基于PAC的电梯群控系统设计
1.2 电梯群控的发展现状
电梯群控技术的发展分为三个阶段，第1阶段是1949年～1971年，1971年以前，是电梯群控技术的初级阶段，采用的是继电器时序控制和预选分区控制，轿厢指派方式为区间指派方式。第2阶段是1971年～1975年，硬件采用了集成电路，可以进行较为复杂的逻辑计算。第3阶段是1975年～1988年，计算机应用于电梯群控标志着现代电梯群控阶段的开始。着重研究电梯群控系统的动态特性，控制方式主要是最小候梯时间控制和综合评价函数控制。从1988年至今，是电梯群控技术的快速发展阶段。电梯系统的控制提出了两个不同的工程问题。首先，必须提供轿厢在垂直方向上运行和在指定层站停靠的控制方法，即传统意义上的电梯控制；其次，在一组电梯同时工作时，为了有效地使用电梯群，需要协调各台电梯的运行，这就是电梯群控控制。随着电梯控制技术的不断发展，人们对其服务质量提出越来越高的要求，而电梯的控制方法直接影响其运行效率，因此对于控制技术的研究已成为电梯控制的核心问题。采用何种控制策略，优化调度多部电梯群以提高电梯的运行效率和服务质量，这已是电梯界众多专家关注的问题[8]。
国际群控系统现状，电梯群控系统的发展大约已有半个世纪的时间，最早是由日本Toshiba公司提出的[9]。它是指3台或3台以上的电梯作为一个群体，应用人工智能技术进行控制和管理。1949年，纽约联合国大厦首次使用了继电器逻辑组成的电梯群控系统，经历了由当初的预选控制到后来的分区控制。随着计算机技术的迅速发展，国际上各大电梯公司相继推出了一些控制算法，如：日本Mitsubishi公司的综合分散度群控方法、Hitachi公司的时间最小/最大群控方法，瑞士Schindler公司的综合服务成本群控方法，美国Otis公司的相对时间因子群控方法等。这些群控系统已经开始应用专家系统、模糊控制、人工神经网络等先进的控制技术[10]。1996年，迅达电梯公司公布的最新电梯技术，其中包括“Miconic VXTM/ATM”用于电梯的人工智能技术，使电梯群控系统可以改变运行参数，具有学习功能[11]。
在我国，电梯群控技术的研究最早见于1990年，主要是研究电梯群控系统的人工智能调度策略。近几年，我国在这方面的工作主要表现在引进国外先进技术和产品上，并在此基础上力争推出自己的产品。例如1994年，上海电梯有限公司制造出智能化电脑网络控制电梯GPS/GPM型，具有缩短候梯时间，设置服务楼层，消除错误指令及为用户提供保安召唤等功能。我国对电梯系统特征研究与国外相比还处于比较落后的状态，国内使用的先进的电梯群控系统基本上都是国外电梯公司制造的或由国外电梯公司提供其控制系统部分，而国内自主版权的控制方法和技术在实际中的应用还很少，很多停留在产品引进上，对电梯群控系统的关键技术仍需要不断消化吸收并进行创新。随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展，一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。
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基于PAC的电梯群控系统设计
1.3 本课题的主要工作
本课题基于PAC电梯控制系统，结合三部六层电梯实训装置，设计出电梯群控系统。
本课题主要研究内容：
第一章：引言。主要介绍了本课题研究的背景及意义，对电梯群控系统在国内外的研究现状做了简要概述。
第二章：电梯群控系统的硬件设计。通过对输入输出（I/O）点数的估算、对存储容量的估算、控制功能的选择、对I／O响应时间的选择，确定所选机型。
第三章：电梯群控系统的软件设计。建立PAC Systems RX3i工程，配置控制系统参数，通过分析楼宇的交通流，来确定群控系统的控制策略。
第四章：电梯控制系统调试及运行分析。将群控程序输入PME软件后下载到PAC调试运行，分析程序中的重点与难点。
2 电梯控制系统的硬件设计
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电气控制系统（“早期安装的电梯多为继电器控制系统”）PLC控制系统、微电机控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等特点，目前已逐渐淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较高的功能，但也存在抗干扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷。而PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统使用最多的控制方式电梯控制系统从继电器控制发展到PLC加调速器控制方式，经历了一个相当大的技术飞跃，现有的产品也成型，且性能相当稳定，现有的电梯控制系统结构，如图1所示。即控制中心在楼顶机房，井道和轿厢中的所有信号都以点对点的形式通过大量的电缆传送到控制中心。
PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点，因此在工业控制方面得到了广泛应用。自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由于PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用，并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统传统电梯控制系统由于接线过多，安装复杂，不宜更改和扩展，导致难以维护和效率低的缺点。现今的电梯用户对电梯的要求已不仅仅停留在对系统的安全性、可靠性等基本功能的追求上，他们对电梯的舒适感、效率、自我故障诊断、远程监控等智能化以及电梯调试，维护的简便性，提出了更高的要求。为了达到人们的需求，可编程控制器是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制
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方式已逐渐被PLC控制代替。在PLC的发展历程中，最初的I/O接线在实际的电梯控制和运行中产生了很多的安全隐患，所以急需一种高效率，高可靠性的现场总线技术来满足用户的要求，以及以太网总线技术就是其最佳选择。
机房控制中心驱动器电动机 n楼层n-1钢丝绳电缆轿厢1井道
图1 电梯控制系统
2.1 可编程控制器的选择
在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用PAC进行控制。本次设计的对象是六层电梯实训装置，每个电梯的硬件完全相同，在设计控制系统是主要考虑以下几点：
（1）I/O点数的估算
要先弄清楚控制系统的I／O总点数，系统中每个电梯的轿厢内按钮8个，用到厅外呼上行按钮5个，下行外呼按钮5个，另外还有开门按钮、关门按钮、电梯一到六层定位感应器、限位开关以及轿厢开门电机和电灯的接口等，电梯模型需要DI点96个、DO点72个，而且I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展的备用量(为系统的改造等留有余地)后确定所需PLC的点数，经过计算，控制系统所需的I/O点数为200个。三部电梯所用的部分I/O点数，如表1所示。
表1 各电梯I/O分配表
功能 开门内呼叫 关门内呼叫 1层内呼叫 2层内呼叫 A梯 I9 I10 I3 I4 B梯 I249 I250 I243 I244 C梯 I153 I154 I147 I148 功能 1层内呼指示 2层内呼指示 3层内呼指示 4层内呼指示 4
A梯 Q1 Q2 Q3 Q4 B梯 Q0233 Q0202 Q0203 Q0204 C梯 Q137 Q138 Q139 Q140 基于PAC的电梯群控系统设计
3层内呼叫 4层内呼叫 5层内呼叫 6层内呼叫 1层外呼上 2层外呼下 2层外呼上 3层外呼下 3层外呼上 4层外呼下 4层外呼上 5层外呼下 5层外呼上 6层外呼下 I5 I6 I7 I8 I11 I12 I13 I14 I15 I16 I17 I18 I19 I20 I245 I246 I247 I248 I251 I252 I253 I254 I255 I256 I257 I258 I259 I260 I275 I277 I261 I262 I263 I264 I265 I267 I269 I271 I149 I150 I151 I152 I155 I156 I157 158 I159 I160 I161 I162 I163 I164 I179 I180 I165 I166 I167 I168 I169 I171 I173 I175 5层内呼指示 6层内呼指示 1层外呼上指示 2层外呼下指示 2层外呼上指示 3层外呼下指示 3层外呼上指示 4层外呼下指示 4层外呼上指示 5层外呼下指示 5层外呼上指示 6层外呼下指示 层门开 层门关 轿箱照明 楼层显示第1位 楼层显示第2位 楼层显示第3位 主方向显示上 主方向显示下 3层上限位 4层上限位 5层上限位 6层上限位 Q5 Q6 Q9 Q10 Q11 Q12 Q13 Q14 Q15 Q16 Q17 Q18 Q7 Q8 Q24 Q25 Q26 Q27 Q28 Q29 I26 I28 I30 I32 Q0205 Q0206 Q0207 Q0208 Q0209 Q0210 Q0211 Q0212 Q0213 Q0214 Q0215 Q0216 Q239 Q240 Q256 Q257 Q258 Q259 Q260 Q261 I266 I268 I270 I272 Q141 Q142 Q145 Q146 Q147 Q148 Q149 Q150 Q151 Q152 Q153 Q154 Q143 Q144 Q160 Q161 Q162 Q163 Q164 Q165 I170 I172 I174 I176 轿箱开门到位 I35 轿箱关门到位 I36 1层下限位 1层上限位 2层下限位 2层上限位 3层下限位 4层下限位 5层下限位 6层下限位 I21 I22 I23 I24 I25 I27 I29 I31 （2）对存储容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量[12]。经过计算，对存储容量的估算为2600bit。
（3）控制功能的选择
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。在常用的一些PLC机型中，完全可以满足编写、控制群控电梯的程序。
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（4）对I／O响应时间的选择
PLC的I／O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟(一般在2-3个扫描周期)等[13]。对开关量控制的系统，PLC的I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。
综上所述考虑，选用通用公司生产的PACSystems RX3i系列的可编程自动控制器作为电梯的控制器，其输出方式为继电器输出形式。通过主机上的以太网接口，可实现PAC与PC机的通讯，使用PME软件可直接在PC机上用梯形图编程、调试，直观易学。
2.2 GE-PAC控制器模块的选择
网络配置是组建GE-PAC控制系统的基础，是硬件安装和组态的关键。网络配置包括I/O总线、以太网和PROFIBUS-DP三部分。PACSystems RX3i系列控制器系统配置包括硬件的选型、安装和组态。首先根据应用要求选择CPU模块、信号模块、接口模块、功能模块和通信处理器等，再把选好的硬件按要求安装。GE-PAC RX3i系列采用模块化结构，模块内集成背板总线，把所选择的模块安装在底板（连接器）上。根据电梯控制功能的分析，电梯模型需要DI点96个、DO点72个，对存储容量的估算为2600bit，选择模块的型号，如表2所示。
表2 Demo演示箱的模块配置表
槽号 0 1 2 3 4 5 6 10 模块 IC695PSD040 IC695CPU315 空白 IC695ETM001 IC694MDL660 IC695HSC304 IC694MDL754 IC695PBM300 位置 Power supplies Central processing Unit (used with shot 1) Communications Discrete Output Motion Discrete Output Bus controller 2.3 六层电梯实训装置
本装置具有全透明化和开放式结构，控制面板采用单开门结构，背面采用双开门结构，可以清楚地观察电梯内部结构，且可以实际动手组装操作，使学生能够直观透彻地了解和掌握电梯的基本结构及其动作原理。达到事半功倍的效果，解决了以往电梯教学中单纯的理论教学方式或是参观实际电梯时带来的不安全以及无法全面了解其内部结构和运行过程等种种实际问题。
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