基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

PAGEIV畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文)報(bào)告(論文)題目：基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

近年來，中國(guó)的電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，世界上70%的電梯都是在中國(guó)制造的，占據(jù)了世界60%-65%的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)電梯總產(chǎn)量從2012年的52.9萬臺(tái)增至2020年的128.2萬臺(tái)，據(jù)資料顯示，2021年我國(guó)電梯產(chǎn)量為154.5萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)20.5%。在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。隨著我國(guó)的電梯產(chǎn)能的不斷提高，電梯的保有量也在逐年上升，從2012年開始的245.33萬臺(tái)到2020年增至786.55萬臺(tái)，目前，中國(guó)已經(jīng)是世界上最大的電梯擁有者，其市場(chǎng)份額超過了世界的1/3。該設(shè)計(jì)利用S7-1200PLC與TIAPortalAutomatic軟件綜合開發(fā)平臺(tái)來建立其工作環(huán)境。將單部電梯程序分為檢修、開關(guān)門、初始化、三級(jí)制動(dòng)、內(nèi)外顯示、樓層的計(jì)數(shù)等模塊分開編寫并對(duì)每一部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析，在完成了單部電梯的軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上。然后對(duì)兩部電梯的并聯(lián)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，按照最快響應(yīng)和最佳響應(yīng)原理進(jìn)行編程。其次，基于單臺(tái)電梯的控制策略和兩臺(tái)電梯的調(diào)度方案，重點(diǎn)對(duì)多部電梯群控系統(tǒng)進(jìn)行了深入的探討。對(duì)電梯的各種運(yùn)輸方式和常見的群控系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述。針對(duì)多個(gè)目標(biāo)的非線性、擾動(dòng)、不確定性以及多個(gè)控制目標(biāo)的特點(diǎn)，提出了一種多個(gè)對(duì)象的多目標(biāo)優(yōu)化算法。同時(shí)，利用TIAPortalWinCC監(jiān)測(cè)電梯的工作狀況，包括當(dāng)前樓層、內(nèi)部和外部呼叫登記、超重和超載、操作狀況等。在實(shí)現(xiàn)了電梯群控程序之后，通過PLC構(gòu)建出的ElevatorSimulation仿真平臺(tái)，并以WinCC所建立的監(jiān)控畫面為基礎(chǔ)，對(duì)所編寫的控制調(diào)度算法進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。通過分析所得出的運(yùn)行數(shù)據(jù)，證明了該方法的正確性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞群控電梯PLC監(jiān)控系統(tǒng)虛擬仿真AbstractInrecentyears,China'selevatorindustryhasdevelopedrapidly.70%oftheworld'selevatorsaremadeinChina,accountingfor60%-65%oftheworld'smarketshare.Thetotaldomesticelevatoroutputincreasedfrom529,000unitsin2012to1.282millionunitsin2020.Accordingtodata,mycountry'selevatoroutputin2021was1.545millionunits,anincreaseof20.5%year-on-year.Internationallyleadingpositions.Withthecontinuousimprovementofmycountry'selevatorproductioncapacity,theamountofelevatorshasalsoincreasedyearbyyear.From2.4533millionunitsfrom2012to7.865millionunitsfrom2020.Atpresent,Chinaisalreadytheworld'slargestelevatorowner.Themarketshareexceeds1/3oftheworld.ThedesignusesthecomprehensivedevelopmentplatformofS7-1200PLCandTiaPortalAutomaticsoftwaretoestablishitsworkingenvironment.Thesingleelevatorprogramisdividedintomodulessuchasmaintenance,openingdoor,initialization,three-levelbrakes,internalandexternaldisplay,floorcountsandothermodules,andconducteddetailedanalysisofeachpart.Aftercompletingthefoundationofthesoftwaredesignofthesingleelevator,thefoundationofthesoftwaredesignofthesingleelevatorhassuperior.Thenanalyzetheparallelcontrolsystemofthetwoelevators,andprogramaccordingtothefastestresponseandthebestresponseprinciple.Secondly,basedonthecontrolstrategyofasingleelevatorandtheschedulingschemeofthetwoelevators,itfocusesonin-depthdiscussionsonmultipleelevatorgroupcontrolsystems.Thevarioustransportationmethodsandcommongroupcontrolsystemsofelevatorsarebrieflyexplained.Aimingatthecharacteristicsofmultipletargets,disturbances,uncertainty,andmultiplecontroltargets,multipletargetoptimizationalgorithmsofmultipleobjectsareproposed.Atthesametime,theworkingconditionsoftheelevatoraremonitoredbyTIAPortalWinCC,includingthecurrentfloor,internalandexternalcallregistration,overweightandoverload,andoperatingconditions.Afterimplementingtheelevatorgroupcontrolprogram,theElevatorSimulationplatformbuiltbyPLC,basedonthemonitoringscreenestablishedbyWinCC,conductedanalogtestingthecontrolschedulingalgorithm.Theoperationdataobtainedbyanalysisprovesthecorrectnessandpracticalityofthemethod.KeywordsGroupelevatorPLCmonitoringsystemVirtualSimulation目錄\t"標(biāo)題5,1"摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 11.3電梯群控系統(tǒng)分析 21.4本章小結(jié) 2第2章電梯控制系統(tǒng)概述 32.1電梯控制系統(tǒng)分析 32.2單部電梯控制系統(tǒng) 42.3雙梯控制系統(tǒng) 52.4多部電梯群控系統(tǒng) 52.5本章小結(jié) 6第3章系統(tǒng)硬件概況 73.1TIAPortal與S7-1200PLC軟件介紹 73.1.1TIAPortal 73.1.2S7-1200PLC 73.2系統(tǒng)硬件選型 83.2.1硬件配置 83.2.2PLC組態(tài) 123.3本章小結(jié) 12第4章單部電梯軟件設(shè)計(jì) 134.1單部電梯控制任務(wù) 134.2基本功能 134.3程序結(jié)構(gòu) 154.3.1初始化 164.3.2運(yùn)行流程 174.3.3三級(jí)剎車 184.3.4樓層計(jì)數(shù)及內(nèi)外顯示 204.3.5上下行確認(rèn) 214.3.6開關(guān)門 224.4本章小結(jié) 23第5章電梯群控系統(tǒng) 245.1群控系統(tǒng)分析 245.2群控電梯程序 255.2.1電梯全靜止信號(hào)分配 255.2.2運(yùn)行電梯信號(hào)分配 265.2.3電梯的搶占 275.3本章小結(jié) 28第6章電梯群控系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證 296.1實(shí)際仿真環(huán)境 296.2群控系統(tǒng)WinCC畫面設(shè)計(jì) 316.3本章小結(jié) 32第7章結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 36PAGE29基于PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1章?緒論1.1課題背景及意義在當(dāng)今時(shí)代，現(xiàn)代化程度較高的國(guó)家，電梯的生產(chǎn)技術(shù)也相應(yīng)地比較發(fā)達(dá)，其電梯的使用量也非常的巨大。而隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全世界每年對(duì)電梯的需求量也在大大地提高，其中歐洲、日本、美國(guó)占總需求量的前三位。隨著我國(guó)人口的不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)多層樓房的需求也越來越大。電梯是現(xiàn)代化智慧建筑物中一種新型的運(yùn)輸方式，它既可以給人們帶來便利，又可以節(jié)約人力，隨著樓層的增長(zhǎng)，電梯變得更加重要。電梯的品質(zhì)與其操縱體系密切相關(guān)。在過去，電梯普遍采用接觸器控制線路，其和PLC控制的缺點(diǎn)很明顯，比如控制電路噪音大、線路接線復(fù)雜、電路容易故障、不容易排除故障等。而如果控制電路采用PLC就沒有接觸器控制電路所遇到的問題。PLC控制電路的優(yōu)勢(shì)有：控制器小巧靈活、不容易出故障、可根據(jù)實(shí)際需求自行添加擴(kuò)展模塊、不易被外界干擾等。所以，以PLC作為電梯的控制器還是很有必要的。1.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀當(dāng)前，我國(guó)的電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較快，但由于受自身的條件和技術(shù)條件的制約，相對(duì)于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后。1900年，奧的斯電梯公司在中國(guó)贏得了第一個(gè)電梯訂單，并向上海交付了2部電梯，自此，中國(guó)在世界電梯發(fā)展史上揭開了一層面紗。2008-2021年，我國(guó)電梯行業(yè)處于高速發(fā)展階段。政府工作報(bào)告在2018年至2019年連續(xù)兩年提出“支持加裝電梯和無障礙環(huán)境建設(shè)”，也將極大程度促進(jìn)市場(chǎng)服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。政府出臺(tái)了各項(xiàng)政策以鼓勵(lì)電梯安裝，如住建部辦公廳于2019年2月發(fā)布的《住宅項(xiàng)目規(guī)范(征求意見稿)》及《非住宅項(xiàng)目規(guī)范(征求意見稿)》均明確要求在新建的樓宇安裝電梯，從而促進(jìn)電梯服務(wù)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。目前，我國(guó)的有關(guān)專家也在對(duì)電梯的控制方面做了大量的探索，一些專家提出用微型計(jì)算機(jī)組成的電梯將會(huì)有很好的發(fā)展空間，而PLC的控制系統(tǒng)的高可靠性、較快的研制時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，使其在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出較好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，因此將是今后電梯系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1.3電梯群控系統(tǒng)分析群控電梯是一種由多部電梯組成的集合體，每部電梯除了擁有自己的轎廂內(nèi)選層信號(hào)以外還共用了一套廳外呼梯信號(hào)，電梯群控系統(tǒng)的特點(diǎn)是每部電梯除了都具有自己的單獨(dú)控制系統(tǒng)以外還額外擁有一套共用的電梯調(diào)度程序，其功能有優(yōu)先調(diào)度、區(qū)域優(yōu)先控制、集中控制、超載報(bào)告、高峰服務(wù)等。在不斷變化的使用環(huán)境中，始終為乘客提供舒適的操作和乘坐體驗(yàn)。這正是我們?cè)O(shè)計(jì)群控系統(tǒng)的初衷。通過直觀的控制系統(tǒng)，乘客可以得到輕松地乘坐體驗(yàn)。當(dāng)用戶按下梯廳呼梯按鈕時(shí)，電梯會(huì)根據(jù)以下因素來分配最佳轎廂：電梯預(yù)計(jì)行駛時(shí)間、等待時(shí)間、當(dāng)前轎廂乘員人數(shù)和能耗。同時(shí)啟用即時(shí)預(yù)報(bào)與指示功能，緩解旅客在等待電梯時(shí)的焦躁情緒。采用集中式的電梯控制，能有效地改善乘客的乘梯效率。但在我國(guó)，電梯群控制領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)滯后，對(duì)其中的一些關(guān)鍵技術(shù)尚未完全掌握，擁有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和技術(shù)更是鳳毛麟角，與國(guó)際先進(jìn)水平存在一定的距離。所以，開展電梯群控制是非常有意義的。為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)多層的聯(lián)合運(yùn)行，必須在上下班高峰期、午餐時(shí)段、樓層分區(qū)等不同的情況下，實(shí)現(xiàn)集群的電梯的控制策略轉(zhuǎn)換。總的來說，最起碼要考量的電梯群控指標(biāo)有如下幾點(diǎn)：由于電梯的使用場(chǎng)景各不相同，對(duì)多個(gè)樓層實(shí)施聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)集群電梯控制策略切換。必須考慮到下列因素：乘坐電梯的平均乘梯時(shí)間、乘客數(shù)量、總能量消耗、候梯率。1.4本章小結(jié)本章從電梯行業(yè)的發(fā)展形勢(shì)和PLC控制電梯對(duì)比傳統(tǒng)式控制電梯的優(yōu)勢(shì)兩方面說明了采用PLC來控制電梯的優(yōu)勢(shì)和重要性。列出了我國(guó)電梯行業(yè)的發(fā)展歷史和目前的發(fā)展現(xiàn)狀。介紹了群控系統(tǒng)(由兩部電梯以上構(gòu)成)的特點(diǎn)，說明了電梯群控系統(tǒng)的調(diào)度方式和重要指標(biāo)。

第2章?電梯控制系統(tǒng)概述2.1電梯控制系統(tǒng)分析電梯控制系統(tǒng)主要分為兩部分控制，其中一部分是對(duì)電梯運(yùn)作的控制如上下行電機(jī)、開關(guān)門電機(jī)等動(dòng)作等進(jìn)行控制，而另一部分是對(duì)電梯的調(diào)度、電梯的停靠判斷、電梯判斷上下行等邏輯性的控制?？赏ㄟ^對(duì)后者邏輯的編程以提高乘坐電梯時(shí)的安全性和舒適性，比如調(diào)整電梯停車時(shí)三級(jí)剎車的時(shí)間長(zhǎng)短，電梯的運(yùn)行速度等。梯邏輯控制系統(tǒng)部分則是根據(jù)轎廂內(nèi)選信號(hào)、廳外呼梯信號(hào)等等來控制電梯最優(yōu)調(diào)度。兩部分相比較而言，這一部分根據(jù)對(duì)電梯運(yùn)行的調(diào)度規(guī)則更能體現(xiàn)出程序的好壞，配合電梯運(yùn)作的控制實(shí)現(xiàn)電梯安全高效的運(yùn)行。論文介紹主要以邏輯控制部分為主，該部分控制程序在實(shí)時(shí)的接收到呼梯信號(hào)后再根據(jù)電梯當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)(電梯的樓層位置、電梯運(yùn)行方向、電梯門鎖狀態(tài)等)來判斷電梯接下來的后續(xù)運(yùn)行，并將后續(xù)預(yù)計(jì)的運(yùn)行信號(hào)發(fā)送給電梯運(yùn)作程序。之后電梯運(yùn)作程序根據(jù)接收到的信號(hào)對(duì)電梯進(jìn)行相應(yīng)的控制運(yùn)作。電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖2-1電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖電梯擁有檢修功能，在電梯轎廂頂部設(shè)置容易操作的控制器，以方便維修。檢修設(shè)備必須具有能夠保證電力安全性的維修操作開關(guān)。此切換器一般為雙穩(wěn)態(tài)的，并具有意外動(dòng)作保護(hù)功能。檢修信號(hào)通過檢修開關(guān)發(fā)送，當(dāng)電梯需要檢修時(shí)將檢修開關(guān)打到開的位置，PLC此時(shí)接收到電梯的檢修信號(hào)時(shí)將電梯切換到檢修運(yùn)行狀態(tài)以方便檢修工人對(duì)電梯進(jìn)行檢修工作。在檢修完畢無誤后將檢修開關(guān)切換到關(guān)的位置，此時(shí)PLC控制電梯重新初始，在初始化完畢之后電梯重新投入正常使用。2.2單部電梯控制系統(tǒng)在編寫電梯群控系統(tǒng)之前先實(shí)現(xiàn)單部電梯程序的實(shí)現(xiàn)，其主要控制對(duì)象有電梯的上下行運(yùn)作，轎廂的開關(guān)門控制。電梯需要安全穩(wěn)定的運(yùn)作須在合理的位置安裝傳感器。限位開關(guān)來實(shí)時(shí)的檢測(cè)電梯當(dāng)前的狀態(tài)發(fā)送給PLC方便后續(xù)控制。單部電梯用到的輸入信號(hào)采集位置有電梯上下平層、第一第二限位、開關(guān)門到位等。單部電梯模型原理示意圖如圖2-2所示。圖2-2單部電梯模型原理示意圖根據(jù)上圖所示可知，電梯一層定義為基站，為大多數(shù)情況下初始化完成之后?？康臉菍印＾I廂在電梯井中運(yùn)行的過程中其上下平層檢測(cè)開關(guān)在經(jīng)過每層安裝的隔磁板后被切斷磁感線，從而得到平層信號(hào)發(fā)送回PLC。在電梯平層之后同時(shí)發(fā)送上下平層信號(hào)給PLC。

2.3雙梯控制系統(tǒng)雙梯控制系統(tǒng)即兩部電梯共享廳外呼梯按鈕的信號(hào)，而且每部電梯分別使用自己的轎廂內(nèi)選信號(hào)。并按PLC編程好的程序根據(jù)某種調(diào)度自動(dòng)分配其中一部電梯去執(zhí)行接梯工作。例如在兩部電梯位置不同并且都處于待載休眠狀態(tài)時(shí)應(yīng)優(yōu)先分配離呼梯位置較近的電梯來響應(yīng)呼梯信號(hào)。在兩部電梯都沒有接收到呼梯信號(hào)時(shí)應(yīng)指派其中一部電梯移動(dòng)到一層就位，準(zhǔn)備隨時(shí)可能出現(xiàn)的基層呼梯信號(hào)以達(dá)到效率最大化運(yùn)行。而另一部電梯則用來準(zhǔn)備隨時(shí)應(yīng)答除一層以外的所有呼梯信號(hào)。兩部電梯配合運(yùn)行。在一層電梯在執(zhí)行完一層上呼信號(hào)并去執(zhí)行內(nèi)呼信號(hào)離開一層時(shí)，另一部電梯此時(shí)應(yīng)返回一層等待一層上呼信號(hào)。兩部電梯如此配合運(yùn)行以提高雙梯系統(tǒng)的效率。除此之外還需要考慮在一部電梯故障或需要檢修時(shí)，其中一部電梯停止工作就將兩部電梯控制系統(tǒng)變?yōu)閱尾侩娞菘刂葡到y(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。2.4多部電梯群控系統(tǒng)多部電梯控制系統(tǒng)即電梯的群控系統(tǒng)（EGCS）。多部指的是三部和三部以上電梯共用一套廳外呼梯按鈕信號(hào)。在電梯群控系統(tǒng)控制過程中，需要對(duì)多臺(tái)電梯進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，對(duì)運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收與反饋，同時(shí)實(shí)地的進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。電梯群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示.圖2-3電梯群控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

2.5本章小結(jié)本章節(jié)主要對(duì)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，列出了電梯控制系統(tǒng)中的各種輸入和輸出信號(hào)。給出并說明了單部電梯的控制對(duì)象。介紹了雙梯控制系統(tǒng)的信號(hào)分配，和電梯的高效分配策略。后面對(duì)多部電梯群控系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，并給出多部電梯的控制結(jié)構(gòu)示意圖。

第3章?系統(tǒng)硬件概況3.1TIAPortal與S7-1200PLC軟件介紹3.1.1TIAPortalTIA博途(TotallyIntegratedAutomationPortal)是行業(yè)內(nèi)首款能將工程配置與軟體環(huán)境相結(jié)合的自動(dòng)化軟體，適用于大部分的自動(dòng)作業(yè)。在博圖平臺(tái)上我們可以進(jìn)行編程和繪制上位機(jī)WinCC的畫面。集成PLCSIM以便在pc上直接仿真，節(jié)省了學(xué)習(xí)成本。

本文介紹了一種基于TIAPortal平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的電梯解決方案，給出了具體實(shí)現(xiàn)過程以及在ElevatorSimulation仿真平臺(tái)中的實(shí)際運(yùn)用效果。博圖軟件主要分為集成的Step7和集成的WinCC兩部分組成，其中Step7能夠?qū)ξ鏖T子PLC的300/400/1200/1500型號(hào)進(jìn)行編程。版本有兩種：SIMATICSTEP7Basic和SIMATICSTEP7Professional。Basic版本僅用于S7-1200，而后者適用于所有PLC。WinCC主要有兩個(gè)版本W(wǎng)inCCAdvanced和WinCCProfessional。這兩個(gè)版本除了基本組態(tài)面板外，還可以組態(tài)在pc上運(yùn)行WinCCRTStart，以方便在pc上運(yùn)行仿真。3.1.2S7-1200PLCSIMATICS7-1200每個(gè)模塊都可以被擴(kuò)充來完全符合你的需求。可以方便地?cái)U(kuò)充數(shù)字或模擬式輸入輸出，而不會(huì)對(duì)控制器的真實(shí)尺寸造成影響。CPU1217C、CPU1215C和CPU1214C能夠與8個(gè)信號(hào)模塊進(jìn)行通信。該系列控制器采用模塊化設(shè)計(jì)方法，具有較高的可靠性與靈活性；并通過軟件編程使之更加人性化。最后，所有S7-1200都能連接到最多三個(gè)用于端對(duì)端串行通信的通信模塊。S7-1200PLC的優(yōu)點(diǎn)是：1.安裝簡(jiǎn)單方便SIMATICS7-1200的全部設(shè)備都具有一個(gè)固定的卡扣，可以輕松的將其固定到35毫米的標(biāo)準(zhǔn)的DIN軌道上。當(dāng)需要時(shí)，這些內(nèi)嵌的卡扣還可以插入到一個(gè)擴(kuò)展的地方。2.節(jié)省空間的設(shè)計(jì)S7-1200的全部硬件都是為了節(jié)約控制板的空間而特別設(shè)計(jì)。例如，CPU1214C的寬度只有110毫米，CPU1211C和CPU1212C和的寬度只有90毫米。此通訊模組及訊號(hào)模組的體積較小，可在安裝時(shí)節(jié)約寶貴的空間，并提供最大的效能與靈活性。3.通信方便西門子S7-1200具有一個(gè)集成的PROFINET接口，它可通過以太網(wǎng)以及通過RS232、RS485、GPRS和PROFIBUS使用附加模塊進(jìn)行通信。S7-1200具有較強(qiáng)的集成度和擴(kuò)展性，能方便地應(yīng)用于多種工業(yè)控制系統(tǒng)。

3.2系統(tǒng)硬件選型3.2.1硬件配置S7-1200小型模塊化PLC具有HMI和網(wǎng)絡(luò)通訊功能。對(duì)于要求使用網(wǎng)絡(luò)通訊和需要人機(jī)界面仿真的系統(tǒng)采用S7-1200系列來設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是非常方便的。SIMATICS7-1200系統(tǒng)功能強(qiáng)大，集計(jì)算、測(cè)量、閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)控制于一體?？梢詫?shí)現(xiàn)多種類型的自動(dòng)化任務(wù)。本次設(shè)計(jì)選用西門子的PLC型號(hào)：CPU1214CDC/DC/DC其詳細(xì)配置如表3-1所示。表3-1CPU1214CDC/DC/DC配置訂貨號(hào)6ES7214-1AG40-0XB0輸入接口DI14x24VD源型/漏型固件版本V4.1輸出接口DQ10x24VDC電源供電DC24V工作存儲(chǔ)器100KB采用PLC的輸入/輸出接線圖如圖3-1所示。圖3-1CPU1214C接線圖其公共端是1M，接的是DC0V，電流從電源+流向每一個(gè)輸入的I點(diǎn)端子，經(jīng)過CPU內(nèi)部的反并聯(lián)二極管從公共端1M流出，這是典型的漏型輸入接線方式。即可以簡(jiǎn)單地理解為，對(duì)于數(shù)字電輸入，電流只要是從公共端流出模塊的，那就是漏型輸入；反過來，如果1M接DC24V+，那電流是從公共端1M流入，經(jīng)CPU內(nèi)部反并聯(lián)二極管，再?gòu)母鱾€(gè)I點(diǎn)流出，這種接法是典型的源型輸出接法。即可以簡(jiǎn)單地理解為，對(duì)于數(shù)字電輸入，電流只要是從公共端流入模塊的，就是源型輸入。根據(jù)圖片可知將負(fù)載接到電源“-”端即為漏型輸入，接到“+”端即為源型輸入，圖上的數(shù)字量輸入部分是漏型輸入的接線方式。輸出端亦然如此，此圖的輸入端即為漏型輸入，輸出端為源型輸出。被控對(duì)象為PC機(jī)上的電梯仿真模型ElevatorSimulation。PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)(IndustrialEthernet)和ElevatorSimulation仿真平臺(tái)進(jìn)行通信，硬件環(huán)境結(jié)構(gòu)以及IP地址分配如圖3-2所示。圖3-2硬件環(huán)境結(jié)構(gòu)圖關(guān)于電梯的拖動(dòng)，在電流和電壓調(diào)整上經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，起初是直流電壓運(yùn)行調(diào)整電梯運(yùn)行速度，之后是交流電壓、交流電壓運(yùn)行調(diào)整電梯運(yùn)行速度、交流變頻調(diào)壓調(diào)整電梯運(yùn)行速度、能量回饋式變頻調(diào)壓調(diào)整電梯運(yùn)行速度?，F(xiàn)在的高層建筑所安裝的電梯主要為兩種，即交流雙速電梯和交流變頻調(diào)速電梯。本設(shè)計(jì)采用的是交流雙速電梯其優(yōu)缺點(diǎn)如下：電梯的調(diào)速是通過切換電機(jī)的極數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，按照固定的幾個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)整電梯的運(yùn)行速度，屬于是有級(jí)調(diào)速。比如，交流雙速電梯運(yùn)行中，線路的設(shè)計(jì)比較容易，并且實(shí)施價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單。但是，技術(shù)上也存在不完善之處,主要體現(xiàn)為乘坐交流雙速電梯的舒適度不夠，平層精度和運(yùn)行效率都比較低，能源消耗量也比較大。通常額度速度不可以超過每秒1米。精度和運(yùn)行效率都比較低，能源消耗量也比較大。通常額度速度不可以超過每秒1米。每個(gè)轎廂都配備了一個(gè)稱重變送器，測(cè)量范圍為0-2000kg，輸出信號(hào)為0-10V。

對(duì)于交流雙速電梯主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作的說明如下：在相同的頻率下電機(jī)的極數(shù)越多其運(yùn)行速度越慢，將交流雙速電機(jī)的極數(shù)接為6級(jí)作為快速工作時(shí)的繞組，接為24極作為慢速工作時(shí)的繞組。高速接觸器接通時(shí)電機(jī)繞組接線形式為6極快速運(yùn)行，在快到達(dá)電梯平層或電梯準(zhǔn)備剎車制動(dòng)時(shí)斷開高速接觸器接通低速接觸器使電機(jī)繞組改為24極接線形式。并按照設(shè)定的時(shí)間原則依次打開三級(jí)制動(dòng)觸電直至電梯停車到位。由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流容易對(duì)電機(jī)繞組造成嚴(yán)重沖擊，同時(shí)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓瞬間下降影響其他工作設(shè)備。所以在啟動(dòng)時(shí)采用繞組串電阻或電抗來啟動(dòng)消除影響。其中一級(jí)加速過程由系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間原則自動(dòng)完成。交流雙速電梯主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖3-3所示。圖3-3交流雙速電梯主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖電梯到達(dá)平層停車時(shí)采用電磁抱閘停車制動(dòng)，在電梯需要工作時(shí)使抱閘線圈通電使抱閘器松開，電梯停止時(shí)給抱閘線圈斷電抱閘器抱緊實(shí)現(xiàn)停車。這種方法的好處是在遇到突發(fā)情況電路突然停電等情況時(shí)能夠保障電梯的自動(dòng)抱閘停止以防意外發(fā)生，其抱閘制動(dòng)回路示意圖如圖3-4所示。圖3-4抱閘制動(dòng)回路示意圖

上述圖中各符號(hào)說明如表3-2所示。表3-2符號(hào)說明符號(hào)說明符號(hào)說明SK上行接觸器XK下行接觸器KK高速接觸器MK低速接觸器1A一級(jí)加速2A一級(jí)減速制動(dòng)3A二級(jí)減速制動(dòng)4A三級(jí)減速制動(dòng)YA抱閘制動(dòng)回路關(guān)于樓層位置信息的顯示，由于頂樓是十樓，所以采用兩個(gè)七段數(shù)碼管的方案。數(shù)碼管示意圖如圖3-5所示。圖3-5數(shù)碼管示意圖此系統(tǒng)為三部十層電梯，一臺(tái)為貨運(yùn)梯，兩臺(tái)為客用?？吞莺拓浱葜饕獏^(qū)別有以下兩種1、作用不同?？吞萑缙涿褪怯脕磔d人的，貨梯除了載人外還可以用來運(yùn)載各種貨物。2、設(shè)備不同。貨梯是機(jī)電一體化的大型機(jī)電設(shè)備，可以負(fù)擔(dān)較重的貨物。客梯是以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的垂直電梯，內(nèi)部甚至還會(huì)有一定的裝飾。其設(shè)計(jì)主要參數(shù)如表3-3所示。表3-3電梯詳細(xì)參數(shù)名稱設(shè)計(jì)參數(shù)名稱設(shè)計(jì)參數(shù)客梯層數(shù)10層客梯數(shù)量3個(gè)單部定員10人單部載重客梯750kg貨梯1500kg

3.2.2PLC組態(tài)在編寫程序之前需要先對(duì)PLC進(jìn)行硬件組態(tài)。打開TIAPortalSTEP7ProfessionalV15.1在設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)視圖中添加和配置所需要的設(shè)備，其步驟如下：1.打開Portal視圖添加控制器其型號(hào)為CPU1214CDC/DC/DC；2.打開組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，從硬件目錄窗口下找到并添加PC站；3.雙擊打開PC站，在其中添加通信模塊常規(guī)IE并將其IP地址修改為。然后在西門子人機(jī)界面選項(xiàng)中添加WICCRTAdvanced基于PC可視化的運(yùn)行系統(tǒng)軟件；4.返回到網(wǎng)絡(luò)視圖界面中，用鼠標(biāo)將PLC和PC站的PROFINET接口連接起來以完成網(wǎng)絡(luò)通信。PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3-6所示:圖3-6系統(tǒng)硬件組態(tài)圖3.3本章小結(jié)在這一章節(jié)中主要對(duì)電梯控制系統(tǒng)中硬件選型進(jìn)行了介紹，開始介紹了TIAPortal軟件和系統(tǒng)所用到的S7-1200PLC，說明出了采用此PLC的原因和此PLC的優(yōu)點(diǎn)。給出了CPU1214C的詳細(xì)配置和接線圖，并解釋了輸入輸出接線方式的特點(diǎn)。后來畫出了電梯仿真環(huán)境結(jié)構(gòu)圖并顯示出所有的以太網(wǎng)地址分配圖。之后解釋了采用交流雙速電機(jī)使電梯變速運(yùn)行和三級(jí)剎車實(shí)現(xiàn)的硬件原理圖并給列出了三部電梯的詳細(xì)參數(shù)。最后給出在TIAPortal網(wǎng)絡(luò)視圖中進(jìn)行設(shè)備組態(tài)的詳細(xì)步驟和系統(tǒng)硬件組態(tài)圖。

第4章?單部電梯軟件設(shè)計(jì)4.1單部電梯控制任務(wù)TIAPortalSTEP7ProfessionalV15.1程序模塊包含數(shù)據(jù)塊DB、功能FC、功能塊FB和組織塊OB。其中組織塊OB為主程序塊，它會(huì)以0.04ms/1000條的速度按從左到右從上到下的順序循環(huán)讀寫指令。可以將其他模塊拖入到OB塊中以調(diào)用其他程序。其中FB和FC的作用基本相同都是作為子程序，區(qū)別在于FB擁有自己的背景數(shù)據(jù)塊而FC沒有。單部電梯的控制目標(biāo)包括：轎廂內(nèi)部信號(hào)（轎廂內(nèi)電梯樓層位置數(shù)碼管指示、轎廂內(nèi)樓層選擇按鈕、轎廂開關(guān)門控制按鈕等）、大廳顯示信號(hào)（廳外電梯位置指示、上下呼梯按鈕等）和電梯運(yùn)行控制（運(yùn)行電機(jī)、上下限位開關(guān)、轎廂開關(guān)門動(dòng)作等）。所采用的電梯模型有三部十層結(jié)構(gòu)。每個(gè)轎廂都配備了一個(gè)稱重變送器，測(cè)量范圍為0-2000kg，輸出信號(hào)為0-10V。電梯停車時(shí)，采用了三級(jí)減速制動(dòng)。4.2基本功能可按用戶的需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層，開關(guān)門，超重提示，上下二級(jí)限位，內(nèi)外轎廂門合動(dòng)防護(hù)等，并能按要求做出相應(yīng)反應(yīng)。以下是功能的說明：1.電梯初始化電梯在啟動(dòng)時(shí)發(fā)出電梯初始化信號(hào)，當(dāng)接收到這個(gè)信號(hào)后，應(yīng)根據(jù)控制要求來對(duì)電梯進(jìn)行必要的初始化操作，初始化完畢之后，發(fā)出電梯準(zhǔn)備就緒信號(hào)以表示電梯準(zhǔn)備好進(jìn)入工作模式。如到達(dá)基站（即一樓）或預(yù)先設(shè)置的初始化樓層使電梯處于待命狀態(tài)。2.集選控制電梯在正常使用過程中控制程序應(yīng)實(shí)時(shí)的集合電梯的所有呼叫信號(hào)來進(jìn)行?？颗袛?。并且電梯在上行或者下行的過程中應(yīng)能夠及時(shí)的響應(yīng)并停靠隨時(shí)出現(xiàn)的和電梯運(yùn)行方向相同的呼梯信號(hào)。當(dāng)響應(yīng)完所有信號(hào)后電梯進(jìn)入待載休眠狀態(tài)。此外，應(yīng)根據(jù)不同的電梯類型和速度調(diào)整電梯的應(yīng)答響應(yīng)策略。3.開關(guān)門控制電梯同時(shí)擁有自動(dòng)開關(guān)門和手動(dòng)開關(guān)門兩種功能，在自動(dòng)運(yùn)行模式下轎廂門根據(jù)電梯的當(dāng)前狀態(tài)(電梯位置、光幕信號(hào)等)自行判斷是否進(jìn)行開關(guān)門操作，電梯在達(dá)到平層位置并滿足開關(guān)門條件時(shí)可手動(dòng)按下開關(guān)門按鈕來控制電梯的開關(guān)門。4.啟停控制電梯在工作過程中需要不斷地在進(jìn)行啟動(dòng)和停止中切換，此時(shí)電梯的啟動(dòng)停止的過渡動(dòng)作是否流暢就顯得尤為重要。電梯的制動(dòng)采用按時(shí)間原則的三級(jí)剎車制動(dòng)，這樣能夠使得電梯?？扛椒€(wěn)。

5.運(yùn)行監(jiān)控乘客需要根據(jù)電梯的運(yùn)行情況判斷是否選擇登梯，這時(shí)就需要添加電梯的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，在轎廂內(nèi)和每層顯示出電梯的當(dāng)前樓層和運(yùn)行方向以供乘客觀看。6.錯(cuò)誤指令消除電梯在實(shí)際運(yùn)行過程中可能會(huì)收到人為或系統(tǒng)產(chǎn)生的錯(cuò)誤信息，這時(shí)需要合理的進(jìn)行篩選并消除錯(cuò)誤信息，根據(jù)實(shí)際情況，當(dāng)電梯上行運(yùn)行到上端站(十層)或下行運(yùn)行到下端站(1層)時(shí)消除電梯內(nèi)所有的內(nèi)選信號(hào)。7.待載休眠電梯在沒有收到控制指令時(shí)，需要避免電梯進(jìn)行不必要的能源消耗，這時(shí)應(yīng)將電梯切換到待載休眠狀態(tài)，關(guān)閉轎廂內(nèi)的風(fēng)扇和、照明和上下行指示。8.在電梯控制系統(tǒng)中安全是第一位的，需要對(duì)電梯可能出現(xiàn)的各種異常狀態(tài)進(jìn)行防護(hù)，其安全防護(hù)功能說明如下：（1）超載保護(hù)當(dāng)電梯超負(fù)載時(shí)，報(bào)警燈會(huì)指示，轎廂門會(huì)維持開啟，電梯不能啟動(dòng)。（2）終端越程保護(hù)電梯裝有第一限位(強(qiáng)制換速開關(guān))、第二限位(終端越程開關(guān))，確保電梯不越程。（3）開關(guān)門保護(hù)電梯在開關(guān)門過程中可能遇到外界因素的影響導(dǎo)致電梯門運(yùn)行過程中遇到阻礙等，若電梯在開關(guān)門過程中長(zhǎng)時(shí)間的未收到到位信號(hào)，此時(shí)判斷為電梯出現(xiàn)異常，需要對(duì)電梯門進(jìn)行恢復(fù)并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)等待人工維修。例如電梯在關(guān)閉過程中出現(xiàn)故障，將電梯門打開并發(fā)出故障信號(hào)。（4）運(yùn)行保護(hù)為安全起見，在電梯運(yùn)作時(shí)，設(shè)定電梯不能開門。

4.3程序結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)電梯程序編程語言采用梯形圖語言編寫，梯形圖編程語言對(duì)比其他編程語言的優(yōu)點(diǎn)有編寫程序方法簡(jiǎn)便、讀寫程序更直觀等。在編寫程序時(shí)應(yīng)盡量保證程序的最簡(jiǎn)化原則，這樣可以更好的節(jié)省PLC資源，將程序進(jìn)行模塊化編寫，這樣更容易搜尋和更改程序，加快程序的編寫速度。

在電梯控制程序中，OB1為主程序，其余的FC1到FC5為子程序，其中FC1為電梯初始化程序，F(xiàn)C2為三級(jí)剎車程序，F(xiàn)C3為內(nèi)外顯示程序，F(xiàn)C4為開關(guān)門程序，F(xiàn)C5為上下行確認(rèn)程序，F(xiàn)C6為?？颗袛喑绦?。數(shù)據(jù)塊有DB1輸入信號(hào)，DB2輸出信號(hào)，DB3中間變量，DB4邊沿指令，DB5樓層指示數(shù)據(jù)塊，還有一個(gè)函數(shù)塊FB1樓層顯示。其單部電梯程序結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1單部電梯程序結(jié)構(gòu)圖

4.3.1初始化在系統(tǒng)起初上電運(yùn)行時(shí)PLC并不知道電梯的當(dāng)前位置(樓層位置、是否平層等)所以需要進(jìn)行必要的初始化程序。以向下初始化為例，本設(shè)計(jì)初始化程序?qū)嵤┻^程如下：預(yù)先設(shè)置初始化樓層、方向(默認(rèn)向下初始化，初始化樓層為5層)。在接收到開始初始化信號(hào)后開啟高速下行接觸器并發(fā)送電梯啟動(dòng)信號(hào)，觸碰到下端第一限位(強(qiáng)制換速開關(guān))后關(guān)斷高速接觸器開啟低速接觸器繼續(xù)下行，觸碰到下端第二限位(終端越程開關(guān))后關(guān)斷下行接觸器開啟上行接觸器并將樓層計(jì)數(shù)置0。在上行過程中每觸碰一次上平層信號(hào)使樓層計(jì)數(shù)+1。當(dāng)前樓層等于初始化設(shè)定樓層后開啟三級(jí)剎車模塊。直到到達(dá)平層電梯停止運(yùn)行并發(fā)送電梯準(zhǔn)備就緒信號(hào)以表示電梯完成全部的初始化過程。其電梯下行初始化流程圖如圖4-2所示。圖4-2電梯下行初始化流程圖此圖所示為下行初始化流程圖，上行初始化過程和下行初始化過程剛好相反在這里不再過多贅述。每當(dāng)電梯啟動(dòng)或重新啟動(dòng)時(shí)，控制程序就需要進(jìn)行必要的初始化工作，以便使電梯在基站或目標(biāo)層處于待命狀態(tài)，在經(jīng)過以上電梯初始化程序之后此時(shí)的PLC就能獲得電梯的當(dāng)前位置以方便進(jìn)行后續(xù)的電梯控制程序。

4.3.2運(yùn)行流程電梯的運(yùn)行是一個(gè)啟動(dòng)、加速、自動(dòng)運(yùn)行、減速剎車制動(dòng)、最后停在平層位置等過程之間的循環(huán)系統(tǒng)。每一種操作狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)換，都是基于嚴(yán)密的邏輯判斷。其電梯運(yùn)行流程圖如圖4-3所示。圖4-3電梯運(yùn)行流程圖

4.3.3三級(jí)剎車電梯在運(yùn)行至接近目標(biāo)樓層并接觸到首個(gè)平層信號(hào)時(shí)，電梯需按照設(shè)定的時(shí)間依次打開三級(jí)剎車各級(jí)接觸器進(jìn)行減速，調(diào)節(jié)各級(jí)設(shè)定的時(shí)間使電梯?？扛椒€(wěn)[6]。在電梯制動(dòng)一段時(shí)間后并同時(shí)接收到上下平層信號(hào)時(shí)，說明電梯達(dá)到完全平層，此時(shí)應(yīng)使電梯徹底停止運(yùn)行，斷開電梯運(yùn)行電機(jī)和上下行兩個(gè)接觸器，最后完成電梯的抱閘?？?。下面的圖4-4中顯示了三級(jí)剎車制動(dòng)的流程圖。圖4-4三級(jí)剎車流程圖

為避免電梯在平層停車時(shí)出現(xiàn)緊急停車，將上下兩個(gè)平層信號(hào)分別轉(zhuǎn)化成兩個(gè)脈沖信號(hào)。也就是說，在電梯接近想要停靠的某一層時(shí)，在首先接觸到第一個(gè)平層脈沖信號(hào)時(shí)，發(fā)出剎車信號(hào)，并依據(jù)時(shí)間原理，按順序啟動(dòng)第三級(jí)剎車，使電梯能順利地平穩(wěn)停止。依次觸發(fā)三級(jí)制動(dòng)的程序如圖4-5所示。圖4-5三級(jí)制動(dòng)程序圖

4.3.4樓層計(jì)數(shù)及內(nèi)外顯示在初始化完成之后已將初始化樓層層數(shù)輸入到樓層計(jì)數(shù)位置，在之后電梯運(yùn)行過程中需要借助樓層計(jì)數(shù)程序來對(duì)電梯位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并進(jìn)行顯示。樓層計(jì)數(shù)程序如圖4-6所示。圖4-6樓層計(jì)數(shù)程序內(nèi)外顯示程序主要為了顯示電梯目前各種狀態(tài)等信息。顯示的信息有以下幾種：1.廳外呼叫按鈕指示燈和轎廂內(nèi)按鈕指示燈，當(dāng)按下廳外呼梯按鈕時(shí)將按鈕高亮顯示表示PLC已收到指示并將會(huì)在此?？俊?.電梯上下行顯示，顯示電梯的預(yù)計(jì)運(yùn)行方向，運(yùn)行方向由后面上下行確認(rèn)程序判斷，顯示上下行以方便乘客判斷是否選擇乘梯。3.樓層位置顯示，通過二位七段數(shù)碼管顯示出電梯的當(dāng)前樓層。4.故障指示，照明指示，風(fēng)扇指示，滿載指示：顯示電梯的各種運(yùn)行狀態(tài)。

4.3.5上下行確認(rèn)電梯應(yīng)根據(jù)轎廂內(nèi)選擇按鈕信號(hào)、廳外呼梯按鈕信號(hào)、當(dāng)前樓層位置，確定電梯運(yùn)行方向是向上或向下。例如當(dāng)前電梯在五層就緒等候呼梯信號(hào)，此時(shí)二層呼梯按鈕發(fā)來信號(hào)電梯就需要下行來響應(yīng)二層的呼叫，并且在轎廂內(nèi)外顯示出電梯的運(yùn)行方向。需要注意的是電梯上下行信號(hào)不能同時(shí)存在的需要在程序里進(jìn)行互鎖操作。其上下行確認(rèn)流程圖如圖4-7所示。圖4-7上下行確認(rèn)流程圖

4.3.6開關(guān)門開關(guān)門控制系統(tǒng)分為手動(dòng)開關(guān)門和自動(dòng)開關(guān)門，在自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)電梯結(jié)束停車后，發(fā)送信號(hào)來控制轎廂車門的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在打開車門時(shí)觸摸到車門就位的訊號(hào)后，停車操作并等候，以供乘客通行，在開門到位一段時(shí)間后轎廂門自動(dòng)關(guān)閉。關(guān)門過程中接收到關(guān)門到位信號(hào)是停止關(guān)門等待執(zhí)行下一步動(dòng)作。電梯裝有光幕檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)電梯門中是否有物體阻擋電梯轎廂門的關(guān)閉以判斷電梯門是否滿足關(guān)門條件，電梯在自動(dòng)運(yùn)行過程中如若接收到光幕信號(hào)的時(shí)候電梯將不能關(guān)門并延時(shí)等待，若電梯處在關(guān)門的過程中檢測(cè)到光幕信號(hào)，則電梯需要立刻停止關(guān)門并切換為開門狀態(tài)。轎廂內(nèi)裝有手動(dòng)開關(guān)門兩個(gè)按鈕，在手動(dòng)開關(guān)門控制系統(tǒng)中，可通過手動(dòng)按開關(guān)門按鈕控制電梯的開關(guān)門。電梯自動(dòng)運(yùn)行開關(guān)門流程圖如圖4-8所示。圖4-8自動(dòng)運(yùn)行開關(guān)門流程圖

4.4本章小結(jié)這一章詳細(xì)的介紹了單部電梯控制程序的實(shí)現(xiàn)。開始介紹了單部電梯所需要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能，并分析了每個(gè)功能的要求和控制策略。介紹了編程所采用的語言和單部電梯所采用的程序塊和其功能。在初始化程序中實(shí)現(xiàn)自定義初始化樓層和方向，并完全實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)完成初始化過程。給出電梯在正常運(yùn)行過程中的運(yùn)行步驟。在三級(jí)剎車模塊中給出電梯判斷?？康臈l件和三級(jí)剎車的具體實(shí)現(xiàn)程序。在樓層計(jì)數(shù)及內(nèi)外顯示模塊中介紹了電梯對(duì)轎廂運(yùn)行的樓層計(jì)數(shù)規(guī)則和程序和電梯所需要進(jìn)行顯示的所有信號(hào)和具體規(guī)則。在上下行確認(rèn)模塊中介紹出電梯在工作狀態(tài)時(shí)對(duì)電梯上下行判斷的詳細(xì)策略。最后，在開關(guān)門模塊中給出電梯是否需要自動(dòng)開關(guān)門的判斷條件和手動(dòng)開關(guān)門的介紹。

第5章?電梯群控系統(tǒng)5.1群控系統(tǒng)分析在電梯群控制系統(tǒng)中，存在著大量的不確定因素。群控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是提升對(duì)電梯調(diào)度精確性，減少繁忙時(shí)（特別是高峰時(shí)期）等待時(shí)間和長(zhǎng)等待率，節(jié)約能耗，從而提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)效率。群控系統(tǒng)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：1.行駛時(shí)間更短通過個(gè)性化定制的轎廂分配方案，該群控系統(tǒng)不僅可以減少乘客候梯時(shí)間，還可以縮短電梯行駛時(shí)間(從乘客登入轎廂至到達(dá)目的樓層所用的時(shí)間)。2.轎廂分配更加靈活建筑物內(nèi)的人流情況時(shí)刻都在發(fā)生變化。群控系統(tǒng)具備靈活分配轎廂的功能，可即時(shí)響應(yīng)交通情況，在高峰期將多個(gè)轎廂分配至交通擁擠的樓層。3.減輕乘客的焦躁情緒群控系統(tǒng)不僅評(píng)估實(shí)際候梯時(shí)間，同時(shí)也通過估算滿載直駛和預(yù)測(cè)錯(cuò)誤等情況的發(fā)生概率來評(píng)估乘客心理候梯時(shí)間?；谏鲜鲈u(píng)估得出的最佳轎廂分配方案可最大程度減輕所有乘客的焦躁情緒。4.候梯時(shí)間更短通過群控系統(tǒng)對(duì)電梯群組的調(diào)配能夠有效的減少乘客的侯梯時(shí)間，乘客候梯時(shí)間越長(zhǎng)，越容易產(chǎn)生焦躁情緒。5.占用更少的建筑空間目的樓層分配系統(tǒng)(DOAS)的處理能力更強(qiáng)。與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，DOAS可減少轎廂尺寸和曳引區(qū)域。省下的空間可用于其他建筑設(shè)施。6.整體優(yōu)化調(diào)配預(yù)測(cè)下一個(gè)梯廳呼梯指令以減少候梯時(shí)間，當(dāng)梯廳呼梯指令登錄后，系統(tǒng)會(huì)預(yù)測(cè)下一個(gè)可能需要較長(zhǎng)候梯時(shí)間的呼梯指令。通過對(duì)已登錄的呼梯指令及預(yù)測(cè)的呼梯指令進(jìn)行分析分配最佳的轎廂。所有轎廂協(xié)同作業(yè)，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化操作。7.節(jié)能操作–分配控制運(yùn)行效率最大化及能耗最小化，選擇群組中在運(yùn)行效率和能耗方面達(dá)到最佳平衡的電梯。在高峰時(shí)段，運(yùn)行效率具有較高的優(yōu)先級(jí)，而非高峰時(shí)段則以能效為優(yōu)先。運(yùn)行效率最大化的轎廂分配無須將能源效率作為參考因素。當(dāng)轎廂重載下行或輕載上行時(shí)，它可以高效利用能源。因此，如果多臺(tái)電梯具有相同的運(yùn)行距離，系統(tǒng)會(huì)選擇能耗最低的電梯。相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)，此節(jié)能措施最高可減少10%的能耗，因此該系統(tǒng)能在保證乘客便利的前提下為業(yè)主縮減能源開支。5.2群控電梯程序5.2.1電梯全靜止信號(hào)分配本設(shè)計(jì)為三部電梯構(gòu)成的電梯群控系統(tǒng)其設(shè)計(jì)需要在前述電梯控制邏輯基礎(chǔ)下添加群控設(shè)計(jì)給每部電梯合理分配信號(hào)實(shí)現(xiàn)的,若三部電梯都處于靜止?fàn)顟B(tài)需要計(jì)算每部電梯距離呼叫樓層近的原則來進(jìn)行判斷分配哪部電梯來響應(yīng)呼梯信號(hào),在接收到呼梯信號(hào)后,三部電梯按照所給的信號(hào)進(jìn)行距離計(jì)算,然后分配三部電梯中距離呼梯樓層位置最近的電梯去響應(yīng)呼梯信號(hào)。算法舉例如下:若三部梯電梯樓層位置分別為一層二層和三層，此時(shí)五層收到電梯呼叫信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算目前3號(hào)梯距離呼叫樓層最近，此時(shí)3號(hào)梯距離呼梯信號(hào)樓層最近，所以程序應(yīng)優(yōu)先分配3號(hào)梯去響應(yīng)呼梯信號(hào)。其電梯全靜止接梯分配流程如圖5-1所示。圖5-1電梯全靜止接梯分配流程圖5.2.2運(yùn)行電梯信號(hào)分配三部電梯都處于靜止?fàn)顟B(tài)來分配電梯響應(yīng)是最基礎(chǔ)的電梯群控安排，每部電梯根據(jù)三部電梯的不同狀態(tài)來分配是否執(zhí)行接梯信號(hào)，若2號(hào)梯需要響應(yīng)五層上呼信號(hào)為例，狀態(tài)可以分為以下幾種情況：1.所有電梯全處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且2號(hào)梯距離五層最近。2.所有電梯全處于運(yùn)行狀態(tài)，并且2號(hào)梯當(dāng)前位置在五層以下并且上行。3.三部電梯有運(yùn)行有靜止，并且2號(hào)梯處于靜止?fàn)顟B(tài)。4.所有電梯全處于上行或下行狀態(tài)，并且2號(hào)梯距離五層最近。以上就是2號(hào)梯需要響應(yīng)五層上呼信號(hào)的條件，其響應(yīng)判斷流程圖如圖5-2所示。圖5-22號(hào)梯判斷五層上行呼梯響應(yīng)流程圖

5.2.3電梯的搶占經(jīng)過以上程序?qū)籼菪盘?hào)進(jìn)行分配后電梯已經(jīng)能完成電梯群控系統(tǒng)的分配，但是上述程序只能在接受到呼梯信號(hào)的瞬間分配好響應(yīng)的電梯。在很多情況下這種分配并不能最快地的對(duì)所有呼梯信號(hào)響應(yīng)。比如在乘梯高峰時(shí)期1號(hào)電梯在快要下行至基站，此時(shí)二層上行出現(xiàn)呼梯信號(hào)，經(jīng)上述程序?qū)π盘?hào)的分配之后，信號(hào)沒能分配給1號(hào)梯。之后1號(hào)梯下行至基站之后轉(zhuǎn)為上行，此時(shí)1號(hào)梯距離二層上行最近但是1號(hào)梯并沒有接受到去執(zhí)行響應(yīng)二層上呼的信號(hào)，所以需要寫出搶占程序來把每個(gè)呼梯信號(hào)實(shí)地的分配給各個(gè)電梯。以二號(hào)梯搶占五層上呼信號(hào)為例，其程序圖如圖5-3所示。圖5-3搶占程序參照以上程序?qū)γ總€(gè)外呼信號(hào)進(jìn)行編寫搶占程序之后在，經(jīng)過起初接受到呼梯信號(hào)之后對(duì)每部電梯進(jìn)行計(jì)算之后的分配，再配合上電梯實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的信號(hào)搶占，電梯已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)應(yīng)對(duì)高峰期時(shí)的任務(wù)。群控電梯程序的設(shè)計(jì)就是在單部電梯程序的基礎(chǔ)之上將所有外呼信號(hào)給每部電梯進(jìn)行合理的分配，之后每部電梯再根據(jù)接受到的分配信號(hào)來進(jìn)行單部電梯的程序執(zhí)行來完成響應(yīng)。

5.3本章小結(jié)本章節(jié)主要對(duì)電梯群控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，在本章開始列出了電梯群控系統(tǒng)的各種優(yōu)勢(shì)。之后對(duì)群控系統(tǒng)程序的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了介紹。在電梯全靜止?fàn)顟B(tài)中給出其群控電梯信號(hào)分配的原則流程圖。之后分析了三部電梯在各種狀態(tài)中的信號(hào)分配判斷的策略和其流程圖。最后，給出了電梯信號(hào)搶占的概念介紹了其重要性和具體實(shí)現(xiàn)的程序。

第6章?電梯群控系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證6.1實(shí)際仿真環(huán)境選用3部十層3D電梯仿真模型，在該系統(tǒng)上我們能更加直觀的觀察到電梯運(yùn)行時(shí)的規(guī)律，電梯運(yùn)行時(shí)是否滿足要求。其電梯仿真模型如圖6-1所示。圖6-1三部電梯仿真模型電梯仿真模型通過初始化的順序要求、工藝條件、操作動(dòng)作，高速接觸器、上下行接觸器是否超限、系統(tǒng)能耗指標(biāo)、電梯的運(yùn)行、上下行接觸器互鎖、快慢速接觸器互鎖、滿載指示、LED檢查、運(yùn)行方向檢查、故障指示等信號(hào)是否滿足要求來對(duì)電梯程序進(jìn)行評(píng)分，下面給出單部六層電梯在日常20min120人測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的得分情況如表6-1所示。

表6-1日常測(cè)試20min120人初始化基本功能邏輯部分操作順序要求工藝條件操作動(dòng)作操作要求得分1滿足滿足完成滿足22滿足滿足完成滿足2穩(wěn)定與安全要求變量是否超限得分1號(hào)梯高速接觸器無01號(hào)梯上行接觸器無01號(hào)梯高速接觸器無01號(hào)梯下行接觸器無0評(píng)分累積量變量累積量得分乘客平均候梯時(shí)間257.41乘客平均乘梯時(shí)間43.98乘客長(zhǎng)時(shí)間候梯率0.79系統(tǒng)運(yùn)行總距離315.61系統(tǒng)啟停次數(shù)138系統(tǒng)能耗指標(biāo)315.6112.6運(yùn)輸乘客數(shù)量10965.4穩(wěn)定與安全要求變量是否超限得分1號(hào)梯是否運(yùn)行無01號(hào)梯上下行互鎖無01號(hào)梯快慢速互鎖無01號(hào)梯滿載指示無01號(hào)梯LED檢查是31號(hào)梯運(yùn)行方向檢查是31號(hào)梯故障指示無0實(shí)驗(yàn)ID日常測(cè)試最終得分88課程信息單部六層電梯實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)實(shí)驗(yàn)二日常測(cè)試20min120人6.2群控系統(tǒng)WinCC畫面設(shè)計(jì)TIAPortalWinCC是一種基于PC可視化的運(yùn)行系統(tǒng)軟件，該系統(tǒng)的監(jiān)控屏幕能實(shí)時(shí)顯示所有的電梯狀態(tài)，除包含所有電梯的位置、方向、呼叫登記、轎廂內(nèi)層選擇、照明風(fēng)扇狀態(tài)等以外，還具有重要的感應(yīng)器信號(hào)狀態(tài)指示器，能對(duì)電梯發(fā)生故障進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控。既能對(duì)電梯運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，又能與PLC相結(jié)合進(jìn)行軟件的調(diào)試。若想要繪制WinCC畫面需要在項(xiàng)目樹中依次打開SIMATICPCstation-WinCCRTAdvanced-畫面-添加新畫面，在運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置界