基于觸摸屏的樓宇群控電梯系統(tǒng)研究
徐祥杯葉航(浙江萬里學(xué)院電子信學(xué)院，浙江寧波315100)

摘要：隨著現(xiàn)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(dǎo)地位。在這些大規(guī)模建筑物中，均需裝置多部電梯以滿足人們工作生活的需要。為了提高智能樓字梯群控制系統(tǒng)的綜合自動化水平、提高樓宇服務(wù)質(zhì)量，將PLC與觸摸屏開發(fā)系統(tǒng)相結(jié)合，合理設(shè)計樓宇電梯群智能控制監(jiān)控系統(tǒng)對建筑物內(nèi)的電梯群進行合理管理、調(diào)度分配。監(jiān)控系統(tǒng)能夠使運行人員及時了解各電梯的運行，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(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1672—6847(20LO)04—0033—02

【作者簡介】徐祥杯(1988一)，男，浙江臺州人，浙江萬里學(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快捷而方便的人性化設(shè)備。電梯控制系統(tǒng)是一個集機電為一體的綜合復(fù)雜系統(tǒng)，涉及機械、電氣和自控等工程領(lǐng)域。隨著智能建筑規(guī)模的不斷擴大，同一建筑物內(nèi)部需要安裝多部電梯才能滿足人們的基本要求。如何利用先進的電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機技術(shù)相互結(jié)合，合理設(shè)計樓宇電梯群控制系統(tǒng)，對現(xiàn)代化智能建筑物內(nèi)的電梯群進行合理管理、綜合調(diào)度，以提高樓字內(nèi)電梯運行效率及人性化服務(wù)質(zhì)量，具有相當(dāng)重要的實際意義。

    智能電梯控制系統(tǒng)已由智能微機綜合控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制方式，PLC由于編程簡單、語言通俗、維護方便、K抗干擾能力強等優(yōu)點備受工業(yè)控制人員的重視。在電梯行業(yè)PLC被廣泛地應(yīng)用于智能電梯控制系統(tǒng)的開發(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(jié)合，完成整個電梯系統(tǒng)各設(shè)備運行數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置，以動畫的形式通過仿真軟件對電梯系統(tǒng)實際運行動態(tài)進行模擬仿真，使運行管理人員能夠了解整個系統(tǒng)的運行過程。

一、樓宇群控電梯智能化監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

(一)硬件系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計

    為實現(xiàn)樓宇電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)功能，將整個樓宇電梯群監(jiān)控系統(tǒng)分為三層：單元電梯動力層、單元電梯控制層、電梯群監(jiān)控層。電梯的總特設(shè)計框圖如圖1所示：

 

圖1 電梯群智能監(jiān)控統(tǒng)模型構(gòu)成
 

    單元電梯動力層中包括l一3號電梯、3臺供電梯變頻控制調(diào)節(jié)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PIE控制一個單元電梯。電梯群監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)的軟件運行分析的核心主體，用以實現(xiàn)對整個樓宇電梯群的管理、調(diào)度和分配。上位機用PLC主要完成對下位機控制數(shù)據(jù)的審核判斷，下位機數(shù)據(jù)通過CC—Link網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳送給上位機，對電梯門廳召喚命令信號集進行分析、調(diào)度。

    2．下位機。作為單元電梯直接控制的主題，也是整個系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)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(shù)變量進行接收、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(nèi)，設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(tǒng)的基本功能并可以通過連接外圍擴展單元模塊，用于控制系統(tǒng)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的各個部件都是由對應(yīng)的模塊組成，是相對獨立的。PIE內(nèi)部CPU、電源、I／O等均采用模塊化設(shè)計，利用外部機架或接線電纜將各單元模塊相互連接起來，便于用戶根據(jù)實際需求合理選擇模塊進行靈活配置。

    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，作為電機動力源，實現(xiàn)電梯電機的變速運行。本次設(shè)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(jiān)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(tǒng)電梯繼電控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。觸摸屏電梯控制系統(tǒng)可以完成對整個樓宇電梯去的數(shù)據(jù)進行顯示，通過顯示器上的界面，可以完成對整個系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、并通過對應(yīng)的控制命令，完成對電梯的遠程控制。結(jié)合相應(yīng)的仿真組態(tài)軟件，通過編寫相應(yīng)的程序，以動畫的方式動態(tài)對樓宇電梯實際運行狀態(tài)進行模擬動態(tài)仿真，便于管理人員實時了解電梯工作狀態(tài)，能夠及時對故障電梯進行分析判斷和事故處理。利用PLC與工業(yè)觸摸屏相結(jié)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(tǒng)，簡化傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制臺上按鈕、儀器儀表、接線盤等的設(shè)備。

    本次設(shè)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(shè)計中采用三菱公司的GT Designer2軟件完成整個系統(tǒng)的人機界面設(shè)計。

二、電梯群控制算法

(一)分區(qū)調(diào)度方法

    分區(qū)域調(diào)度即采用化整為零的思路，對整個建筑大樓按樓層或單元進行劃分，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。通過對每個小單元獨立設(shè)立為一個小系統(tǒng)，然后在小系統(tǒng)范圍內(nèi)進行模型設(shè)立，并通過優(yōu)化計算得到最優(yōu)協(xié)調(diào)系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)中，作為下位機的電梯群在實際運行過程中受到電梯總臺數(shù)的限制，不可能隨時響應(yīng)每一個門廳的呼梯信號，必須有一個核心控制中心，合理分配樓層的呼梯信號。優(yōu)化控制實際上就是一個為滿足給定條件的多目標最優(yōu)規(guī)劃問題。大多數(shù)科學(xué)家都是采用先進的計算機技術(shù)，利用所有可能的呼叫數(shù)據(jù)與可能的響應(yīng)一一映射，構(gòu)筑成一個系統(tǒng)最優(yōu)分配模型，便于在下一個呼叫來臨之前求得
最優(yōu)樓梯分配，完成整個電梯系統(tǒng)的合理分配。

(三)專家系統(tǒng)

    即利用專家系統(tǒng)與模糊規(guī)則相結(jié)合，根據(jù)當(dāng)前建筑物內(nèi)的客流方向和密度的已知數(shù)據(jù)，利用專家系統(tǒng)強大的模糊推理功能，結(jié)合模糊控制系統(tǒng)確定當(dāng)前的建筑物內(nèi)交通模式，從而根據(jù)實際的參數(shù)確定下一步應(yīng)采用的調(diào)度措施。本系統(tǒng)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傳送的所有門廳呼梯請求信號，按照多目標規(guī)劃電梯群控算法，決定由哪臺電梯響應(yīng)此請求信號。而每臺獨立電梯轎廂內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

(一)Q型PLC軟件設(shè)計

    在Q型PLC是整個系統(tǒng)的上位機，通過設(shè)置定時掃描程序，從監(jiān)控系統(tǒng)開始運行的每一個固定時間內(nèi)對整個電梯群的運行情況進行掃描，包括整個監(jiān)控系統(tǒng)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(dāng)出現(xiàn)某一端子在掃描過程中，出現(xiàn)信號中斷或電梯故障信號時，監(jiān)控系統(tǒng)就會將該電梯剔除出本系統(tǒng)，不讓其繼續(xù)參加電梯的控制，而將對應(yīng)的門廳召喚任務(wù)分配給其他同類運行正常的電梯，并通過各類標識提示乘客換梯，并采用閉鎖方式，此時電梯處于檢修停機狀態(tài)。

(二)FX2n型PLC軟件設(shè)計

    單元下位機FX2n型PLC的軟件具有電梯運行數(shù)據(jù)通信、單元電梯邏輯控制和電梯系統(tǒng)故障自我檢測診斷等功能。根據(jù)樓字電梯工作的實際特性，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(dāng)整個樓字電梯監(jiān)控系統(tǒng)工作后，首先調(diào)用單元電梯進行初始化子程序運行，將電梯轎廂停到一樓并通過微機自動設(shè)置各電梯的相關(guān)參數(shù)初始值。再完成初始化處理后，單元電梯就進入空閑運行工況。當(dāng)整個電梯群均處于空閑工況時，監(jiān)控系統(tǒng)就會不斷進行掃描，查詢樓層中是否有門廳召喚按鍵和轎廂內(nèi)目標行程按鍵。當(dāng)單元電梯接收到本地門廳的呼梯任務(wù)時，則先判斷本梯轎廂是否停門廳召喚乘客對應(yīng)的樓屢，如果是則直接打開轎廂門。如果不是，則會將此信號返回上位機，由上位機統(tǒng)一進行調(diào)度。當(dāng)單元電梯將進入上行工況或下行工況時，通過內(nèi)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(qū)動對應(yīng)電機的控制按照預(yù)測的速度驅(qū)動電梯朝目標方向運動。

四、人機界面

    由于智能建筑水平的不斷提高，小區(qū)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，同時為了便于電梯管理人員及時了解整個電梯群的運行情況。采用三菱公司的GT Designer2軟件設(shè)計了一個基于觸摸屏GTl595的樓宇電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)設(shè)置界面。

(一)主界面

    主界面屬于整個樓字電梯群監(jiān)控系統(tǒng)的基本畫面，它用來顯示各單元電梯的整體運行工況，模擬動畫效果形象地描繪出各電梯上升和下降，同時可以對電梯進行各類處理，如電梯初始化設(shè)置、運行電梯、顯示電梯故障等功能。當(dāng)電梯出現(xiàn)特殊緊急情況下，運行管理人員可以通過主畫面的“急停”按鈕操作電梯，使電梯安全的停下，防止事故的繼續(xù)擴大。

(二)故障詳情界面

    樓字電梯群監(jiān)控系統(tǒng)故障詳情界面屬于主界面的子界面，可以通過實際的數(shù)據(jù)顯示出故障電梯故障點的位置，故障類型。當(dāng)掃描過程中發(fā)現(xiàn)某臺電梯端子出現(xiàn)故障時，電梯監(jiān)控系統(tǒng)就會自動檢測判斷處故障類型及對應(yīng)的參數(shù)值，便于相關(guān)檢修維護人員進行對應(yīng)的電梯維修保護。從而縮短了電梯的檢修時間，有利于電梯的運行可靠性。

(三)參數(shù)設(shè)置窗口

    參數(shù)設(shè)置窗口主要用來設(shè)置電梯三種調(diào)度模式下的時間段和樓字電梯群控算法中各目標參量的權(quán)值和閥值，初始化單元電梯的原始數(shù)據(jù)，并將單元電梯驅(qū)動到底層，便于上位機系統(tǒng)進行調(diào)度。

五、結(jié)束語

    電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代高層大規(guī)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(xiàn)了物業(yè)管理水平，決定了整個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(guī)劃算法的，觸摸屏與PLC結(jié)合的電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用。在程序設(shè)計過程中，添加了監(jiān)控系統(tǒng)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(shè)計軟件，開發(fā)出基于GTl595型觸摸屏的人機界面，代替了傳統(tǒng)的按鈕和儀器儀表等笨重設(shè)備，極大方便了運行管理人員適時監(jiān)控整個樓宇電梯群系統(tǒng)，使之能實時了解電梯系統(tǒng)的運行狀況及故障信息。利用PLC與觸摸屏相結(jié)合組成的樓字電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯開發(fā)周期短、設(shè)備維護簡單清晰、運行安全可靠性等優(yōu)點，特別適合現(xiàn)代樓字電梯群智能監(jiān)控方面的應(yīng)用。

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