引言
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(shè)備。電梯控制系統(tǒng)是一個(gè)集機(jī)電為一體的綜合復(fù)雜系統(tǒng)，涉及機(jī)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(kuò)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(jìn)的電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合，合理設(shè)計(jì)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(jìn)行合理管理、綜合調(diào)度，以提高樓宇內(nèi)電梯運(yùn)行效率及人性化服務(wù)質(zhì)量， 具有相當(dāng)重要的實(shí)際意義。
智能電梯控制系統(tǒng)已由智能微機(jī)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(hù)方便、K抗干擾能力強(qiáng)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(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(gè)電梯系統(tǒng)各設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置，以動(dòng)畫的形式通過仿真軟件對電梯系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行動(dòng)態(tài)進(jìn)行模擬仿真，使運(yùn)行管理人員能夠了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程。
1 樓宇群控電梯智能化監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 硬件系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)樓宇電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)功能，將整個(gè)樓宇電梯群監(jiān)控系統(tǒng)分為三層：單元電梯動(dòng)力層、單元電梯控制層、電梯群監(jiān)控層。電梯的總設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：
單元電梯動(dòng)力層中包括1- 3號電梯、3臺(tái)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(gè)PLC控制一個(gè)單元電梯。電梯群監(jiān)控層由一臺(tái)三菱公司出品的Q 系列的PLC組成。
1.2 上位機(jī)及下位機(jī)
1.2.1 上位機(jī)
作為樓宇電梯群監(jiān)控系統(tǒng)的軟件運(yùn)行分析的核心主體，用以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)樓宇電梯群的管理、調(diào)度和分配。上位機(jī)用PLC主要完成對下位機(jī)控制數(shù)據(jù)的審核判斷，下位機(jī)數(shù)據(jù)通過CC - Link網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳送給上位機(jī)，對電梯門廳召喚命令信號集進(jìn)行分析、調(diào)度。
1.2.2 下位機(jī)
作為單元電梯直接控制的主題，也是整個(gè)系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控軟件運(yùn)行的載體，將單元電梯正常運(yùn)行工況下所采集到的參數(shù)變量進(jìn)行接收、分析。
1.3 主要硬件的選擇
1.3.1 FX2N型PLC
FX2N型PLC是三菱公司自我生產(chǎn)研究的小型PLC,屬于單元式PLC。FX2N型PLC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(jī)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(kuò)展單元兩大部分組成。基本單元完成系統(tǒng)的基本功能并可以通過連接外圍擴(kuò)展單元模塊，用于控制系統(tǒng)擴(kuò)展I/O和模擬信號的輸入輸出等功能。
1.3.2 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PLC。即PLC的各個(gè)部件都是由對應(yīng)的模塊組成，是相對獨(dú)立的。PLC內(nèi)部CPU、電源、I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，利用外部機(jī)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(shí)際需求合理選擇模塊進(jìn)行靈活配置。
1.3.3 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(jī)動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)電梯電機(jī)的變速運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)中采用富士FVR0. 75E11S - 4小型變頻器。
1.3.4 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(gè)樓宇電梯去的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，通過顯示器上的界面，可以完成對整個(gè)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(yuǎn)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(dòng)畫的方式動(dòng)態(tài)對樓宇電梯實(shí)際運(yùn)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(jié)合，使PLC能夠完成具有圖形化、可視化等工作界面的獨(dú)立操作系統(tǒng)，簡化傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制臺(tái)上按鈕、儀器儀表、接線盤等的設(shè)備。
本次設(shè)計(jì)采用GT1595型觸摸屏，它屬于三菱GT1000系列產(chǎn)品。在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)中采用三菱公司的GT Designer2軟件完成整個(gè)系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。
2 電梯群控制算法
2.1 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(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。通過對每個(gè)小單元獨(dú)立設(shè)立為一個(gè)小系統(tǒng)，然后在小系統(tǒng)范圍內(nèi)進(jìn)行模型設(shè)立，并通過優(yōu)化計(jì)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。
2.2 優(yōu)化控制
在樓宇電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)中，作為下位機(jī)的電梯群在實(shí)際運(yùn)行過程中受到電梯總臺(tái)數(shù)的限制，不可能隨時(shí)響應(yīng)每一個(gè)門廳的呼梯信號，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)為滿足給定條件的多目標(biāo)最優(yōu)規(guī)劃問題。大多數(shù)科學(xué)家都是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)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(gè)系統(tǒng)最優(yōu)分配模型，便于在下一個(gè)呼叫來臨之前求得最優(yōu)樓梯分配，完成整個(gè)電梯系統(tǒng)的合理分配。
2.3 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(qiáng)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(shí)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(tái)FX2n型PLC作為下位機(jī)獨(dú)立控制一臺(tái)電梯的運(yùn)行。Q系列PLC作為上位機(jī)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(biāo)規(guī)劃電梯群控算法，決定由哪臺(tái)電梯響應(yīng)此請求信號。而每臺(tái)獨(dú)立電梯轎廂內(nèi)乘客的呼梯信號則由自身的FX2n型PLC獨(dú)自完成。
3 樓宇群控電梯智能化監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 Q型PLC軟件設(shè)計(jì)
在Q型PLC是整個(gè)系統(tǒng)的上位機(jī)，通過設(shè)置定時(shí)掃描程序，從監(jiān)控系統(tǒng)開始運(yùn)行的每一個(gè)固定時(shí)間內(nèi)對整個(gè)電梯群的運(yùn)行情況進(jìn)行掃描，包括整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信是否正常、各單元電梯的運(yùn)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(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)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(yùn)行正常的電梯，并通過各類標(biāo)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(jī)狀態(tài)。
3.2 FX2n型PLC軟件設(shè)計(jì)
單元下位機(jī)FX2n型PLC的軟件具有電梯運(yùn)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)樓宇電梯工作的實(shí)際特性，單臺(tái)電梯具有三種運(yùn)行工況：上行工況、下行工況和空閑工況。當(dāng)整個(gè)樓宇電梯監(jiān)控系統(tǒng)工作后，首先調(diào)用單元電梯進(jìn)行初始化子程序運(yùn)行，將電梯轎廂停到一樓并通過微機(jī)自動(dòng)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(jìn)入空閑運(yùn)行工況。
當(dāng)整個(gè)電梯群均處于空閑工況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)不斷進(jìn)行掃描，查詢樓層中是否有門廳召喚按鍵和轎廂內(nèi)目標(biāo)行程按鍵。
當(dāng)單元電梯接收到本地門廳的呼梯任務(wù)時(shí)，則先判斷本梯轎廂是否停門廳召喚乘客對應(yīng)的樓層，如果是則直接打開轎廂門。如果不是，則會(huì)將此信號返回上位機(jī)，由上位機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)單元電梯將進(jìn)入上行工況或下行工況時(shí)，通過內(nèi)部程序分析計(jì)算出上行最近目標(biāo)或下行最近目標(biāo)的樓層，由電梯變頻器驅(qū)動(dòng)對應(yīng)電機(jī)的控制按照預(yù)測的速度驅(qū)動(dòng)電梯朝目標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)。
4 人機(jī)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(shí)為了便于電梯管理人員及時(shí)了解整個(gè)電梯群的運(yùn)行情況，采用三菱公司的GT Designer2軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)基于觸摸屏GT1595的樓宇電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面。人機(jī)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。
4.1 主界面
主界面屬于整個(gè)樓宇電梯群監(jiān)控系統(tǒng)的基本畫面，它用來顯示各單元電梯的整體運(yùn)行工況，模擬動(dòng)畫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)行各類處理，如電梯初始化設(shè)置、運(yùn)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(yùn)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(kuò)大。
4.2 故障詳情界面
樓宇電梯群監(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(shí)際的數(shù)據(jù)顯示出故障電梯故障點(diǎn)的位置，故障類型。當(dāng)掃描過程中發(fā)現(xiàn)某臺(tái)電梯端子出現(xiàn)故障時(shí)，電梯監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)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(hù)人員進(jìn)行對應(yīng)的電梯維修保護(hù)，從而縮短了電梯的檢修時(shí)間，有利于電梯的運(yùn)行可靠性。
4.3 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(shí)間段和樓宇電梯群控算法中各目標(biāo)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(dòng)到底層，便于上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。
5 結(jié)語
電梯群控智能監(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(gè)建筑的電梯的輸送能力的大小。本文詳細(xì)介紹了基于多目標(biāo)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(jì)與應(yīng)用。利用PLC與觸摸屏相結(jié)合組成的樓宇電梯群智能監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯開發(fā)周期短、設(shè)備維護(hù)簡單清晰、運(yùn)行安全可靠性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合現(xiàn)代樓宇電梯群智能監(jiān)控方面的應(yīng)用。