摘要：21世纪以来，随着电子信息化的快速发展和应用，利用PLC进行电梯控制系统设计已成普及之势，在电梯控制系统设计中引入PLC控制单元不仅能够提高电梯控制系统中控制电路的控制精准度、稳定性和灵活性还可以增强电梯控制系统的抗干扰能力。本文以基于PLC的电梯控制系统设计进行了研讨，并以简单三层建筑为分析对象进行电梯控制系统的设计，以期为以后的应用提供参考。
关键词：双重冗余；电梯控制系统；故障；安全设计
1电梯控制系统的研究现状
我国电梯发展起步比较晚，但是经过一代代人的努力，特别是改革开放以来我国电梯行业得到了长足的发展。其中，有研究提出采用永磁同步电机结构的电梯它通过向电枢绕组供直流电来实现带负载零速停车，做到了无需抱闸的机械制动，实现了电梯的零速停车，大大提高了电梯的安全性能。还有研究提出基于PLC变频调速的电梯控制系统，让电梯的运行变得更加平稳、节能。另有研究高层建筑电梯的资料表明：满足乘客生理和心理上的承受力是电梯交通系统设计的关键。这就要求我们不仅要保证电梯的安全性和舒适性，还应该最大程度的减少候梯和乘梯时间，而要想有效的达到这个要求，必须适当的多安装几个电梯，电梯群控系统就是在这种形势下应运而生的，它是指多台电梯的优化调度系统。所谓电梯群控系统是依据建筑物内的交通流量状况，科学地安装了多台电梯形成了电梯群，并且这些电梯群的候梯和轿厢内召唤信号是由微机控制系统进行统一管理的，该系统首先识别当下的交通状况，然后根据自身识别的信息结合不同的优化目标发布系统控制指令，最后针对这些不同的指令就可以把候梯厅召唤信号分配给电梯群中的电梯，从而得出最优的分配方案，来提高电梯的运行效率，减少所有候梯厅乘客的平均等候时间。所以群控电梯就这样走上了历史的舞台，群控电梯的出现大大提高了电梯运行的效率，所谓群控电梯，它是指三台或三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。即使这样，人们日益增长的生活水平，传统的群控电梯调度方法己不满足要求。随着计算机技术长达三十多年的迅速发展，使得满足人们这一要求成为了可能，先后发展了专家系统、模糊控制、人工神经网络以及遗传算法等人工智能技术。
2PLC控制系统的设计要求
在设计PLC控制系统时，必须遵循以下基本原则：最大限度地满足被控对象的控制要求、保证PLC控制系统安全可靠、使PLC控制系统的优点最大化。保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。比如，在电梯运行、或未平层时，轿厢门不能开，在有紧急情况时，电梯可以迫降。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下，也能正常工作。同时，控制系统也要有硬件等限位开关配合，双重保护。PLC控制系统能实现电梯运行过程的自动控制，通过编辑简单实用的程序，缩短运行程序扫描时间，提高电梯运行精度。从硬件角度考虑，还省去了很多继电器与接触器，使得线路简化，就使得控制系统结构简化。对于易损控制系统组件，采用模块化，如果失灵或损坏，可以迅速更换组件。由于对线路和系统的集中控制，使控制系统的调试与检修更简单。
3双重冗余电梯控制系统故障-安全设计
3.1双重冗余硬件系统结构
3.1.1系统选型、硬件配置及I/O点数分析
旨在从源头上保证电梯系统长期运行的性能优势，在设置I/O点时，需预留多个端口，以备后期系统升级与功能拓展。另外，为从根本上保证系统运行的安全性，分别配装急停和门锁两种继电器设备。就输入点数和输出点数配置上来看，结合笔者设计的5层电梯系统，分别将其控制在35点、32点范围之内。与此同时，将系统输出电压定义为220VAC/110VDC。
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3.1.2I/O地址分配及外围接线方式分析
在确定I/O点数后，需结合输入/输出点数对I/O地址分配及外围接线方式进行综合考虑与全面分析，在电梯控制系统正常运行的情况下，利用PLC输入结构将采集的数据信号完整地发送至PLC主机中，由其完成后续的数据分析与处理。与此同时，利用输出结构将处理完成的信号指令发送给控制部件以执行相关动作。
3.1.3故障－安全中的安全仪表设计
保留限速器和安全钳等部件构成的传统机械安全装置系统，增加独立的速度传感器，监测电梯运行速度，当超过额定速度115%时，触发主机停止运转，实现电气锁停；如未能有效停止箱体运动，则离心原理使限速器绳夹紧，同时安全钳两边楔块与箱体运行导轨面接触，超速厢体因摩擦力被夹持在导轨上，实现机械锁停；当电梯超速、运行失控或悬挂装置断裂时，限速器安全钳组成的安全仪表系统是电梯必不可少的安全装置。强制换速开关、限位开关和极限开关顺次安装在电梯井上下端口附近，与安装在轿厢上的撞杆动作组成越程保护装置。
3.1.4安全回路系统
为保证电梯安全运行，在电梯上装有许多安全部件，只有每个安全部件都在正常的情况下，电梯才能运行，否则电梯立即停止运行。在电梯各安全部件上设置安全开关，把所有的安全开关串联，控制一只安全继电器。只有所有安全开关都在接通的情况下，安全继电器吸合，电梯才能得电运行。安全回路中内置双路处理器及诊断电路，由双PLC同时对一组涉及安全开关信号进行监测，将监测结果通过2套系统的输出继电器输出，进行“与”操作后驱动外接安全继电器执行动作，保证回路中开关故障均可被诊断出来。
3.2控制系统软件设计
在电梯控制系统软件中，主要含有：定向、运行方向、开关与信号等多种模块所组成，所以在对其中的软件展开设计工作时，就可以从以下几方面展开。在软件系统中的判断模块，主要指的就是对电梯所在的实际位置展开判断，按照控制系统所接收的请求信号，对电梯的所在位置展开掌控。在对其展开设计时，就会因为触摸尺寸的实际大小受到限制，这就使得计算的电梯位置和实际位置不符，甚至还会出现无法达到指令位置。为了有效控制这种误差，就需要在对软件系统展开设计时确保准确度，而且在对其展开仿真试验时，根据电梯实际的变化高度展开分化，通过相同的指令对电梯的实际高度展开对比，从而就能够得知电梯轿厢实际位置，以便于对电梯的运行情况展开控制。基于控制系统的定向模块，通常根据电梯所在位置与信号，确定电梯上生或是下降的实际运行。因为在电梯中的控制系统会自动储存所有楼层的相关信息，在电梯使用者发出信号时，其会自动将储存的楼层信息与使用信号相互对比，在储存的楼层信息较大时电梯就会开始上升，相反电梯就会开始下降。而且软件系统可以按照对运行所设计的相关程度，将曳引机所旋转的实际方位展开控制，从而掌控电梯是上升还是下降的实际运行。
4结束语
利用PLC控制系统提高电梯运行控制系统的可维护性的同时，将我国高铁列车运行控制系统广泛采用的故障－安全设计思路引入电梯运行安全控制系统设计，提出了基于5层电梯的故障－安全双重冗余控制系统总体设计方案，给出了系统组成框图和程序流程图，采用双重冗余设计提高了系统的可靠性，为电梯运行的安全性设计及可靠运行提供了参考。
参考文献：
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论文作者:汪剑
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
标签：电梯论文; 控制系统论文; 系统论文; 信号论文; 冗余论文; 继电器论文; 点数论文; 《基层建设》2019年第20期论文;