基于触摸屏的楼宇群控电梯系统研究
徐祥杯叶航(浙江万里学院电子信学院，浙江宁波315100)
摘要：随着现代建筑水平的不断提高，高层和超高层建筑将在建筑群中占主导地位。在这些大规模建筑物中，均需装置多部电梯以满足人们工作生活的需要。为了提高智能楼字梯群控制系统的综合自动化水平、提高楼宇服务质量，将PLC与触摸屏开发系统相结合，合理设计楼宇电梯群智能控制监控系统对建筑物内的电梯群进行合理管理、调度分配。监控系统能够使运行人员及时了解各电梯的运行，有效地提高了电梯的服务质量和运行效率。
关键词：触摸屏；楼宇电梯群；智能监控系统
中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1672—6847(20LO)04—0033—02
【作者简介】徐祥杯(1988一)，男，浙江台州人，浙江万里学院电子信息学院本科生。研究方向：电子信息工程。叶航(1988一)，男，浙江温州人。浙江万里学院电子信息学院本科生，研究方向：电子信息工程。
电梯是输送人员或货物上楼和下楼的一个快捷而方便的人性化设备。电梯控制系统是一个集机电为一体的综合复杂系统，涉及机械、电气和自控等工程领域。随着智能建筑规模的不断扩大，同一建筑物内部需要安装多部电梯才能满足人们的基本要求。如何利用先进的电子技术、控制技术、计算机技术相互结合，合理设计楼宇电梯群控制系统，对现代化智能建筑物内的电梯群进行合理管理、综合调度，以提高楼字内电梯运行效率及人性化服务质量，具有相当重要的实际意义。
智能电梯控制系统已由智能微机综合控制取代传统的继电器控制方式，PLC由于编程简单、语言通俗、维护方便、K抗干扰能力强等优点备受工业控制人员的重视。在电梯行业PLC被广泛地应用于智能电梯控制系统的开发。在电梯工程控制领域，为了提高电梯的人性化服务质量，利用工业触摸屏与PLC结合，完成整个电梯系统各设备运行数据显示和参数设置，以动画的形式通过仿真软件对电梯系统实际运行动态进行模拟仿真，使运行管理人员能够了解整个系统的运行过程。
一、楼宇群控电梯智能化监控系统硬件设计
(一)硬件系统的总体框图设计
为实现楼宇电梯群智能监控系统功能，将整个楼宇电梯群监控系统分为三层：单元电梯动力层、单元电梯控制层、电梯群监控层。电梯的总特设计框图如图1所示：
图1 电梯群智能监控统模型构成
单元电梯动力层中包括l一3号电梯、3台供电梯变频控制调节的变频器。单元电梯控制层由三菱公司出品的FX2n系列的PLC，每个PIE控制一个单元电梯。电梯群监控层由一台三菱公司出品的Q系列的PLC组成。
(二)上位机及下住机
1．上位机。作为楼宇电梯群监控系统的软件运行分析的核心主体，用以实现对整个楼宇电梯群的管理、调度和分配。上位机用PLC主要完成对下位机控制数据的审核判断，下位机数据通过CC—Link网络结构传送给上位机，对电梯门厅召唤命令信号集进行分析、调度。
2．下位机。作为单元电梯直接控制的主题，也是整个系统组态监控软件运行的载体，将单元电梯正常运行工况下所采集到的参数变量进行接收、分析。
(三)主要硬件的选择
1．FX2N型PLC。FX2N型PIE是三菱公司自我生产研究的小型PLC，属于单元式PLC。FX2N型PIE种PLC的控制处理核心CPU模块、输入输出I／O端子模块等均装在同一机壳内，设备内部结构紧凑、布置整齐清晰。FX2N型PLC由基本单元和扩展单元两大部分组成。基本单元完成系统的基本功能并可以通过连接外围扩展单元模块，用于控制系统扩展I／O和模拟信号的输入输出等功能。
2．Q型PLC。Q型PLC是三菱公司自我生产研究的大／中型PLC，它属于模块式PIE。即PLC的各个部件都是由对应的模块组成，是相对独立的。PIE内部CPU、电源、I／O等均采用模块化设计，利用外部机架或接线电缆将各单元模块相互连接起来，便于用户根据实际需求合理选择模块进行灵活配置。
3．变频器。把电网工频电源50Hz变换成各种频率的交流电源，作为电机动力源，实现电梯电机的变速运行。本次设计中采用富士F、rR0．75E11S一4小型变频器。
4．触摸屏。在电梯工程监控领域，工业触摸屏通常与PLC相互配套使用，有效地替代了传统电梯继电控制系统所需的控制面板和按钮操控柜，是一种智能可视化操作的综合数据显示系统。触摸屏电梯控制系统可以完成对整个楼宇电梯去的数据进行显示，通过显示器上的界面，可以完成对整个系统的参数设置、并通过对应的控制命令，完成对电梯的远程控制。结合相应的仿真组态软件，通过编写相应的程序，以动画的方式动态对楼宇电梯实际运行状态进行模拟动态仿真，便于管理人员实时了解电梯工作状态，能够及时对故障电梯进行分析判断和事故处理。利用PLC与工业触摸屏相结合，使PIE能够完成具有图形化、可视化等工作界面的独立操作系统，简化传统控制系统控制台上按钮、仪器仪表、接线盘等的设备。
本次设计采用GTl595型触摸屏，它属于三菱GTl000系列产品。在人机界面的设计中采用三菱公司的GT Designer2软件完成整个系统的人机界面设计。
二、电梯群控制算法
(一)分区调度方法
分区域调度即采用化整为零的思路，对整个建筑大楼按楼层或单元进行划分，将不同楼层划分为若干小单元，此小单元间又相互联系，彼此间又相互约束。通过对每个小单元独立设立为一个小系统，然后在小系统范围内进行模型设立，并通过优化计算得到最优协调系统模型后，将各小模型相互联系建立整体优化控制模型。
(二)优化控制
在楼字电梯群智能监控系统中，作为下位机的电梯群在实际运行过程中受到电梯总台数的限制，不可能随时响应每一个门厅的呼梯信号，必须有一个核心控制中心，合理分配楼层的呼梯信号。优化控制实际上就是一个为满足给定条件的多目标最优规划问题。大多数科学家都是采用先进的计算机技术，利用所有可能的呼叫数据与可能的响应一一映射，构筑成一个系统最优分配模型，便于在下一个呼叫来临之前求得
最优楼梯分配，完成整个电梯系统的合理分配。
(三)专家系统
即利用专家系统与模糊规则相结合，根据当前建筑物内的客流方向和密度的已知数据，利用专家系统强大的模糊推理功能，结合模糊控制系统确定当前的建筑物内交通模式，从而根据实际的参数确定下一步应采用的调度措施。本系统中，采用每台FX2n型PLC作为下机独立控制一台电梯的运行。Q系列PLC作为上位机接受单元电梯FX2n传送的所有门厅呼梯请求信号，按照多目标规划电梯群控算法，决定由哪台电梯响应此请求信号。而每台独立电梯轿厢内乘客的呼梯信号则由自身的FX21q型PLC独自完成。
三、楼字群控电梯智能化监控系统软件设计
(一)Q型PLC软件设计
在Q型PLC是整个系统的上位机，通过设置定时扫描程序，从监控系统开始运行的每一个固定时间内对整个电梯群的运行情况进行扫描，包括整个监控系统的网络通信是否正常、各单元电梯的运行工况是否正常等。当出现某一端子在扫描过程中，出现信号中断或电梯故障信号时，监控系统就会将该电梯剔除出本系统，不让其继续参加电梯的控制，而将对应的门厅召唤任务分配给其他同类运行正常的电梯，并通过各类标识提示乘客换梯，并采用闭锁方式，此时电梯处于检修停机状态。
(二)FX2n型PLC软件设计
单元下位机FX2n型PLC的软件具有电梯运行数据通信、单元电梯逻辑控制和电梯系统故障自我检测诊断等功能。根据楼字电梯工作的实际特性，单台电梯具有三种运行工况：上行工况、下行工况和空闲工况。当整个楼字电梯监控系统工作后，首先调用单元电梯进行初始化子程序运行，将电梯轿厢停到一楼并通过微机自动设置各电梯的相关参数初始值。再完成初始化处理后，单元电梯就进入空闲运行工况。当整个电梯群均处于空闲工况时，监控系统就会不断进行扫描，查询楼层中是否有门厅召唤按键和轿厢内目标行程按键。当单元电梯接收到本地门厅的呼梯任务时，则先判断本梯轿厢是否停门厅召唤乘客对应的楼屡，如果是则直接打开轿厢门。如果不是，则会将此信号返回上位机，由上位机统一进行调度。当单元电梯将进入上行工况或下行工况时，通过内部程序分析计算出上行最近目标或下行最近目标的楼层，由电梯变频器驱动对应电机的控制按照预测的速度驱动电梯朝目标方向运动。
四、人机界面
由于智能建筑水平的不断提高，小区也为了提高自己服务水平，使得乘客能够清晰明了地使用电梯，同时为了便于电梯管理人员及时了解整个电梯群的运行情况。采用三菱公司的GT Designer2软件设计了一个基于触摸屏GTl595的楼宇电梯群智能监控系统人机界面。人机界面主要由三大部分组成：主界面、故障详情界面和参数设置界面。
(一)主界面
主界面属于整个楼字电梯群监控系统的基本画面，它用来显示各单元电梯的整体运行工况，模拟动画效果形象地描绘出各电梯上升和下降，同时可以对电梯进行各类处理，如电梯初始化设置、运行电梯、显示电梯故障等功能。当电梯出现特殊紧急情况下，运行管理人员可以通过主画面的“急停”按钮操作电梯，使电梯安全的停下，防止事故的继续扩大。
(二)故障详情界面
楼字电梯群监控系统故障详情界面属于主界面的子界面，可以通过实际的数据显示出故障电梯故障点的位置，故障类型。当扫描过程中发现某台电梯端子出现故障时，电梯监控系统就会自动检测判断处故障类型及对应的参数值，便于相关检修维护人员进行对应的电梯维修保护。从而缩短了电梯的检修时间，有利于电梯的运行可靠性。
(三)参数设置窗口
参数设置窗口主要用来设置电梯三种调度模式下的时间段和楼字电梯群控算法中各目标参量的权值和阀值，初始化单元电梯的原始数据，并将单元电梯驱动到底层，便于上位机系统进行调度。
五、结束语
电梯群智能监控系统是现代高层大规模建筑群中必不缺少的核心组成部分之一，它的好与坏直接体现了物业管理水平，决定了整个建筑的电梯的输送能力的大小。本文详细介绍了基于多目标规划算法的，触摸屏与PLC结合的电梯群智能监控系统设计与应用。在程序设计过程中，添加了监控系统故障的智能自我检测诊断功能，提高了电梯运行的可靠和安全性，并借助成熟的工业触摸屏技术，合理利用GT De—signer2设计软件，开发出基于GTl595型触摸屏的人机界面，代替了传统的按钮和仪器仪表等笨重设备，极大方便了运行管理人员适时监控整个楼宇电梯群系统，使之能实时了解电梯系统的运行状况及故障信息。利用PLC与触摸屏相结合组成的楼字电梯群智能监控系统具有明显开发周期短、设备维护简单清晰、运行安全可靠性等优点，特别适合现代楼字电梯群智能监控方面的应用。
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