电梯控制系统中信息技术的应用

电梯控制系统中信息技术的应用
摘要：电梯使人们日常生活的常见应用工具，而电梯的上下行、开关、速度等由电梯控制系统进行控制，电梯控制系统是信息技术的应用。

它的最底层控制工具为PLC系统，让电梯按照预先编程好的指令进行运动，除了最底层的PLC控制系统之外，它还有速度控制单元、调度模式、安全监测与控制单元、物联网监管、智能化技术手段等，都是可研究的方向。

本文即系统性地向大家介绍电梯控制系统的各方面技术应用，希望能有参考价值。

关键词：电梯控制系统；信息技术；应用
引言：
电梯是比较典型的机电自动化、智能化发展，它会按照预先设定好的调度逻辑执行命令，同时也可以应对一些突发情况执行相应的安全措施，了解电梯的控制系统相关知识，为进一步研发更先进的电梯系统打下铺垫，意义重大。

一、电梯控制底层逻辑
（一）PLC控制技术
电梯控制系统的最主要技术就是PLC控制技术，除此之外，还有微处理的单晶片控制系统，相较而言前者更多一点。

其实两者没有太大的区别，PLC控制技术全称为“可编程逻辑控制器”，它包含各种传感器和信号控制设备，各种开关（安全回路开关等），各种控制器（继电器等），以及特定的控制机械结构（曳引式、步进电机及驱动器等）、向量测量单元、基于微处理器的保护、数字干扰录像机等。

而微处理的单晶片控制系统的原理，则是利用通过晶震的振荡频率进行控制，这里不进行太深入说明。

（二）调度逻辑
调度逻辑也就是要预先编程好的电梯运行逻辑，后面就会按照这一个运行逻
辑来执行，不管是控制中心，还是电梯内外乘客按下控制按钮，会向PLC中央处
理单元发射一个电信号，CPU接收编译后可读的电信号，并将结果发送到输出端，就能让电梯设备接到指令就能按照对应的步骤来执行。

电梯运行逻辑是钢丝绳通过驱动装置（牵引机）的牵引带动，使电梯轿厢和
对重在电梯内导轨上做上下运动。

而调度过程则是“指令登记—定向—关门—运行—开门—消除指令—关门”的过程，单电梯的调度逻辑是“顺序截梯”，电梯
在顶层和底层之间运动，比较控制信号与自己所在的位置，在自己之上取正，在
自己之下取负，优先处理与自己同向的信号，而将负向信号留待下一次任务。

而
双电梯的调度逻辑就复杂一些，两台电梯叫做并联，三台或以上叫做群控，通过
模糊算法来进行科学计算，综合考虑最短响应时间调度，最佳能耗安排、忙梯闲
梯调度等多角度出发考虑，有限调度最合适的电梯。

模糊算法的原理是不深究其
原理内涵，而是在多次运行中会出现大量数据，包括准确数据、模糊数据和错误
数等，计算机网络技术以“一概而论”的处理方式，寻找最优的解法[1]。

（三）定位、速度的测定与控制
其实控制电梯的上下行以及运行状态，无非就是了解电梯当前定位以及速度，然后不断矫正数值，从而通过科学合理的控制命令进行控制。

它的控制逻辑包括“速度给定——速度反馈——速度控制器——速度执行机构”几个单元来完成。

速度给定是对于电梯系统设定一个内置的速度值，或者可实行的一套速度状态运
行逻辑，速度曲线如下图1所示，通过一个加速、匀加速、匀速、匀减速的过程；速度反馈通常是根据速度传感器，由位置量和时间量来精准测算得出，高中所学
的打点计时器就是这般原理；而速度控制器则是起到监测和控制作用的设备，实
际测算电梯实际速度，并给出相应型号进行控制；速度执行机构则由电机来完成，电梯应用步进电机来实现，步进电机是PLC控制体系下的可控类型电机，开环控
制就可以确定步进电机转子位置，根据不同信号，进一步就能控制步进电机中转
子的转速及转动方向，也就控制了电梯的运行方向和运行状态[2]。

图1、一般电梯速度控制曲线图
位置和速度测定是关键技术。

就位置和速度测定而言，可通过电动机编码器
闭环反馈（绝对值编码器）来进行计算，写入到控制系统的存储器上，也就是说，通过电动机转子的脉冲记录，也就能知道转子滚动了多少圈，也就知道了下放了
多少钢丝绳，把整个井道从最低点到最高点做一次完整的测量，通过脉冲信号次
数就能测算电梯的当前位置，如果再加上运行时间，甚至能知道当前速度。

不过
这个位置测定有不确定值，速度也是比较模糊的，可能因为编码器存在干扰，也
可能钢丝绳打滑，超过了系统允许误差，总之长距离运行就会产生数据误差，那
么还需要每一个平层的感应器发挥作用，平层感应器代表的平层信号点是稳定不
变的，电梯每一次经过平层感应器，就进行一次定位数据的置换更新，从而最大
程度减少位置上的误差。

（四）运行速度变化
通常来说，有节能功能（变频调速）的自动扶梯，在一定时间内无人乘坐时，速度会逐渐变得缓慢，以实现节能降耗的目的。

当有人经过入口时，光电感应或
红外感应判断是否有人乘梯，扶梯会逐渐加速至正常速度。

而厢式电梯没有速度
调节功能，速度和载重没有关系，电梯空载上行和重载下行时，电动机处于发电
状态，这时候有两种方法，一是通过制动电阻消耗掉所产生的电能；二是通过能
源再生装置将不规则电能转换，再回馈电网。

（五）精准停车
精准停车的前提是速度精准控制，通过“距离——速度——时间”三个交互
变量，根据目标位置和距离，再加上电梯的速度控制，实现快到目标层时逐级降速，到达指定目标层时速度降为零，停到规定位置，电梯信号装置和平层感应器
要能够对上，其中会有细小正负值，如果正负值在允许范围内，代表车厢与车门
能对上，那么停车开门。

二、多元功能单元
而在最基础的PLC控制模式之上，也有着很多控制单元，这些控制单元也属
于信息技术的应用。

其中最重要的是安全控制单元、物联网单元和智能化系统单
元三点。

（一）安全控制
电梯运行的安全性和可靠性备受人们重视，如发生坠井现象，或者倾斜导轨
空陷现象，会造成人身伤害，并造成较恶劣的社会影响，因此采取了很多措施来
进行安全控制。

最基础的措施就是电梯的运行机制，“失电抱闸，得电松闸”。

除此之外，
还有安全监测与控制系统，起包括重量控制与平衡系统，调速装置、轿厢意外移
动装置（UCMP)、安全停机钳等等。

比如安全钳－限速器系统，当电梯出现超速、断绳等非常严重的故障后，监测到电梯出现明显的速度异常情况，那么安全钳－
限速器系统立刻响应，发出闸断信号，立刻将轿厢紧急制停。

比如轿厢意外移动
装置（UCMP)，主要是对开门和关门的时候，负责轿厢和厅门的对齐以及移动等
问题，如轿厢和厅门未对齐，则不能开门，如开门后乘客进出入时，轿厢发生移动，那么意外移动装置立刻响应，迅速将电梯制停，避免出现人刚进入电梯突然
坠落的事故。

比如缓冲器技术，轿厢运行到终端时，终端停止开关会发出信号，
使电机减速制停，这时若电梯轿厢继续运行，将触动限制开关，切断曳引机电源[3]。

（二）物联网技术
随着5G、监控、射频等技术的发展，在电梯上安装摄像设备，具备网络，能实时传输影响到控制中心，如发现电动车上电梯、电梯拥堵或者错误使用电梯的情况，立刻关闭电梯，停止运行并发出警告，并且能实行远程报警，相关人员迅速处理，直到电动车挪出电梯、错误行为得到教育，这对于电梯正确使用有着非常重要的价值。

对此可实现1.多方互动：多方人员可同时调查数据，比如物业管理人员和消防大队、消防监管等联动使用，如发生故障，系统自动报警，消防大队工作人员迅速响应救援；2.远程控制：电梯正常使用和运行尚可，如遇到特殊情况，控制中心的运营调度员展开相应处理手段，可实行远程调度。

另外，物联网技术的应用会为数据联网提供价值，可以说是智能化技术的重要组成部分，这一点将在下面更详细说明。

（三）智能化技术
这里的智能化技术指导物联网、大数据、云计算、人工智能等各方面技术的统筹应用。

通过在关键或细节之处安装相应传感器，实时监测电梯的运行状况，并且将数据传输到控制中心中，随后智能化技术对电梯运行数据进行建模，从而从电梯运行大数据中总结出运行逻辑与规律，并构建一套安全运行的模式，如果电梯下一次运行的数据超出标准限度，则判断出现问题，立刻制止。

例如进行抱闸制动力自检测，信息化系统会检测制动数据，通过对比主机轴承上的编码器脉冲就可以判断该主机抱闸制动力是否足够。

另外，利用大数据技术，收集电梯的故障大数据，归纳总结经验教训，依据维护大数据经验可快速判断故障类型与原因，就能制定更加精细的电梯维护模式，也能够在已经发生问题后给出一定的电梯维修意见，辅助人力经验进行检修[4]。

三、结束语
综上所述，在电梯控制系统中，除了最基础的PLC控制之外，还有着安全控制单元、物联网单元和智能化系统单元三点，这都是信息技术的体现。

参考文献
[1]纪宗军.智能制造视域下西门子S7-1200PLC在电梯系统中的应用探析[J].数字通信世界,2022(6):4.
[2]孙宇.故障诊断技术在电梯控制系统中应用的研究[J].中国信息
化,2022(4):2.
[3]纪郭军.电子信息技术在控制系统中的主要应用分析[J].信息周
刊,2020(6):1.
[4]陈不凡.信息技术在电梯安全监测系统中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2020(04):7.。