小型電梯ＰＬＣ智能控制系統設計探討
1 引言
電梯是隨著高層建筑的興建而發展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯，高層住宅需要有住宅梯，百貨大樓和賓館需要有客梯、自動扶梯。本文主要研究一類小型電梯的PLC智能控制方法。所謂小型電梯是指在居民樓和小型辦公樓中使用的電梯，這類電梯載重量相對較小，但是使用頻繁。傳統電梯控制系統主要有三種控制方式即繼電器控制、PLC控制和微機控制，其中繼電器控制系統具有故障率高、可靠性差、接線復雜、通用性差等缺點。1976年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發展時期。微機控制具有控制系統體積減小、節能、可靠性提高，尤其是對群控、通訊等復雜電梯控制功能更具優越性，因此，微機控制系統多用于性能要求較高的高檔客梯中，然而微機控制系統抗干擾能力弱�？删幊炭刂破�(PLC)編程采用易學易懂的梯形圖語言，具有控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩定可靠等特點。因此對于一個小型的智能電梯，利用PLC對其進行控制是一個最佳選擇。本文主要以小型交流電梯的控制系統為例，結合PLC控制技術的特點，提出了一套智能電梯控制系統的應用設計方案。
2 電梯PLC智能控制的基本原理
模糊控制是一種基于規則的控制，它直接采用語言型控制規則，出發點是現場操作人員的控制經驗或相關專家的知識，在設計中不需要建立被控對象的精確的數學模型，因而使得控制機理和策略易于接受與理解。模糊控制方法魯棒性強，干擾和參數變化對其控制性能影響大大減弱，它設計簡單，便于應用。由于模糊控制是基于啟發性的知識及語言決策規則設計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統的適應能力，使之具有一定的智能水平。
本文研究了一種新型的PLC智能電梯控制系統的構成。它與傳統電梯控制系統的主要區別是利用模糊邏輯推理控制方法確定適合于電梯運行情況的規則，通過進一步處理所選規則從而最終確定電梯運行程序。該系統能向乘客及時報告電梯運行狀況，從乘客心理和生理條件出發以滿足高效率運輸。智能電梯控制可分為兩個方面：電梯拖動系統控制和電梯邏輯控制。電梯PLC控制系統主要包括PLC、操縱盤、呼梯盒、井道等裝置。具體結構間圖1。
3 電梯PLC智能控制的應用實例
3.1 智能電梯系統集成
為了提高上述電梯控制系統的工作穩定性和可靠性，開發了一種以數據傳輸為核心的智能電梯控制系統。這種智能電梯控制系統，包括電梯控制中心、電梯管理模塊、樓層控制鍵盤、功能設備和監控計算機，具體如圖2所示。
該電梯工作原理可總結為：首先，電梯管理模塊通過功能設備讀取用戶卡內的用戶信息，并查找另一微處理器中存儲的用戶資料，如果查得到相應的用戶記錄，則讀取該用戶的樓層權限；否則，系統返回操作。接下來，另一微處理器分析用戶的樓層權限，判斷其可到達的樓層數。如果用戶權限等于1，即該用戶只可以到達一層樓，則控制系統響蜂鳴器提示操作成功，并將相應的樓層信號發送給電梯控制中心；如果用戶權限大于1，即該用戶可以到達多個樓層，則控制系統響蜂鳴器提示用戶輸入需要前往的樓層號，并開放樓層控制鍵盤的權限按鈕，用戶通過樓層控制鍵盤輸入目的樓層號，該樓層信號通過輸入0輸出電路傳送到微處理器電路，同時，電梯管理模塊將該用戶權限信號送給電梯控制中心；如果用戶無使用權限，則系統返回操作。最后，電梯控制中心對來自控制鍵盤的樓層信號和來自管理模塊的權限信號進行分析運算，判斷出用戶要到達的目的樓層，并登記相應信息，點亮相應樓層的按鍵燈，提示操作成功，開啟相應樓層開關。系統返回，等待下一個用戶的操作。
3.2 電梯信號PLC控制
電梯信號主要由PLC程序實現，取代了大部分繼電器。輸入到PLC的控制信號有：運行方式選擇、運行控制、內指令、外召喚、安全保護、呼梯及選層顯示、方向指示、到站鐘、開關門控制、井道信息或旋轉編碼器光電脈沖、開關門及限位信號等。輸出控制信號有：樓層顯示、拖動控制信號、門區或平層信號等。系統程序主流程見圖3，其主要功能如下：
(1)運行狀態程序：電梯可在有司機、無司機或檢修三種狀態下使用。(2)保護程序：為了保證乘客的安全，通常在轎門和中分式門雙側安裝安全觸板。(3)上、下行程序：集選控制電梯將各層樓廳外的向上和向下召喚信號與轎廂內的指令信號綜合在一起進行集中自動控制。根據呼叫信號、內選信號與電梯位置，確定電梯是上行還是下行；程序中順向呼叫信號與內選無條件響應，反向截車遵循最遠程反向原則。(4)呼叫信號程序：電梯有內指令或廳召喚信號時，自動記憶呼叫信號并且有記憶燈亮。在電梯到達某層停車時，自動消除順向呼叫信號，保存反向的呼叫信號。(5)轎廂與廳的指層信號程序：指層信號由高速計數器的計數值與平層點的計數脈沖相等時發出的平層信號來獲得�？刂齐娐吩O計可獲得連續的指層信號和方向顯示。(6)開關門程序；電梯到達目的層后，自動地進行開門、等待及關門過程，在關門過程中，如果門上感應器感應到門口有人時或廳外有呼叫信號時，又重新進入開門狀態。還可在本層廳外開門、檢修時開關門。(7)有無司機時程序；無司機電梯自動起動、加速、制動減速及自動平層，電梯按指令、召喚信號自動定向、自動保持最遠層站所定的方向；有司機時按上升或下降按鈕；檢修時只能慢速。(8)換速程序；用PLC的高速計數器對輸出脈沖進行計數，當高速計數器的計數值與換速點對應的脈沖數相等時，且目的層有有效的選層信號或呼梯信號，則發出換速信號，電梯轉入減速階段。
3.3 電梯變頻調速PLC模糊控制
本文研究了一種變頻域PLC調速控制方法。假設輸入變量誤差為x，其初始論域為[-E，E]，那么采用7個語言值：“正大”、“正中”、“正小”、“零”、“負小”、“負中”、“負大”。當誤差逐漸縮小，原始論域對于縮小后的誤差偏大，如果仍然原始論域及其劃分進行分析勢必加大誤差，從而降低控制精度。而變論域的思想是：在規則形狀不變的情況下，論域隨著誤差變小而收縮，論域隨著誤差而增大。
當電梯的運行速度受到外界干擾時(乘客的增、減)，其速度會偏離預期的速度變化曲線，傳感器會采集到對應的誤差變量x。如果x與極值誤差接近時，論域不發生變化，當與極值誤差相差較大時論域則需進行相應的變化�？刂破鞑粩噍敵稣{節作用。誤差逐漸減小。對于較小的誤差則調整隸屬度函數的形狀，以提高控制量變換精確度。電梯變頻調速PLC模糊控制框圖如圖4。
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