电梯控制系统可靠性研究

窦 岩 郭兰中

（常熟理工学院 机械工程学院，常熟 215500）

电梯控制系统可靠性研究

窦 岩 郭兰中

（常熟理工学院 机械工程学院，常熟 215500）

本文针对电梯控制系统可靠性进行研究探讨，并且充分考虑控制系统性能，分析影响电梯控制系统可靠性的主要因素，提出了电梯控制系统硬件及软件抗干扰措施。电梯控制系统硬件采用串模干扰、共模干扰、接地技术实现抗干扰；电梯控制系统软件通过设置自检程序、指令冗余技术、设置软件陷阱、等措施提高抗干扰性能。该措施于电域的其他控制系统也具有参考价值。

电梯控制系统 可靠性 冗余技术 抗干扰

引言

电梯是国家认定的特种设备，服务于各个城市建设的每个角落，与人民生命息息相关。然而，电梯的工作现场不可避免会存在一定干扰，或人为或意外。一旦受外部的干扰，电梯的控制系统产生故障，那么就可能会对人们的财产带来隐患，甚至危及生命安全。因此，人们也越来越关注其安全性和可靠性。所以，本文对电梯的可靠性、安全性进行分析，有极其重大的必要性和现实指导意义。

1 影响电梯控制系统可靠性的主要因素

电梯控制系统的可靠性关系到每个乘客和维保人员的安危，甚至关系整个社会的生产效率和安全保障。所以，无论是电梯的硬件还是软件或者外围的一些基础设备，只要其中任意一个环节出现问题，都将导致电梯出现运行故障。因而，讨论控制系统技术要求的第一要素就是讨论电梯控制系统的可靠性。分析造成控制系统（PLC控制系统）的主要故障，整理出图1所示的故障分布图。

图1 系统的故障分析图

由此可见，提高电梯可靠性要着重从以下几方面来考虑：（1）选择安全可靠的外部设备，可以有效缩短大量的维修恢复时间；（2）保护控制系统数据和相关程序；（3）采取一定的抗干扰措施。

2 电梯控制系统的硬件抗干扰措施

电梯的运行现场往往存在各种各样的干扰源，这些干扰源会干扰微处理器的正常工作，使其工作状态出现错误，然后电梯有可能出现死机、乱层、冲顶、蹲底甚至失控，危及人们的生命及财产。为了提高系统可靠性，降低系统出现故障的几率，有必要对硬件采取一些抗干扰的措施，以提高系统对外界干扰的承受能力。

常见的三种干扰及其抑制措施有串模干扰、共模干扰、接地技术。

串模干扰是串连于信号源回路中的干扰，大部分的干扰源由信号输入线上感应或接收产生[1]。电梯串行通讯系统中的信息引线大部分使用双绞线，不仅能够降低生产成本，而且能够有效减少串模干扰的影响。因为双绞线中每一个绞线环向的互反特点，从而使各电磁环路的电磁感应相互抵消。此外，选用低通滤波器能够可靠抑制电源发出的高次谐波。

共模干扰是因为微处理器地、放大器地和信号源地之间的电位差而出现的干扰[1]。在平衡传输中，对使用差动输入构造的接收单元来说，共模干扰不会影响其工作。然而，在不平衡传输构造中，共模干扰将会转变为差模干扰而对接收单元起作用，且不平衡的水平越大，影响越大。

电梯控制系统是一种相对复杂麻烦的弱电控制系统，接地技术是抗干扰途径中的重要一个步骤。所以，对接地务必慎重处理。针对电梯控制系统的特点，需使用相对的接地方式。

3 电梯控制系统的软件提高可靠性的措施

设计电梯控制系统时，为了提升系统可靠性，在软件设计和硬件设计方面都要认真考虑。通过使用冗余设计，添加抗干扰设施等方法，能够有效提高系统硬件的安全可靠性。然而，要让系统全部达到理想中的可靠性，上述方法明显不足够。所以，系统的可靠性不单要考虑硬件可靠性，还需要讨论提高软件的可靠性措施。

电梯控制系统的软件抗干扰措施：设置自检程序、指令冗余技术、设置软件陷阱等技术。

在系统开机运行时，首先进行硬件自检程序。如果硬件有故障发生，则系统终止运行并报警输出[2]。此外，还可以在系统内部添加内部状态标志。当控制系统运行时，重复查询这些设置的状态标志是否异常。若有异常及时发现，停止系统运行并纠正错误，从而保证电梯控制系统运行的可靠性。

电梯控制系统的微处理器遭到干扰或运行异常指令时，常常会把操作数默认为操作码来运行命令，导致正确的程序执行流程被打乱，从而判断到错误的指令上，不容易回到正确代码上，即程序弹飞现象。因此，编程开发时，确保尽可能多地书写单字节指令，并在重要的地方键入几个单字节指令；也可将把单字节指令反复使用，即指令冗余技术。指令冗余技术显然会降低控制系统微处理器的运行效率，但随着微处理器的不断发展，至今的技术已经达到执行几条指令绝无影响的程度。

设置软件陷阱是在非程序区设置一些陷阱程序。当控制系统正常运行时，不会进入此非程序区；当程序出现弹飞现象时，就可能遇到这些陷阱[3]。在陷阱区的代码处添加复位指令，可以强令程序回到初始状态重新运行，防止发生“死机”情况。软件陷阱的设置需要结合电梯控制系统本身的特点，电梯控制方式不同，设置的方法也不同。PLC控制系统可以采用NOP或者跳出指令实现，对于微机版或者一体机的电梯控制系统，可以在编程时结合情况设置一些跳出与返回指令实现。

看门狗定时复位技术（WATCHDOG）[4]工作机理设置。看门狗本身是独立工作的，工作时基本不依赖于CPU。然而，CPU在一定的时间间隔内和看门狗数据交换，以表明系统运行正常。如果CPU卡在一个无限循环，因为超过指定的时间间隔，即数据交换失败，系统启动复位指令的复位，以保证电梯控制系统的稳定可靠。

对于电梯控制系统在软件编程时的抗干扰措施，需要重点输出信号，如起动、加速、减速、平层准确度、停车、开关门及到位等指令[5]。考虑进行重复输出技术，可保证系统的可靠性。

4 电梯控制系统提高可靠性实施方案

电梯控制系统的可靠性关系电梯的安全运行。除了控制系统的软硬件措施外，也可采用物联网远程监控，利用大数据运算提高其可靠性能。

针对目前电梯控制系统可靠性问题，可以选择采用计算机控制技术和网络通讯技术对电梯进行远程监控。采用传感器采集电梯运行数据，通过微处理器进行非常态数据分析，它能24小时不间断对网络中电梯进行远程监视，并实时分析和记录电梯的运行状况，从而根据故障记录自动统计电梯控制系统故障率。经由GPRS网络、局域网或485通讯传输等多种方式，实现电梯故障报警、质量评估、隐患防范等功能，从而在实施可靠性检测的基础上，设计一种预见性电梯故障诊断系统。

该预见性电梯故障诊断系统主要由检测终端、通信终端、后台服务器及监控软件组成。它是将控制柜中的信号经计算机处理后，获得电梯控制系统运行情况和发生故障的信息，从而通过专用网络，传输到远程能够提供专业电梯服务的中心，以便掌握电梯运行情况，特别是电梯控制系统发生故障情况。通过实施此方案，可实现提高电梯控制系统的运行可靠性。

5 结语

本文论述了电梯控制系统可靠性技术研究方法，通过对电梯控制系统可靠性分析，提出了有参考价值和可行性的实施方案。

[1]刘混举.机械可靠性设计[M].北京：国防工业出版社，2009.

[2]孙培德.串行通讯传输线分析及抗干扰方案[J].中国电梯，1998,（11）：26-29.

[3]何立民.MCS-51系列单片机应用与系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1995：474-491.

[4]李建中.关于电梯维护保养有效性思考[J].中国质量技术监督，2010，（7）：50-51.

[5]孙后环.电梯控制系统的可靠性设计[J].南京建筑工程学院学报，2001，（1）：31-36.

Research on the Reliability of Elevator Control System

DOU Yan, GUO Lanzhong
(Mechanics Institute, Chang Shu Institute of Technology, Changshu 215500)

In this paper, the elevator control system reliability research, and fully consider the performance of the control system, analyzes the main factors influencing the reliability of the elevator control system, and put forward the elevator control system hardware and software anti-interference measures. The elevator control system adopts the series mode interference and common mode interference and grounding technology to realize anti-jamming. The elevator control system software improves antijamming performance through measures to set up the test program, instruction redundancy technique, software trap. The measures of control system in electric field also have the reference value.

elevator control system, reliability, redundancy technology, anti-interference