電梯運動故障實時監(jiān)控系統(tǒng)的研制

李縱華 LI Zong-hua

（內(nèi)蒙古自治區(qū)特種設(shè)備檢驗院，呼和浩特 010031）

（Inner Mongolia Autonomous Region Special Equipment Inspection，Hohhot 010031，China）

0 引言

電梯各個生產(chǎn)廠家的監(jiān)控系統(tǒng)都是自主開發(fā)的，只能用于本廠的產(chǎn)品或者只能用于本廠某型號的產(chǎn)品，并且價格昂貴；另外，隨著電梯的不斷推陳出新，其主要控制技術(shù)更新較快，淘汰原有技術(shù)的速度更快。目前在控制上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計算機控制三種電梯控制方式。其中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式是現(xiàn)在用的最多的PLC控制方式，因其更適用于在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新，所以PLC控制是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制技術(shù)；而且PLC能匹配好多的軟件實現(xiàn)共同控制。本文針對PLC控制系統(tǒng)的電梯作業(yè)開發(fā)了一套控制系統(tǒng)，乘坐人員可以在轎廂內(nèi)看到電梯的運行狀態(tài)是否是帶病作業(yè)，可以進一步確保乘坐人員的安全。

1 電梯監(jiān)控系統(tǒng)組成分析

電梯監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分組成，分別是曳引、運動裝置和電氣控制系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)。

1.1 曳引、運動裝置 目前電梯的曳引、運動裝置采用永磁電機和曳引輪組成，根據(jù)曳引電梯的運動特點，轎廂的運動采用上下循環(huán)式結(jié)構(gòu)，當(dāng)轎廂的平層信號和主機編碼器設(shè)置調(diào)、試好后，轎廂工作，電機帶動轎廂和平衡重上下運動，以可調(diào)節(jié)速度將轎廂上移或下移到固定位置后，由抱閘將主機旋轉(zhuǎn)軸抱住，完成一次選址運動。

1.2 電氣控制系統(tǒng) 針對電梯的特殊性，要求電梯工作具有安全、可靠、停站的準(zhǔn)確、舒適感、快速感及電磁抗干擾性，而且必須反應(yīng)快、能快速的啟動制動。在電氣控制系統(tǒng)中采用開關(guān)和信號，轎廂的運動速度取決于變頻器的電壓或電流。

1.3 計算機控制系統(tǒng) 實時監(jiān)控系統(tǒng)不僅要能滿足電梯的管理和使用要求，也要遵循分散檢測控制、集中監(jiān)控管理的原則，為了滿足以上的條件，設(shè)計了一個高可靠性實用系統(tǒng)，它的下位機PLC負(fù)責(zé)具體控制人物、上位計算機進行集中管理。

而電梯故障顯示控制系統(tǒng)則是采用的上位機、下位機結(jié)合的主從控制結(jié)構(gòu)，位機采用屏通人機，在上位機上安裝Panel Master軟件。下位機選用三菱FX系列PLC，這個主從控制結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、掃描速度快、價格低的特點，并且該結(jié)構(gòu)具有標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的特點更便于編程開發(fā)。

2 上位機的組態(tài)開發(fā)及功能實現(xiàn)

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)界面設(shè)計 依據(jù)實時故障顯示數(shù)據(jù)處理要求，監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)有主顯示界面、速度監(jiān)控界面、故障狀態(tài)顯示及故障處理界面、故障記錄歷史窗口四個界面。

故障顯示實時監(jiān)控過程，就是要時刻監(jiān)控測試運行狀態(tài)和運動速度的變化，并與歷史數(shù)據(jù)進行對比。因此要求對監(jiān)控畫面設(shè)計的整體思路必須是：圖像簡潔、明了、直觀；色彩配置不需要太深、太重，給人以清淡和柔和之感；最好使整體結(jié)構(gòu)緊湊一點，畫面更加的清晰，才能幫助乘坐者和工作人員在更短的時間內(nèi)做出最有效的決策。

2.2 構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫 實時數(shù)據(jù)庫是“人機”的核心和引擎，它也是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。當(dāng)故障顯示監(jiān)控系統(tǒng)運行的時候，為了便于乘坐者或電梯維保人員查看，系統(tǒng)會以實時數(shù)據(jù)為中介把電梯運行的工作狀況以畫面的形式反映到界面上。在Panel Master軟件開發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫對話框里定義變量，定義時要指定變量名和變量類型，有的還需要一些附加信息。

2.3 用巨集宏進行編輯 “人機”的巨集宏分為全局巨集和本地巨集。全局巨集可被用在整個項目中，而本地巨集只能用在本觸控屏中。它除了在定義動畫連接時支持連接表達(dá)式，還允許用戶定義類似Basic語言的命令語言來驅(qū)動應(yīng)用程序，極大地增強了應(yīng)用程序的靈活性。設(shè)定的數(shù)值是利用PV內(nèi)部記憶體設(shè)定數(shù)值，比較正確后儲存到PLC內(nèi)部暫存器（寄存器）當(dāng)中。首先要在界面上設(shè)定寫入地址和監(jiān)視地址。數(shù)值設(shè)定完成設(shè)定后，人及內(nèi)部記憶U110.0設(shè)為1，符合條件后檢查設(shè)定數(shù)值U100U101、U102U103相互關(guān)系式，比較正確將值儲存到對應(yīng)PLC暫存器之中。

2.4 人機系統(tǒng)安全設(shè)置 系統(tǒng)提供設(shè)計者能設(shè)定密碼保護自己設(shè)計的程式檔案，可以單獨保護項目、密碼表和全局宏，選中項目后，單擊“信息與保護”圖標(biāo)，則彈出設(shè)置信息與保護項目密碼對話框，以防止數(shù)據(jù)的丟失和參數(shù)的無意改動，確保上位機控制程序的安全。密碼設(shè)定后，如果要修改密碼，觸摸屏上提供了密碼修改頁。

3 下位機的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化傳送功能及PID控制的實現(xiàn)

3.1 模擬量輸入控制程序的實現(xiàn) 本系統(tǒng)共需要采集4個數(shù)據(jù),即電氣系統(tǒng)中的轎廂超載壓力、電梯各個繼電器的吸合釋放狀態(tài)、轎廂速度及轎廂位移。分別通過利用安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場適當(dāng)位置的速度傳感器、稱重傳感器和磁致伸縮線性位移傳感器來采集。

3.2 模擬量輸出控制程序的實現(xiàn) 為了確定電梯的運行速度和工作狀態(tài)，系統(tǒng)必須要對各個接觸器（繼電器）和調(diào)速開關(guān)進行整體控制。在PLC的主單元模塊上擴展兩通道的D/A控制模塊，可以把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成連續(xù)可調(diào)的模擬量，同樣通過設(shè)置提供的緩沖存儲區(qū)的參數(shù)來完成初始化工作，繼而執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，以完成控制目標(biāo)。

3.3 三菱PLC實現(xiàn)對速度的PID控制 在機電一體化系統(tǒng)中較難控制的一個參數(shù)就是速度控制了，為確保電梯能夠安全運行，保持電梯乘客的舒適感，目前在對電梯進行控制的時候，比較常用的是經(jīng)典控制理論中最典型的PID調(diào)節(jié)。采樣周期T、比例增益Kp、積分增益Ti及微分增益Td四個控制參數(shù)可以被PID指令確定。然后采用自動調(diào)諧法求得,并在之后的過程中不斷的檢驗和修正，從而達(dá)到最優(yōu)的控制效果。

4 系統(tǒng)的安全可靠性

在實際操作系統(tǒng)的時候，為了確保信息的安全可靠性，需要采取一些必要的安全和抗干擾措施，以下是具體的六項措施：

①電設(shè)備和氣設(shè)備分開布置。因為電梯自身的特殊性，要求它所有的控制動作都必須安全、舒適，所以在布置工作現(xiàn)場的時候，一定要把電設(shè)備和氣設(shè)備分開。

②有金屬導(dǎo)體接地。靜電積累也許會造成系統(tǒng)的不安全，因此必須要求金屬導(dǎo)體接地。

③數(shù)字組件與模擬組件分開供電。數(shù)字組件與模擬組件應(yīng)該分開供電，分別采用開關(guān)電源供電和線性電源供電。

④采用屏蔽電纜線傳輸模擬信號并遠(yuǎn)離動力線。采用屏蔽線傳輸模擬信號，可有效避免輻射電磁干擾，信號線應(yīng)避免靠近動力線。

⑤軟硬件濾波。軟件上也可采用平均值法等算法對測量信號進行處理，更重要的是用具有較好的硬件濾波電路的PLC接口模塊，濾除干擾信號。

⑥接地。系統(tǒng)應(yīng)采用單點接地方式，但禁止與動力電系統(tǒng)共地。

5 結(jié)束語

基于PLC和組態(tài)軟件的電梯運動故障實時監(jiān)控系統(tǒng)，是利用PLC適用于工業(yè)現(xiàn)場的抗干擾能力強、組網(wǎng)方便的特點，依靠組態(tài)軟件強大的數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)能力，對故障顯示系統(tǒng)實時監(jiān)測，確保了對電梯運行的有效閉環(huán)控制，有效地保障了人員的安全，顯著提高了工作效率和質(zhì)量。

[1]王子文.電梯PLC控制策略及其程序設(shè)計起重運輸機械，2006，7.

[2]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006:198-201.

[3]周美蘭.PLC電氣控制與組態(tài)設(shè)計[Ml.北京:科技出版社，2003.

[4]李樂山.人機界面設(shè)計[M].科學(xué)出版社,2009.8.