电梯自动控制稳定性的研究

李春曦

【关键词】计算机控制 PC 稳定性

电梯作为一种安装在楼宇内部的垂直运输系统，随着全国电梯需求市场的不断扩大，电梯产品在技术、性能、质量上都在不断发展，电梯行业可能成为全球电梯的制造中心，进一步吸纳世界其它地区的电梯产能，服务型收入将逐步成为产品增利的主导，因而出现了绿色环保电梯、智能化、信息化和高速等新技术，将成为电梯产品发展的潮流。另外，智能家居，智能楼宇以及物联网技术的普及，使得用户对电梯的功能需求不再是简单的输送功能，需要与楼宇的物联网系统构成一个完整的，无缝衔接的整体。如，与楼宇的门禁系统，住户手机的NFC功能实现智能门禁，提高用户的使用舒适度和楼宇的安全度等。中职电梯实训尤其要适应这些变化。对实训用电梯功能进行加强显得十分必要。

通常而言，为机电产品加入智能控制功能，使用的控制单元无非是单片机、PLC或者是传统意义上的计算机。单片机和PLC应用范围比较广泛，主要是因为它们的成本较低，简单的功能容易实现，有相对较強的兼容性和稳定性。但是这些控制单元由于运算能力比较弱，不太适合于具备复杂功能的信息化产品的控制。我们在此讨论使用微机，即传统的PC机作为控制单元。传统PC机是区别于单片机等微机产品，性能接近含应用了奔腾级别CPU（即中央处理器），或更高等级性能的计算机产品技术。其应用于电梯上。由于运算能力远强于单片机和PLC，易于联网以实现物联网的各种管理功能；基于某个操作系统的大型控制软件容易编写，易于使用移动互联网与用户的移动通信设备连接，使得用户的使用舒适度得以提高 。因而具有广阔的应用前景。但是，在实际的应用当中，PC机容易出现控制系统死机重启，甚至误输出，局部损坏等故障，而且在价格、电磁兼容、使用寿命、软件稳定性方面，比单片机、PLC、DSP等成熟产品还有一段距离，比较难被设计人员所接受和推广。

普通PC机存在的稳定性问题及其解决方法：

1 应对不同级别的产品对设备作出修改和特殊设计

故障案例：电梯轿厢内，有一楼层显示及媒体广播的一款一体化液晶显示的计算机，客户反映电梯在经过验收后，将会在使用时，该部件一直处于报计算机BIOS设置失败的黑屏显示而无法工作。

故障原因分析：其故障产生原因是由于个别现场的电梯闲置时间过久，使储电池失电，其供电给计算机主板BIOS芯片内保存的数据丢失，致使计算机系统寻找正常的引导路径失败，从而影响电梯的正常使用。

问题解决分析和思路：很明显，如果对于家用的计算机来说，只需要换掉电池即可以使得计算机继续完成它的工作，但是换电池对于电梯控制来说不是一件小事情。即使电池更换了之后，隔一段时间总会有消耗完的时候。对于工业级别的计算机来说，最好能够采用不需要电池维持存储单元来存储CMOS信息。经过设计改进，该主板BIOS芯片从储电池供电型，变更为EEPROM失电保存数据型芯片后，该类型的故障彻底消除。

PC机作为家用电器设备与控制电梯的工业控制级设备在稳定稳定性方面的要求有着比较大的差距，使得一些原本只存在于普通环境下出现的小故障，在工业控制环境下造成比较大的故障。这要求技术人员在进行设计和修改时需要有一定的专业知识对此类情况进行预见，并且采取相关措施将其防范于未然。

2 应对特殊的技术要求，选择适合的元件和布线方式完成工程

回顾电梯驱动控制技术的发展历程，电梯驱动和控制信息的产生，传递，加工和处理有两种典型方式，经历了模拟信息系统，后发展到将所有信息，通过数字电路进行数字化处理、传输、控制，构成数字化系统电梯。

不管电梯控制如何发生或变化，实质就是为楼宇提供垂直运输服务。笔者根据其功能，进一步展开其实现方式之一，对电梯的控制时序要求。假如其中组成部分出现异常，特别是从部分输出反馈输入信号的实时控制回路，反馈去路要求相对更高，一旦出现问题，电梯运行一般作出急停处理，有的伴随照明回路重新启动一次，然后进入自救状态，寻找最近层楼开门放人。如电梯没有大问题，不需要手工断电上电操作复位，电梯能够自动返回服务状态。但是此过程中，乘客在搭乘电梯时候的体验极为糟糕，假如发生困人事件，将对乘客对电梯产品的信心和对品牌的印象造成不可挽回的破坏。

其中电梯控制的组成，由多个安全装置串联成为安全回路，在电梯控制中，只给电梯运行，输入一个硬件外部允许的信号，国家标准详细地规范这些人身安全的安全保护装置要求，以保护人身在事故中免受伤害或降低伤害程序。但安全装置却极少介入产品的正常运行，只在危险情况下动作。据此，设计前必须保证安全装置的高稳定性，另一方面，提高产品正常运行的稳定性，则是可减少安全装置动作的概率。若安全装置不介入产品的正常运行，则安全装置的稳定性与产品正常运行的稳定性是相互独立的，随电梯工作应用的不断成熟，安全回路的设计电路也非常成熟和可靠了。符合产品的法律法规要求，并能够通过简易有效的维护工作，每年就可以通过各技监部门的检验项目，这也是电梯的应用基本要求之一。

从以往实践统计发现，许多计算机产品的元器件损坏，大部分是源于使用设计不合理，元件质量才占将要原因，因此在设计期间是必须掌握好各元件的使用牲。零部件是电梯的基本组成单元，计算机技术产品作为其中的关键零部件之一，如何正确使用、规定和控制是在设计实务中，笔者认为非常重要。

现有产品具有的CPU双指令处理系统，处理速度更快、寻址能力强、内存刷新频率高和容量大、总线速度快等技术特点，是高端计算机的基本特征。弄清关键零部件的使用牲，也是设计方需要遵循的设计要求：如规定计算机内部元件的降额准则和安全系数、关键参数的选取，以及部件、器件的主要技术参数和使用范围、条件等。使用频率、耐压和电流均有各自的使用范围，各元件在量产和长期工作的使用过程中，假如超过它们的正常技术范围外，就会产生隐患，假如超过元件在量产和长期工作的使用过程中，假如超过瓣正常技术范围外，就会产生隐患，例如现在的RAM芯片耐压值有限，受到干扰行刺或浪涌作用，对芯片产生机械变形，性能因而不可靠，最终导致芯片发生故障。

同时，电梯是一个与楼宇建筑融为一体的机电产品，产品的安装范围可能涉及整个小区，虽然计算机的PCI，AGP等总线技术非常成熟，但是要扩展到一定距离要求时，实际应用却很困难，且电梯着电磁干扰的环境，必然会影响到总线的调整少量的传输数据。因此，并行通信技术只应用于电子板内，而串行通信技术更应用于电梯对距离远，容错性能要求高，布线少场合。计算机串口通信技术在电梯的应用上，具有重要的意义和发展的空间，这是由电梯的基本应用要求和计算机的技术特征所决定的。

3 应对产品灵敏度需求，采用良好的电磁兼容设计以减少误触发异常保护动作

数字产品良好的抗干擾性，特别是计算机产品，在设计上具有重要实用意义和作用。在电梯的使用环境中，叫会受到不同程度的电磁干扰而可能会影响到正常工作，甚至会损坏。电梯存在的干扰类型主要有电快瞬干扰、雷击、静电、辐射等。由于外部的电力设备、内部的曳引机、变频器等功率负载的开闭合动作，部分高频率浪涌干扰源，会通过动力线传导和对线间以电容耦合的形式传播，且具有线间容性耦合传导能力强的特点。对电梯的内部控制系统、串行通信电路，MCU控制单元、含放大电路等敏感单元部件会有影响，而计算机高频电路是明显的敏感电路，所以采用良好的电磁兼容设计，是实现应用在电梯工业领域中，最基本要求之一。因此，保证计算机产品的稳定性，才能保证电梯整体各控制信号和显示都没有错误的输出，乘客和产品才有安全保障。

抗扰性是电梯系统和各电子部件电路能承受电磁干扰影响能力，电磁干扰也称为“噪声”，是由于变化的场或其它电刺激信号，对正确电路工作造成干扰，继而被信号线接收而产生错误判断信号。电梯工作现场的干扰一般都是以脉冲的形式进入微处理器，干扰窜入系统的渠道有三条：空间干扰、过程通道干扰和供电系统干扰。为减少系统的错误和故障，提高系统的稳定性，就必须采用抗干扰措施，提高系统对环境的适应能力。

良好的抗扰性设计措施，建议消除第三电路和软件容错设计处理，例如，计算机部分采用合理的隔离处理、滤波、接地等措施，借鉴单片机抗扰性的成功经验，大部分可移植到计算机产品上。笔者认为，由于硬件处理已趋成熟，软件也有成功可参考的措施，如何正确辨别干扰的信号或其技术牲，进行容错设计，可有效解决大部分的干扰，对灵敏度高，响应时间过快的设计，同时也具有越高的出错机会，特别是识别异常故障信号后产生的保护动作的设计，都不应有过高的灵敏度，元件选用低速器件能满足工作要求的，就不要选用高速元器件，否则容易导致电梯异常的保护动作，后果严重。

当然，对于组成计算机控制系统的另一个重要的部分——软件设计部分，也是稳定性设计的重要一环，限于本文的篇幅，此部分内容暂不作讨论。

4 总结

从上述可见，计算机技术，在电梯技术领域发展非常快，从电梯企业的硬件设备，到企业管理的软件系统，都可以看到计算机管理的身影。现今的电梯产品几乎也由数字技术产品组成，如变频器、控制系统、群控系统、变频门机、光幕、称量装置、语音报站、信息显示、故障自诊断、远程监控、断电再平层装置等等，其实现和控制离不开计算机技术；电梯的安装、维修、保养工程所用的工具及检测设备也多有计算机技术的渗透。由此可见，当今的电梯企业，从电梯的生产加工设，到电梯产品的数字化控制，再到电梯产品的安装维护等日常管理，都有计算机技术的渗透，由此我们完全可以预见，将来的电梯产品将发展成为完全的数字概念电梯，由计算机进行控制，经由物联网络，移动互联网络实现智能楼宇，智能家居的重要组成部分。探索计算机系统在电梯系统中应用的稳定性不仅必要，而且十分迫切。

参考文献

[1]常国兰.电梯自动控制技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]赵岩.工业计算机控制技术[M].北京：清华大学出版社，2012.

[3]肖军.DCS及现场总线技术[M].北京：清华大学出版社，2011.