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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(duì)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(jiǎn)單、語(yǔ)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(kāi)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(huà)的形式通過(guò)仿真軟件對(duì)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(guò)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：?jiǎn)卧娞輨?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(hào)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(duì)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(duì)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(guò)CC - bbbb網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳送給上位機(jī)，對(duì)電梯門(mén)廳召喚命令信號(hào)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(guò)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(hào)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(duì)應(yīng)的模塊組成，是相對(duì)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(lái)，便于用戶(hù)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(duì)整個(gè)樓宇電梯去的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，通過(guò)顯示器上的界面，可以完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、并通過(guò)對(duì)應(yīng)的控制命令，完成對(duì)電梯的遠(yuǎn)程控制。結(jié)合相應(yīng)的仿真組態(tài)軟件，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的程序，以動(dòng)畫(huà)的方式動(dòng)態(tài)對(duì)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(duì)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(jiǎn)化傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制臺(tái)上按鈕、儀器儀表、接線盤(pán)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(duì)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(guò)對(duì)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(guò)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(guò)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(mén)廳的呼梯信號(hào)，必須有一個(gè)核心控制中心，合理分配樓層的呼梯信號(hào)。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(wèn)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(lái)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(zhuān)家系統(tǒng)

    即利用專(zhuān)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(zhuān)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(mén)廳呼梯請(qǐng)求信號(hào)，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(qǐng)求信號(hào)。而每臺(tái)獨(dú)立電梯轎廂內(nèi)乘客的呼梯信號(hào)則由自身的FX2n型PLC獨(dú)自完成。