基于PLC的六部十層電梯控制系統(tǒng)設計及其仿真

基于PLC的六部十層電梯控制系統(tǒng)設計及仿真目錄TOC\o"1-4"\h\z\u248361引言 摘要：為了進一步優(yōu)化現(xiàn)有的電梯群控策略并提高系統(tǒng)的安全性，本論文設計了基于實時優(yōu)先級規(guī)則下最小候梯時間調(diào)度的群控策略，并以西門子博圖軟件作為設計平臺、SIMATICS7-1200PLC為電梯控制器。結合電梯運行狀態(tài)、乘客的等待時間、負載情況和緊急情況等多種因素，系統(tǒng)將電梯總體呼梯狀態(tài)進行范圍劃分，通過群控策略進行調(diào)度計算。選取相對候梯時間最小的電梯進行分配。并將其與現(xiàn)有的群控策略進行比較選擇，并進行程序編寫和調(diào)試。最后，利用電梯仿真軟件進行實驗對比，證明了本次對六部十層電梯的群控策略的系統(tǒng)設計不僅能穩(wěn)定運行，而且具有更高的安全性和可靠性。關鍵詞:PLC；電梯控制系統(tǒng)；群控調(diào)度；安全；實時監(jiān)控；1引言1.1電梯控制系統(tǒng)的研究意義近些年來，隨著城市化的推進和高層建筑的不斷增加，電梯控制領域取得了長足的發(fā)展和壯大。伴隨著近些年來人口密度的增加，對于多步多層電梯智能控制程序的需求也逐漸加大[1-2]。與此同時，電梯出現(xiàn)意外的可能性也會隨著控制程序的復雜性而逐漸提高。所以，一個運輸更智能且可以隨時對電梯的工作狀況進行檢測，并對故障電梯進行實時控制的電梯程序，對于提高人們的出行效率，維護人民的生命和財產(chǎn)安全至關重要。傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)通常通過繼電器來接觸控制電路，但是這種控制容易出現(xiàn)故障，維護不便，運行壽命短，占地空間大，正逐步被淘汰[3]，PLC作為工業(yè)設備，控制能力好，穩(wěn)定性強，以PLC為載體的控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，并具有較好的監(jiān)控能力，非常適合電梯控制程序的改進和應用[4]?；赑LC的智能交互電梯控制系統(tǒng)，可以通過對電梯運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和控制，及時發(fā)現(xiàn)電梯故障并進行處理，同時還可以實現(xiàn)電梯的智能化控制，如根據(jù)人流量、時間等因素，自動調(diào)整電梯的運行模式，提高電梯的運行效率和人員的出行體驗[5]。1.2電梯控制系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀傳統(tǒng)的電梯安全控制系統(tǒng)采用簡單的邏輯控制方式，通常基于有限狀態(tài)機或類似的算法[6]。雖然這些系統(tǒng)能夠確保基本的運行安全，但其處理復雜情況的能力有限，存在一定的安全隱患。近年來，各種調(diào)度算法在電梯安全控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用，如最短響應時間優(yōu)先（SSTF）和最短尋路時間優(yōu)先（SCAN）等。這些算法能夠優(yōu)化電梯的調(diào)度，提高系統(tǒng)的效率和安全性[7-8]。智能化電梯安全控制系統(tǒng)利用人工智能和機器學習技術，通過學習乘客行為模式和流量分布，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整電梯的運行策略，從而提高系統(tǒng)的安全性和乘客的舒適度[9]。大型建筑中常存在多部電梯并行運行的情況，為提高系統(tǒng)的安全性和效率，多電梯聯(lián)合控制系統(tǒng)應運而生[10]。這些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多部電梯之間的協(xié)同運行，避免擁堵和空載等安全隱患。利用環(huán)境感知技術，如傳感器、視頻監(jiān)控等，可以實現(xiàn)更智能化的電梯安全控制系統(tǒng)[11]。圖像識別技術與電梯調(diào)度系統(tǒng)的相互結合是今后的發(fā)展方向。這些系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測乘客的異常行為（電梯乘客異常行為是指乘客在電梯內(nèi)做出的威脅設備正常運行以及乘客生命安全的一系列危險動作）、電梯的運行狀態(tài)以及周圍環(huán)境的情況，為安全控制提供更精準的信息和反饋。由于需要部署大量的傳感器和數(shù)據(jù)采集設備，并實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時處理和分析，系統(tǒng)的建設和運維成本相對較高。1.3控制器和相關仿真軟件用來實現(xiàn)電梯安全控制系統(tǒng)設計的控制器為S7-1200系列PLC，該系列PLC擁有模塊化的設計，用戶能按照個人需求來配置相對應的輸入/輸出模塊。其處理性能強大，響應速度快，能勝任各種復雜控制任務，并且該PLC內(nèi)置多種通信接口，支持多種通信協(xié)議，能夠與其他設備和系統(tǒng)實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)的交換和集成[12]?？刂栖浖門otallyIntegratedAutomationPortalV18，此軟件是西門子公司推出的工業(yè)自動化軟件平臺的最新版本。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的普及，安全性成為越來越重要的考慮因素[13]。它提供的對新硬件設備的支持、性能提升、功能改進、安全性增強以及與其他系統(tǒng)集成，使得設計、編程和調(diào)試工業(yè)自動化系統(tǒng)更加高效。仿真軟件使用的是ElevatorSimulationPro，該軟件是一款專業(yè)的電梯系統(tǒng)模擬軟件，主要用于模擬和分析不同環(huán)境下電梯系統(tǒng)的運行情況[14]，包括商業(yè)大廈、住宅樓或工業(yè)設施等場景，允許用戶模擬電梯系統(tǒng)的運行，包括乘客流量、電梯移動和?？康炔僮鳎@種模擬功能能夠幫助使用者評估不同場景下電梯系統(tǒng)的性能和效率。ElevatorSimulationPro還支持不同場景和條件的建模，用戶可以模擬高峰期、緊急情況或維護計劃等不同情況，以評估電梯系統(tǒng)在不同工作條件下的表現(xiàn)；該軟件具有直觀的可視化界面，顯示電梯系統(tǒng)的運行狀態(tài)、乘客流動、電梯位置等信息，這種可視化表示有助于使用者更直觀地了解電梯系統(tǒng)運行情況[15]。2電梯控制系統(tǒng)框架及原理2.1電梯控制系統(tǒng)的組成部分（1）傳感器和輸入信號電梯控制系統(tǒng)通常會使用各種傳感器來檢測電梯運行狀態(tài)和乘客需求，例如上/下平層傳感器傳感器、門開關傳感器、負載傳感器等。這些傳感器會向控制系統(tǒng)發(fā)送輸入信號，提供電梯當前的狀態(tài)信息。（2）控制算法控制算法是電梯控制系統(tǒng)的核心部分，其目標是根據(jù)輸入信號和預設的運行策略，確定電梯的運行方式和調(diào)度順序。常見的控制算法包括基于調(diào)度算法（如最短路徑算法、最小等待時間算法）、基于優(yōu)先級的算法（如VIP優(yōu)先級、緊急情況優(yōu)先級）等。（3）電梯運行狀態(tài)監(jiān)控控制系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)控電梯的運行狀態(tài)，包括轎廂位置、門狀態(tài)、負載情況等。通過傳感器提供的實時數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)可以了解電梯當前的位置和狀態(tài)，以便做出相應的調(diào)度和控制決策。（4）門控制電梯門的開關控制是電梯控制系統(tǒng)的重要功能之一。控制系統(tǒng)需要根據(jù)乘客的請求和電梯的運行狀態(tài)，合理地控制電梯門的開啟和關閉，以確保乘客的安全和便利。（5）調(diào)度和分配控制系統(tǒng)會根據(jù)乘客的請求和電梯的運行狀態(tài)，動態(tài)地調(diào)度和分配電梯資源，以實現(xiàn)最優(yōu)的運行效率和乘客體驗。這涉及到電梯的停靠樓層選擇、乘客的優(yōu)先級分配等問題。（6）故障處理和安全保護控制系統(tǒng)需要具備故障處理和安全保護功能，以及時應對電梯運行中可能出現(xiàn)的故障和緊急情況，保障乘客的安全。電梯的安全保護功能包括緊急停車、應急通信、火災報警等。2.2六部十層電梯系統(tǒng)結構及工作原理2.2.1電梯結構電梯控制系統(tǒng)的結構一般由電梯控制器、電梯傳感器、電梯執(zhí)行器和電梯操作面板等組成。每部電梯都包括轎廂、門系統(tǒng)、電動機、控制器、傳感器和用戶界面等組件。傳感器包含上/下平層傳感器、門開關傳感器、上/下端站限位傳感器等。上/下平層傳感器用于檢測電梯當前位置，門開關傳感器用于監(jiān)測門的狀態(tài)，上/下端站限位傳感器用于檢測電梯轎廂運行時位置是否超過限位。主控制器根據(jù)傳感器信號和乘客請求，執(zhí)行相應的調(diào)度算法，控制電梯的運行[16]。電動機和相應的驅(qū)動系統(tǒng)一般放置于樓層頂部，用于驅(qū)動電梯進行上升和下降運動。電動機通常采用曳引電動機，通過傳感器和控制器的指令來控制電梯的運行。電梯還要求配備有安全裝置，如限速器、安全門邊緣裝置和緊急停車按鈕等。這些裝置可以在緊急情況下立即停止電梯運行，保障乘客的安全。每個樓層和電梯內(nèi)部都設有用戶界面，包括按鈕和顯示屏。乘客可以通過按鈕選擇目標樓層，顯示屏則顯示電梯的當前狀態(tài)和運行信息，以便乘客了解電梯的動態(tài)。電梯外形及部分工作原理如圖2-1、圖2-2、圖2-3、圖2-4所示。圖2-1電梯模型原理示意圖圖2-2七段數(shù)碼管圖2-3電梯控制系統(tǒng)外形圖圖2-4六部十層電梯整體外形圖2.2.2電梯工作原理當乘客在某個樓層按下上行或下行按鈕或在轎廂內(nèi)部按樓層按鈕時，傳感器將檢測到乘客的請求，并將信號傳送到控制器?？刂破鞲鶕?jù)當前電梯的位置和運行狀態(tài)，執(zhí)行相應的調(diào)度算法，決定哪部電梯應該響應乘客的請求。被選中的電梯將啟動并移動到乘客所在的樓層，開啟門讓乘客進入。隨后，根據(jù)乘客選擇的目標樓層，電梯將啟動并按照設定的路徑運行到目標樓層，再次開啟門讓乘客出入[17]。整個過程中，傳感器和控制器持續(xù)監(jiān)測電梯狀態(tài)，并確保運行安全和有效，其工作原理如圖2-5所示。圖2-5電梯工作原理圖2.2.3電梯設定參數(shù)電梯模型為六部十層，為了使實驗具有普適性，需要分別設置客梯和貨梯，并使他們的不同載重能夠滿足不同場景下的運輸需求。750/1050kg的客梯載重量可以輕松應對一般的乘客運輸，而1200kg的貨梯載重量則適用于貨物運輸?shù)忍厥鈭鼍?。考慮電梯在高峰期的運載能力，單步定員設計為10人，保證電梯系統(tǒng)在繁忙時段能夠高效運行，減少乘客等待時間，提高出行效率。這一設計還能夠確保乘客在電梯內(nèi)有足夠的空間，提升了乘坐體驗和舒適度。通過合理設置載重和定員，可以確保電梯系統(tǒng)在運行過程中不會超載，保障乘客的安全。同時，遵循標準規(guī)范的設計也有助于降低潛在風險，確保電梯系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[18]。表2-1六部十層電梯設計參數(shù)名稱設計參數(shù)名稱設計參數(shù)客梯數(shù)量6個客梯層數(shù)10層單步載重客梯750/1050kg貨梯1200kg單步定員10人3單步電梯控制程序設計3.1上下行當電梯處于靜止/運行狀態(tài)時，還未進入電梯乘客會通過電梯大廳內(nèi)的上行/下行按鈕召喚電梯，而處于電梯內(nèi)部的乘客會按下電梯轎廂內(nèi)部的選層按鈕。電梯接收到向上運動到達指定樓層/向下運動到達指定樓層的請求后，電梯啟動并向上/下運行，途中可能會停靠其他樓層接收乘客或放下乘客。電梯上下行與高低速、指示燈、三級制動、開關門等模塊聯(lián)系密切。當單步電梯處理上下行任務時，在電梯未超載的前提下，如果“電梯正在向上運行”或者“電梯在未接到外層呼梯任務前，電梯內(nèi)部有人按下了比當前電梯位置更高的樓層對應的內(nèi)選按鈕”，那么它會優(yōu)先去接距離自己當前位置最近且想要去上層的乘客；反之，如果“電梯正在向下運行”或者“電梯在未接到外層呼梯任務前，電梯內(nèi)部有人按下了比當前電梯位置更低的樓層對應的內(nèi)選按鈕”，那么它會優(yōu)先去接距離自己當前位置最近且想要去下層的乘客。在電梯上下運行的過程中，將在其會經(jīng)過的樓層停止并開門使想要到達該樓層的乘客離開轎廂。電梯上行情況范例：電梯當前處于第1層且無任務，若第2層電梯門口有人按下了上行呼梯按鈕/下行呼梯按鈕，或者電梯內(nèi)部有人按下了2層內(nèi)選按鈕，那么電梯會收到到達并停在2層的指令，此時電梯打開上行接觸器向上層運動。同理，電梯當前若停留在3層，那么當其收到到達并停在2層的指令后，電梯將打開下行接觸器向下層運動。上行接觸器與下行接觸器為互鎖狀態(tài)，不能同時工作。電梯上/下行對應程序如圖3-1、圖3-2。3.2高低速通常在電梯沒有乘客時，或者在高峰時段，電梯將高速運動到達目標樓層以快速接送乘客。高速運行時，電梯加速和減速較快，節(jié)省時間。電梯運行過程中有乘客時，或者在低峰時段，通常采用低速運行。低速運行時，電梯加速和減速較慢，可以給乘客提供更加舒適的乘坐體驗。一般情況下，當電梯到達目標樓層的前一樓層時，由高速轉(zhuǎn)為低速，即關閉高速接觸器并同時打開低速接觸器，而后在停梯前開始三級制動減速停梯。高速接觸器和低速接觸器應該為互鎖狀態(tài)，以保證乘客乘梯安全。3.3按鈕與指示燈按鈕分為外部按鈕和內(nèi)部按鈕。外部按鈕位于電梯大廳轎廂門旁，用于乘客召喚電梯，分為上行呼梯按鈕和下行呼梯按鈕；內(nèi)部按鈕位于電梯內(nèi)部的按鈕面板，用于乘客選擇目標樓層。指示燈也分為外部指示燈和內(nèi)部指示燈。外部指示燈包含上下行指示和上下行呼梯按鈕指示燈，位于每個樓層的電梯門旁，用來指示電梯的運行方向（上行或下行）和乘客希望上樓或下樓；內(nèi)部指示燈包含電梯內(nèi)選按鈕指示燈和七段數(shù)碼管，位于電梯內(nèi)部按鈕旁，用于指示電梯當前所在樓層和乘客選擇的目標樓層。如果有一位乘客在電梯內(nèi)同時登記了多個樓層，控制系統(tǒng)會根據(jù)檢測到的轎廂內(nèi)乘客重量，自動取消這些樓層；乘客還可以在短時間內(nèi)反復按壓已登記的樓層按鈕來主動取消已登記的樓層，從而避免電梯無效運行、浪費能源。按鈕與指示燈對應程序如圖3-3、圖3-4所示。圖3-1電梯上行程序圖3-2電梯下行程序圖3-3內(nèi)選按鈕指示燈程序圖3-4七段數(shù)碼管程序3.4計算樓層數(shù)電梯需要能夠準確地計算樓層數(shù)，以便在乘客選擇目標樓層時準確到達目的地。電梯內(nèi)部有上下平層傳感器，用于檢測電梯位置。電梯運行前需要進行初始化，初始化過后電梯方能確認自己當前所在樓層，然后由電梯內(nèi)部程序根據(jù)傳感器檢測到的樓層位置通過電梯內(nèi)部相應的編程邏輯進行計算和更新，再然后通過電梯內(nèi)部的七段數(shù)碼管顯示當前所在樓層。計算樓層數(shù)程序如圖3-5所示。圖3-5計算樓層數(shù)程序3.5開關門電梯的開關門是確保乘客進出安全的重要部分，一般由電動機和門機構組成，負責控制門的打開和關閉。在門的開關區(qū)域安裝有傳感器，用于檢測是否有人或物體阻礙門的關閉，以避免夾傷事故。電梯門通常裝有安全裝置，如光電開關或壓力傳感器，用于檢測門口的安全情況，并在必要時停止門的關閉動作。當電梯需要開門時，給開門繼電器輸出信號，開門繼電器工作；同理，當電梯需要開關門時，給關門繼電器輸出信號，關門繼電器工作，開關門繼電器保持互鎖。開關門程序如圖3-6所示。圖3-6開關門部分3.6初始化當電梯PLC變頻程序開始運行時，程序初始化最主要的步驟就是給通信以及數(shù)據(jù)賦予最初的數(shù)值，以確保系統(tǒng)正常運行，常見的初始化步驟包括系統(tǒng)檢測、校準位置和系統(tǒng)復位。初始化時電梯系統(tǒng)會進行各種檢測，包括傳感器、門機構、電動機等是否正常工作。電梯會通過向上/向下初始化到達第一限位，然后重置電梯當前位置，確保系統(tǒng)知道電梯所在的準確樓層位置。在初始化過程中，電梯系統(tǒng)會將各個部件和參數(shù)恢復到初始狀態(tài)，以確保電梯處于可用狀態(tài)。電梯初始化過程如圖3-7所示。圖3-7電梯初始化過程3.7三級制動為了確保電梯在運行過程中的安全性，通常要采用三級制動系統(tǒng)，以應對不同的緊急情況，當電梯檢測到緊急情況（如電梯速度異?；蛳到y(tǒng)故障）時，會立即啟動一級制動，切斷電梯的動力源，使電梯停止運行。如果一級制動無法解決問題，電梯會自動啟動制動系統(tǒng)，例如通過應用電梯轎廂的摩擦制動器來減速和停止電梯。如果二級制動也失敗，電梯會啟動最終的緊急制動系統(tǒng)，通過緊急緩沖裝置或安全制動系統(tǒng)來確保電梯安全停止，最大限度地減少事故風險。4六部十層電梯程序設計4.1電梯載客模型分析6部10層電梯模型預設安置在一棟寫字樓里，寫字樓包含超市樓層，辦公樓層，以及會客室。預估人流量較大，電梯目標乘客類型復雜，且會有早晚高峰。因此電梯程序設計應偏向于提升效率，保障安全。電梯的調(diào)度分配以內(nèi)護信號和外呼信號作為目標變量，將運行方向和電梯當前載重量視為干擾變量，通過計算電梯接送乘客所需花費的時間來分配任務，規(guī)劃路線，以此來減少乘客平均候梯時間，提升乘客出行效率。4.2電梯調(diào)度算法電梯調(diào)度算法采用“平均最小侯梯時間調(diào)度”。即通過電梯外呼信號，電梯內(nèi)選信號以及電梯當前所處位置和載重量來判斷派哪一部電梯去接乘客在整體上效率最高。使用該方法首先要計算每部電梯響應外呼信號所需運動的距離，舉例說明：設電梯響應呼梯信號的運動距離為s，電梯當前樓層數(shù)為a，電梯執(zhí)行下行任務停留的最遠端樓層數(shù)為b，電梯執(zhí)行上行任務時停留的最遠端樓層數(shù)為c。當電梯在任一樓層處于停止狀態(tài)，不用向上/向下移動執(zhí)行任務或者電梯正在1層接客等待上行時，計算電梯響應一層上呼信號的運動距離所需的公式為：s=|a?1|（4-1）當電梯向下執(zhí)行任務時，計算其響應1層上呼信號的運動距離的公式為：s=|a?b|+|b?1|（4-2）當電梯正在執(zhí)行向上的任務且電梯當前樓層數(shù)大于1時，計算電梯響應一層上呼運動距離的公式為：s=|a?c|+|1?b|+|b?c|（4-3）計算樓層數(shù)程序段如圖4-1所示。圖4-1計算運動距離計算電梯響應外呼信號所需運動的距離的同時，還要計算電梯執(zhí)行該任務之前所需完成的任務數(shù)量。將“電梯響應一層上呼信號”以及“電梯有一層內(nèi)選信號”合并為一個任務，任務名稱為“1上含內(nèi)選”，同理得“2上含內(nèi)選”“2下含內(nèi)選”“3上含內(nèi)選”“3下含內(nèi)選”等；將“電梯響應1層上呼信號”作為任務“1上”，同理得“2上”“3上”“2下”“3下”等。令“停1上含內(nèi)”為int型信號，若執(zhí)行“1上含內(nèi)選任務”即電梯在之后的運動過程中會在1層停靠，則令“停1上含內(nèi)”等于1，反之則令其等于0，同理有“停2上含內(nèi)”“停3上含內(nèi)”等。電梯當前樓層數(shù)等于2時，令“電梯下行含內(nèi)停梯次數(shù)”的值等于“停1上含內(nèi)”；電梯當前樓層數(shù)等于3時，令“電梯下行含內(nèi)停梯次數(shù)”的值等于“停1上含內(nèi)”+“停2下含內(nèi)”。當電梯位于其它樓層時，重復上述操作。由類似方式可求得“電梯上行含內(nèi)停梯次數(shù)”。求得以上變量后可在程序內(nèi)通過加法計數(shù)器計算電梯在不同位置響應不同呼梯信號前所需完成的任務數(shù)量。計算電梯執(zhí)行任務前所需完成的任務數(shù)量的部分程序段如圖4-2、圖4-3、圖4-4所示。圖4-2計算電梯執(zhí)行任務前所需完成的任務數(shù)量（第一部分）圖4-3計算電梯執(zhí)行任務前所需完成的任務數(shù)量（第二部分）圖4-4計算電梯執(zhí)行任務前所需完成的任務數(shù)量（第三部分）變量設定如下：（1）“電梯高速前進一層所需時間”=IN1；（2）“電梯高速轉(zhuǎn)低速后制動所需時間”=IN2；（3）“電梯停梯接人所需時間”=IN3；（4）“電梯執(zhí)行1層上呼任務前所需完成的任務數(shù)量”=IN4；（5）“電梯響應1層上呼運動距離”=IN5；（6）“1.0”=IN6；（7）“電梯響應1層上呼所需時間”=OUT由此可得OUT=(IN5-IN4-IN6)*IN1+IN3*IN4+(IN4+IN6)*IN2程序段如圖4-5所示：圖4-5計算電梯響應任務所需時間同理，可求得電梯在任意位置響應不同任務所需時間。4.3電梯調(diào)度分配求得六部電梯響應各個外呼任務所需時間時，對六部電梯進行實時調(diào)度分配。在電梯未滿載且樓層信號尚未被分配的情況下，不同樓層外呼信號分別分配給到達并處理其任務時間最短的電梯，分配程序如圖4-6所示。電梯會實時判斷當前是否處于早晚高峰時間，若出現(xiàn)早高峰，即短時間內(nèi)出現(xiàn)大量乘客按下一樓上行呼梯按鈕，但二層以上外呼信號較少的時候，所有電梯都會響應一層上行呼梯信號，在內(nèi)選任務結束后，優(yōu)先前往一樓去接乘客，以此提高乘客出行效率。圖4-6電梯調(diào)度分配程5安全性設計5.1安全問題電梯故障，一般集中在機械和電氣兩個方面，但人為因素也不容忽視。電梯系統(tǒng)中可能發(fā)生的機械故障包括電梯突然墜落、電梯門失控夾人、電梯停滯等情況，可能導致乘客傷亡。電氣故障可能導致電梯無法正常運行或發(fā)生火災等安全事故。乘客的錯誤操作、惡意破壞等人為因素也是電梯系統(tǒng)發(fā)生安全問題的隱患。5.2解決方法(1)故障預測與預防系統(tǒng)電梯運行安全問題的根本原因主要是電梯監(jiān)控技術的穩(wěn)定性不高，只有提升整個系統(tǒng)的監(jiān)控穩(wěn)定性，才能保證電梯安全穩(wěn)定地運行。通過傳感器實時監(jiān)測電梯各個部件的運行狀態(tài)，利用機器學習和數(shù)據(jù)分析技術，預測電梯可能出現(xiàn)的故障或異常情況，并提前采取預防措施，避免事故發(fā)生。(2)智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)建立電梯運行狀態(tài)的實時監(jiān)控系統(tǒng)，包括電梯轎廂內(nèi)部和電梯井道外部的監(jiān)控攝像頭、傳感器等設備，實時監(jiān)測電梯的運行情況，并通過智能診斷系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，提供故障診斷和處理建議。實時信號監(jiān)控如圖5-1、圖5-2所示。圖5-1PLC輸入信號監(jiān)控圖5-2PLC輸出信號監(jiān)控(3)緊急救援與遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)智能緊急救援裝置，當電梯發(fā)生故障或事故時，能夠自動發(fā)送報警信號，并提供相對準確的位置信息。同時建立遠程監(jiān)控與指揮系統(tǒng)，實時監(jiān)測電梯運行狀態(tài)，遠程控制電梯救援操作，提高救援效率和安全性。實驗通過“電梯當前樓層數(shù)細化”來判斷電梯當前所處的位置，而“電梯當前樓層數(shù)細化”的計算則通過程序來實現(xiàn)，將1層與2層之間的樓層細化為1.25層（電梯在1層開始上行時上平層信號消失但下平層信號仍在/電梯在2層開始下行時有了下平層信號卻還沒有上平層信號的位置）、1.5層（電梯在1層和2層之間但沒有上下平層信號的位置）、1.75層（電梯在2層開始下行時下平層信號消失但上平層信號仍在/電梯在1層開始上行時有了上平層信號卻還沒有下平層信號的位置），方便救援人員定位電梯當前位置。電梯緊急救援相關程序圖如圖5-3、圖5-4、圖5-5所示。圖5-3電梯緊急救援相關程序圖5-4電梯緊急救援相關程序圖圖5-5電梯緊急救援相關程序圖智能安全門系統(tǒng)設計智能安全門系統(tǒng)，通過高精度傳感器和智能控制算法，實現(xiàn)電梯門口的安全監(jiān)控和控制，避免乘客夾傷事故的發(fā)生。當電梯停梯時，在未超重且電梯內(nèi)部有乘客的情況下連續(xù)七次開關門后，使電梯強制保持開門狀態(tài)。(5)數(shù)據(jù)驅(qū)動的安全管理利用大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析技術，建立電梯運行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和分析平臺，實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的全面監(jiān)測和管理，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取措施解決。人機交互與用戶體驗設計人性化的用戶界面和交互方式，提高乘客對電梯安全的感知和信任，增強乘客的安全意識和行為規(guī)范。人機交互界面通過WinCC實現(xiàn)，WinCC界面分別顯示電梯運行方向、電梯當前樓層、電梯轎廂門開關狀態(tài)以及電梯當前載重量，管理員可以在后臺監(jiān)查電梯實時狀態(tài)，在檢測到故障信號后，及時排查問題。人機交互界面顯示圖如圖5-6所示。圖5-6電梯人機交互界面顯示圖智能化維護與保養(yǎng)系統(tǒng)開發(fā)智能化的維護與保養(yǎng)系統(tǒng)，通過遠程監(jiān)測和預測性維護技術，實現(xiàn)對電梯設備的定期檢修和保養(yǎng)，提高電梯設備的可靠性和使用壽命。6仿真驗證在六部十層的電梯模型中，以總人數(shù)500人且有早晚高峰的工程進行模擬載客，仿真時間共35分鐘，前15分鐘為早高峰時段，后10分鐘為晚高峰時段，中間時段乘客較少且分布平均，以不同調(diào)度算法在同一工程模型中進行多次仿真實驗，取其實驗結果中“運輸乘客數(shù)量”，“乘客平均候梯時間”，“乘客平均乘梯時間”，“乘客長時間候梯率”的平均值作對比，以此判斷不同調(diào)度算法的總體性能。實驗數(shù)據(jù)如圖6-1、圖6-2、圖6-3所示。圖6-1實驗數(shù)據(jù)1圖6-2實驗數(shù)據(jù)2圖6-3實驗數(shù)據(jù)3具體實驗數(shù)據(jù)對比如表6-1所示。表6-1實驗結果對比調(diào)度算法運輸乘客數(shù)量（人）乘客平均候梯時間（秒）乘客平均乘梯時間（秒）乘客長時間候梯率總和得分分區(qū)調(diào)度算法43532.3460.120.1873.27最短響應距離調(diào)度算法46727.7557.350.1575.66最短響應時間調(diào)度算法48925.6355.140.1088.92最短響應時間調(diào)度算法在多次仿真中，平均載客489人。乘客平均候梯時間25.63秒，乘客平均乘梯時間55.14秒，乘客長時間候梯率為0.1。各項指標都優(yōu)于最短路程調(diào)度的群控算法和分區(qū)調(diào)度的群控算法。仿真過程中，在人為加入干擾時，電梯會及時在WinCC界面報警，通過WinCC界面，管理員可以控制電梯是否繼續(xù)運行或脫離調(diào)度，進行停梯檢修。7結論與展望實驗結果表明，基于時間調(diào)度的群控方案在電梯運行中具有顯著的優(yōu)勢。該算法不僅能夠有效降低乘客的等待時間，還能夠適應電梯運行參數(shù)隨機性變化的情況，實現(xiàn)實時決策的切換，提升了整個系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。且PLC系統(tǒng)可以實時監(jiān)測電梯運行中的各種參數(shù)，并對可能存在的故障進行快速診斷。通過WINCC監(jiān)控畫面，管理員可以及時發(fā)現(xiàn)電梯運行中的異常情況，如電機過載、門系統(tǒng)故障等，從而及時采取相應的措施，確保乘客的安全。在研究過程中主要進行了以下幾個方面的工作：（1）了解電梯的起源和發(fā)展歷程，加深了對電梯運行過程和控制系統(tǒng)的認識，并掌握了西門子S7-1200系列PLC在電梯控制系統(tǒng)中的運用原理。（2）介紹了電梯PLC控制系統(tǒng)的硬件設計，包括電梯的電動機、傳感器、開關門系統(tǒng)等，并簡要說明了各部分的工作原理。（3）重點研究了控制系統(tǒng)的軟件設計，使用西門子S7-1200系列PLC對輸入和輸出變量進行了定義和分配，根據(jù)主程序流程圖和電梯的基本功能，以模塊化編程思想設計了“上下行”、“高低速”、“初始化”等九個相互關聯(lián)的梯形圖程序。（4）利用ElevatorSimulationPro和WinCC對電梯運行時的模擬工程和可能發(fā)生的故障情況進行了仿真。仿真結果表明，設計的梯形圖程序正確，符合電梯實際的運行規(guī)律。雖然PLC的電梯控制系統(tǒng)設計在電梯安全性方面具有部分提升，不過使用PLC技術來實現(xiàn)它的投入的成本較高，這會限制該系統(tǒng)在一些中小型建筑物中的推廣應用。且該系統(tǒng)無法實現(xiàn)完全的自動化控制，在部分問題的處理方面，仍然需要管理員的決策。展望未來，基于PLC的電梯控制系統(tǒng)在提升安全性方面還有進一步的發(fā)展空間。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術的不斷發(fā)展，可以將更多智能化的功能集成到PLC系統(tǒng)中，如人流監(jiān)測、遠程控制、自動化維護等，進一步提高電梯的安全性和便捷性。同時，還可以加強系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和預測能力，通過大數(shù)據(jù)技術對電梯運行數(shù)據(jù)進行分析，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并采取相應的預防措施，從而進一步提高電梯的安全性和可靠性。參考文獻鄒忠高.PLC變頻節(jié)能在電氣自動化設備中的應用探討[J].中國設備工程,2023,(21):229-230.劉旭.基于PLC和模糊控制的電梯智能控制系統(tǒng)研究[J].特種設備安全技術,2023,(05):30-33.張洪成,張永林,潘薇等.基于圖像的電梯群控系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的研究[J].計算機應用與軟件,2023,40(10):185-190.李聰林,王琪冰,陸佳煒等.基于數(shù)字孿生的電梯乘客異常行為建模與識別方法[J].計算機工程與應用,2023,59(19):274-284.楊昊航.基于PLC的智能電梯控制系統(tǒng)設計[D].吉林建筑大學,2023.林捷暉.電梯節(jié)能技術探討[J].科技創(chuàng)新與應用,2023,13(25):159-162.DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.039蔣周柳,梁圣.基于PLC變頻技術的電梯節(jié)能控制系統(tǒng)[J].自動化應用,2022,(03):33-35+39.DOI:10.19769/j.zdhy.2022.03.011王淵蛟,袁景峰.電梯故障檢測與節(jié)能優(yōu)化探究[J].中國設備工程,2023,(15):157-159.陳志民.電梯運行安全在線監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].杭州電子科技大學,2022.DOI:10.27075/ki.ghzdc.2022.001144宋鶴翔.基于模糊控制的智能電梯群控系統(tǒng)研究[D].華北電力大學,2021.DOI:10.27139/ki.ghbdu.2021