基于GE PAC的多部电梯群控系统设计软件组态.docx
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基于GEPAC的多部电梯群控系统设计软件组态
基于GEPAC的多部电梯群控系统设计—软件组态
摘要
随着越来越多的智能大厦拔地而起,电梯在智能建筑中的突出作用也更加被人们重视。
现在的高层楼宇之中,往往需要装多部电梯群,这就需要对电梯进行联合控制,统一调度,提高电梯的服务质量和运行效率。
因此,本课题研究的就是多部电梯的群控系统。
PLC又称可编程逻辑控制器,自诞生以来,就以可靠性而立足于控制行业,成为三大控制支柱之一。
本课题使用的是GE公司的RX3i可编程自动控制器,相比传统的PLC,它更是具有可靠地控制效果,紧凑的模块化结构以及简便的程序化语言。
此外,还用到了触摸屏以及iFix软件进行监控。
本课题主要实现了对三部六层电梯的联合控制,依靠就近响应和优先响应的调度方法,实现了内呼优先外呼联控的最终效果。
三部电梯之间的信号传输主要依靠现场总线的方式,具有准确,及时的优点。
此外,触摸屏实现了对电梯运行的实时监控,画面中的软按钮也可以实现呼梯请求,多画面的切换可以更加详细的得知每部电梯的运行情况和呼梯请求。
总之,本课题具有控制稳定,反应快速,运行舒适,调度准确,画面清晰的特点,很好地符合了人们对现代电梯的要求。
关键词:
群控系统,PAC,现场总线,触摸屏控制,组态控制
MultiElevatorGroupControlSystemDesignAndConfigurationSoftwareBasedOnPACOfGE
ABSTRACT
WithmoreandmoreprominentroleinIntelligentBuildingerected,elevatorintheintelligentbuildingismoreandmoreattentionbypeople.Inthepresenthigh-risebuildings,thereareoftenneedtoinstallmanyelevatorsgroup,whichneedtocarryoutjointcontroloftheelevator,unifiedscheduling,improvetheelevatorservicequalityandoperationefficiency.Therefore,thistopicistostudymultielevatorgroupcontrolsystem.
PLCalsoknownastheprogrammablelogiccontroller,sincethebirthofthereliabilityandbasedontheindustry,becomeoneofthethreecontrolpillars.ThistopicusesGERX3iprogrammableautomaticcontroller,comparedwiththetraditionalPLC,itisareliablecontroleffect,compactmodularstructureandsimpleprocedurallanguage.Inaddition,thetouchscreenandiFixsoftwareformonitoring.Theultimateeffectofthreesixstoreyelevatorcontrol,relyonthenearestresponseandresponsetothepriorityschedulingmethod,realizedthecallpriorityoutboundjointcontrolhavebeenrealizedinthispaper.Thesignaltransmissionbetweenthethreeelevatorsdependsmainlyonthefieldbus,andhastheadvantagesofaccurateandtimely..Inaddition,touchscreentoachievethereal-timemonitoringoftheoperationoftheelevator,softbuttonscreencanalsoachievecallrequest,theswitchingofmultipicturecanbemoredetailedthattheoperationofeachelevatorandelevatorcallingrequest.
Inshort,thissubjecthasthecharacteristicsofstablecontrol,rapidreaction,comfortableoperation,accuratescheduling,clearpicture,andwellaccordwiththerequirementsofmodernelevator.
KEYWORDS:
controlsystem,fieldbus,PAC,touchscreencontrol,configurationcontrol
目 录
前 言
不知你是否这样想过,假如现代社会没有电梯,那将是怎样的一番情形。
结果是很明显的,你的时间将会有很多都会浪费在爬楼梯上。
因此,可靠高效的电梯改变了人们的生活方式,无形中给人们增加了经济效益。
现代社会对电梯的要求是十分苛刻的,这不仅仅是依靠增加电梯数量来实现的,显然这么做也是不明智的。
我们需要在控制调度方面想办法,使得电梯能够充分高效的工作,在保证安全稳定的完成呼叫响应的前提下,尽可能的实现快速,节省运行成本,降低能量损耗。
近几年来,随着国内建筑行业的迅速发展,电梯技术也得到了提升。
群控电梯已经越来越多的出现在现实的生活中,改善着我们的生活质量。
但不可否认的是,相比国外高水平的电梯群控技术,国内电梯技术依然存在不足,主要差别还是在于群控算法的调度上。
本课题主要是对三部六层电梯实现联合控制,电梯模型以及硬件连接都是做好的,只需要编写相应的单梯和调度程序,以及完成触摸屏或者组态的显示监控即可。
对电梯群控设计的基本思路是:
首先完成单梯的所有功能,其次再进行联调。
群控主要依靠就近原则,对任何一个外呼信号,控制器都需要比较三部电梯那一个距离它最近,就派该电梯去执行;同时,考虑到电梯启动所需要的时间及能耗,因此当呼叫请求较少的情况下,尽量避免多梯响应。
很显然,这需要在两者之中寻求平衡。
此外,本课题还需要设计组态监控。
随着触摸屏技术的成熟,将触摸屏很好的添加到电梯控制中,不仅可以显现电梯当前运行状态、停靠楼层等信息,还能通过触摸屏对电梯进行呼梯请求。
很显然,触摸屏的添加不仅代替了按钮的作用,也包括监控的功能,在降低系统成本的同时,也增加了顾客的满意度。
第1章概述
1.1本课题研究的目的
随着我国经济的快速发展,计算机技术、自动控制技术和微电子技术也得到了高速发展,智能大厦如雨后春笋般迅速发展,从而促使电梯在现代生活中得到了更加广泛的应用。
然而,传统的电梯控制系统经常采用的是继电接触控制系统,存在易出故障,维护不方便,使用寿命短,占用空间大等诸多缺点
。
随着现代控制技术的进步,这种系统也必然被淘汰。
目前电梯设计很大一部分采用可编程控制器(PLC)
,具有编程简单,故障少,维修保养方便,节能省工,噪音低,抗干扰能力强,控制箱体积小,开发周期短等一系列优点。
本课题采用PAC代替传统的PLC,此控制系统除了PLC所有具有的特点外,还提供了比现有PLC更强大的处理速度、通信速度以及编程能力。
同时,随着现代电力电子技术和计算机控制技术的飞速发展,也促进了电梯拖动的技术革命,由交流变频调速取代直流调速已成为不可争议的事实
。
本课题选用的是GEPAC的RX3i模块作为控制器,并且通过匹配合适的变频器对电梯的控制,不仅能够实现平稳运行,响应快,满足乘客乘坐舒服、安全、省时的同时,还可以降低能耗,节约资源,减少成本。
因此,具有PAC控制的电梯更能够适应现代社会人们对电梯的苛刻要求,具有更高的性价比优势。
1.2本课题设计的背景
近年来,随着各地经济的快速发展,越来越多的高层建筑和智能化楼宇也不断涌现,人们对电梯的舒适性和合理调度方面也提出了越来越高的要求。
大多数情况下,单部电梯往往不能满足人们上下通行的需求,这时就需要安装两部甚至多部电梯协调管理运行,来提高整个楼层电梯的运行效率和服务质量。
但是,随着电梯数量和使用频率的增多,使用过程中出现的各种问题并没有减少,反而是一直困扰人们日常生活的一个重要问题。
电梯控制效率低,与电梯相关的投诉也是一直居高不下。
因此,社会上急需对现有电梯进行智能化改造,也需要对电梯厂商或自动化公司提出新电梯系统在设计、安装过程中提出智能群控要求。
而基于以太网
的群控电梯则可以很好地克服以上问题,其社会效益和经济效益也相对较高。
电梯群控系统(ElevatorGroupControlSystem,EGCS)是指:
将多台电梯进行科学的合理的分组,根据各个楼层交通量发生的变化,用计算机控制,实行最优控制的输送方式。
电梯群控主要用于客梯。
电梯群控系统的应用也是经历了由简单到复杂的过程,由最初的简易自动控制、集选控制到现在的群控系统几个发展过程。
现代电梯群控系统采用了专家系统、模糊控制、人工神经网络等人工智能技术
。
本设计主要用到专家系统来实现电梯的调度。
所谓的专家系统,从广义上说,它是一种仿真模型,应用了分布式的程序,已确定的步数得到满意的结果。
之所以称之为“专家系统”,是因为在法则里集中了“专家知识”,并直接输出或导致对这些基本一致的法则。
这种法则通常是经过反复实验而得到的经验结果,它不具备任何分析基础。
另一方面,对应用设计来说,应用法则是发展了的法则,对大部分组成现代电梯装置的子系统,可以发展和应用
。
1.3本课题设计方案
目前,电梯普遍采用两种控制方式:
一种是以微型计算机作为电梯信号处理控制单元
,完成信号采集、运行状态以及功能的设定,实现电梯自动调度和集选运行等功能,而拖动控制一般由变频器
来完成;虽然它具有结构简单,维护方便,成本低等一系列优点,但由于可靠性以及操作性不及PLC,因此较少被采用。
第二种即使用可编程控制器PLC取代微机。
PLC的高可靠性,编程方便,维护简单等特点受到众多商家和研发人员的青睐,但是PLC还存在很多缺陷:
内存小,数据存取速度不理想,通用性差,以及PLC与PC机间不断扩大的技术差距导致控制效果差。
所以,改善电梯的控制技术和性价比,是目前主要解决的问题,因此本课题提出了PAC控制
。
PAC本身是在PLC基础上发展而来,因此几乎具有PLC的所有优势;此外,PAC在内存、数据存取速度、通用性上得到了很大的提升,并且通过ProficyMachineEdition编程软件很好地实现了与PC的融合。
因此,相信以PAC控制的电梯会越来越多的进入人们的生活。
1.4本课题研究的内容和主要工作
1.4.1本课题研究的内容
1.电梯群控现状的分析,课题设计的必要性以及GE总线控制平台的主要应用。
2.电梯群控原理的分析,控制要求,性能指标能。
3.测控点数分析,I/O分配(与触摸屏变量对应关系)。
4.软件组态。
1.4.2本课题研究的主要工作
本课题主要设计目标:
实现三部电梯联控,包括楼层显示、状态显示、参数输入、路径规划等,应包括:
失电保护、防夹功能、超速保护等。
此外,还需要设计相应的触摸屏或组态控制显示电梯的运行状态,触摸屏应具有实时显示轿厢运行情况,到达楼层情况以及相应的内外呼,还应该具备触摸屏上软键盘控制,完成相应的内外呼请求。
第2章控制方案
2.1电梯群控系统原理分析
电梯系统是一个非常庞大的系统,它作为机电一体化程度较高的一种交通工具,涉及的具体系统很多,在此本课题主要研究电梯的群控系统。
多部电梯联合控制系统简称群控系统,是在单部电梯的基础上,融合了一些先进的算法和远程处理模块。
因此,这是一个比单体系统更加复杂的系统,它需要对几百个信号进行收发处理。
就目前而言,电梯群控系统有多种实现方法,但总体的控制系统的结构大同小异。
本课题的群控主要依靠现场总线来完成,原则上只需要一种总线即可,但由于本次设计的模型由学校实验室直接提供,该模型使用了不同的总线方式。
第一台电梯利用工业以太网线是直接控制,后两台分别使用了DeviceNet总线和Profibus总线
。
现场的输入输出信号都是经过总线传给PAC或者总线模块,从而实现及时、合理的控制。
现场总线的群控系统具有受地域限制小、传输信息及时以及所需要的硬件I/O少等一系列优势,已被广泛应用于工业上产。
此外,群控系统还必须配有相应的监控系统,用于监视电梯群中各个单部电梯的运行状态以及群控调度的执行情况,特别是与安全信息息息相关的,便于随时掌握系统的工作状态,及时发现安全隐患,并在第一时间排除故障。
这些主要由触摸屏来实现,触摸屏具有整体监控和局部监控,并且两种方式可以实现快速切换,方便可靠,监控性能非常突出。
2.2电梯群控系统的功能
该群控系统应该具备以下几个功能:
(1)数据采集功能
群控系统应该实时监测各电梯的运行状态,包括每台电梯的当前位置、运行方向、载重量、运行速度、内呼叫信号等,并实时的将这些信号传给上层软件,进行相应的调度和显示处理。
(2)通信功能
群控系统的主要目的是实现对电梯群的合理分配和优化调度,就必须要在上层软件(主控制器)与底层控制器建立信息通道,要求可以实现双向通信,能够进行数据和控制命令的传输。
(3)控制功能
整个群控系统中,单台电梯执行外呼信号时,必须由PLC进行统一调配,每个外呼信号并不是直接派给乘客所呼叫的电梯,而是先送到调度模块,并由调度模块根据当前的信息状态,用相应的调配策略和算法分析并确定由那台电梯具体执行,由调度系统下发给相应的单梯控制器。
(4)监控和显示功能
本课题使用的是6英寸触摸屏监控。
它可以对各个电梯的当前运行情况、停靠楼层、内呼信号、外呼信号响应情况等进行实时监测和显示的功能。
工作人员可以通过触摸屏对电梯实现实时监控,遇到紧急情况或故障时,可以第一时间解决,把损失降到最小。
(5)自主学习功能
电梯群控所遇到的问题是非常复杂多变的,仅仅依靠现有的算法并不能对其进行准确的描述。
还需有系统具有对过去一段时间内的统计情况作出分析,并应用于之后的控制,即系统需要具有自我学习的能力。
2.3电梯群控系统的动态性能分析
前面已多次提到,电梯群控系统主要是用来对多台电梯进行调度,为了给出合适的调度规则,首先就必须要了解电梯群控系统的动态特性,然后再采取有效的控制方法进行控制。
电梯的动态特性主要包括非线性、扰动性、不完备性及多目标性,以下进行一一论述。
(1)非线性
电梯交通系统中还存在好多非线性的因素。
就好比呼叫同一个厅堂,即便都是上行呼叫,在不同的时间,轿厢分配依然是不一样的,因为它和上一次呼叫具有关联,然而每次的呼叫都是不确定的,因此它们会在数值上就呈现出非线性的关系;再比如,由于轿厢容量是有限的,当乘客的人数达到额定要求时,电梯则会不停而过。
诸如此类非线性问题还有很多,它们是不能使用常规的控制思路来解决的,这就要用到智能的控制方法。
(2)扰动性
电梯群控系统中的扰动是随机的,例如:
①乘客的登记时间和地点由于某种原因而变更。
②乘客在轿厢内错误登记了所要到达的楼层,造成不必要停站。
③乘客可能过长的保持开门状态,延迟了轿厢的正常运行。
④乘客登记时间的随机性。
此外,电梯还具有一定的电磁干扰,主要包括以下几种形式:
1)电源噪声。
一般从电源和电源进线侵入系统。
2)从输入线或总线侵入噪声。
当输入线与自身或其他系统公共地线时,即便是采用了隔离措施,也会侵入噪声。
3)静电器噪声。
摩擦产生静电虽然很微弱,但是其电压可高达数万伏。
研究表明,在毛毯上行走的人产生的静电可高达39kV,在工作台旁工作的人带电可达3kV,当带高电位的工作人员直接接触控制器时,急剧的放电电流可能造成控制器的误动作。
(3)不完备性
电梯交通系统中存在大量的不完备信息。
例如:
不能确定电梯及某一时刻各楼层乘客的具体数目,会造成监控人员无法预测电梯内的拥挤程度和候梯时间,从而影响开关门的控制难度和舒适度。
再如三五个乘客同行,进入轿厢前只登记一次,目的站也输入一次,则会对乘客乘梯时间的预测,对其他乘客候梯和乘梯时间预测时,就会产生较大误差。
由于以上各种不确定的原因,用通常方法很难对函数中的权重参数作出评定,因此控制系统的模型也很难建立。
而使用智能控制方法描述系统的状态,利用专家知识和模糊推理建立模糊模型则显示出更好的效果。
2.4群控系统的基本规则
电梯的群控系统一般应该具有以下的规则:
1)外呼等候时间响应尽可能地短。
外呼等待时间一般指的是乘客从发出呼叫指令到脚踏入电梯所用的时间,为避免乘客候梯等待时产生烦躁,因此需要尽可能地缩短这个时间。
2)乘梯时间短。
乘梯时间很显然就是乘客从进入电梯到从电梯出来所用的时间。
同样为避免乘客乘坐时间过长,应尽量减少乘梯时间。
3)电梯停靠次数尽量少。
由于电梯停靠的次数越多,系统就会反复的加减速,从而造成不必要的能耗损失。
因此,为避免不必要的损耗,应尽量减少电梯的停靠次数。
4)避免走空。
电梯走空具体是指电梯响应某较远楼层呼叫时,途中没有响应其中间楼层的呼叫。
很显然,这种情况对系统而言也是很浪费的,应尽量避免。
5)避免满载。
如果在客流高峰期一台电梯去响应外呼请求信号时,若响应过程中停站较多,则其满载的可能性就很大。
因此应该尽量将此请求分配给停站较少的电梯。
同向优先。
尽可能地将外呼请求信号分配给与其同向并且在运行中的电梯。
因为异向或已过请求楼层可能会出现新的请求,从而造成响应时间的加长,从而达不到优化的效果。
第3章硬件设计
3.1设计思路
本项目是融合了PLC技术、变频器控制技术、以太网通信技术、Profibus总线通讯技术以及DeviceNet总线通讯技术为一体的综合系统。
单个电梯的逻辑控制分别由以太网通信技术、Profibus总线通讯技术以及DeviceNet总线通讯分别实现,其中后两个还用到了VersaMax远程I/O模块。
主站PACSystemsRX3i系统接收从各个电梯传过来的门厅呼梯任务信号,按照一定的算法判断决策,最终决定由哪台电梯响应。
而每台电梯轿厢内的呼梯信号由相应的电梯独立处理,不参与调度。
3.2设备选型
3.2.1控制器
本课题选用单一的控制器PACSystemsRX3i,该控制器拥有1.0GHZIntel微处理器和64MB用户内存的高性能控制器,无信息吞吐率的专利技术。
同时,它还拥有多个I/O模块选择,包括以太网通信模块、Genius模块、Profibus模块、DeviceNet和串行通信模块。
背板总线支持带电插拔功能,减少了系统的停机时间。
3.2.2远程模块
本课题选用的远程模块为VersaMax,它具有以下几个模块:
总线通讯DNM200模块和DeviceNet(DBI001模块)、总线通讯PBM300模块与Profibus(PBI001模块)、以太网通信模块、网络接口单元、电源模块以及I/O模块。
3.2.3变频器与电机
本课题选用的变频器为MICROMASTER420。
由于本课题研究对象是六层电梯实验模型,不需要运载实际重物,因此选用的曳引电机为40W小型交流感应电机,型号为51K40GN-S/5GN30K;门控电机选用的是24V/3W/20RPM的直流永磁电机,型号为TH37JB32-C。
减速器选用的是24V/2.0RPM,型号为TH37JB32—C。
3.2.4HMI(人机界面)
本课题选用的HMI为QuickPanelView/Control6''。
QuickPanelView/Control是眼下最先进的紧凑型控制器和显示器,之所以使用六英寸,是考虑到该界面主要用于实验验证,满足需要的条件下尽可能地减少成本即可。
3.2.5电源与继电器
本课题采用的电源为220V
10%单相三线交流电作为总的供电电源,使用MY4NJ/24VDC型号继电器。
3.3总体方案
本课题总的控制原理图如图3-1:
图3-1控制原理图
3.4设备清单
表3-1设备清单表
序号
代号
部件名称
技术规格
型号
数量
1
外形尺寸
800x620x1840(mm)
KNP-PDT6
2
层数
6层
3
U1
变频器
MM420
1
4
M1
交流感应电机
40W
51K40GN-S/5GN30K
1
5
M2
直流永磁电机
24V/3W/20RPM
TH37JB32-C
1
6
PLC(Demo箱一套)
IC695CHS012
1
IC695PSD040
1
IC695CPU310
3
IC695ETM001
1
IC694ACC300
1
IC694MDL754
1
IC695ALG600
1
IC695ALG704
1
IC695HSC304
1
IC694MDL645
3
IC695LRE001
1
QuickPanel等附件
1套
7
U2
语音报站器
HX850-YY
1
8
QF1
小型断路器
OSMC32N2C6
1
9
外呼叫盒
6套
10
内呼叫盒
1套
序号
代号
部件名称
技术规格
型号
数量
11
BM-B10
拨码开关
10组
12
B1-B17
限位开关
SS-5GL2
17
13
KA-KA4
继电器
MY4NJ/24VDC
3
14
S1
对射传感器
PBS3M-DTT1发送器
PBS3M-DTT2-P接收器
3.5I/O分配表
本课题的I/O分配较多,包含三台电梯的所有输入输出。
但是由于2号和3号电梯由总线控制,I/O地址分配灵活,因此此处只给出了1号电梯的I/O地址分配表,如下表3-2所示。
本课题中所用到的2号电梯输入输出地址分别为I203~I237和Q201~Q235,3号电梯输入输出地址分别为I403~I437和Q401~Q435。
表3-2I/O地址分配表
序号
输入地址
备注
输出地址
备注
1
I3
内呼按钮1层
Q1
电梯内呼按钮指示1层
2
I4
内呼按钮2层
Q2
电梯内呼按钮指示2层
3
I5
内呼按钮3层
Q3
电梯内呼按钮指示3层
4
I6
内呼按钮4层
Q4
电梯内呼按钮指示4层
5
I7
内呼按钮5层
Q5
电梯内呼按钮指示5层
6
I8
内呼按钮6层
Q6
电梯内呼按钮指示6层
7
I9
开门按钮
Q7
电梯内呼按钮指示开门
8
I10
关门按钮
Q8
电梯内呼按钮指示
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