控制系统组态kj

1、控制系统组态题目：基于通用变频器的电梯PLC控制系统的设计专业：检测技术与自动化装置指导教师：张乃禄（教授）学号： 2009003050姓名：基于通用变频器的电梯 PLC控制系统的设计从1857年美国人OTIS发明出真正意义上的电梯以来，电梯控制技术就越来越显示出 其重要性。电梯控制技术的先进与否，主要体现在电梯控制系统的设计上。所以对电梯控 制系统进行研究和设计， 有利于促进我国电梯控制技术的发展。 采用组态王 6.51 完成了控 制系统的组态数据采集和监视软件设计， 进行了各种动画画面的制作 ; 上位机组态软件具有 电梯监控功能、 PID 参数设定功能、电梯井道自学习功能及脱开电梯本体可以

2、进行试验室 条件下电梯的仿真运行的功能。1. 功能和应用目标1.1 应用目标PLC主要是逻辑控制和顺序控制为主，已具有离散控制，连续控制和批量控制的综合 控制能力。软件处理方式与 DCS及其它系统相相比，连续控制方向的效率比较低，而成本 比较高。本课题的目的是在全面了解国内外电梯发展现状的基础之上，以江西长林电梯公司的 一个三层电梯本体为控制对象，开发出以EMERSON司EC20-2012BR；型PLC为电梯控制器、 采用TD100O-4TOI10P型通用变频器的电梯控制系统，重点解决目前 VVVF电梯发展过程中 所存在的控制器性价比低、速度曲线实现难的问题，围绕这一主题，所开展的工作如下 :

3、(1)根据长林公司提出的三层梯的控制的性能指标，确定一种新型的、以PLC通用变频器、 光电编码器组成的实现大闭环调速的控制方案，按该种方案组建的控制系统价格将大幅下 降。采用EMERSO公司 EC20-2012BR/型PLC的编程开发软件 Control Star开发出本控制器 软件，实现了本电梯逻辑信号的控制、速度的PID大闭环的控制，满足所要求的性能的控制。(3) 采用国内使用最广的工业控制组态软件组态王 6.51 ，开发出本电梯的上位机组态程序， 实现了上位机对电梯系统的监测控制，可以使用该组态程序对电梯进行调试运行和实时监（4） 对该电梯系统进行数学分析，实现了控制机理的建模，在此基础

4、上，从而对曳引电梯系 统特性进行了分析，为控制策略实现和改进提供理论依据。1.2 功能本控制系统是一个全并口电梯控制系统， 采用集中控制的方式， 主要包括信号控制和拖 动调速控制两大部分。控制系统的核心是PLC呼梯信号、门机系统信号、位置、安全保护及变频器工作状态等信号并行输入 PLC经PLC运算处理后由输出借口分别向显示电路 发出呼梯、定向等显示信号，向门机系统和通过变频器向曳引电机发出相应的控制信号。本文电梯控制器要实现三层电梯的控制，同时要求能够通过上位机的组态软件实现电 梯的模拟仿真运行和对实际电梯系统的监控，所以在分配地址空间是和一般的电梯控制器 有着较大的区别。要实现实际电梯的控制

5、运行，则要像一般电梯控制器分配好PLC的输入输出端子；同时为了实现上位机的组态模拟运行， 需要使用PLC的内部辅助继电器对应着分 配好一套地址，用于组态程序模拟实际电梯的相应输入输出从而控制电梯的运行。1. 开门控制：正常情况下，开门的条件有以下几种 :本层开门、停车状态按轿内开门按 钮、关门过程中有安全触板信号 （这种情况下将重新开门 ）、正常运行换速平层停车自动开 门。2. 关门控制：正常情况下，关门的条件有以下几种 :停车状态下按关门按钮、无司机状 态下自动关门时间到、检修时关门信号有效。3. 轿内指令信号处理内指令信号的处理包括信号的登记，显示基本层 （停车） 消息。信号的登记采用置位

6、指 令。有轿厢呼叫登记时，不论电梯上行或下行，当轿厢运行至有内指令的楼层时，均要换 速停车，并消除登记信号，不需反向信号。4. 门厅召唤信号处理厅门召唤信号同样需要进行登记、显示本层停车信号，此外还具有反向运行保号功能即电梯运行方向反向的门厅召唤信号不予响应5. 截梯方式的实现在电梯正常运行时，其响应招呼信号的方式应该符合顺向梯和最远反向截梯的原则。 对内指令，电梯均需换速平层停车；对厅门召唤指令，当召唤方向与电梯运行方向相同时, 电梯换速停车，即顺向截车，当有多个反向呼梯信号时，先应招最远的反向呼梯信号，即 最远反向截梯，然后再以顺向截车方式应6. 换速、平层、停车及楼层显示旋转编码器每转脉

7、冲数的选择取决于 PLC允许输入的频率、梯速、计数精度等。利用 编码器输出端将脉冲信号引入 PLC的高速计数输入端，构成位置反馈和速度反馈。高速计 数器累加的脉冲数反映电梯的位置。高速计数器的值不断地与各信号点对应的脉冲数进行 比较，由此判断电梯的运行距离，换速点，平层点和制动停车点等信号。理论上这种控制 方式其平层误差可在一个脉冲当量范围。在考虑减速机齿轮啮合间隙等机械因素情况下， 电梯的平层精度仍可达到国标的标准，满足电梯起制动平滑，运行平稳，平层准确的要求。 电梯在运行过程中，通过位置信号检测，软件实时计算以下位置信号：电梯所在楼层位置,S曲线各个换速点的位置，门区信号和平层位置信号等。

8、由此省去原来每层在井道中设置 的大量上述信号检测装置，大大减少井道检测元件和信号连接，降低成本，使系统更容易 维护。2. 体系结构图 1 总体结构本控制系统是一个全并口电梯控制系统，采用集中控制的方式，主要包括信号控制和 拖动调速控制两大部分。控制系统得核心是PLC呼梯信号、门机系统信号、位置、安全保护及变频器工作状态等信号并行输入 PLC经PLC运算处理后由输出借口分别向显示电 路发出呼梯、 定向等显示信号，向门机系统和通过变频器向曳引电机发出相应的控制信号。从系统框图可以看出，本课题的控制方案的最大优势是把一般电梯控制系统中用的专 用变频器改为了通用变频器，使用 PLC与通用变频器以及旋转

9、编码盘共同组成速度控制的 大闭环，这种机构不但可以很好地保证速度曲线的实现，而且使整个控制系统的成本大为 下降，具有良好的市场前景。另外，本课题也实现了电梯控制系统的上位机组态，可以通 过上位机组态程序产生跟真实电梯中一样的各种控制信号，从而完成对控制系统的检测控 制以及模拟运行。人机界面 ：电梯监控画面用来显示电梯的运行情况，同时了模拟电梯系统中诸如轿呼、厅呼按钮的输入。包括的各部分如下 :a. 电梯轿厢本体：使用动画显示当前状态电梯轿厢在井道中的位置 ；在轿厢平层时要显 示开关门的状态， 开门到位或关门到位时， 相应得开门到位关门到位指示灯亮红灯 （平时是 绿灯状态 ）； 在轿厢上还设置了

10、安全触板按钮，用于系统进行电梯仿真运行时模拟轿门安全 触板的输入。b. 各厅呼面板 ： 画面设计与实际电梯的厅呼面板相似， 显示框可以显示电梯轿厢的所处 的楼层数和上下行的状态 ； 上面的按钮可以模拟输入电梯厅门的上、下召唤。c. 轿厢命令面板 ： 包括楼层数和上、下行状态显示框、轿呼按钮、开关门按钮，轿呼按 钮用来模拟轿呼输入状态 ； 开关门按钮则是模拟开门命令和关门命令的输入。d. 井道开关指示 ： 包括一二三层平层开关指示灯、 上强迫换速开关指示灯、 下强迫换速 开关指示灯、上极限位置开关指示灯、下极限位置开关指示灯，这些指示灯的亮灭用来指 示电梯井道中这些开关的开合状态。e. 故障模拟

11、按钮：为了模拟电梯出现故障的状态，设置了电梯超载故障模拟按钮、越程强换故障模拟按钮、越程超限故障模拟按钮、一层位检模拟故障按钮、二 层位检模拟故障按钮、三层位检模拟故障按钮，在电梯仿真运行时，这些按钮用来模拟设 置电梯的故障，从而监测电梯控制系统处理故障的正确与否。f. 报警窗口 ：当电梯运行的各参数超出正常范围或出现故障时， 在报警窗口进行实时报 警，且纪录下来；到故障排除，各参数回复正常位置时，在此窗口复位报警状态，并予纪录g. 井道自学习：主要完成电梯的井道的自学功能。环垃ir初唸31IlTIP-it始敞泊虜H图2电梯监控画面3. 现场设备3.1可编程序控制器PLC可编程控制器作为工业自

12、动化的核心设备其应用极为广泛，可以说只要有工厂，有控制要求，就会有PLC的应用。由于PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，综合多种因素考虑，本文控制系统的主控设备选用艾默生网络能源有限公司EC20系列的ECZO-2012BRA型可编程序控制器。ECZO-2012BR型是一个小型模块化的PLC系统，它能满足中等性能要求的应用，它具有结构紧凑，使用方便，易于用户掌握等特点，使得其非常适用于本系统。 由于电梯信号控制的特点是多开关量的输入输出控制，这正是PLC控制的长处，根据本文所用的开关量的多少，并且为了系统有一定的冗余，便于以后系统的修改和升级。本文在PLC的主模块之外还选用了 2个8输入输出

13、接点的扩展模块EC20-0808ERF模块。如上节中 描述的本文的控制方案，本文的速度控制采用大闭环的形式，这种控制结构需要由PLC用模拟量的形式来控制变频器，所以 PLC控制器必须能够输出模拟量，为此我们选用了模拟 两输入输出模块 EC20-4AM。3.2 位置及速度检测设备电梯的位置检测装置是用来采样轿厢的运动位置并将它反馈给电梯主控制器的。现今，位置检测装置主要有井道磁开关、旋转编码器和绝对值编码器等。在某种程度上来说，位置检测装置决定了电梯速度运行的高低、速度控制的精度和电梯乘坐的舒适感3.3 变频器当前的VVVF电梯控制器的调速方式一般采用的是电梯用专用变频器调速，这种变频器的特点是

14、功能较强，使用灵活，编程简单，维护方便。但其价格却是同类型通用变频器的 1.5-2 倍，这使得整个控制系统的成本居高难下。鉴于此，本文尝试使用另一种控制方案， 使用价格比专用变频器低廉很多的通用变频器和PLC控制器组成速度控制的大闭环形式来完成调速。经过性价比的比较，根据曳引机的功率大小，本文选择采用的变频器是艾默生 网络能源有限公司出产的 TD1000系列的TD1000-4T0II0P型通用变频器。4. 特点4.1 组态工具组态王软件是国内第一家较有影响的组态软件开发公司北京亚控科技发展 有限公司开发的在国内使用较广泛的软件品牌 （ 更早的品牌多数已经湮灭 ）。相对于其它组态软件，组态王提供

15、了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以 汉字作为关键字的脚本语言支持，也提供多种硬件驱动程序。本文使用的组态王软件的较新版本组态王 kingview6.51 。组态王是亚控科技公司自主开发的组态技术软件，其技术在不断的创新中，组态王 kingview6.sl 主要的性能特点简要列举如下 :a. 画面制作系统 : 支持无限色和过渡色，使用户轻松构造面无限逼真、美观的画面。并且提 供图库、按钮、位图、可视化动画连接向导等功能，使画面设计过程变得简单易行b. 报警和事件系统 :分布式报警管理提供多种报警管理功能， 还可以记录应用程序事件和操 作员操作信息。c. 报表系统 :提供一套全新的、集成的内

16、嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可 创建多样的报表，提供报表工具条，操作简单明了。d. 控件：支持Windows标准的ActiveX控件（主要为可视控件）,包括Microsoft提供的标准ActiveX 控件和用户自制的 ActiveX 控件;新增三个功能强大的控件，即数据表格控件、历 史曲线控件、 PID 调节控件。e. OPC:开发人员可以从任何一个 OPC服务器直接获取动态数据，并集成到组态王中；同 时组态王作为OPCK务器，可向其他符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据。通讯系统：支持远号、支持开发中进行硬件测试、支持网络DDE实现组态王与excel和VB程序间通过网络进行数据交换。9. 安全系统 ： 采用分级和分区保护的双重保护策略，使工程的安全性大大提高。4.2 人机界面人机界面、监控软件都可以 PC环境和Windows操作系统。4.3 电梯自学习过程由于在下位机PLC程序无法进行可视化操作，故其对电梯的自学习操作将无法单独进行，为此在上位机组态软件中我们设置了配合下位机进行电梯井道自学习的功能。1）电梯安装完毕，正常运行之前要进行井道自学习，将井道中各层之间的间距，以系列脉冲数的形式存储到PLC中，该系列脉冲数存储到具有掉电保持功能的 PLC内部数据寄存器中。井道学习用来学