电梯速度曲线产生方法与优化控制（1）
摘要：本文阐述了采用PLC对电梯控制速度曲线产生方法，并讨论了应用模糊控制、神经网络以及二者相结合的模糊神经网络控制系统，以实现电梯优化控制。
关键词: PLC 速度曲线 模糊控制 神经网络 模糊神经网络
1.概述
随着城市高层建筑日益增多,电梯作为高层建筑楼内的垂直交通工具,已有多年的运行经验，而随着社会进步和科技的高速发展，人们对电梯的安全、稳定、舒适运行提出了更高的要求。电梯运行的舒适性取决于其运行过程中加速度a和加速度变化率p的大小，过大的加速度或加速度变化率会造成乘客的不适感。同时，为保证电梯的运行效率，a、p的值不宜过小。能保证a、p最佳取值的电梯运行曲线称为电梯的理想运行曲线。电梯运行的理想曲线应是抛物线-直线综合速度曲线，即电梯的加、减过程由抛物线和直线构成。电梯给定曲线是否理想，直接影响实际的运行曲线。传统的人工智能电梯的速度曲线是采用常规的阶梯—滤波方式，其控制是根据经验及当前各层站梯厅的召唤以及轿厢内指令数、轿厢重量等进行计算而进行控制。使电梯发挥最大效率,达到每层的乘客以最短的梯时间最快地到达目地楼层。由于电梯控制系统本身所具有的随机不确定性(例如,厅外梯人数及轿厢内到达各层人数始终是控制系统的两个未知量;而且变化的交通状况还与时区、建筑物的结构、用途等环境因素有关),以及电梯控制系统复杂的多目地性(例如要求侯梯时间最短、消耗能量最低以及最简便等等),因此用传统的控制方法很难达到高质量的性能指标。目前,随着电梯功能的进一步完善及计算机控制技术的发展,电梯的控制已进入了一个新的发展阶段,智能控制。所谓电梯的智能控制就是寻求优化的控制策略,优化调度多部电梯以提高电梯的运行效率和服务质量,从而尽可能的减少乘客的侯梯时间乘梯时间,从整体上提高电梯的客流输送能力。
2.电梯速度曲线
2.1常规速度曲线的产生方法
一般电梯采用的方法是；阶梯-滤波方式，起动受时间控制（称为时间原则），制动受距离控制（称为距离原则）。先通过电阻分压产生阶梯给定电压U，阶梯电压的顺序由继电器的触点控制。每一阶梯的保持时间，就是对应继电器常开触点吸合的时间，这一时间由延时电路实现。制动过程由对应减速距离的选层器凸轮触点和门区内的磁感应开关控制。起动过程分12级，制动过程为13级。这是为了在起动时有足够的起动转矩，而将第一级给定电压设置得较高。制动时，为保证平层精度，最后一级要小一些。阶梯电压产生后，送到滤波电路，经滤波输出后，产生平滑的速度给定曲线。
采用硬件电路实现的速度曲线产生方法，由于采用继电器逻辑控制，不仅可靠性不理想，而且存在下述问题：
2.1.1受分级电压级数的限制，不易使曲线达到理想；
2.1.2调试困难；
2.1.3加速过程采用由小到大的阶梯给定顺序，引起电梯起动时的冲击。
这一问题是由于在电梯起动瞬间克服了机械静磨擦力后，给定电压没能随磨擦力的减小而及时降低造成。此外，在减速过程中，轿厢位置信号取自机械选层器，减速点及每级减速距离的精度也受到限制。
2.2PLC速度曲线产生方法
本方法是分别选用有两路8位A/D和D/A，PLC扩展功能模块模块实现的，事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，程序运行时，通过查表方式写入D/A，由D/A转换成模拟量后将理想曲线输出。
2.2.1.加速给定曲线的产生；8位D/A输出0～5V/0～10V，对应数字值为16进制数00～FF，共255级。电梯的加速时间一般在在2.5～3秒之间。按保守值计算，电梯加速过程中每次查表的时间间隔不宜超过10ms。
由于电梯逻辑控制部分程序最大，而PLC运行采用周期扫描机制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令时间间隔过长，不能满足给定曲线的精度要求。在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10ms。为满足系统的实时性要求，在速度曲线的产生方式中，采用增设协处理器的方法，由协处理器的CPU独立完成速度曲线的产生，从而有效地克服了PLC—CPU扫描机制的限制。
2.2.2.减速制动曲线的产生；为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由PLC协处理器CPU固定周期完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，不再执行加速程序，直接从主程序返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，执行减速服务程序。在该服务程序中修改设定值的条件，保证下次执行程序的条件。
在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表指针加1”操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。
采用PLC软件控制产生电梯速度给定曲线的方法，可简化硬件系统、提高可靠性、减少故障率，并能改善舒适性、提高平层精度。用PLC实现数字方法产生电梯速度给定曲线时，应用PLC协处理器技术，可较好地克服PLC扫描运行机制对速度曲线的影响，提高实时性。