两台电梯的并联控制系统设计从站设计概要.docx
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两台电梯的并联控制系统设计从站设计概要
开题报告
题目名称
两台电梯的并联控制系统设计——从站设计
题目来源
B
题目类型
1
导师姓名
付丽君
学生姓名
石会强
班级学号
0803010427
专业
自动化
1、课题背景和意义
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。
两台电梯并联控制或多台电梯群控,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,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,运送能力提高了20%-30%左右。
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。
2、国内外研究现状
世界上有名的几家电梯公司,诸如:
美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等,其电梯的产量已占世界市场的51%。
其中,奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
目前,国外除了以交流电梯取代直流电梯以外,在低层楼房越来越多的使用液压电梯。
此外,家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。
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2.50m/s高速电梯,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。
3、课题主要内容
1.可行性方案的分析及方案讨论;
2.进行合理的硬件选型、设计及I/O配置;
3.设计控制原理图、控制程序流程图;
4.利用PLC控制两台电梯并联系统,编写控制梯形图;
5.进行模拟运行、调试,发现问题及时解决。
4、课题研究方案
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6层电梯的并联控制系统,编写电梯并联控制程序,并开展模拟调试。
并联控制系统的两台PLC之间交换信息,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。
5、日程安排
第1周~第3周查阅电梯相关资料,撰写开题报告。
第4周~第6周硬件设计阶段。
选择PLC、变频器及相关外围电器及硬件电路设计。
第7周~第10周两台电梯的并联控制从站软件设计研究。
第11周~第13周系统软硬件调试。
第14周~第16周整理资料,撰写毕业论文,准备毕业答辩。
6、参考文献
[1]孟少凯,尚贵林,张存荣,孙振华.电梯技术与工程务实.北京:
宇航出版社,2002
[2]陈家盛.电梯结构原理及安装维修.第2版.北京:
机械工业出版社,2001
[3]李秧耕,何峰峰.电梯基本原理及安装维修全书.北京:
机械工业出版社,2004
[4]徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:
中国科学技术大学出版社,2000
[5]常路德,张晓明.常见电梯电路注解图集.北京:
人民邮电出版社,2004
[6]赵顺.现代电梯控制系统.上海:
上海交通大学,2003
[7]郝晓弘,张萍.VS-616G5变频器在电梯调速控制系统中的应用.微计算机信息,2006
[8]王少华,刘红武.PLC、变频器在电梯中的应用.电气技术,2007
[9]冯垛生,张淼.变频器的应用与维护.广州:
华南理工大学出版社,2001
[l0]朱德文,付国江.电梯群控技术.北京:
中国电力出版社,2006
[11]粱永忠.PLC控制两台电梯并联运行.铜业工程,2005
指导教师意见
指导教师(签字):
年月日
学院意见
学院院长(签字):
年月日
填表说明:
题目类型:
1、工程设计;2、应用研究;3、理论研究;4、其它;(选1、2、3、4)。
题目来源:
A、自拟课题;B、民用科研课题;C、国防科研课题;(选A、B、C)。
开题报告内容使用宋体小四字号。
毕业设计(论文)任务书
学院
信息科学与工程学院
专业
自动化
学生姓名
XXX
学号
xxx
设计(论文)题目
两台电梯的并联控制系统设计——从站设计
内容及要求:
设计两台PLC和两台变频器组成的6层电梯的并联控制系统,编写电梯并联控制的从站程序,并开展模拟调试。
并联控制系统的两台PLC之间交换信息,共享厅外召唤信号、层楼信号和运行方向信号。
从站接受主站的控制指令,为主站提供从站的状态,并响应本站电梯的内选信号。
设计的内容有:
1.进行合理的硬件选型、设计及I/O配置;
2.设计控制原理图、控制程序流程图;
3.利用PLC控制两台电梯并联系统,编写控制梯形图;
4.进行模拟运行、调试,发现问题及时解决。
进度安排:
第一阶段(第1周—第3周)查阅资料,撰写开题报告
第二阶段(第4周—第6周)剖析电梯实验设备,硬件设计阶段。
。
第三阶段(第7周—第10周)编写电梯控制PLC程序
第四阶段(第11周—第13周)进行调试。
第五阶段(第14周—第16周)撰写毕业设计论文,答辩。
指导教师(签字):
年月日
学院院长(签字):
年月日
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。
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6层电梯的并联控制系统,给出系统组成框图,编写电梯并联控制程序,并详细阐述该系统的并联功能和软件的设计方法。
两台PLC并联控制系统之间进行通信交换信息,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。
实现了两部电梯的并联调度控制,节省了硬件资源,降低了系统成本。
关键词:
集选控制;变频器;可编程序控制器;调度算法
Abstract
Elevatorsareindispensableverticaltraffictransportinthehighbuildings.Therearealwaystwoormorethantwoelevatorsinalargescalebuilding.Inordertoimprovetheefficiencyoftheelevators,parallelcontrolisalwaysusedindoubleelevator,andgroupcontrolisusedinmorethantwoelevators.
Dispatchalgorithmisthecenterofthesystemintheelevatorsparallelcontrol.Therationalityofthedispatchalgorithminfluencestheefficiencyoftheelevators.Basedontheanalysesofthecollectiveselectivecontrolfunctionofelevators,aparallelcontrolsystemwasgiveninthispaper.The6-layers-elevatorsparallelcontrolsystemwascomposedoftwoPLCsandtwoinvertors.Thesystemstructureandtheparallelcontrolprogrammerweregiven.Theparallelcontrolfunction,designmethodsofhardwareandsoftwareofthissystemwereintroduced.
ThecommunicationsystemwasusedbetweentwoPLCs.Bymeansoftheserialcommunication,theoutercallingsignals,thepositionsignalsandthedirectionsignalsweresharedbythetwoelevators,andtheparallelcontrolwasrealized.Accordingtotheperformstatus,thedirectionoftwoelevators,thepositionoftheelevatorearsandtheoutercallingsignals,ajudgewasmadebythecontrolprogrammerthatwhichoneelevatortorespondtheoutercallingsignals.Realizethetwoelevatorsofparallelschedulingcontrol,Savethehardwareresources,reducethecostofthesystem.
KeyWords:
SetchooseControl;Invertor;PLC;DispatchAlgorithm
目录
1绪论…………………………………………………………………………………1
1.1课题背景………………………………………………………………………1
1.2电梯并联控制概述……………………………………………………………2
1.3电梯并联控制的发展现状……………………………………………………3
1.4本课题主要解决的问题………………………………………………………4
2电梯的结构与原理…………………………………………………………………5
2.1电梯概述………………………………………………………………………5
2.2电梯的分类……………………………………………………………………5
2.2.1按用途分类………………………………………………………………5
2.2.2按额定速度分类…………………………………………………………5
2.2.3按驱动方式分类…………………………………………………………5
2.2.4按控制方式分类…………………………………………………………6
2.3电梯的结构……………………………………………………………………7
2.3.1电梯的机械系统…………………………………………………………7
2.3.2电梯的电气系统…………………………………………………………9
2.4电梯的控制系统……………………………………………………………10
3电梯并联控制系统硬件设计……………………………………………………12
3.1PLC选型……………………………………………………………………12
3.1.1PLC控制电梯的优点……………………………………………………13
3.1.2PLC的选择及I/O点分配………………………………………………13
3.2变频器的选择………………………………………………………………17
3.2.1变频技术在电梯中的应用……………………………………………17
3.2.2变频器选择要点………………………………………………………18
3.2.3变频器参数设置………………………………………………………19
4电梯并联算法的研究……………………………………………………………20
4.1电梯的集选控制算法………………………………………………………21
4.1.1电梯的上升下降的选择逻辑…………………………………………21
4.1.2电梯的停止逻辑………………………………………………………22
4.2电梯并联控制要求…………………………………………………………23
4.3电梯并联调度原则…………………………………………………………23
4.3.1最快响应调度原则……………………………………………………23
4.3.2最短候梯时间调度原则………………………………………………25
5电梯并联控制系统软件设计……………………………………………………26
5.1电梯控制系统软件主程序框图……………………………………………26
5.2从站程序设计………………………………………………………………28
结论…………………………………………………………………………………38
致谢…………………………………………………………………………………39
参考文献……………………………………………………………………………40
附录A………………………………………………………………………………41
附录B………………………………………………………………………………50
1绪论
1.1课题背景
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,在电梯的各个控制环节大量地使用通信技术,以简化布线,提高了控制质量[1]。
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。
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。
1.2电梯并联控制概述
两台电梯并联控制或是多台电梯群控,其最直观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%~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[2]。
1.3电梯并联控制的发展现状
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2.50m/s高速电梯,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,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电梯并联控制系统
1.4本课题主要解决的问题
本课题的主要任务是设计一套6层的电梯集选控制程序。
在此基础上,设计出两台电梯并联的从站控制程序。
使用西门子S7-200PLC分别控制两台电梯的运行,实现两台电梯的并联控制。
两部电梯在运行时相互协调,实现高效、节能的运行目的。
电梯并联控制是一种较为复杂的控制方式。
通过本课题的研究,希望可以找到适合电梯并联运行的调度算法,摸索出一套切实可行的电梯并联运行的解决方案,能够在电梯并联控制的程序设计方面获得一些经验,给其他从事电梯并联控制或电梯群控技术研究的企业和个人提供一些参考和借鉴[3]。
2电梯的结构与原理
2.1电梯概述
在我国,电梯、扶梯、自动人行道等都属于起重运输设备。
电梯是在垂直方向上运行的运输设备。
随着科学技术日新月异的发展,人们的物质文化生活的逐步提高,电梯产品在人们的生活中的地位将会和汽车一样,成为重要的运输设备之一。
伴随着电动机技术的发展,19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯,特别是交流双速电动机的出现,显著改善了电梯的工作性能,现在仍然广泛应用于速度为0.63m/s以下的电梯产品中。
在20世纪初,美国的奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力。
1970年以后,大规模集成电路在电梯控制系统中投入使用以后,控制柜体积大大减小,可靠性与稳定性不断改善。
20世纪80年代后,变压变频(VVVF)控制的电梯先后由三菱、日立、奥的斯等电梯公司推向市场。
目前的电梯产品,不但规格品种多,自动化程度高,而且安全可靠,乘坐舒适。
计算机和PLC成功地应用于电梯的电气控制系统中,电梯的质量和运行效率显著提高。
2.2电梯的分类
2.2.1按用途分类
电梯按照用途可分为:
乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、病床电梯、船用电梯、消防电梯与汽车电梯等多个类型。
2.2.2按额定速度分类
1.低速电梯:
电梯的运行速度v<1m/s。
2.快速电梯:
电梯的运行速度1m/s≤v<2m/s。
多层(15层以内)客梯及住宅
电梯运行速度大多在此速度区间内。
3.高速电梯:
电梯运行速度2m/s≤v<4m/s。
一般用在高层写字楼中。
4.超高速电梯:
电梯的运行速度v≥4m/s。
电梯提升高度大于500m以上,对大厦内的电梯又进行分区控制。
2.2.3按驱动方式分类
电梯按照驱动方式可以分为以下几种:
1.直流电梯:
最早的直流电梯采用“直流发电机—直流电动机”驱动方式,现在已经基本淘汰。
新型的直流电梯采用大功率半导体器件配合直流电动机,运行平稳、舒适感好,也是电梯的发展方向之一。
2.交流双速电梯:
采用交流双速电动机。
电动机本身有两组绕组一快速绕组和慢速绕组。
启动时用快速绕组进行降压启动。
到站平层时,由快速绕组切换到慢速绕组,限流限速制动。
3.交流调压调速电梯:
同样采用交流双速电机,启动时与交流双速电梯一样。
到站平层时切换到慢速绕组,利用给慢速绕组加直流,将编码器反馈回来的信息与直流采样进行比较,用不断调节直流电压来控制制动力的大小(能耗制动)。
通过对电梯制动阶段速度进行闭环控制,平层时零速抱闸。
4.交流变压变频调速电梯:
采用交流单速电动机,通过对电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速达到线性化。
一般要采用旋转编码器与变频器构成速度反馈,平层好,舒适感好,是电梯的主要发展方向。
5.液压电梯:
靠油压驱动电梯升降,控制简单,载重量大[4]。
2.2.4按控制方式分类
电梯按照控制方式可以分为以下几种:
1.信号控制电梯:
即有司机操作的电梯。
2.集选控制电梯:
即单台自动控制,不要司机操作,电梯将优先、按顺序应答与轿厢运行同一方向的厅外呼唤。
当该方向的召唤全部应答完毕后,电梯将自动应答相反方向的召唤,即“顺向截车,反向不停,满载直驶(轿内满员时只响应轿内信号),端站返回
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