电梯运动故障实时监控系统的研制

摘要： 电梯是高层宾馆、商店、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑垂直方向必不可少的交通工具。随着社会的进步，建筑物规模逐渐扩张增大，楼层逐渐增多，对电梯的事故发生率也逐年提高。为了保障安全，研制一套电梯故障监控显示系统，用于客梯的故障显示。其控制系统PLC作为控制核心，应用人机Panel Master软件实现故障实时监控，从而保障了客梯乘坐人员安全以及维修人员及时的对电梯故障清除。

Abstract： Elevator is essential transport for high-rise hotels， shops， homes， factories and multi-factories and warehouses in the vertical direction. With the progress of society， the size of building and floor are gradually increasing， and the accident rate of elevator is also increasing every year. To ensure the safety， a set of elevator fault monitoring display system is developed to use in passenger elevator's fault display. As the control core， its control system PLC should use HMI Panel Master to achieve fault real-time monitoring and then protect the safety of passengers and the elevator maintenance personnel could clear fault on time.

关键词： 电梯；监控系统；三菱PLC

Key words： elevator；monitoring system；mitsubishi PLC

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）02-0039-02

0 引言

电梯各个生产厂家的监控系统都是自主开发的，只能用于本厂的产品或者只能用于本厂某型号的产品，并且价格昂贵；另外，随着电梯的不断推陈出新，其主要控制技术更新较快，淘汰原有技术的速度更快。目前在控制上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种电梯控制方式。其中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式是现在用的最多的PLC控制方式，因其更适用于在电梯的技术改造和控制系统的更新，所以PLC控制是电梯控制系统中理想的控制技术；而且PLC能匹配好多的软件实现共同控制。本文针对PLC控制系统的电梯作业开发了一套控制系统，乘坐人员可以在轿厢内看到电梯的运行状态是否是带病作业，可以进一步确保乘坐人员的安全。

1 电梯监控系统组成分析

电梯监控系统主要由三部分组成，分别是曳引、运动装置和电气控制系统及计算机控制系统。

1.1 曳引、运动装置 目前电梯的曳引、运动装置采用永磁电机和曳引轮组成，根据曳引电梯的运动特点，轿厢的运动采用上下循环式结构，当轿厢的平层信号和主机编码器设置调、试好后，轿厢工作，电机带动轿厢和平衡重上下运动，以可调节速度将轿厢上移或下移到固定位置后，由抱闸将主机旋转轴抱住，完成一次选址运动。

1.2 电气控制系统 针对电梯的特殊性，要求电梯工作具有安全、可靠、停站的准确、舒适感、快速感及电磁抗干扰性，而且必须反应快、能快速的启动制动。在电气控制系统中采用开关和信号，轿厢的运动速度取决于变频器的电压或电流。

1.3 计算机控制系统 实时监控系统不仅要能满足电梯的管理和使用要求，也要遵循分散检测控制、集中监控管理的原则，为了满足以上的条件，设计了一个高可靠性实用系统，它的下位机PLC负责具体控制人物、上位计算机进行集中管理。

而电梯故障显示控制系统则是采用的上位机、下位机结合的主从控制结构，位机采用屏通人机，在上位机上安装Panel Master软件。下位机选用三菱FX系列PLC，这个主从控制结构具有结构紧凑、扫描速度快、价格低的特点，并且该结构具有标准化和模块化的特点更便于编程开发。

2 上位机的组态开发及功能实现

2.1 监控系统界面设计 依据实时故障显示数据处理要求，监控系统组态有主显示界面、速度监控界面、故障状态显示及故障处理界面、故障记录历史窗口四个界面。

故障显示实时监控过程，就是要时刻监控测试运行状态和运动速度的变化，并与历史数据进行对比。因此要求对监控画面设计的整体思路必须是：图像简洁、明了、直观；色彩配置不需要太深、太重，给人以清淡和柔和之感；最好使整体结构紧凑一点，画面更加的清晰，才能帮助乘坐者和工作人员在更短的时间内做出最有效的决策。

2.2 构造实时数据库 实时数据库是“人机”的核心和引擎，它也是联系上位机和下位机的桥梁。当故障显示监控系统运行的时候，为了便于乘坐者或电梯维保人员查看，系统会以实时数据为中介把电梯运行的工作状况以画面的形式反映到界面上。在Panel Master软件开发系统的数据库对话框里定义变量，定义时要指定变量名和变量类型，有的还需要一些附加信息。

2.3 用巨集宏进行编辑 “人机” 的巨集宏分为全局巨集和本地巨集。全局巨集可被用在整个项目中，而本地巨集只能用在本触控屏中。它除了在定义动画连接时支持连接表达式，还允许用户定义类似Basic语言的命令语言来驱动应用程序，极大地增强了应用程序的灵活性。设定的数值是利用PV内部记忆体设定数值，比较正确后储存到PLC内部暂存器（寄存器）当中。首先要在界面上设定写入地址和监视地址。数值设定完成设定后，人及内部记忆■U110.0设为1，符合条件后检查设定数值■U100、■U101、■U102、■U103相互关系式，比较正确将值储存到对应PLC暂存器之中。

2.4 人机系统安全设置 系统提供设计者能设定密码保护自己设计的程式档案，可以单独保护项目、密码表和全局宏，选中项目后，单击“信息与保护”图标，则弹出设置信息与保护项目密码对话框，以防止数据的丢失和参数的无意改动，确保上位机控制程序的安全。密码设定后，如果要修改密码，触摸屏上提供了密码修改页。

3 下位机的数据转化传送功能及PID控制的实现

3.1 模拟量输入控制程序的实现 本系统共需要采集4个数据，即电气系统中的轿厢超载压力、电梯各个继电器的吸合释放状态、轿厢速度及轿厢位移。分别通过利用安装在生产现场适当位置的速度传感器、称重传感器和磁致伸缩线性位移传感器来采集。

3.2 模拟量输出控制程序的实现 为了确定电梯的运行速度和工作状态，系统必须要对各个接触器（继电器）和调速开关进行整体控制。在PLC的主单元模块上扩展两通道的D/A控制模块，可以把数字量转换成连续可调的模拟量，同样通过设置提供的缓冲存储区的参数来完成初始化工作，继而执行程序实现D/A转换，以完成控制目标。

3.3 三菱PLC实现对速度的PID控制 在机电一体化系统中较难控制的一个参数就是速度控制了，为确保电梯能够安全运行，保持电梯乘客的舒适感，目前在对电梯进行控制的时候，比较常用的是经典控制理论中最典型的PID调节。采样周期T、比例增益Kp、积分增益Ti及微分增益Td四个控制参数可以被PID指令确定。然后采用自动调谐法求得，并在之后的过程中不断的检验和修正，从而达到最优的控制效果。

4 系统的安全可靠性

在实际操作系统的时候，为了确保信息的安全可靠性，需要采取一些必要的安全和抗干扰措施，以下是具体的六项措施：

①电设备和气设备分开布置。因为电梯自身的特殊性，要求它所有的控制动作都必须安全、舒适，所以在布置工作现场的时候，一定要把电设备和气设备分开。

②有金属导体接地。静电积累也许会造成系统的不安全，因此必须要求金属导体接地。

③数字组件与模拟组件分开供电。数字组件与模拟组件应该分开供电，分别采用开关电源供电和线性电源供电。

④采用屏蔽电缆线传输模拟信号并远离动力线。采用屏蔽线传输模拟信号，可有效避免辐射电磁干扰，信号线应避免靠近动力线。

⑤软硬件滤波。软件上也可采用平均值法等算法对测量信号进行处理，更重要的是用具有较好的硬件滤波电路的PLC接口模块，滤除干扰信号。

⑥接地。系统应采用单点接地方式，但禁止与动力电系统共地。

5 结束语

基于PLC和组态软件的电梯运动故障实时监控系统，是利用PLC适用于工业现场的抗干扰能力强、组网方便的特点，依靠组态软件强大的数据处理和图形表现能力，对故障显示系统实时监测，确保了对电梯运行的有效闭环控制，有效地保障了人员的安全，显著提高了工作效率和质量。

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