【基于plc控制的电梯系统设计9200字（论文）】

引言随着电梯的普及与发展,其在性能上和功能上有了较大提升。对于电梯设计来说,电梯系统应尽可能简化,因为电梯系统功能越复杂,其故障率越高,会给后期维修维护带来较大麻烦。我国诸多建筑大多采用进口电梯,但这些国外电梯品牌也并非完美。国外电梯在中国建筑中虽然占据着较大市场,但设备故障仍是我们面临的技术难关。电梯工作的稳定性直接关系电梯品质,更关乎到日后保养和维修成本。所以,应大力开发电梯管理系统,改进电梯系统管理方法,从而提高电梯的工作品质。由PLC控制的电梯系统可以取代传统的机械继电器控制方式,不但克服了传统继电器故障率较高、设备结构和控制电路比较复杂等的问题,同时使PLC自身的技术优势也能达到最优化:如PLC的处理速度极快、稳定性好及机械性能比较稳定,构造上也比较简洁等。采用PLC控制的电梯控制系统,其特性远比老式电梯的控制系统稳定,是现代电梯工业技术发展趋势的主流。电梯系统的控制要求楼梯的基本功能可归纳为应答各个楼面的旅客呼梯要求,通过收集当前楼梯控制系统的工作状况信号,合理地分配楼梯轿厢与旅客的起点楼面距离,并采取各种楼梯轿厢加减速器和厢门开关等动态,以搭载旅客安全迅速的行驶至目的楼面。电梯系统除了在承载货物功能以外还必须有安全性技术方面的充分考虑,如厢门和层门互锁防护、电梯轿厢牵引高低控制等。而除上述的电梯控制系统基本功能以外,电梯控制系统还必须按照旅客的乘梯要求和自身工作状况实现如下功能。1.1集选控制当楼梯控制系统在工作中采集并读取到与乘客服务和当前楼梯车厢工作方式相同的内外呼厅层按钮信息时,把该信息在控制台内按时间顺序储存记忆出来并按步依次应答,使当前楼梯车厢在目的楼面时停站于平层上,以达到的目的楼面时必须在控制器的操作任务中消除,最后楼梯在执行了全部的呼梯任务和操作命令之后停在了最后一个任务层上进行新的呼梯任务。1.2开关门控制电梯在应答控制系统任务的执行到达初始楼面和目标楼面以后,在确定了电梯轿厢的定位状况后延迟手动打开。在乘员走进轿厢内并按动关闭门按键或或关闭门推迟到时后,控制系统必须确定人员和物体等异物干涉开门的真正关闭状态,若开门时保护性传感器被触动后必须立即将厢门再次开启,以防止夹伤人和货物。当厢门保护性传感器检查为常态,而车门也在真正关闭的过程中,有乘员突然触动了开门按钮,厢门就必须立刻进行手动开门。另外还需要有设置延时关闭门的特殊功能,让厢门可以长期保持开门状态,在触动关闭门按键过后可以解除延时关闭门的特殊功能,从而有效提高了货物搬运时便捷。1.3错误指令消除当乘客在进行使用电梯时,难免会发生按错楼层或是暂时改变目标楼层的情形,这时电梯还需要具备指令式取消的功能,连按二个已经触发的目标楼层按键就可以解除该任务,并再次选取新的目标楼层。1.4待载休眠当电梯系统以循环扫描方式内外呼梯任务时,假如一旦在达到规定的时段内还未有新的客运任务记录,则必须将向后电梯运行状态转为休息方式,并关掉轿厢内灯光和通风排水扇等功用,以解决系统的电能消耗并达到节电的目的,在系统获取到新的运行任务后,再使这些功用或器件重新上电并运转。1.5单部电梯运行状态监测电梯控制系统是一种实时扫描各部门工作状况的动态管理系统,当楼梯工作时,要求楼梯的电气控制系统即时监测轿厢部位、曳引管理系统、及各保安监控器等的工作状况,从而实施动态反馈管理,以保证楼梯的安全稳定。比如当系统上位机监测到轿厢内的称重传感器超载信号,则电梯管理系统必须立即发送超载报警提示,直至电梯轿厢的载客容积恢复正常后才能实施关门开启;而类似地在当电梯轿厢容积满额时,就算有旅客触动厅外的呼梯按键,管理系统也不在进行应答,直至将大厅内所有的载客任务完成后再实施呼梯信号应答。2、电梯控制PLC程序单梯的逻辑控制系统一般使用的都是集选的方法,主要的控制方法有截梯方法(同向、最远反向)、呼梯信号保持原则(同向消除、反向保留)、自动选择方法等。单梯的整个控制系统程序流程如图2.1所述,可归纳为控制系统在收集到旅客的内外呼吸信息之后,通过分别确定轿厢的当前情况,对电梯进行相应的起动、行走(速度三步切换)、开关门控制等,以实现旅客的乘梯功能。楼梯群控系统对单梯操作的逻辑部分基本上是由控制器的PLC编程实现的,可以实现控制系统的总体状况初始化、呼梯信息收集、安全传感器数据收集、对电梯轿厢行驶方式判断以及各楼层位置的指示、电梯轿厢加减速刹车控制和厢内门开关任务等的一整套操作过程,在实现楼梯控件的PLC编程之前还必须经过严格按照控制功能步骤实现程序的功能模块化工程设计。本产品设计主要应用于日本欧姆龙的CP1H产品和美国单座电梯的PLC编程,接下来我们将对PLC编程中的重点模块编程加以重新设计和解析。图2.1电梯控制程序流程图2.1电梯初始化程序当建筑物内的电梯开始上电工作,或由于设备维护等因素要求控制系统重新开始复位工作时,这就要求对电梯具有状态的最初化功能,在最初化之前由于电梯车厢的定位信息是不明确的,所以我们就必须先通过车厢定位传感器实现地址的比较确定,然后通过电梯端站数据信息和平层信号等消息,将电梯车厢运动至目标为主楼的公用移动通讯基站实现系统待命工作,并将最初化完毕的数据信息回到主逻辑编程中,状态最初化的具体过程如图2.2所示。图2.2电梯初始化流程图2.2楼层计数及显示模块在对电梯控制系统进行初始化后,如果电梯车厢地址仍然驻留在基站(建筑物内1层),我们可以把电梯车厢的位置信息保存到由PLC编程的D1数据寄存器中并计算至一级,在电梯控制系统响应乘客呼梯任务时,随着电梯车厢的地址变动而不断调整D1中楼层的数量。当电梯处在上行状况时,电梯车厢的上行接触器在每上升一下楼面时,就会产生一条关于该层的下平层信息,此时D1寄存器中的层数就必须加1;同理当楼梯处在下行状况时,楼梯轿厢的下行接触器在每降一下楼时,就会产生下一段该楼面的上平层信号,此时D1寄存器中的楼面计算必须减一,而在操作中呼梯面板的显示器也必须即时显示D1寄存器中的数据,对楼面位置信号进行提示,具体楼面计算和提示的过程如图2.3、2.4所示。图2.3电梯楼层计数与显示流程图图2.4电梯楼层计数与显示程序2.3电梯确定选向模块升降机的基本功能是为了应对各个层的旅客呼梯要求,通过采集当前所有楼梯设备的工作情况信息,合理地调度楼梯轿厢与旅客起始层联系,并采取了一系列楼梯轿厢加减速和厢门开关的动作,搭载着旅客安全快捷的行驶到达目的层。电梯系统在响应旅客呼梯任务而自动执行时,在系统收集到旅客的厅外呼梯或者厢内呼梯信息之后,就必须立即确定电梯轿厢的当前方位,以确定旅客的呼梯任务楼层和当前电梯轿厢位置是不是同向,如果同向时还必须判断轿厢的下一个行驶方向是上行或者下行,以及具体的运行选向模块流程(假设建筑物为八层楼)如图2.5、2.6所示。图2.5电梯运行选向模块流程图2.6电梯运行选向模块程序2.4自动开关门模块电梯控制系统的打开门控制系统,是一个十分关键的安全保障模块。当电梯在响应控制系统任务运行到达起始楼层和目标楼层之后,在确定了电梯轿厢的位置状况后延迟自动打开。当旅客进入轿厢内并按动关门按键或者关门延迟到时后,控制系统还需要判断人员和物体等异物干扰了开门的正常关闭状态,若开门保护光幕传感器被触动后就必须将厢门再次开启,以防止夹伤人和货物。而如果车厢开门保护光传感器检查正常,或者开门在正常关闭的过程中,有旅客触动了开门按键,厢门就必须再次手动开启。另外还需要有设定延迟关门的功能,使厢门可以长期保持开门状态,在触动关门按键后解除延迟关门的功能,从而有效提高了货物搬运时便利性,电梯控制系统的开关门控制步骤及程序如图2.7。图2.7电梯开关门模块流程2.5电梯停车制动模块电梯中在上或下的楼梯轿厢,即将抵达目标楼层时电梯轿厢就会同步响应的产生上找平层信号或下找平层信号,这时为了保证在楼梯上停车时的平稳性与乘员的舒适性,楼梯轿厢必须提前刹车减速,当楼梯轿厢的上找平层信号同步引起时代表轿厢已经顺利停留到了目的楼层,此时完成了抱闸刹车动作,其中的刹车流程程序如图2.8、2.9所示。图2.8电梯停车制动模块流程图2.9电梯停车制动模块程序3、电梯群控系统的结构设计电梯集群控制EGCS控制系统主要使用于高层住宅的建筑物内,通常情况下由于在高层住宅建筑物内工作和生活的人较多,因此单部电梯往往无法适应早晚等客流运营高峰期时段的运营需要,这尤其是在大型高层建筑内多个电梯一起工作时就显得尤为重要,多个电梯必须协同组成梯群才能有效缓解拥堵的交通状况,该控制系统主要通过建筑物内乘客的内外呼吸信息、当前梯群的交通运营模式,以及调取系统多运行控制目标的群控决策算法形成最优预测的派梯方案,根据不同的运营状况、不同的管理需求组合最优预期的派梯方案,以达到良好的乘梯体验和运营节能需求。对于中高层建筑室内电梯群控调度管理过程,通常的电梯群通常在各楼层均设置有能够确定行走上下方位的电梯外呼按键,和指向当前电梯高度和行走方位的电子指令屏幕等。当楼宇内旅客到达任何一层时,触动电梯的外呼按键或内呼按键后,控制系统将按照旅客的外拨打方位以及内拨打高度生成预停站信息,这样一来电梯群就实现了最基本的信息采集。然后,电梯群控管理系统依据梯群内各电梯的呼梯信息数量和预停靠站信息,再依据各部电梯内的总载客量、以及系统内已分配停靠站任务,通过调用我们设计的群控算法策略分析后,是各部电梯任务均到达了最理想的状态,从而实现了减少旅客呼梯等待时间、电梯轿厢内旅客乘梯停留时间的目的,并且节约因不合理调配电梯运行所造成的超额能量消耗,提升群控制系统的工作品质和效能。由于整个梯群的调度管理过程需要将各个监控对象统一优化,其复杂程度远大于传统单梯和双梯并联的监控情况。3.1电梯群控系统结构电梯群控管理系统的的逻辑控制系统单元,一般由逻辑控制器与外围的信息收集控制系统所构成,具体构造上可归纳为,基层控制系统由生成呼梯任务和监控运营状况的几部电梯构成的轿厢控制系统,而各部电梯的呼梯任务产生分派和对硬件控制系统的管理则一般由逻辑运行主体欧姆龙CPIH管理,一般承担车内外部的呼叫信息、乘客数量、楼层情况等信息的收集。各单梯轿厢逻辑控制器与PLC之间采用现场总线的通信方法相互通信组网,然后透过使用由VisualStudio2015软件(基于MiCrosoft.NET平台的应用程序)的提供的上位机软件实现控制系统信号的集中采集监控和任务分配,上位机c系统采用经过产品设计好的FINS协议程式读取欧姆龙PLC里面的数据信息,再采用FINS通讯的方法收集每一个楼梯的信号,之后再透过上位机算法处理相关数据,并将楼梯任务调度策略反映给相应的楼梯。图3.1电梯群控系统结构3.2上位机与电梯系统通讯PLC作为一个高性能和高稳定性的逻辑控制器而受到了日益普遍的使用,在系统中上位机必须不断的和底层PLC实现信息数据的通讯,目前常用的通信方法主要有串行(RS232C/485)通信和工业以太网通讯,但鉴于电梯系统数据处理的复杂性以及对通信传输速率的较高等要求,所以日本电梯群控系统通过欧姆龙Fins协议的工业以太网通信完成了电梯系统PLC和上位机算法系统之间的信号传输。目前,PLC的工业以太网数据传输速率最高能够超过一百MB/S,同时具备了远距离数据传输、多节点通信的优势以及良好的灵活性、实用性。FINS通讯协议是欧姆龙PLC与网络系统之间实行无缝通信的工业自动化网络通讯协议。通常,由FINS协定通信的网络系统主站或上位机系统都必须根据协定通信的格式命令执行编程以完成读出另一种PLC控制系统里面的各种数据消息和工作状况消息,该协定的使用也给欧姆龙PLC控制系统和上位机之间的通信带来了极大的方便[55]。在FINS以太网通信中数据消息的联络是采用UDP/IP(无通信握手链接)和TCP/IP(面向通信链接)的方法来完成数据发送接入的。FINS以太网的通信协议可包括物理层、Internet层、数据传输层和应用层,并且在Internet层的远程设施之间采用IP电话、由数据传输层定义的TCP或UDP端口号,给应用层FINS节点增加了通信接口(一般默认为9600),不过在同一网络系统上不同设施之间为了保证通信正常,该通信端口号也必须保证统一。因此本文中采用C编程语言设计的设备与欧姆龙PLC完成FINS通信时的部分代号,如图3.2所示。图3.2FINS通讯的代码图4、电梯系统的仿真4.1电梯系统的工作原理该设计的电梯系统的工作原理如下:(1)初始时间,电梯达到一楼,电梯接收每个呼叫按键产生的信息并作出相关反馈。(2)当楼梯停在任意一楼(比如第4层),并按动该楼面的向前通话按键或上下通话按键,则楼梯产生开门讯号,楼梯做出开门动作,直至开门行程开关启动,并延时10s后闭合。也可进行自动实现开关门。假设楼梯的轿厢并不在第四楼时,可等电梯轿厢行驶至该大楼后进行上述指令。(3)当按下内层呼叫按键时,对应的呼叫指令灯点亮,直至电梯车厢进入高层判断、车厢行驶至各楼层后,内层呼叫指令灯才熄灭。(4)电梯系统的每一级在井道内都有一条行程控制器,当电梯的轿厢遇到某一级的行程控制器时,即表示电梯已到达某级。(5)当电半自动开/关门功能。为提高其安全,如果电梯在工作期内不能实现开启/关门,即具有自锁功能。(6)当电梯的轿厢行驶至某高层后,该高层所对应的高层位说明灯亮起。直到响应下一个高层时,该层指示灯熄灭,而其他高层指示灯仍然点亮。(7)电梯车厢内设有紧急呼救按键,当电梯出现异常状况时,乘务员可按下此按键,控制中心收到紧急指令后对电梯进行事故排除,并实现自动关掉应急灯。4.2电梯的I/0点分配及其意义基于上文描述的电梯控制系统的工作机理,本模拟控制系统主要涉及了电梯主体结构与控制系统设备。其主要包括:呼梯箱、开关门按钮、紧急呼救按键、轿厢、曳引机等。控制器主要是可编程控制器(PLC)和力控软件。该电梯系统共有五个层,每层均有外呼按键、楼层指示,以及楼梯上下行方向指示。电梯轿厢内则有内层呼叫按键,紧急呼救按键,以及自动开关的车门按键。(1)外呼信号。除一楼有上呼叫按钮,5楼下呼叫按钮以外,其余楼都有上呼叫按钮。.其I/O分配方式为:从X一至X8。共八个I/0点。(2)行程开关。楼梯楼层都有个行程控制器,当楼梯到达某一级,遇到行程控制器,该楼层行程开关打开。1-5楼的行程控制器的I/零分配是:X9-X13.(3)内部通话按钮。电梯内有各楼层的内部通话按钮,当按下目标楼层按钮,由电梯产生各楼层信号。其1-5层的零分之一分配方式分别是:X14、XI5、X16、X17、X18。(4)开关门呼叫按键。在楼梯内有手动控制开关的门按键。其一/0分配方式为:XI9和X20。(5)开关门行程控制器。电梯车厢内有一个启动行程控制器和一个开关门行程控制器。其I/0分配与X21、X22。(6)外部的呼叫灯。外面一楼上呼灯Y1,外面二层上呼灯Y2,外面二层下呼灯Y3,外面三层上呼灯Y4,外面三层下呼灯Y5,外面四层上呼灯Y6,外面四层下呼灯Y7,外面五层下呼灯Y8。(7)各层位的照明。当楼梯到达某楼层位时,将该行程控制器开启,将各层位照明灯全部点亮。其一负五层位的照明1/0分配方式为:Y9、YA、YB、YC、YD.(8)楼梯的向上、下滑及其指示灯,电梯开关门。其I/O分配方式为电梯上升YE,电梯下降YF,电梯上升指示灯R20,电梯跌落指示灯R21。电梯启动R22,电梯关门R23。(9)室内的各层通话指令灯。当按下室内各层通话按钮时,室内的各层将相应的通话指令灯点亮,当楼梯运行至通话高层,触碰行程控制器,指令灯熄灭田。其中在1-5楼的零分之一分配是,内在第一层通话灯:RE、内在第二层通话灯:RF,内在第三层通话灯:R10,内在第四层通话灯:R11,内在第五层通话灯:R12。此I/0分配共有46个,其注释如表4.1所给出。表4.1I/O分配及说明表4.3系统工作流程图楼梯控制器系统主要完成的功能为楼梯的上下运动,以及楼梯的开关门等。该楼梯控制器仿真系统在启动或上电之后完成了初始化,将电梯轿厢停在第一个楼层然后等候呼叫信息,当有一个楼层呼叫时,电梯轿厢首先进行确定呼叫的方位,然后再按照呼叫方向操作。电梯轿厢在抵达目标层后延时开门,待开门行程打开后,再延时关闭门,也可实现全自动开关门。然后再由乘务员按下内呼叫按钮,在电梯轿厢抵达目标层后继续完成以上的打开门动作。该电梯系统的过程如图4.1所显示。图4.1电梯控制系统流程图4.4组态监控界面设计组态软件,是指一种集成人机界面与监控系统的工业控制系统的上位型应用软件。组态软件能够与可编程控件、工业电子智能模组、供电装置、远程数据信息采集装置等通信国。可将现场信息即时送到控制室,作业人员和管理者不需要深入在场人员就能够掌握信息和历史参数"。由于组态软件资源充足,功用强劲,应用简便,在工程管理中也取得了广泛用回。可编程控制器(PLC)与组态软件的融合能够形成应用范围更加广泛的管理系统,而组态中加强的各种数据信息收集与流程管理能力和PLC灵活多样先进的编程方式更符合电梯系统控制的发展趋势。使用组态软件实现的电梯系统控制,主要包括了设备选择、图形监控页面的设计、数据库变量的创建、动画链接、动态脚本创建、编程调试等步骤。4.4.1变量设置及数据库的构造设备配置主要是为了实现控制系统组态和智能化器(PLC)相互之间的通信功能。该控制系统的在I/O装置组态中选用了松下PLC,在串口中选用了FP系列串口。数据信息是一种描述信息系统的控制对象属性,在力控.实时数据库管理系统中,每一位点都对应着一种在真实社会中的,可被检测或管理的目标原因。力控实时数据库管理系统还能够给出一种预定义的标准点技术参数,如虚拟I/O点、数字I/0点,同时用户也能够根据系统要求,进行创建自定义点类型用户对控制点的引用其实就是对该控制点的一种具体.技术参数进行引用,该控制系统可以使用二十四个点组态根据PLC的I/O地址对电梯实施管理,其具体数据信息组态如图四4.2所显示。图4.2数据库组态图4.4.2监控界面设计监控界面设计用来仿真工业生产现场和工控装置。该管理系统的图形监控界面设计,包含了楼梯井道、楼梯轿厢、外部呼叫箱、内呼叫箱,以及楼梯上下行指示、楼层提示、层位灯、开关门按钮等。管理系统运用了组态的工具箱、图库,层位图插入等技术手段,在绘制电梯门时会使用图像色彩填充功能,并利用水平填充功能来完成楼梯的打开门,将楼梯的打开门用在一种间接变量(over.Pv)的加减来完成。楼梯的打开由右向左开启,而楼梯的闭锁则由左向右关上,组态式监控界面设计如图4.3。图4.3组态监控界面图4.5系统运行与调试按照刚才设定的原理,经过运行程序控制组态的监视界面,能够检测呼梯控制功能和开关门的控制功能。透过按下电梯所有按键,能够观察电梯的上下行、开关门,以及告警状况。而经过软件调试,能够完成对电梯控制系统的自动控制,且组态监控界面工作正常。电梯呼救系统主要包括内部呼救系统和外部系统,内部呼救系统包括五个层位按钮和开关门按钮,以及紧急呼救和解除呼叫按钮;外部的呼叫系统中,每个都有二个按键,依次是上、下。经过仿真,当楼梯达到三层时,由五层人员先按电梯的下行按钮,当电梯上行至五层时,层位灯先亮,随后电梯自行开启,一旦电梯门全部开启,延时10s后就会自行闭合,同样也可使用人力完成闭合。使用人员按内部键盘,电梯按指示操作,当在操作过程中,有出现时间顺延要求时,电梯就会按次序重开闭合。应急灯主要应用在当楼梯发生故障状况时,可使用按钮报警,不仅报警灯亮起,而且还会蜂鸣。而楼梯的每层门上都有显示器,透过与PLC楼层的接口同信,会即时提示楼梯位于哪个楼层,以方便外部的等候人员及时掌握时间。如图4~图12所述。图4电梯开门动作图图5电梯关门动作图图6应急报警亮图图7解除应急报警图图8电梯到达4层图图9电梯在3层开门图图10电梯在3层关门图图11电梯上升过程图图12电梯下降过程图结语随着城市智能化的在各领域开展,电梯这种可以节省人力、物资的智能化手段已经在大型商场、写字楼、政府办公室、观景台等场所中被使用普遍,同时电梯也作为城市智能化管理方面的一种受到