吴淑娟

（闽西职业技术学院 信息与制造学院，福建 龙岩 364000）

随着当前城市化的发展，电梯专业人才日益紧缺，而作为担负培养电梯行业技术技能型人才的高职院校，普遍存在电梯实训室建设不够完善，已有设备单一，与工程现场对接不够的问题；另外随着计算机辅助设计的日益成熟，在电梯日常运行管理中，开始引入可视化的人机交互动态管理，以实现便捷的电梯运行管理[1]。为了使学生熟练掌握电梯群控的控制方法以及电梯系统管理的可视化设计，从降低成本角度出发，本文利用实验室已有的两台4 层仿真电梯为研究对象，配以动画效果强，编程方便的MCGS 触摸屏作为上位机，通过PLC 编程和HIM 工程设计，开发一套既能实现单台电梯运行控制又能实现两台电梯并联群控控制同时具有可视化远程监控的电梯控制系统。

1 实验室仿真电梯控制系统设计目的

系统设计的目的是为了对接电梯工程现场，让学生在实验室利用已有的仿真电梯实训设备学习电梯系统的运行与控制，熟悉与工程现场一致的工况，掌握电梯运行控制的方法。以两台4 层仿真电梯实训设备为对象，利用PLC 与MCGS 触摸屏人机界面，学习电梯运行与控制,使学生能够直观掌握控制效果并进行优化改进。该系统要实现以下几点功能：①单梯控制模式下，两台电梯可单独运行，互不影响。每台电梯应能正确响应任意楼层内选、外呼信号；能准确平层停车；能自动或手动开、关门；能根据预定的响应逻辑运行。②并联群控模式下，两台电梯可按设定好的群控调度规则对外呼信号实行统一调度管理。③利用上位机触摸屏设置多画面人机界面，实现电梯远程监控。

2 单台电梯的运行控制

2.1 电梯控制系统的硬件结构

实验室仿真电梯，按照实际电梯缩小比例设计，包含电梯全部要素。电梯的控制器采用三菱FX3U－64MR/ES PLC，以MCGS 的TPC7062K 触摸屏为上位机。

单台电梯的控制系统硬件结构如图1 所示。系统中PLC 接收楼层内外呼信号、井道传感器信号、电梯安全防护信号、曳引机编码器反馈计数脉冲等外部信号；PLC 程序处理后驱动变频器控制曳引机正、反转运行和启、停控制，从而实现电梯轿厢的上行、下行以及电梯的自动平层控制。在自动或手动方式下PLC 向电梯轿厢门机发出相关信号，实现轿厢开、关门控制；PLC 通过七段数码管和相关的发光二极管实时显示电梯轿厢所在的楼层、呼叫响应以及电梯运行方向等信息；上位机MCGS 触摸屏通过RS485 通信接口与PLC 进行互访以实现对电梯的远程监控[2]。

图1 单台电梯控制系统硬件结构图

2.2 单台电梯控制系统设计

（1）电梯舒适度设计

电梯运行过程中轿厢的振动性、运行的平稳性以及电梯启、停过程中的加、减速度等因素均会影响电梯的舒适度。在系统设计中通过PLC 编程和对变频器的高、低速运行频率以及变频器启、停的加、减速时间以及缓和机械共振引起的振动等参数的设置，实现变频器的速度切换、平稳停车、准确平层、减少机械振动，从而达到电梯运行舒适的效果。

（2）电梯基本功能设计

电梯基本功能就是在安全回路和门锁回路正常的情况下能够正常响应楼层内外呼信号、轿厢到达响应楼层后能够自动平层、能够自动或手动开、关门。电梯运行的逻辑必须满足“先按定向，同向响应，顺向截梯，最远端反向截梯”原则[3]。各功能控制程序流程图如图2 至图5 所示。

图2 电梯呼叫响应程序流程图

图3 电梯平层控制程序流程图

图4 电梯开关门控制程序流程图

图5 顺向截梯，最远端反向截梯程序流程图

3 电梯并联群控控制系统设计

3.1 并联控制系统硬件结构

本系统的群控电梯由上述两台由PLC 控制的4 层仿真电梯组成，两台PLC 之间通过RS485 通信接口组成主、从网络，利用编程软件分配主、从站，并进行互访和数据共享。实现两台电梯的楼层呼叫、轿厢位置以及响应顺序等信息的共享，从而达到并联群控的统一调度[4]。以两台PLC 的通信为基础，触摸屏以多画面的形式统一展示两台并联电梯群控系统的监控画面。

3.2 电梯群控控制系统的PLC 程序设计

电梯群控控制中，每台电梯的内呼信号管理仍然与单台电梯的控制管理一致，但对两台电梯的外呼信号要实行统一管理。群控控制研究的目的主要是实现对外呼响应的统一调度管理。电梯群控调度规则应满足：路程最短、时间最短和任务均分原则[5]。

3.2.1.电梯群控调度规则

根据通信参数设定将两台电梯分成主梯和副梯，每台电梯的有待召和运行两种工作状态。在外呼请求时，两台电梯群控调度规则如表1 所示。

表1 电梯群控调度规则

3.2.2 电梯群控程序

群控程序设计时，针对外呼信号的响应情况分为主梯响应和副梯响应两种情况，根据预定的调度规则，设计群控调度程序。本系统2 台三菱FX3UPLC 之间通过RS485 通信连接，采用N：N通信，进行软元件相互链接的功能[6]。N：N 通信共有3 种链接模式，本系统采用模式2。电梯群控设计时，将群控调度程序写入主站PLC，主站PLC 通过访问从站PLC 的链接位元件和链接字元件，获取副梯运行状态及相关楼层位置数据，实现对外呼信号响应的统一调度管理。根据预定的调度规则设计的群控调度流程图如图6 所示。

图6 群控调度流程图

群控调度流程图中“沿途顺带”的条件是指：电梯上行时，外呼所在楼层比轿厢所在楼层高，且电梯最远响应楼层高于外呼所在楼层；电梯下行时，外呼所在楼层比轿厢所在楼层低，且电梯最远响应楼层低于外呼所在楼层。

群控调度流程图中涉及的概念及相关计算如下（注：以下“电梯轿厢”指电梯轿厢所在楼层，“外呼”指外呼所在楼层，“最远响应”指电梯当前方向最远响应楼层）：

（1）“副梯距离更近”指的是副梯轿厢与外呼之间的距离小于主梯轿厢与外呼之间的距离。相关计算公式为：电梯轿厢与外呼距离＝电梯轿厢－外呼。

（2）“副梯反向更离更近”指的是当外呼响应方向与主、副轿厢当前运行方向相反时，副梯轿厢与外呼之间的反向距离小于主梯轿厢与外呼之间的反向距离。相关计算公式为：电梯轿厢与外呼的反向距离＝电梯最远响应与外呼之间的距离+电梯轿厢与电梯最远响应之间的距离。

3.2.3 基于MCGS 的上位机HIM 工程设计

系统采用MCGS 的TPC7062K 触摸屏与PLC同步，实现联机运行，触摸屏系统一方面要能真实显示出电梯运行过程中的各种信息以实现电梯系统的远程监视，另一方面要能够方便在触摸屏上进行相关操作以实现电梯系统的远程控制。为此在触摸屏上制作2 个监控界面。

界面一中显示两台电梯的运行过程监视画面。包括两台电梯的轿厢、对重、钢丝绳的运行轨迹以及轿厢开、关门画面；两台电梯的轿厢位置、运行方向、呼叫响应指示等信息；两台电梯当前轿厢的实时高度、变频器运行频率等参数,界面一中设置有进入界面二的按钮。界面二中设置对两台电梯的各种远程操作控制，包括电梯群控模式选择、主、副梯的测试运行模式选择、司机运行模式选择、紧急救援模式选择、夜间防盗模式选择以及群控运行和单梯运行的切换选择等。界面二中设有进入界面一的按钮。

HIM 工程设计中对各种操作模式选择和显示信息的地址都进行了固定定义，并同步进行了轿厢、对重、钢丝绳及轿厢门开、关的运行轨迹动画脚本编写、文字可见度动画设置，并在PLC 中增加相关的程序以使HIM 功能得以实现。

3.3 系统实现与测试

系统设计完成后，经过不断的调试和程序优化，使其功能不断完善，取得较好的控制效果，并以此系统设计为基础，2017 年、2018 年、2019 年三次代表福建省参加全国职业院校技能大赛 “智能电梯装调与维护”赛项，分别获得全国二等奖、全国一等奖、全国二等奖。

4 结语

依托两台4 层仿真电梯实训设备，对电梯控制系统的PLC 编程和HIM 工程设计进行了较为深入的研究，具有较好的参考价值。学生可以在充分学会基本的PLC 控制指令的基础上，利用该平台进行电梯控制系统的设计与调试，其人机交互能力强，动画丰富，成本低廉，适合目前高职院校电梯及相关专业开展电梯与PLC 控制的综合实验实训教学。