基于plc和mcgs在雙電梯聯(lián)動(dòng)控制與模擬-全文預(yù)覽

　　

【正文】 序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，因此在雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件部分時(shí)，主要采用模塊化的編程思想來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。除此以外，電梯并聯(lián)運(yùn)行還遵循的相應(yīng)的調(diào)度原則：正常情況下，當(dāng)電梯使用以后，二號(hào)電梯作為忙梯會(huì)首先自動(dòng)上升至第三層待命，一號(hào)電梯則作為基站電梯在第一層樓待命。不論是一號(hào)電梯還是二號(hào)電梯均停留在最后?？康膶诱敬５牵粼诿μ莸纳戏匠霈F(xiàn)任何向上或是向下的門(mén)廳呼叫信號(hào)，則由基站電梯來(lái)應(yīng)答信號(hào)而發(fā)車運(yùn)行接客。 程序框圖PLC程序流程框圖如圖 。三樓、四樓的上升、下降梯形圖和二樓類似。 一樓內(nèi)呼燈。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 轎 內(nèi) 指 令 控 制 梯 形 圖揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 圖 門(mén)廳召喚控制梯形圖6 電梯監(jiān)控系統(tǒng)的 MCGS 組態(tài)設(shè)計(jì) PLC 編程 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。運(yùn)行環(huán)境本身沒(méi)有任何意義，必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶應(yīng)用系統(tǒng)。圖 組態(tài)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境關(guān)系圖MCGS 組態(tài)軟件由 MCGS 組態(tài)環(huán)境和 MCGS 運(yùn)行環(huán)境組成，二者相互獨(dú)立，又緊密相關(guān)。圖 MCGS 組態(tài)軟件的組成結(jié)構(gòu)框圖 MCGS 組態(tài)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程運(yùn)用 MCGS 組態(tài)軟件完成一項(xiàng)工程的設(shè)計(jì)，有其一般的設(shè)計(jì)過(guò)程和步驟，其具體過(guò)程如下所示： ① 工程項(xiàng)目系統(tǒng)分析 了解整個(gè)工程的系統(tǒng)構(gòu)成和工藝流程，弄清控制對(duì)象的特征，明確主要的監(jiān)控要求和技術(shù)要求等。④ 編寫(xiě)控制流程程序 完成大部分復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)效果和數(shù)據(jù)之間的連接。⑧ 工程完工綜合測(cè)試 實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的實(shí)際整體調(diào)試。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 完整的監(jiān)控畫(huà)面 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與動(dòng)畫(huà)連接畫(huà)面編輯好了之后，此時(shí)的畫(huà)面是靜止的，要讓畫(huà)面動(dòng)起來(lái)，需要進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接，這時(shí)需要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)象的定義。（1）根據(jù)電梯監(jiān)控系統(tǒng)的控制要求分析，電梯 1 的數(shù)據(jù)對(duì)象如表 所示，電梯2 的數(shù)據(jù)對(duì)象如表 所示。數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程也即是定義數(shù)據(jù)變量的過(guò)程。圖 創(chuàng)建完成的電梯監(jiān)控系統(tǒng)工程圖 電梯監(jiān)控畫(huà)面的編輯與設(shè)計(jì)MCGS 以窗口為單位來(lái)組建應(yīng)用系統(tǒng)的圖形界面，創(chuàng)建用戶窗口后，通過(guò)放置各種類型的圖形對(duì)象，定義相應(yīng)的屬性，為用戶提供漂亮、生動(dòng)、具有多種風(fēng)格和類型的動(dòng)畫(huà)構(gòu)件。⑥ 編寫(xiě)程序調(diào)試工程 編寫(xiě)模擬程序來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)初調(diào)。② 設(shè)計(jì)用戶操作菜單 在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，為了便于畫(huà)面的切換和變量的提取，通常用戶要建立自己的菜單，第一步是建立菜單的框架，第二步是對(duì)菜單進(jìn)行功能組態(tài)。圖 組態(tài)運(yùn)行環(huán)境關(guān)系框圖 組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果 數(shù)據(jù)庫(kù) 運(yùn)行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性[16][17]。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了 MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過(guò)渡。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 (a) 一樓指示燈梯形圖(b) 五樓指示燈梯形圖圖 一樓、五樓指示燈梯形圖圖 一樓內(nèi)呼燈 轎內(nèi)指令控制梯形圖。二樓向上指示燈及三樓、四樓指示燈梯形圖與二樓向下類似, 這里不再重復(fù)。 電梯升降模塊(a) 所示,(b)所示。　　無(wú)論是作為一號(hào)電梯還是二號(hào)電梯,由于轎內(nèi)呼叫信號(hào)而使電梯定向的,電梯都必須啟動(dòng)運(yùn)行。但是，若在忙梯的下方出現(xiàn)向上的門(mén)廳呼叫信號(hào)，則由基站電梯來(lái)應(yīng)答信號(hào)而發(fā)車運(yùn)行接客。當(dāng)兩臺(tái)電梯因轎廂內(nèi)指令而到達(dá)基站后關(guān)門(mén)待命時(shí)，則應(yīng)按照有效利用的原則，執(zhí)行相互交替程序段?！　「鶕?jù)電梯的運(yùn)行規(guī)律,設(shè)置了有/ 無(wú)司機(jī)、檢修、優(yōu)先服務(wù)、消防等四種工作方式。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 變頻器拖動(dòng)部分線路圖揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，還需要用西門(mén)子STEP 軟件對(duì)雙電梯聯(lián)動(dòng)控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。VS616G5 變頻器的特點(diǎn)如下:；；，因此，功能全、體積小；、維修性能好； LCD 操作裝置，可提高操作性能。帶 PG(脈沖發(fā)生器)矢量控制方式的調(diào)速范圍寬廣，速度控制精度高，可以用于各種伺服驅(qū)動(dòng)、高精度速度控制和力矩控制。因此可以說(shuō)在電氣調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，以變頻器應(yīng)用技術(shù)為代表的交揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 流調(diào)速傳動(dòng)已經(jīng)成為電氣調(diào)速傳動(dòng)的主流。I/O 地址分配表如表 所示 [3]。哪些信號(hào)需要輸入至 PLC，PLC 需要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載,以及采用何種編程方式，都是需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題，都會(huì)影響到其內(nèi)部 I/O點(diǎn)數(shù)的分配。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 、可靠。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則: 的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求之外，特別指出的是還應(yīng)重點(diǎn)考慮該公司產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)的情況，一般應(yīng)選擇在國(guó)內(nèi)特別是在所設(shè)計(jì)系統(tǒng)本地有著較為方便的技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)或較有實(shí)力的代理機(jī)構(gòu)的公司產(chǎn)品，同時(shí)應(yīng)盡量選擇主流機(jī)型。脈沖發(fā)生器輸出 A、B 兩相脈沖， PG 卡接收到脈沖信號(hào)以后，再將此反饋給變頻器內(nèi)部,以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。在電梯控制系統(tǒng)中，由于電梯的控制屬于隨機(jī)性控制，各種輸入信號(hào)之間、輸出信號(hào)之間以及輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，邏輯關(guān)系處理起來(lái)非常復(fù)雜，這就給 PLC 的編程帶來(lái)很大難度。圖 PLC 雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框圖從圖 可以看出，該系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成，其中電梯控制的邏輯部分由PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)。能提高預(yù)測(cè)電梯到達(dá)某一層的準(zhǔn)確性。這種群控系統(tǒng)由于不具備完善的算術(shù)運(yùn)算能力，故不能實(shí)現(xiàn)具有智能的預(yù)報(bào)調(diào)度功能。這種群控系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多，線路復(fù)雜，在使用過(guò)程中觸點(diǎn)容易燒壞磨損，可靠性差故障率高，似的保養(yǎng)維護(hù)工作量大，費(fèi)用高；電器的電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作速度較慢，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；存在控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪聲大等缺點(diǎn)。從 1990 年開(kāi)始，對(duì)電梯系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代中期，人們將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于電梯群控系統(tǒng)后，便進(jìn)入到第 3 階段—電梯交通的動(dòng)態(tài)特性研究階段 【7】 【8】 。但是，這種群控系統(tǒng)由于存在線路復(fù)雜、功能簡(jiǎn)單、故障率高等缺點(diǎn)，目前己經(jīng)很少使用。電梯啟動(dòng)上行，到達(dá)目的樓層后開(kāi)門(mén)，乘揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 客走出轎廂。電梯群控系統(tǒng)選擇與此時(shí)的交通模式相對(duì)應(yīng)的群控算法，根據(jù)客流、呼叫信號(hào)情況及各臺(tái)電梯的狀態(tài)，選出一臺(tái)最合適的電梯。即在一座大樓內(nèi)，根據(jù)大樓的功能及樓層人口分布狀況，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)控制器，將多臺(tái)電梯互連組成電梯群。(4) 理念是電梯發(fā)展趨勢(shì) 不斷改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)環(huán)保型低能耗、低噪聲、無(wú)漏油、無(wú)漏水、無(wú)電磁干擾、無(wú)井道導(dǎo)軌油漬污染的電梯。(2) 技術(shù)含量更高，性能更好。(5) 智能群控管理得到廣泛應(yīng)用。交流拖動(dòng)電梯更是得到迅速的發(fā)展，已由以前的變級(jí)調(diào)速（ACVP）發(fā)展成為調(diào)壓調(diào)速（ACVV）及調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速（ACVVVF） ，使得電梯的速度、加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。機(jī)械方面的有限速器和安全鉗，起超速保護(hù)作用；緩沖器，起沖頂和撞底保護(hù)作用；切斷總電源的極限保護(hù)。該系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成，它起著操縱和控制電梯運(yùn)行的作用。對(duì)重由對(duì)重架和對(duì)重塊組成，對(duì)重將平衡轎廂自重和部分的額定載重；重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對(duì)重側(cè)曳引鋼絲繩長(zhǎng)度變化對(duì)電梯設(shè)計(jì)影響的裝置。對(duì)于快、高速電梯，為了取得良好的隔聲效果，常在井道頂部設(shè)隔音層，此時(shí)的井道頂成了雙層結(jié)構(gòu)。圍壁的結(jié)構(gòu)分為封閉式和空格式?？吞荻酁樽詣?dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)，開(kāi)關(guān)門(mén)由轎廂門(mén)上的開(kāi)門(mén)刀帶動(dòng)廳門(mén)上的橡皮勒轆來(lái)完成的，而轎廂門(mén)是由轎廂上的開(kāi)關(guān)門(mén)裝置驅(qū)動(dòng)的。它由轎廂架和轎廂體組成。導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上；導(dǎo)軌架是支承導(dǎo)軌的組件，與井道壁聯(lián)接；導(dǎo)靴裝在轎廂和對(duì)重架上，與導(dǎo)導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對(duì)重的運(yùn)動(dòng)服從于導(dǎo)軌的直立方向。當(dāng)鋼絲繩的繞繩比大于1時(shí)，在轎廂和對(duì)重架上應(yīng)增設(shè)反繩輪。機(jī)房必須有足夠的面積，高度、承重能力及良好的通風(fēng)條件。機(jī)房可以設(shè)置在井道頂部，也可設(shè)置在井由自部。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 電梯的基本結(jié)構(gòu)從總體來(lái)講，電梯有機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)兩部分組成。（2）.按速度分：低速電梯、快速電梯、高速電梯。編程語(yǔ)言可用梯形圖或指令表。2．優(yōu)點(diǎn)S7200 系統(tǒng) PLC 具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）S7200 配置靈活，除主機(jī)單元外，還可擴(kuò)展 I/O 模塊，A/D 模塊，D/A模塊和其它特殊功能模塊。 接口模塊(1M)：用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER )。 信號(hào)模塊(SM)：用于數(shù)字量和模擬量輸入／輸出。MPI 接口用來(lái)連接到編程設(shè)備或其他設(shè)備，DP 接口用來(lái)直接連接到分布式I/O。 S7200 系列可編程控制器揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 相比較 S7300，S7200 針對(duì)的是中小系統(tǒng)，他的模塊可以擴(kuò)展多達(dá) 32 個(gè)模塊，背板總線也在模塊內(nèi)集成，它的網(wǎng)絡(luò)連接已比較成熟和流行，有 MPI（多點(diǎn)接口） 、Profibus 和工業(yè)以太網(wǎng)，使通訊和編程變的簡(jiǎn)單和多選性，并可以借助于 HWConfig 工具可以進(jìn)行組態(tài)和設(shè)置參數(shù)。二．軟件設(shè)計(jì)大多數(shù)用梯形圖和指令程序，主要包括：（1） 設(shè)計(jì)控制流程，根據(jù)工藝要求先畫(huà)出工作循環(huán)，如有必要再畫(huà)詳細(xì)的狀態(tài)流程圖；（2） 根據(jù)工作循環(huán)圖，畫(huà)出虛擬的電路圖繼電器梯形圖；（3） 按梯形圖編寫(xiě)指令程序表；系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，必要時(shí)還可對(duì)硬件進(jìn)行修改，直到符合要求為止。此外，微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷而沒(méi)被廣泛采用。(3) PLC 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。(3) 操作的靈活性。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。(3) 維修方便揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 PLC 具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求減低。更改的信息可在液晶屏或 CRT 上顯示。易操作性PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：(1) 操作方便PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。(5) 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。(2) PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性提高。PLC 控制一般具有可靠性高、易操作、維修。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而定，可大可小。根據(jù)當(dāng)今電梯控制系統(tǒng)和電梯拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子 S7300 PLC，結(jié)合安川 VS616G5 通用變頻器，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)電梯的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。 當(dāng) 給 電 梯 送 電 時(shí) ， PLC 就 開(kāi) 始 掃 描 電 梯 的 所 有 輸 入 、 輸 出 信 號(hào) ， 檢 測(cè) 電 梯的 安 全 回 路 是 否 接 通 、 廳 門(mén) 轎 門(mén) 是 否 關(guān) 閉 、 電 梯 處 在 何 種 狀 態(tài) 。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 在 電 梯 中 的 應(yīng) 用 已 很 成 熟 ,圖 是 PLC 應(yīng) 用 于 電 梯 控 制 的 控 制 框 圖 。應(yīng)對(duì)這些電梯進(jìn)行更新和改造。近年來(lái)，可編程序控制器的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過(guò)程工業(yè)中，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開(kāi)關(guān)量為主的開(kāi)環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1976 年，微機(jī)開(kāi)始用于電梯，使電梯的電氣控制，進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。1955 年，出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)控制的電梯。與此同時(shí)，第一臺(tái)自動(dòng)扶手電梯試制成功。現(xiàn)代電梯興盛的原因是采用電力作為動(dòng)力的來(lái)源。與電梯類似的這種升降設(shè)備，起源于古代農(nóng)業(yè)和建筑業(yè)中的原始起重升降機(jī)械。曳引式電梯靠曳引力實(shí)現(xiàn)電梯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，曳引式電梯的曳引傳動(dòng)關(guān)系如圖 所示。電梯系統(tǒng)由機(jī)械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分組成。的 剛 性 導(dǎo) 軌 之 間 ,轎 廂 尺 寸 與 結(jié)構(gòu) 形 式 便 于 乘 客 出 入 或 裝 卸 貨 物 。它由曳引系統(tǒng)、轎廂和門(mén)系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、機(jī)械安全保護(hù)裝置、電氣安全保護(hù)裝置、電力拖動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)部分等組成。于是，轎廂就在井道內(nèi)沿導(dǎo)軌上下、反復(fù)運(yùn)動(dòng) 【3】 。1853 年美國(guó)制造商奧的斯發(fā)明了以蒸汽做動(dòng)力的載人升降機(jī)。1900 年交流感應(yīng)電機(jī)問(wèn)世以后，使電梯的速度提高，并改善電梯的平層準(zhǔn)確度和舒適感。1949 年，出現(xiàn)了群控電梯。1971 年，集成電路應(yīng)用于電梯。 課題研究的意義 PLC 的過(guò)程控制應(yīng)用已被廣泛應(yīng)用于連續(xù)過(guò)程控制領(lǐng)域，而且基于連續(xù)過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)正在進(jìn)一步得到增長(zhǎng)。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以 PLC 發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在電梯業(yè)也是如此，目前國(guó)內(nèi) 70～80 年代安裝完成的電梯絕大部分是繼電器控制，線路復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)接線多，故障率高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大，嚴(yán)重地影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。利用 PLC 和變頻器對(duì)舊電梯進(jìn)行改造，不