群控电梯控制方法研究与开发

群控电梯控制方法研究与开发
摘要以三菱FX2N可编程序控制器为基础,阐述三菱PLCN:N网络的具体构建方法。

对群控电梯系统的硬件方案和软件方案做详细的介绍。

PLC建立的N:N 网络控制的实物对象是三台电梯并联运行系统。

通过PLC编程和组网,使各电梯有多种运行模式如并联运行模式、单梯运行模式、检修模式、锁梯模式和屏蔽特定楼层外呼模式。

同时以响应外呼所需运行楼层数最少为原则,决定主副电梯响应此外呼,从而使三台电梯并联运行系统具有较高的智能性。

关键词可编程序控制器;电梯群控;N:N网络
电梯作为高层智能大厦的主要垂直交通工具,电梯系统服务质量和服务效率的提高对建筑的有效利用和性能发挥将产生极为重要的影响。

为提高服务质量和服务效率,电梯的控制技术由单台电梯的独立控制发展到多台电梯的协调控制,即电梯群控。

电梯群控技术的发展极大地提高了电梯的服务质量和服务效率,为建筑节约了可用空间。

现代化的群控大厦中多部电梯运行系统是群控大厦的重要组成部分。

这对大厦内的设备提出了更高的要求,不仅要求电梯运行要有极高的可靠性而且要更节能省时。

可编程序控制器简称PLC(Programmable Logic Controller)在现代电梯运行中有极为广泛的应用。

PLC是一种为了适应工业控制要求,针对非计算机专业人员而设计的专用计算机系统,因其具备了可靠性高、运行效率高等特点,又因为它可以联网,所以广泛的应用于自动控制的各种领域,其在自动控制中的地位已毋庸置疑。

该电梯群控系统主要由三台四层电梯组成,每台电梯都分别由一台三菱FX2N-48MR型PLC控制,并在此基础上配备FX2N-485-BD通信模块,组成PLC N:N网络实现三台电梯间的通信。

主要涉及电梯的群控技术,包括电梯的PLC控制、群控电梯PLC N:N网络的构建、三台电梯PLC之间的网络通信、群控电梯算法的设计和实现等,群控电梯的系统结构如图1。

1单部电梯运行的实现
以三菱FX2N-48MR型PLC为核心,分别单独构建三台单控电梯系统,并设置群控/单控切换开关,电梯检修开关,电梯司机模式切换开关,方便电梯在群控/单控两种运行方式下切换。

单台电梯PLC控制系统I/O地址表如表1所示。

由表1可见,电梯的上升和下降分别由PLC输出点Y2和Y3控制电机运转实现。

电梯开、关门由PLC输出点Y3和Y4控制电机转动实现,并由输入的极限信号提供保护。

另外,系统采用了八段数码管显示电梯运行时所在层数,由Y20～Y26分别控制数码显示管A段～G段的点亮以显示楼层数,电梯所在楼层数由各层的平层信号确定。

2群控电梯PLC N:N网络的构建
2.1N:N网络系统配置
FX2n系列微型可编程控制器N:N网络采用可屏蔽双绞线连接。

该电缆使用的模式为AWG26到16,最大拉紧扭矩需为0.6N.m(6kgf.cm)。

使用FX2n-485-BD 接口,最大延伸距离50米。

N:N网络系统配置如图2所示。

2.2N:N网络参数的具体设置
主站(0号)网络参数的设置内容包括设置站点号、从站点总数、设置刷新范围、设置通信重试次数和设置通信超时时间,主站点的通讯网络程序按照下面的要求设置各个参数:
1)从站点数:2;
2)刷新范围:模式2;[即每一从站字软元件(D)有8点,位软元件(M)有48点];
3)重试次数:3;
4)通信超时:6;[即为60ms];
主站网络参数设置程序如图2所示。

图3中M8038是设置N:N网络参数的专用特殊辅助继电器,为常开触点。

当N:N网络未通时接通,接通时断开,在PLC开机初使化时有效。

数据寄存器D8176用于设置自己的站点号,此段程序将0赋给D8176即表示此站为0号站(主站);D8177设置从站点数总数,共有2个从站点;D8178设置刷新范围模式,此设计采用模式2;D8179设置重试次数,此为3次;D8180设置通讯超时的时间,此为60ms。

图3主站网络参数设置
图4从站站点设置程序
各从站只需设置从站点号即可。

如1号从站点设置程序如图5所示,其余各从站点设置程序与此相似。

主站点将刷新方式设置为模式2,即字软元件(D)为8点,位软元件(M)为64点。

电梯A为主站台(0号站台)其对应的字软元件范围D0～D7;副电梯B为1号站台其对应的字软元件范围D10～D17;副电梯C为2号站台其对应的字软元件范围D20～D27。

对于主站的字软元件D0,各个从站均可在自己的站点通过N:N网络通讯读出其数据,并且将其装载在自己的对应的数据寄存器D0中,但其它各站无法改变其数据。

因此其它各站只能对其进行读操作而无法改变其数据即无法进行写操作,只有N:N网络可以将主站中D0的数据传送至次寄存器。

位软元件的状态具有相同的道理,各从站只能判断其状态,而无法改变其状态。

字、位软元件的具体分配和使用方式如图5所示。

各个从站的字软元件、位软元件的功能与主站类似,从站字软元件、位软元件在其它各站中均能读到其数据或状态,但其它站无法改变其状态或数据,只能在从站中更改。

N:N网络每一站都有自己的字软元件和位软元件,因此,每一个站中的数据或继电器的状态都可以被其它知道。

利用N:N网络的各站的字软元件和位软元件,网络中各站之间就可以达到通信的目的。

各站中的数据要想被其它知道就只需将数据移到自己的字软元件,这样,其它各站就可以通过N:N网络看到此
数据。

图5模式2各站通信对应字、软元件
3群控电梯算法设计
本群控电梯系统的群控算法采用以响应呼叫所需运行楼层最少的原则,即比较主副电梯在响应外呼时,所需运行的楼层数,楼层数最少的那台电梯响应该外呼,若楼层数相同,则由主电梯响应该呼叫。

这里楼层数指的是:电梯不改变现在电梯运行方向的前提下,响应该呼叫总共要运行的楼层数。

为了计算出电梯响应外呼所用楼层数,需要知道电梯在目前运行方向下响应呼叫要到达的最远楼层。

因此使用数据寄存器D201,来存储本梯最远楼层数。

D201的计算方法如下:电梯在即将运行方向为上时,4层有呼叫,则D201=3;若4层无呼叫,3层有呼叫,则D201=2;若3层4层均无呼叫,2层有呼叫则D201=1;若2层、3层和4层无呼叫,而1层有呼叫则D201=0。

电梯在即将运行方向为下时,1层有呼叫,则D201=0;若1层无呼叫,2层有呼叫则D201=1;若1层2层均无呼叫,3层有呼叫则D201=2;若1层、2层和3层无呼叫,而4层有呼叫则D201=3。

当电梯没有即将运行方向时。

D201的值为电梯所在楼层数的值。

即D200(本梯楼层)=D201。

这样就可以采用数据库形式将电梯在不同楼层(D200),不同最远所到楼层(D201)的状态下,响应外呼所需运行的楼层数存储在相应的数据寄存器中,此类寄存器可称为数据库寄存器。

如当D200=2,D201=0时,二层有上呼,即此时电梯在三层,电梯在响应二层上呼之前要到的最远楼层数为一层,所以电梯要想响应二层的上呼,其运行的路程为从第三层向下运行到第一层,然后向上运行到第二层响应此上呼,由此看出当D200=2,D201=0时,电梯响应二层有上呼所需运行的楼层数为3。

由此,可以推断出对于不同D200、D201的值时,响应各层外呼需运行的楼层数。

表2列出了电梯在二层和三层时各层有上呼数据库寄存器的具体值。

4群控电梯程序设计
按照响应外呼所需运行楼层树最少的原则,三台电梯在有外呼时,首先要通过查询数据库寄存器,得到各自对应响应该外呼需运行的楼层数,并存储到对应的数据寄存器中。

然后,各站点通过网络通信程序读取其他站点对应的数据寄存器,可得到其他站点响应该外呼需运行的楼层数。

最后,各站通过比较,选出运行楼层数
最少的电梯响应外呼,当主副电梯响应外呼需运行楼层数相同时,由主电梯响应该外呼,当副电梯响应该外呼需运行楼层数相同时,由1号副电梯响应该外呼。

下面以三台电梯同处在二层(即D200=1),主电梯、1号副电梯、2号副电梯D201的值分别为0、1、2,一层有上呼,选择电梯响应此外呼为例,说明上述选择过程在程序中如何实现。

首先,三台电梯通过如图6的程序段查询对应数据库寄存器的值并将它们存储到寄存器D600~D603。

例如现在主电梯的D200、D201的值分别为1、0,由表2可知当D200=1,D201=0时对应各层有上呼需运行楼层数依次存放在寄存器D632~D635中。

所以,程序运行到如图5的程序段时,由D200=1,D201=0会执行命令[BMOV D632 D600 K4],这样就将电梯在D200=1,D201=0状态下对应各层有上呼时,响应该上呼需运行的楼层数依次存储到寄存器D600~D603。

副电梯也是以上过程,一号副电梯由D200=1,D201=1执行命令[BMOV D636 D600 K4],二号副电梯由D200=1,D201=2执行命令[BMOV D640 D600 K4]。

这样三台电梯就完成了查询并存储到寄存器的工作,下一步是通过运行通信程序得知其他各站的
数值。

图6查询数据寄存器
以主站为例,其通信程序如图7和8所示,主站通过运行图7所示的程序,可将寄存器D600~D603中的值赋给字软元件D0~D3,而寄存器D600~D603中存储的是刚才查询到的响应外呼需运行的楼层数值,这样为其他站点读字软元件的值做准备,对于从站也类似,只是字软元件不
同。

一号、二号从站的字软元件分别为D10~D13、D20~D23。

这样,通过读各站对应的字软元件就可实现通信了。

图7查询结果存储到对应的数据寄存器
主站读其他站字软元件的程序如图8所示。

执行程序后,可将一号、二号从站响应各层上呼需运行的楼层数值,分别存储到主站的数据寄存器D604~D606、D608~D609中。

从站读字软元件的程序与主站类似,只需读D0~D3就可以得知主站需运行的楼层数,各站通信完成后,下一步就是比较各站需运行楼层数值。

图8主站读其他站楼层数
主站与其他站的比较程序如图9所示。

由I/O地址表(表1)知Y014、Y016、Y000分别为电梯一层、二层、三层上呼显示。

现在一层有上呼即Y014接通,同时通过比较,主站满足响应外呼需运行楼层数最少的条件。

这样就可选出主站电梯响应一层上呼。

图9主站读其他站楼层数
以上程序都是响应呼叫为外呼上时的程序。

响应呼叫为外呼下的程序与以上程序相似,只是数据存储器不同。

5结束语
本文设计的三台电梯并联运行系统,通过电梯在各种运行情况下响应外呼的楼层数建立数据库并由数据寄存器读取,然后通过PLC的N:N网络将数据寄存器的数据互相读取。

以响应外呼所需运行楼层数最少为原则,决定主副电梯响应此外呼。

从而使三台电梯并联运行系统具有较高的智能性。

同时,各电梯有多种模式运行状态如司机模式、检修模式、锁梯模式和屏蔽特定楼层外呼模式,使电梯系统更接近实际运行
情况。

参考文献
[1]三菱公司.FX通讯协议手册[Z].
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