六部十层电梯群控系统的工业化运用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：王振（2003），男，汉族，河南鹤壁人，本科学历，研究方向为测控技术与仪器与仪器。-25-六部十层电梯群控系统的工业化运用 王 振 徐 诺 孙江龙 崔传金（通讯作者）华北理工大学，河北 唐山 063210 摘要：摘要：随着电梯的使用日益走进人们的日常生活，电梯已经成为人们生活不可或缺的一环，人们在电梯使用的同时也出现了许多问题。在公司晚高峰时期，电梯使用率极大上升，但是电梯的效率低下，乘客侯梯时间长，能源消耗大。针对这一问题，本文提出了一种以 S7-1200 为主控制器，博图 TIA portal V18 为编程环境，elevator simulation 电梯仿真软件的六部十层电梯模型为控制对象进行设计的电梯系统，改善了电梯在晚高峰时期乘客侯梯时间长与能源消耗高的问题。关键词：关键词：六部十层；电梯；群控算法；S7-1200 中图分类号：中图分类号：TU857 0 引言 近年来，在科技和工业化日益发展的情况下，我国的城市化建设正在快速推进，城市化的加快，使得全国市区楼房林立，这也促进了电梯行业的发展，同时，近年来我国正在进行老旧社区的改造，六层及以上的老旧社区需加装电梯，据统计我国老旧社区需加装电梯近 2 万部，这一原因使得电梯的需求增加，需求的增加要更注意电梯的安全隐患问题以及提高性能问题，以满足人们的需要，出于安全性及能耗的考虑，对现在电梯控制系统的要求愈加增高。目前，大多数的电梯主要是用 PLC 作为系统的控制器，得益于其控制的准确性、可靠性，使用 PLC 做主控器，可以完成信号的采集和信号的传送，工程师也可通过上位机将程序下载进 PLC 中，也可通过 HMI界面观察电梯运行的情况。郭子昂1和陈梦雪2提出了一种基于西门子 PLC S7-1200 设计了一种乘客最短候梯时间的电梯群控算法，降低了乘客的乘梯时间，其主要以乘梯时间最短为前提做出的设计。而本文提出了一种基于最短距离接送乘客的六部十层电梯的群控算法，改善了晚高峰时，消耗能源尽可能少的前提下，来缩短乘客的侯梯时间。1 电梯的结构特点 本设计的电梯模型为六部十层，每个电梯的结构都包括轿厢、限位开关、上下平层传感器、上下行接触器等，六部电梯共用一套外呼按钮，每部电梯有独自的内呼按钮、开关门按键以及轿厢楼层指示灯、风扇指示灯、照明指示灯等。3 其中电梯的限位开关分为第一限位和第二限位开关，在电梯最上端和最低部都有第一限位和第二限位开关，限位开关的存在是为了电梯在进行初始化的过程中，是电梯什么时候进行转向操作和楼层计算操作的依据，此外限位开关也可以在电梯运行中保护电梯发生冲顶问题。上下平层传感器的存在是为了让电梯在上行或下行的过程中能够判断其所处位置，使电梯进行合理的启动和停止。4 六部电梯共用一套外呼按钮，使电梯能够高效的运行，如果每部电梯都装有外呼按钮，可能会有素质较低的人在同一层呼叫所有电梯，造成资源的浪费，因此多部电梯共用一套外呼设备更适应现实生活中的需求，但是共用一套外呼按钮就需要设计出一套合理且高效的多部电梯控制系统来保证电梯的正常运行。在本设计的电梯模型里，电梯进行上行操作的前提是电梯关门到位信号为 1，保证了电梯门的关闭，能够更好的保护乘客安全，在满足此前提的情况下，将电机启动，使上行接触器置 1，低速或高速其中一个信号置 1，电梯可正常的进行向上运行操作，电梯的下行操作也同理（电梯上行接触器、下行接触器和电梯的低速、高速是都是互斥的变量）。2 单部电梯的控制方案 2.1 单部电梯的初始化设计 本设计采用梯形图语言编写各段的程序，并且初中国科技期刊数据库 工业 A-26-始化赋值模块是在博图软件 FC 块里进行编写，通过在此 FC 块里对初始化的方向、电梯载重量的最大值、初始化的楼层数以及自己设置的辅助电梯运行变量进行赋值操作，保证电梯能正常运行的各个变量的初始值正确，保证系统的可行性。如果需要对电梯初始化运行的方向和初始楼层数以及电梯载重量的更改，只需在此 FC 块修改相对应的变量的初始值即可。当接收到自动运行信号为电平 1时，电梯会延时一秒钟，（防止接收的信号为错误信号）一秒后自动运行信号电平仍为 1，电梯进行初始化操作，此后自动运行信号电平为 0 也不会中断电梯初始化的运行。将电梯的电机、上下行接触器、高/低速等所有有关运行及显示的信号置 0，避免这些信号影响初始化的运行进程，然后再进行初始化变量块的赋值来确定初始化采用的运行方式，赋值完毕后则开始进行初始化的运行。以电梯向上初始化为例，初始化赋值结束后，初始化完成信号为 0 并且无检修信号，将电机、上行接触器置 1，并将速度设为低速（初始化过程全程低速），防止撞限位速度过快，不能接收到转向信号，导致电梯发生冲顶现象，也保证初始化过程中的稳定，此时电梯向上运行，当触碰到第一限位并接受到第一限位为电平 1 的信号，电梯开始转向，将上行接触器置 0，下行接触器置 1，此时开始计算电梯当前楼层数，达到指定初始化楼层，返回初始化完成信号，将电梯准备就绪信号置 1，初始化过程完成。电梯初始化流程图如图 1 所示。图 1 电梯初始化流程图 2.2 单部电梯的上下行设计 2.2.1 单部电梯的目标楼层及运行方向的判定 电梯的接收的呼叫信号分为外呼信号和电梯轿厢内的内呼信号，本设计将电梯的运行状态分为上行状态和下行状态，在本设计中，除开关门模块以外所有的模块都会应用到电梯运行状态。在目标楼层的判定中，以楼层上行状态为例，电梯的运行状态为上行状态时，1 层的向上外呼信号与轿厢内 1 层的内呼信号是等价的，当其中任意的一个信号为 1，则 1 层是电梯的上行状态下目标楼层之一，其余楼层是否为目标楼层也以此判断。下行状态下的目标楼层也与之相同。电梯的接人设计是以最短距离顺梯接人，因此是根据当前楼层数与电梯上行状态（电梯下行状态）的目标楼层的最大值和最小值以及电梯上行状态（电梯下行状态）的外呼信号的最大值最小值进行比较来判断电梯的上下行和运行状态。以电梯的上行状态为例，当前楼层数小于上行状态目标楼层数的最小值或介于上行状态目标楼层数最小值和最大值之间，电梯上行标志置 1。如果当前楼层数大于上行状态目标楼层数最大值，且上行状态外呼信号最大值大于当前楼层数，电梯上行标志置 1，若上行状态目标楼层数最大值仍然小于电梯当前楼层，电梯到达上行状态外呼最大值楼层时，电梯的运行状态改变为下行状态。电梯目标楼层及运行方向的判定流程图如图二所示。图 2 电梯目标楼层及运行方向的判定流程图 中国科技期刊数据库 工业 A-27-2.2.2 单部电梯的运行的设置 电梯的运行是根据目标楼层的判定模块所传递的变量来控制电梯的上行或下行。当接收到电梯上行标志信号为 1，并且关门到位信号为 1，此时电梯上行，电梯下行过程同理。当电梯向目标楼层运行，并且电梯所在楼层数等于目标楼层数，此时电梯会进行制动操作。本设计通过判断电梯的当前楼层数是否与目标楼层相等和电梯的上下平层信号的情况判断是否进行制动。电梯的当前楼层数与目标楼层数相等时，上平层信号为 1，制动信号置 1，进行制动操作，若下平层信号此时为 0，则根据时间依次进行三级制动，否则直接进行第三级制动。制动结束后返回电梯停止标志。电梯运行流程图如图 3 所示。2.3 单部电梯的开关门逻辑设计 电梯的开关门以运行模块返回的停止标志变量为前提，在接收到停止标志时，开关门模块开始运行。电梯到达目标楼层后，电梯是否进行开门和关门，是通过开门标志和关门标志两个变量的值来决定，开门标志为 1，则关门标志为 0，两个变量为互斥关系。只有当开门标志为 1，开门继电器才能正常工作，同理关门继电器能否工作取决于关门标志的值。乘客按下开门按钮和关门按钮也都是通过改变这两个变量的取值来控制电梯的开门或关门操作。图 3 电梯运行流程图 为了保护乘客的安全，当光幕信号为 1 或电梯超载，电梯的关门标志将会置 0，此时有人按关门按钮也不会进行关门操作，并且电梯将一直保持开门状态。为了防止有人恶意频繁的按下开门按钮，本设计会通过当前光幕信号的变化来判断是否有人乱按开门按钮，当有人按下开门按钮，开门到位后，若当前光幕信号无变化，则会记录异常信号，若信号异常记录次数达到两次，则不再响应开门按钮，电梯会强制进行关门操作，进行乘客的接送。电梯开关门逻辑流程图如图 4 所示。3 六部电梯的群控思路 3.1 电梯内外呼楼层的登记 为了防止乘客不小心按到外呼或内呼按钮导致传递了错误信号，使得乘客的侯梯时间延长，电梯的能源消耗增加。本设计里设置的相应按钮指示灯亮时，在三百毫秒内连续摁两次相应按钮，可消除此按钮的登记信号。图 4 电梯开关门逻辑流程图 梯的休眠模块 在对群控电梯系统进行信号分配时，总会有电梯无派送任务，但此时风扇和照明依旧在工作中，为了中国科技期刊数据库 工业 A-28-降低能源消耗，本设计设置电梯在无外呼信号，并且也无内部呼叫任务的情况下，计算三秒时间，若三秒内依旧无外呼信号和内呼信号指令，将电梯的风扇、照明以及此电梯的电机关闭。在电梯处于休眠状态时，若此时给此电梯派送接人任务，则电梯会立马进入到运行状态，风扇和照明也将正常投入到工作。3.3 电梯的群控算法 因为多部电梯共用一套外呼系统，因此对于多部电梯系统和单部电梯系统的控制而言，多部电梯系统仅多了对于外呼信号的分配，适当合理的将外呼信号分配给各个电梯，可提高多部电梯系统的效率，为乘客提供更优质的服务。由于晚高峰时期下班的人数多，电梯的下行的外呼信号数量要高于上行的外呼信号，若同时让六部电梯只通过距离大小分配外呼信号进行接人，会出现六部电梯同时上行去接送乘客，这会使在高层想要下楼的乘客等待过多的时间，因此此算法会设定一部电梯专门处理向下运行的信号，并且电梯在空载的情况下向上运行和电梯在满载的情况下向下运行所消耗的能源较小，所以此算法可降低乘客侯梯时间和电梯能源消耗。本文采用电梯运行最短距离顺梯接人的算法，对于下行外呼信号，此算法首先判断六部电梯的运行状态是否可以接受此外呼信号进行顺梯接人，若有电梯可以进行顺梯接人，则计算可以顺梯接人的电梯与外呼楼层的楼层差，判断楼层差最小的电梯能否响应此外呼信号，若此电梯可以响应，派此梯去接人，若此梯不能接收响应，判断剩余电梯楼层差最小的电梯能否响应此信号，重复上述步骤。若所有电梯都不能响应顺梯接人，则将此信号派送给指定电梯。上行外呼信号的响应与下行外呼信号的响应的区别在于上行外呼信号只有五部电梯可以接收响应，上行外呼信号响应顺梯接人与下行外呼信号响应顺梯接人判断方法同理，若不能顺梯接人，让可以响应的五部电梯里当前楼层数最高的电梯响应此信号。群控电梯下行外呼信号分配流程图如图五所示。图 5 群控电梯下外呼信号分配流程图 4 结语 高效节能的电梯系统离不开电梯控制系统的不断优化，随着晚高峰时期电梯的使用次数的增高，通过优化电梯的群控算法来提高乘客的使用服务和降低公司成本愈发重要，本文提出的电梯群控算法和按键的检测极大的改善了用梯高峰时期效率低和能耗高等问题，使侯梯时间减少，能源消耗降低。本设计以 S7-1200为主控器，利用电梯仿真软件进行仿真，可完成电梯正常的上下行和开关门，并且使得乘客的侯梯时间和能源消耗得到降低，缓解了晚高峰时期乘客下班的拥堵问题。参考文献 1郭子昂,陈梦雪.基于西门子 PLC S7-1200 最短候梯时间电梯群控算法J.自动化应用,2023,64(11):71-74.2 杨 婷 婷.基 于 PLC 和 WinCC 的 六 部 十 层 电 梯 控 制 系 统 的 设 计 J.九 江 学 院 学 报(自 然 科 学版),2021,36(01):57-60.中国科技期刊数据库 工业 A-29-3 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,2020,22(03):104-109.4刘明泽,吴何畏,周靖航,等.基于 S7-1200 PLC 的电梯群控系统的设计与仿真J.工业控制计算机,2019,32(03):129-130.