发布日期:2012年12月01日 21:00
电梯控制与组态监控案例设计
四层电梯监控系统的设计
项目成员:工程学院08级电气工程及其自动化2班 沈驰远
              工程学院研10级 张立
指导老师:吴燕翔
摘  要
随着建筑行业的快速发展,电梯成为高层建筑中重要的垂直运输工具,电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯。本次设计是以四层电梯实物模型为控制对象,下位机采用西门子S7-200可编程控制器完成四层电梯的逻辑控制,通过控制直流电动机来拖动轿厢的上下移动,控制小直流电机控制轿厢门的开启。上位机采用计算机和工控组态王6.53软件完成四层电梯的远程监控,由计算机和组态软件构建动态画面,模拟电梯的实际运行,直观、准确地反映电梯的实际运行状态,并可在控制室直接远程控制电梯的运行。实践证明,PLC和组态软件结合有利于PLC控制系统的设计、检测,具有良好的应用价值。经过调试,该系统可以达到四层电梯的控制要求,实现了对电梯的实时控制和远程监控。整个设计模仿实际电梯,在实验室进行了调试。实践证明系统的自动化程度、工作可靠性、平层自动定位精度均大大提高,具有良好的推广前景。
项目实施的初步收获体会:本次设计是我第一次完成工程实际项目,从硬件设计到软件调试,体会到实际和理论的不同,理论真正应用到实际还有很多因素要考虑,如干扰等问题。通过此课题的研究,熟悉了项目开发的整个过程,激发了对科学研究的兴趣和探究精神,体会到了将所学知识应用于实践的乐趣,拓展了知识视野,提高了自身的创新能力和科研素质,为今后的创新之路打下坚实的基础。
关键词:可编程控制器;组态王;电梯;远程监控
一、项目选题目的及意义
本设计在选题时,本着体现电气工程及其自动化的专业特点,加之大学期间对专业课程可编程控制器的爱好,决定以PLC为控制器来实现一项体现其在自动化控制系统中价值的课题,刚好工程学院电气工程系承担上海市第四期教育高地“电气工程实验实训基地”建设项目,需要开发综合实验项目四层电梯实物模型的控制,以一种项目载体的形式,确定了设计题目《四层电梯监控系统的设计》。
随着城市建设不断发展,高层建筑不断增多,电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。目前电梯控制普遍采用2种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集,运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能;二是采用可编程控制器(PLC),国内大多工业用的电梯选用这种方法,其原因在于可编程控制器抗干扰能力强,编程简单,故障少,噪音低,维修保养方便,节能省工,控制箱占地面积少,而且本课题的研究不仅检验大学所学的知识水平,而且是培养创新思维和实践动手能力的一次很好的锻练。
二、项目创新点与特色
(一) 创新点
1.根据电梯系统的控制工艺,设计控制系统的整体方案,采用上位机+下位机进行控制,上位机利用组态软件实现对电梯系统的实时监控,实时了解电梯的运行状态、所在位置,电梯门的开关状态,并能对其进行远程的操控。下位机利用西门子S7-200 PLC,通过PLC的输入采集现场及远程监控室的指令输入,并由输出口控制电梯的运行,同时在远程的监控室内的上位机上还能实时观察电梯的各种状态,实现对电梯的自动控制及远程监控
2.该控制系统控制设备较多,控制工艺较复杂,因此,系统的软件设计采用模块化逐级处理的方式。整个控制系统分为四大模块,即控制电梯上下行的电机部分,电梯楼层现场及远程呼叫部分,电梯位置检测部分和电梯到位开关门部分。各模块协同工作,共同完成整个系统的自动控制。该系统在实验室对实物模型进行了现场调试,实现模块间的逻辑工作切换功能,达到系统的控制要求,系统运行稳定可靠。
(二)特色
用可编程控制技术,可靠性高、抗干扰能力,完成了电梯的轿内指令、轿外召唤指令、楼层位置显示、开门控制等任务;应用计算机和组态软件构建动态监控画面,监控并模拟电梯的运行,更加形象、直观、准确地反映了电梯的实际运行状态,并可通过计算机直接远程控制电梯的运行,操作简单明了,自动化程度大大提高。
三、体会与收获
本设计在其设计过程中经历了课题选定、查阅文献、课题研究、方案制定、工艺确定、硬件设计、软件设计及最后的程序调试等,期间经历多次的整改甚至是推倒重来。回想从开始时无头苍蝇般的手足无措,到后来的渐入佳境,最后的状态全开,其中的苦辣甘甜仍历历在目。
令我们印象最为深刻的就是刚拿到课题的前几天,要求完成控制要求及控制工艺。对我们而言,电梯虽随处可见,但真要设计它的控制时,脑中一片空白。文献也不知从何看起,似乎从一开始就被卡住了脖子,迟迟都没有什么太大进展。设计虽无进展,但看多了自然也就对电梯控制系统设计有了一些思路,迷茫但也开始有了方向,不再是摸黑前行。于是开始尝试设计电梯自动控制工艺,广泛参考他人在同类研究中的文献资料。一次偶然中看到的《PLC在电梯自动化控制中的应用》使我们受益良多。既让我们对先前翻阅到的一些文献中出现的控制工艺有了一定认识,也为自己的设计确定了一个重要参考标准,很快便制定出工艺流程雏形。
从雏形到定稿,本设计中的工艺流程图作为整个设计的核心,每一次修改工艺意味从头到来,推倒后续硬件设计、软件设计的全部。仅一个电梯楼层呼叫显示灯的修改,就让整个流程设计发生巨变,从PLC的扩展模块到I/O口分配到最后硬件接线图的重新排版。毫不夸张的说在完成工艺设计的同时,其实也就是完成了设计的一大半。创新计划项目设计最享受的就是从无到有的过程,每一次进展,都带有一份喜悦。
在实际模型调试时,我们遇到上下电机在停止时无法正常停止会有一段延迟,这让我们百思不得其解。后来我们在不停地观察这个问题时发现由于硬件电路问题,控制电梯轿厢上下的电机与控制电梯门开关的电机不能同时启动,否则会造成两者无法正常停止,为了解决这个问题,我们让控制电梯轿厢上下的电机在响应时先停止,经过一段很小的延迟,再启动控制电梯门的电机使电梯门打开。这个问题的解决很有现实意义,即电梯门必须等待电梯停稳后方可打开。
个人觉得设计中最有特色的部分就是其中的电梯在多层都有呼叫请求时的先后响应顺序部分,它是整个设计所要解决的问题的核心。为此,我们专门去观察实际电梯,并且从中获取灵感,但在控制时,为针对本设计的实际需要对其工作方法做了调整。电梯工作时对于不同楼层对它的同时呼叫采取不同优先级的响应方式,在电梯上行过程中,如果同时有楼层上呼请求和下呼请求,则电梯率先响应上呼请求,然后响应下呼请求。这是本设计中必须要考虑的问题,我们认为电机在不同楼层停止时需要有不同的优先响应,从而达到提高电梯运输效率,节约能耗的目的。在整个系统中,这么一个小小的改进也许只是个很不起眼的环节,但是解决了设计上的不足。
另外,在调试过程中,遇到过不能监控的问题,后来经过检查发现,PLC的波特率为19200,而组态软件设置的波特率为9600,经过修改后组态软件与PLC能够正常通讯,并且监控电梯的运行。
调试过程中还发现如果让组态画面中的轿厢随着监控电梯上下移动,不能做到同步移动,所以放弃采用让轿厢上下移动的方案,改为显示电梯到达各楼层后开门的方案。电梯的上下行通过上下行指示灯和楼层显示的变化来显示。
实践证明。将PLC可编程控制器和MCGS组态软件结合可以非常好地模拟电梯控制系统的测试运行,有利于PLC控制系统的监控、检测,具有良好的应用价值。
就设计而言,其目的本身就是发现问题与解决问题,这也正是大学所学到的最为关键的部分,用所学的知识解决日后工作中的问题。
四、项目实施的进展情况及初步成果
本设计根据工业电梯自动运行及监控系统的工艺要求和控制功能要求,对其进行了软件、硬件设计。
1.       分析了电梯的工艺流程,设计了电梯的控制方案,系统控制总体方案如图1所示。
2.       完成了电梯自动运行及监控系统的硬件设计,包括PLC及扩展模块、传感器、电梯轿厢上下控制的电机以及控制电梯门开关的电机等的选型并分配了I/O点,。
3.       完成了电机自动运行及监控系统的软件设计,包括:电梯轿厢上下行电机控制,电梯门开关控制,楼层显示、电梯轿厢上下行电机优先响应及组态软件的设计等。
4.        在实验室完成了对该系统的调试,电梯自动运行及控制上位机组态王监控系统图如图2所示。
图2 电梯自动运行及控制上位机组态王监控系统图
[1]  史振民.直通式环保型地热水产养殖水调温装置[P].CN200420016528.X, 2005.10.5.
 
 
 
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