電梯運動故障實時監控系統的研制

李縱華 LI Zong-hua

（內蒙古自治區特種設備檢驗院，呼和浩特 010031）

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

0 引言

電梯各個生產廠家的監控系統都是自主開發的，只能用于本廠的產品或者只能用于本廠某型號的產品，并且價格昂貴；另外，隨著電梯的不斷推陳出新，其主要控制技術更新較快，淘汰原有技術的速度更快。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在用的最多的PLC控制方式，因其更適用于在電梯的技術改造和控制系統的更新，所以PLC控制是電梯控制系統中理想的控制技術；而且PLC能匹配好多的軟件實現共同控制。本文針對PLC控制系統的電梯作業開發了一套控制系統，乘坐人員可以在轎廂內看到電梯的運行狀態是否是帶病作業，可以進一步確保乘坐人員的安全。

1 電梯監控系統組成分析

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

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，根據曳引電梯的運動特點，轎廂的運動采用上下循環式結構，當轎廂的平層信號和主機編碼器設置調、試好后，轎廂工作，電機帶動轎廂和平衡重上下運動，以可調節速度將轎廂上移或下移到固定位置后，由抱閘將主機旋轉軸抱住，完成一次選址運動。

1.2 電氣控制系統 針對電梯的特殊性，要求電梯工作具有安全、可靠、停站的準確、舒適感、快速感及電磁抗干擾性，而且必須反應快、能快速的啟動制動。在電氣控制系統中采用開關和信號，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 實時監控系統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、集中監控管理的原則，為了滿足以上的條件，設計了一個高可靠性實用系統，它的下位機PLC負責具體控制人物、上位計算機進行集中管理。

而電梯故障顯示控制系統則是采用的上位機、下位機結合的主從控制結構，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，這個主從控制結構具有結構緊湊、掃描速度快、價格低的特點，并且該結構具有標準化和模塊化的特點更便于編程開發。

2 上位機的組態開發及功能實現

2.1 監控系統界面設計 依據實時故障顯示數據處理要求，監控系統組態有主顯示界面、速度監控界面、故障狀態顯示及故障處理界面、故障記錄歷史窗口四個界面。

故障顯示實時監控過程，就是要時刻監控測試運行狀態和運動速度的變化，并與歷史數據進行對比。因此要求對監控畫面設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；最好使整體結構緊湊一點，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做出最有效的決策。

2.2 構造實時數據庫 實時數據庫是“人機”的核心和引擎，它也是聯系上位機和下位機的橋梁。當故障顯示監控系統運行的時候，為了便于乘坐者或電梯維保人員查看，系統會以實時數據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軟件開發系統的數據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式，還允許用戶定義類似Basic語言的命令語言來驅動應用程序，極大地增強了應用程序的靈活性。設定的數值是利用PV內部記憶體設定數值，比較正確后儲存到PLC內部暫存器（寄存器）當中。首先要在界面上設定寫入地址和監視地址。數值設定完成設定后，人及內部記憶U110.0設為1，符合條件后檢查設定數值U100U101、U102U103相互關系式，比較正確將值儲存到對應PLC暫存器之中。

2.4 人機系統安全設置 系統提供設計者能設定密碼保護自己設計的程式檔案，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，則彈出設置信息與保護項目密碼對話框，以防止數據的丟失和參數的無意改動，確保上位機控制程序的安全。密碼設定后，如果要修改密碼，觸摸屏上提供了密碼修改頁。

3 下位機的數據轉化傳送功能及PID控制的實現

3.1 模擬量輸入控制程序的實現 本系統共需要采集4個數據,即電氣系統中的轎廂超載壓力、電梯各個繼電器的吸合釋放狀態、轎廂速度及轎廂位移。分別通過利用安裝在生產現場適當位置的速度傳感器、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 為了確定電梯的運行速度和工作狀態，系統必須要對各個接觸器（繼電器）和調速開關進行整體控制。在PLC的主單元模塊上擴展兩通道的D/A控制模塊，可以把數字量轉換成連續可調的模擬量，同樣通過設置提供的緩沖存儲區的參數來完成初始化工作，繼而執行程序實現D/A轉換，以完成控制目標。

3.3 三菱PLC實現對速度的PID控制 在機電一體化系統中較難控制的一個參數就是速度控制了，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，比較常用的是經典控制理論中最典型的PID調節。采樣周期T、比例增益Kp、積分增益Ti及微分增益Td四個控制參數可以被PID指令確定。然后采用自動調諧法求得,并在之后的過程中不斷的檢驗和修正，從而達到最優的控制效果。

4 系統的安全可靠性

在實際操作系統的時候，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電設備和氣設備分開布置。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，所以在布置工作現場的時候，一定要把電設備和氣設備分開。

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

③數字組件與模擬組件分開供電。數字組件與模擬組件應該分開供電，分別采用開關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。系統應采用單點接地方式，但禁止與動力電系統共地。

5 結束語

基于PLC和組態軟件的電梯運動故障實時監控系統，是利用PLC適用于工業現場的抗干擾能力強、組網方便的特點，依靠組態軟件強大的數據處理和圖形表現能力，對故障顯示系統實時監測，確保了對電梯運行的有效閉環控制，有效地保障了人員的安全，顯著提高了工作效率和質量。

[1]王子文.電梯PLC控制策略及其程序設計起重運輸機械，2006，7.

[2]廖常初.FX系列PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2006:198-201.

[3]周美蘭.PLC電氣控制與組態設計[Ml.北京:科技出版社，2003.

[4]李樂山.人機界面設計[M].科學出版社,2009.8.