方式相结合，反映了智能控制的服务性和高效度，给业主带来安全保障。因此，在具体产品设计和开发流程上，需要根据现有的应用特点、产品特性等建立比较完善的设计方案，为电梯智能控制工程的发展提供坚实基础。参考文献1 覃仕明.一种电梯智能控制系统的设计与实现 J.中国电梯,2021,32（17）：15-17.2 刘宏达.智能技术在电梯控制系统中的运用研究 J.现代工业经济和信息化,2021,11（04）：121-122.3 韦祖高,王波.智能技术在电梯控制系统中的应用 J.电子制作,2020（Z2）：38-39.4 孙景卫.基于 PLC 和模糊控制的电梯智能控制系统研究 J.制造业自动化,2011,33（20）：38-40+49.5 刘东枭.基于 PLC 和模糊控制的电梯智能控制系统研究 J.科技信息,2010（19）：151-152.6 林金英.基于 PLC 的电梯教学模型控制系统设计 J.2021（2015-3）：45-47.7 刘勇,张恒.一种基于 S7-1200 的六部十层电梯控制系统设计方案 J.天津职业院校联合学报,2020,v.22;No.177（03）：106-111+120.作者刘旭铁岭师范高等专科学校辽宁铁岭邮编112008齿状，如图 5 所示。垂直振动的峰值集中在于 0.30m/s2 0.40m/s2，其中最大峰峰值为 0.869m/s2，A95 峰峰值为 0.518m/s2，均大于按照 GB/T10058-2009电梯技术条件中 3.3.5 条的规定值2。图 3图 4图 53故障的分析该台电梯的曳引机从投入使用至今未维修过，减速器蜗杆轴伸出端渗漏油时因为该处的油封老化失效，失去了密封作用。减速器壳体的材料为灰铸铁，涡轮轴左侧的轴承压紧在减速器壳体的轴承座孔中，轴承的材料为轴承钢，轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限，所以该处附近的黑色金属粉末为减速器上的轴承座孔磨损产生，导致该处的轴承座孔变大，涡轮轴运转时径向跳动变大，涡轮轴带动曳引轮运转，从而导致曳引轮运转时产生较大振动，因此在轿厢内的乘客感觉到明显的上下颠簸感。4结论本文通过分析一起因涡轮蜗杆减速器轴承座孔磨损，导致电梯曳引机产生较大振动的案例，此类故障比较隐蔽不易发现，检验人员应熟悉涡轮蜗杆减速器的结构，若在故障发生的早期发现问题，及时告知使用单位更换失效的零部件，对减轻使用单位的维修成本具有重要的现实意义。参考文献1 毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验M北京：学苑出版社，20012 GB/T10058-2009 电梯技术条件S作者王珍葛琨1陕西省特种设备检验检测研究院 陕西西安邮编7100482陕西大港锦辰实业有限公司 陕西西安邮编710000（上接第 29 页）