毕业设计(论文)_基于组态软件和串行通信的电梯并联控制系统.doc
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1、安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) I 中文摘要 电梯是高层建筑必不可少的交通工具。在规模较大的建筑内常常安装两台 或两台以上的电梯。为了提高电梯的运行效率,两台电梯通常采用并联控制, 两台以上的电梯则采用群控。在两台电梯的并联控制中,并联调度算法是整个 控制系统的核心。调度算法的合理性与否直接影响到电梯运行效率的高低。然 而,传统的电梯并联调度算法的快速服务性较差,存在一些有待完善之处。本 文对传统并联电梯调度算法进行研究,对其作了部分细化和补充,给出了较详 细的调度原则与数学算法。在分析电梯集选控制功能的基础上,设计两台 PLC 和两台变频器组成的 n 层电梯的并联控制系统,给出系统组成框
2、图,编写电梯 并联控制程序,并详细阐述该系统的并联功能和硬件、软件的设计方法。 并联控制系统的两台 PLC 之间采用欧姆龙的 1:1PLC-LNK 通信交换信息, 共享厅外召唤信号、层楼信号和运行方向信号,实现两部电梯的并联调度控制。 控制程序根据两台电梯的运行状态、运行方向、轿厢与呼梯信号的位置,来决 定由哪台电梯响应呼梯信号。 论文确定了电梯监控系统的总体结构,通过 HostLink 链接实现计算机与 PLC 的实时通信连接。设计了基于计算机和组态软件的电梯监控系统,通过通 信参数的设置实现了组态软件与 PLC 的通信。通过对监控系统的画面总体规划, 确定了需要设置的画面和画面的功能,这些
3、画面可以真实的反映出电梯的实际 运行状态,并可以通过修改监控系统的某些参数,对电梯的运行进行控制。 关键词关键词:电梯,PLC,并联控制,调度算法,监控,组态软件,Host Link。 安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) II Abstract Elevators are indispensable vertical traffic in the high building.There are always two or more elevators in alarge scale building. In order to improve the effieieney of the elev
4、ators,Parallel control is always use dindouble elevator,and group control is used in more than two elevators.Dispatch algorithm is the center of the system in the elevators parallelcontrol.The rationality of the dispatch algorltm influences the efficiency of the elevators.But,there are something nee
5、ds to improve in the traditional elevators parallel control dispateh algorithm.It is not good that the elerity service of the traditional parallel control dispateh algorithm. Based on the researeh of the traditional parallel control dispatch algorithm,a new design seheme of parallel- elevator dispat
6、ch ptinciple was given in this paper.The new prineiple detailed and supplemented the traditional parallel-elevator dispateh algorithm. The detailed dispatch principle and mathematies algorithm were given. Based on the analyses of the colleetive selective control function of elevators,a parallel cont
7、rol system was given in this paper.The 11-layers-elevators parallel control system was composed of two PLCs and two invertors.The systems tructure and the parallel control programmer were given.The parallel control funetion.design methods of hardware and software of this system were introduced. The
8、l:1 PLC-LINK communication system of OMRON was used between two PLCs.By means of the serial communication,the outer calling signals,the position signals and the direction signals were shared by the two elevators,and the parallel control was realized. According to the perform status,the direction of
9、two elevators,the position of the elevator cars and the outer calling signals,a judge was made by the control programmer that which one elevator to respond the out calling signals. This paper determines the overall architecture of elevator supervisory system,and thus designs the supervisory systems
10、based on computer technology and configuration software solution.The communication between computer and PLC is implemented though parameters setting.By planning university the supervisory systems screen ,setting the needed screen,and all the function of those screen,the real running state of elevato
11、r could be easily monitored and controlled through modifying systems parameter. Keywords: Elevator,PLC, Paralleled Control, DispatchAlgorithm, Supervise, Configuration Software,Host Link. 安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) III 目录目录 中文摘要 I ABSTRACTII 目录III 第一章 前 言1 1.1 课题的意义.1 1.2 电梯控制系统的发展趋势及展望.1 1.3 并联控制的概述及发展现状.3
12、1.4 论文的主要内容.4 第二章 电梯控制系统的硬件选型6 2.1 PLC 选型6 2.2 PLC 串行通信功能7 2.3 变频器选型设计.10 2.4 PLC I/O 点分配12 第三章 PLC 控制电梯程序的设计.14 3.1 电梯的控制系统实现功能.14 3.2 电梯 PLC 信号控制系统框图.14 3.3 电梯控制程序的设计方法.15 3.4 电梯各个程序模块的设置.17 第四章 电梯并联控制程序的设计25 4.1 并联调度原则.25 4.2 并联程序的设计.27 第五章 电梯监控系统的设计35 5.1 软件结构.35 5.2 通讯方式.35 5.3 上位机监控软件设计.36 5.4
13、 监控系统界面.38 第五章 结论40 参考文献41 致 谢42 附录43 安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) 1 第一章 前 言 1.1 课题的意义 电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展,建筑 物规模越来越大,楼层越来越多,电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显 著,因此必须努力提高电梯系统的性能,保证电梯的运行既高效节能又安全可 靠。 目前,由可编程序控制器(PLC)和微机组成的电梯运行逻辑控制系统,正以 很快的速度发展着。对于如何提高电梯运行的效率和实现更简便而低成本的监 控,一直是业内的追求。如控制方面有模糊控制、神经网络控制等,在监控方 面有电梯专用的软件,但一
14、般都是个电梯大厂自带的核心产品,成本较高。 本论文研究的采用 1:1PLC-LINK 通信的并联电梯控制技术和使用组态软 件实现的电梯运行监控系统,可以提高电梯的运行效率,使电梯的管理更加完 善。 1.2 电梯控制系统的发展趋势及展望 电梯是垂直运行的电梯(通常简称为电梯)、倾斜方向运行的自动扶梯、倾 斜或水平方向运行的自动人行道的总称。据估计,截至 2002 年,全球在用电梯 大约 635 万台,其中垂直电梯约 610 万台,自动扶梯和自动人行道约 25 万台。 电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高 效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。从 20 世纪
15、90 年代起,可编 程序控制器(PLC)在电梯控制系统中以异常快的速度发展着,特别是在我国中小 型电梯企业的产品中得到广泛的应用。由于 PLC 的可靠性高、编程和维护方便 而备受广大用户的欢迎。目前,在我国的电梯行业中,PLC 控制已取代了传统 的继电器群的控制方法。 由于 PLC 采用循环扫描的工作方式,即“串行”工作方式,与继电器控制 的“并行”工作方式不同,克服了继电器触点的竞争和时序失配的问题,具有 较强的抗干扰能力。PLC 把传统的继电器控制逻辑变为程序控制逻辑,其内部 继电器可以代替所有用于逻辑控制的中间继电器,使电梯控制系统的噪声大大 降低,控制柜的体积大大缩小。而且,在电梯的各
16、个控制环节大量地使用通信 安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) 2 技术,以简化布线,提高了控制质量。 随着 PLC 的更新换代,PLC 的微处理器的处理速度不断增加,PLC 的功能也 在不断加强,现己发展成具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、 数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器。特别是 20 世纪 90 年代中期以 后,RISC(精简指令系统)CPU 芯片在计算机行业大量使用,表面贴装技术和工 艺已经成熟,使 PLC 整机的体积大大缩小,而且 CPU 芯片也向专业化发展,系 统程序中的逻辑运算等标准化功能用超大规模门阵列电路固化,处理速度进一 步加快。代表产品有欧姆龙公司的 C
17、SI 及 CP1H 系列,三菱公司的 Fx2N 与 Fx3U 系列等。为了满足现代化的控制与管理的需要,PLC 广泛采用计算机信息处理 技术、网络通信技术和图形显示技术,使 PLC 系统的控制功能和信息管壁理功 能融为一体。 近十年来出现的变压变频(VVVF)调速技术在电梯行业中发展很快,其调速 性能己完全可与直流电动机相媲美。除了具有良好的舒适感之外,电梯的平层 准确 度也大为提高,而且具有明显的节能效果。因此,可编程序控制器配合变频调 速器(PLC+变频器)所组成的控制系统在电梯行业中得到了广泛的应用,取得了 良好的效果。 随着建筑物向大型化和高层化发展,往往需要在建筑物内安装两台或多台
18、电梯。如果电梯各自独立运行,就很难提高运行效率,必然造成很大的能源浪 费,而且,给电梯的集中管理造成了较大的困难。目前值得注意的是,现在存 在一种盲目追求电梯高速度的倾向。高速电梯不一定会缩短乘梯时间,提高输 送效率,实际上还要考虑建筑物高度、停层站数及调度技术等各种因素。对于 不太高但停站数较多的建筑物,高速电梯一般只能在中、低速运行,而高速梯 与中、低速梯的开关门时间及乘客出入电梯的时间无甚差别,为了提高电梯运 行效率,减少乘客乘梯时间,近年来出现了直接停靠、快速关门、提前开门(电 梯运行至开门区域时,可以在电梯运行中提前开门,提高电梯的运行效率)和开 门再平层(电梯停靠在层站,大量进出人
19、或货物,电梯会因为钢丝绳和橡皮的弹 性变形,造成平层波动,给人员和货物进出带来不便,这时系统允许在开着门 的状态下慢速自动运行到平层位置)等新技术。因此,在快速和高速电梯中,控 制方式和调度方法就显得尤为重要。近年来,新的控制技术和调度原则大量出 安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) 3 现。 在一个大楼内电梯的设置数量,是按大楼人员的客流量及其在某一较短时 间内疏散乘客的要求和缩短乘客候梯时间等诸因素,即交通分析的结果决定的。 这样,在电梯的控制系统中就必须考虑到如何提高电梯群(组)的运行效率。因 此,对于两台电梯出现了并联控制方式,对于多台电梯出现了多梯群控等新型 的控制方式。 当电梯在运行
20、中突然出现故障时,物管人员与电梯维修人员不能及时发现, 给被关在电梯里的乘客的身心健康造成很大的影响。电梯困人故障一直困扰着 物管公司与电梯维修公司。由于物管公司与电梯维修公司对管辖的电梯的实时 信息了解不多,不利于设备的维护与保养,并且影响电梯的运行寿命。 电梯监控是一种全新的服务概念,它为电梯维修保养单位和电梯使用单位 对电梯的集中管理提供了一种强有力的手段。电梯监控系统对采集到的电梯数 据进行处理,可以提供电梯运行状态(并联效果、使用频率、故障次数及故障类 型)的统计与分析,实现故障的早期预告、故障诊断及处理。 1.3 并联控制的概述及发展现状 两台电梯并联控制或是多台电梯群控,其最直观
21、的感觉是两台或多台电梯并 排设置并且共享各个层楼的厅外呼梯信号,并能按预定的规律进行各电梯的自 动调度工作。据一些资料数据显示,电梯并联后的运送能力提高了 20%一 30%左 右。减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间,因而在上、 下班客流量的高峰时段,乘员候梯和乘梯的时间大大减短。电梯运行实际能量 消耗的 50%是在减速、加速这段运行过程中。电梯并联后,电梯停层数量的减 少很大程度减少电梯运行的电力消耗。 在实际的工程中,双梯并联控制的成功案例已经出现,并受到业界关注。 最早的电梯并联的案例是 1985 年 8 月,中国迅达上海电梯厂试制成功两台并联 2.5m/s 的高速电梯
22、,安装在上海交通大学包兆龙图书馆。 近年来,随着电梯行业的发展,电梯并联控制和群控功能也已经成为各种 电梯控制器的必备功能,包括采用 PLC 和各种电梯专用控制板。各个厂家的 PLC 大多具有本系列 PLC 之间进行通信、联网的功能,如欧姆龙 PLC 的 1:1PLC- LINK 或 1:N 链接功能和三菱 PLC 的 1:1 链接或 N:N 链接,都可以将本公司的 安徽建筑工业学院 毕业设计(论文) 4 PLC 通过串行通信的方式进行连接组网,非常简单地就可以实现 PLC 之间的数 据交换与共享。对于电梯专用控制板,如 DP-3000 系列全电脑控制智能型串行 通讯电梯专用控制器,同样具有并
23、联、群控及远程监控功能。 在实际应用中,实现电梯的并联控制有两个方向。一是使用一台 PLC 控制 两台电梯,实现双梯并联。二是在两台 PLC 之间使用串行通信方式连接,两台 PLC 共享一部分数据存储区,进行数据交换,从而实现电梯的并联运行。其中, 第二种方案应用较多,也是本课题的研究方向,其结构原理如图 1.1 所示。 两台 PLC 共享厅外召唤信号,并以串行通信的形式将电梯运行状态、电梯 位置等信息互相传递。在双方 PLC 接到上述信息后便进行厅外呼梯信号的登记 与消除,并产生运行决策和调度决策,控制本梯运行,并同时将本梯的各种信 息回送给对方 PLC,协调运行。该方法降低了系统硬件成本,
24、可节省大量的电 缆材料,给电梯的并联改造和电梯的维护带来很大的方便,提高了控制系统的 运行效率,节能效果显著。 图 1.1 电梯并联控制系 1.4 论文的主要内容 1、本课题主要解决的问题 本课题主要的任务是设计出一套 11 层电梯的集选控制程序,并通过实验检 验。在此基础上,应用 1:1 PLC-LINK 通信功能,设计出两台电梯并联调度的 程序,通过 Host Link 通信功能实现 PLC 与上位机的连接,并通过组态王软件 实现实时的监控。 2、主要内用 本文研究的电梯并联控制系统是在两台电梯集选控制的基础上,将欧姆龙 PLC 所支持的 PLC-LINK 通信方式运用到电梯的并联调度控制
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