電梯控制系統(tǒng)設(shè)計.doc

東北石油大學(xué)課 程 設(shè) 計課 程 控制系統(tǒng)綜合實驗 題 目 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 院 系 電氣信息工程學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2015年 8 月 7日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 控制系統(tǒng)綜合實驗 題目 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè) 自動化 姓名 李陽 學(xué)號 130601140129 主要內(nèi)容：1、 熟練掌握Realinfo應(yīng)用；2、 掌握組態(tài)軟件的點組態(tài)，硬件組態(tài)，報表設(shè)計格式和歷史數(shù)據(jù)分析等功能；3、 理解控制系統(tǒng)組態(tài)的基本思想。基本要求：（1）根據(jù)實驗室所提供的紫金橋組態(tài)軟件和設(shè)備，設(shè)計并描繪聯(lián)合站控制系統(tǒng)。最后運用Realinfo軟件模擬出聯(lián)合站流程。（2）設(shè)計聯(lián)合站控制系統(tǒng)的原理圖。（3）在整個課程設(shè)計中，要學(xué)會用紫金橋設(shè)計軟件的使用方法與特點。參考資料：1張文明，劉志軍.組態(tài)軟件控制技術(shù)M.北方交通大學(xué)出版社，2006.8.2龔運新，方立有.工業(yè)組態(tài)軟件使用技術(shù)M.清華大學(xué)出版社，2005.3劉志峰，張軍.工控組態(tài)軟件實例教程M.電子工業(yè)出版社，2008.24薛迎成，何堅強(qiáng).工控機(jī)及組態(tài)控制技術(shù)原理與應(yīng)用M.中國電力出版社，2007.25龍志文.工控組態(tài)軟件M.重慶大學(xué)出版社，2005.106張運剛，宋小春.工控組態(tài)技術(shù)與應(yīng)用M.人民郵電出版社，2008.5完成期限 2015.7.272015.8.7 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 2015年 7 月 2 日目 錄第1章 電梯控制系統(tǒng)工藝分析11.1系統(tǒng)工藝流程11.2控制系統(tǒng)組成2第2章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計32.1 電梯控制系統(tǒng)儀表的選擇32.2 電梯控制系統(tǒng)傳感器的選型42.3 電梯控制系統(tǒng)方案分析5第3章 基于紫金橋的電梯控制系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計83.1 控制系統(tǒng)的流程83.2 趨勢界面93.3 儀表界面10第4章 體會與總結(jié)12參考文獻(xiàn)13第1章 電梯控制系統(tǒng)工藝分析1.1系統(tǒng)工藝流程電梯是垂直方向的運輸設(shè)備，是高層建筑中不可缺少的交通運輸設(shè)備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內(nèi)導(dǎo)軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。具體設(shè)計要求為根據(jù)實驗室所提供的紫金橋組態(tài)軟件和設(shè)備，設(shè)計并描繪聯(lián)合站控制系統(tǒng)。最后運用Realinfo軟件模擬出聯(lián)合站流程。采用一只電機(jī)來控制電梯的運動方向。采用傳感器檢測樓層及裝載物的重量，通過語音芯片實現(xiàn)報警。另外還需用到鍵盤及顯示?？偭鞒虉D如圖1-1圖1-1 總流程圖1.2控制系統(tǒng)組成該系統(tǒng)主要由PLC，邏輯控制電路，包括交流異步電動機(jī)，繼電器，接觸器，行程開關(guān)，按鈕，發(fā)光指示器，變頻器組成的一體控制系統(tǒng)。電梯控制系統(tǒng)硬件由轎廂操縱盤、廳門信號、PLC、變頻器、調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由PLC完成的。PLC負(fù)責(zé)處理各種信號的邏輯關(guān)系，從而向變頻器發(fā)出起停信號，同時變頻器也將本身的工作狀態(tài)輸送給PLC，形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系。系統(tǒng)還配置了與電動機(jī)同軸連接旋轉(zhuǎn)編碼器及PG卡，完成速度檢測及反饋，形成速度閉環(huán)和位置閉環(huán)。此外系統(tǒng)還必須配置制動電阻，當(dāng)電梯減速運行時，電動機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓升高。隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯則成了高層樓房的必須設(shè)備。電梯從手柄開關(guān)操縱電梯、按鈕控制電梯發(fā)展到了現(xiàn)在的群控電梯，為高層運輸做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。 單片機(jī)在電梯升降控制上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能。由于單片機(jī)具有邏輯運算，計數(shù)和定時以及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能，在電梯升降過程中，各種邏輯開關(guān)控制與單片機(jī)很好的結(jié)合，很好的實現(xiàn)了對升降的控制。而電梯系統(tǒng)可分為以下幾類：1、轎內(nèi)手柄開關(guān)控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。2、轎內(nèi)按鈕開關(guān)控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。3、轎外按鈕開關(guān)控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。4、轎內(nèi)外按鈕開關(guān)控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。5、信號控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。6、集選控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。7、兩臺并聯(lián)控制的電梯電氣控制系統(tǒng)。8、群控電梯電氣控制系統(tǒng)。電梯的功能分類為：1、載貨電梯的電氣控制系統(tǒng)。2、雜物電梯的電氣控制系統(tǒng)。3、乘客電梯、住宅電梯、病床電梯的電氣控制系統(tǒng)。第2章 電梯控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 電梯控制系統(tǒng)儀表的選擇系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：控制器：采用兩片單片機(jī)AT89C52組成的雙CPU控制系統(tǒng)；電機(jī)：采用一只四相八拍步進(jìn)電機(jī)；電機(jī)驅(qū)動：采用一片GAL16V8和一片L298；樓層檢測：采用一個霍爾傳感器；語音模塊：采用一片ISD2560；鍵盤：采用7279智能顯示驅(qū)動芯片；顯示：采用數(shù)碼管和液晶顯示屏（LCD）結(jié)合顯示；圖2-1 儀表的選擇圖2-2 按鈕的選擇2.2 電梯控制系統(tǒng)傳感器的選型在本設(shè)計中，需要用到傳感器的有兩個部分，即樓層檢測及稱重模塊。傳感器檢測主要有如下幾種方案。（1）樓層檢測部分方案一：采用光電傳感器。在電梯模型的每一平層位置貼上黑膠帶，在電梯橋箱模型上放置光電傳感器，并保證當(dāng)電梯到達(dá)平層位置時光電傳感器能檢測到黑線。其原理方框圖如圖1-2-6所示。光電傳感器檢測進(jìn)來輸出的是一個電壓信號，需要經(jīng)過一個過壓比較器轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號，在送到單片機(jī)。所以其電路相對而言比較復(fù)雜，而且平層誤差較大。 圖2-3 光電傳感器檢測樓層方框圖方案二：采用霍爾傳感器?；魻杺鞲衅鬏敵龅氖且粋€開關(guān)信號，所以它的電路非常簡單，不需要任何外圍器件，可以將其檢測的信號直接送給單片機(jī)。經(jīng)過多次試驗，其平層誤差較小，實現(xiàn)起來比較方便?；谝陨峡紤]，在本設(shè)計中產(chǎn)用方案二。（2）稱重模塊在該模塊中因為要求橋箱模型能夠加載0500g的重物，所以在此選用量程為1kg的稱重傳感器。（3）語音部分方案的選擇與論證方案一：采用蜂鳴器實現(xiàn)語音報警部分。其電路非常簡單，但其發(fā)出的聲音非常單調(diào)，實現(xiàn)起來并不是很理想。方案二：采用語音芯片ISD2560，它具有抗斷電、音質(zhì)好，使用方便，無須專用的開發(fā)系統(tǒng)等優(yōu)點。錄音時間為60 s，能重復(fù)錄放達(dá)10萬次。芯片采用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，省去了A/D、D/A轉(zhuǎn)換器。每個采樣值直接存儲在片內(nèi)單個EEPROM單元中，因此能夠非常真實、自然地再現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)和效果聲，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”，該器件的采樣頻率為8.0KHz。綜上所述，為了能夠更好的再現(xiàn)真實、自然的語音，所以在此選用方案二。圖2-4傳感器選擇2.3 電梯控制系統(tǒng)方案分析方案一：采用FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。具體的電路方框圖如圖2-5所示。由于FPGA將所有器件集成在一塊芯片上，所以外圍電路較少，控制板的體積小，穩(wěn)定性高，擴(kuò)展性能好；而且FPGA采用并行的輸入輸出方式，系統(tǒng)處理速度快，再加上FPGA有方便的開發(fā)環(huán)境和豐富的開發(fā)工具等資源可利用，易于調(diào)試；但是FPGA的成本偏高，而且由于本設(shè)計對輸出處理的速度要求不高，所以FPGA高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)。方案二：采用單片機(jī)AT89C52作為系統(tǒng)的控制器。單片機(jī)算術(shù)運算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程來實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)熟練和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?；谝陨戏治?，采用方案二。其單片機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖如圖2-6所示。 圖2-5 以FPGA為核心的控制系統(tǒng)方框圖 圖 2-6以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)方框圖驅(qū)動電機(jī)的選擇與論證方案一：采用直流電機(jī)作為執(zhí)行元件。直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)整范圍廣；過載能力強(qiáng)，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。直流電機(jī)一般采用H型全橋驅(qū)動電路。用單片機(jī)產(chǎn)生PWM調(diào)速信號控制達(dá)林頓管，使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)。直流電機(jī)工作在開環(huán)狀態(tài)時，電路相對簡單，但其定位性能比較差。直流電機(jī)工作在閉環(huán)狀態(tài)時，其定位性能精確，但是相對于開環(huán)狀態(tài)又要增加很多檢測器件，使用的元件多，電路非常復(fù)雜。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行單元。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。因此，步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)距值，就能立即使步進(jìn)電機(jī)啟動或反轉(zhuǎn)，而且步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)換精度高，驅(qū)動電路簡單，非常適合定位控制系統(tǒng)。基于以上分析，采用步進(jìn)電機(jī)作為系統(tǒng)的傳動裝置。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的選擇與論證步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，即控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角。關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動有以下幾種方案。方案一：采用與步進(jìn)電機(jī)相匹配的成品驅(qū)動裝置。使用該方法實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，其優(yōu)點是工作可靠，節(jié)省制作和調(diào)試的時間，但成本很高。其原理方框圖如圖2-7所示。圖2-7 采用成品驅(qū)動器的原理方框圖方案二：采用互補(bǔ)硅功率達(dá)林頓晶體管TIP142T實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動，采用該方法實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，電路連接比較簡單，工作相對也比較可靠，成本低廉，技術(shù)成熟。此外，為提高電路的抗干擾能力，驅(qū)動電路與單片機(jī)接口可通過光耦元件連接。該方法的原理方框圖如圖2-8所示。其優(yōu)點是直接利用電壓控制，反應(yīng)延遲短，穩(wěn)定性好，由于工作在飽和狀態(tài)，因此效率很高。不足之處是由于使用分立元件，安裝調(diào)試和維護(hù)相對麻煩，控制不當(dāng)時MOS管容易燒毀，且管子參數(shù)不一致，導(dǎo)致驅(qū)動電流的不對稱性，影響了控制精度。2-8采用TIP142T實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的原理方框圖方案三：采用可編程器件GAL16V8和集成電機(jī)驅(qū)動芯片L298。通過可編程器件GAL實現(xiàn)脈沖分配。GAL可采用ABEL語言按照給定的通電換相順序?qū)崿F(xiàn)脈沖分配，并向驅(qū)動電路發(fā)出控制脈沖。該方案的一個顯著特點就是采用軟硬件結(jié)合的方法，大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，只有向GAL發(fā)出兩個控制信號就可實現(xiàn)對電機(jī)的控制。另一個特點就是電路簡單，除了保護(hù)電路之外不需外加任何元件，只需兩片芯片即可。除此之外其驅(qū)動電流比較大。其實現(xiàn)的原理方框圖如圖2-9所示。 圖2-9 采用GAL16V8和L298共同組成的電機(jī)驅(qū)動電路原理方框圖基于以上分析，考慮到要驅(qū)動的電機(jī)瞬時電流較大以及電路的復(fù)雜程度，在此采用方案三實現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動。第3章 基于紫金橋的電梯控制系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)的流程紫金橋軟件仿真在各種領(lǐng)域中都被廣泛使用。在為武器系統(tǒng)研制作戰(zhàn)訓(xùn)練和工業(yè)過程服務(wù)的同時，紫金橋軟件仿真技術(shù)的應(yīng)用正不斷向交通、教育、通訊、社會、經(jīng)濟(jì)、娛樂等多個領(lǐng)域擴(kuò)展。近年來，國內(nèi)研制了能夠表述交通流特征和交通流質(zhì)量的交通紫金橋仿真軟件平臺，可以對交通規(guī)劃、交通控制設(shè)計、交通工程建設(shè)方案等進(jìn)行預(yù)評估。電梯流程圖如圖3-1所示。圖3-1 控制系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)主要功能：通過紫金橋軟件平臺把各個子系統(tǒng)有機(jī)集成，系統(tǒng)主要完成下列功能：管理各子系統(tǒng)：可以在弱電、視頻等系統(tǒng)中無縫切換，各個系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動。如火警信息可以和電梯、空調(diào)、大廈廣播等系統(tǒng)聯(lián)動。流程圖顯示功能：以動畫形式顯示各設(shè)備的運行情況，如空調(diào)機(jī)組、停車場車位、電梯運行狀態(tài)等。根據(jù)用戶要求設(shè)計個性化界面，可以直觀、方便地對大廈內(nèi)各子系統(tǒng)實施監(jiān)視、控制和管理。場景逼真、鼠標(biāo)控制、操作簡單。實時、歷史數(shù)據(jù)管理功能：采集各子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、存儲;對所有的歷史數(shù)據(jù)/實時數(shù)據(jù)可以靈活查詢、統(tǒng)計、輸出及打印，可按設(shè)備、樓層、功能等進(jìn)行分類記錄和存儲，同時也可以按時間區(qū)間、設(shè)備類別、樓層、功能進(jìn)行分類統(tǒng)計和打印。報警管理：紫金橋軟件支持各類報警系統(tǒng)，包括限值報警、偏差報警等，而且支持不同的優(yōu)先級別。報警可以以聲音、動畫、打印、郵件、短信等多種方式警示相關(guān)人員，以便進(jìn)行相應(yīng)的操作。趨勢分析：根據(jù)實時歷史數(shù)據(jù)庫，可以對用電量、空調(diào)機(jī)組運行情況等進(jìn)行分析，以形成最優(yōu)控制方案，達(dá)到節(jié)能目的。3.2 趨勢界面 選擇工程瀏覽器中的數(shù)據(jù)庫，雙擊點組態(tài)進(jìn)行點組態(tài)如圖3-2。圖3-2點組態(tài)畫面電梯控制系統(tǒng)框圖如圖3-3所示圖3-3控制系統(tǒng)框圖電梯拖動與控制系統(tǒng)：電梯的拖動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜的過程。用于電梯的拖動系統(tǒng)主要有：單、雙速交流電動機(jī)拖動系統(tǒng)，交流電動機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)，直流發(fā)電機(jī)一電動機(jī)可控硅勵磁拖動系統(tǒng)，可控硅直接供電拖動系統(tǒng)，VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。1.液壓驅(qū)動式以電機(jī)驅(qū)動，將高壓油灌入油缸，驅(qū)動活動塞以 驅(qū)動橋廂。速度慢，通常用于 20 米以下的建筑物。2. 電機(jī)減速齒輪驅(qū)動式以交、直流電機(jī)經(jīng)減速齒輪及牽引機(jī)牽引鋼索以驅(qū)動橋廂，多用于中低速梯。3. 電機(jī)直接驅(qū)動式又稱 Gearless 型，以較大型多極電機(jī)直接帶動牽引機(jī)，使用于高速梯，電控系統(tǒng)較為復(fù)雜。4. 線性電機(jī)驅(qū)動式以感應(yīng)式或同步式線性電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)置于升降道壁，動部( 相當(dāng)于轉(zhuǎn)部 )置于橋廂外殼，不必使用鋼索，直接驅(qū)動橋廂。不受建物高低限制，但耗電量高，尚在開發(fā)試用階段。5. 無機(jī)房驅(qū)動式將牽引電機(jī)直接裝置于橋廂頂部或底部，牽引環(huán)繞鋼索以驅(qū)動橋廂，使用于小型橋廂，用于個人電梯，可省去傳統(tǒng)型的機(jī)房。3.3 儀表界面表3-1測試所用儀器設(shè)備常用的機(jī)種如下：手柄開關(guān)定向，井道分層轉(zhuǎn)換開關(guān)定向 ，井道永磁開關(guān)與繼電器組成的邏輯電路定向 ，機(jī)械選層器定向，雙穩(wěn)態(tài)磁開關(guān)和電子數(shù)字電路定向，電子脈沖式選層裝置定。電梯的定向，選層線路 ：電梯的方向控制就是根據(jù)電梯轎廂內(nèi)乘客的目的層站指令和各層樓召喚信號與電梯所處層樓位置信號進(jìn)行比較，凡是在電梯位置信號上方的轎廂內(nèi)指令和層站召喚信號，令電梯定上行，反之定下行。方向控制環(huán)節(jié)必須注意以下幾點：轎內(nèi)召喚指令優(yōu)先于各層樓召喚指令而定向。 電梯要保持最遠(yuǎn)層樓乘客召喚信號的方向運行，在司機(jī)操縱時，當(dāng)電梯尚未啟動運行的情況下，應(yīng)讓司機(jī)有強(qiáng)行改變電梯運行方向的可能性，在檢修狀態(tài)下，電梯的方向控制由檢修人員直接持續(xù)(注意點動檢修)撳按轎內(nèi)操縱箱上或轎廂頂上的方向按鈕，電梯才能運行，而當(dāng)松開方向按鈕，電梯即停止。樓層顯示線路：乘客電梯轎廂內(nèi)必定有樓層顯示器，而層站上的樓層顯示器則由電梯生產(chǎn)廠商視情況而定。過去的電梯每層都有顯示，隨著電梯速度的提高，群控調(diào)度系統(tǒng)的完善，很多電梯取消了層站樓層顯示器，或者只保留基站樓層顯示，到達(dá)召喚站時采用聲光預(yù)報板，如電梯將要到達(dá)，報站鐘發(fā)出聲音，方向燈閃動或指示電梯的運行方向，有的采用轎內(nèi)語音報站，提醒乘客。第4章 體會與總結(jié)通過這次課程設(shè)計，讓我更加深刻了解課本知識，和以往對知識的疏忽得以補(bǔ)充，在設(shè)計過程中遇到一些模糊的公式和專業(yè)用語，比如說經(jīng)濟(jì)刮板運輸機(jī)及皮帶運輸?shù)倪x擇，在選擇選擇刮板皮帶運輸選型時,在使用手冊時，有的數(shù)據(jù)很難查出，但是這些問題經(jīng)過這次設(shè)計，都一一得以解決，我相信這本書中還有很多我為搞清楚的問題，但是這次的課程設(shè)計給我相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)知識，為我以后工作打下了嚴(yán)實的基礎(chǔ)。使我的綜合能力有了一個很大的提高。通過為期一周的課程設(shè)計，我深刻體會到了自己知識的匱乏。我深深的感覺到自己知識的不足，自己原來所學(xué)的東西只是一個表面性的，理論性的，而且是理想化的。根本不知道在現(xiàn)實中還存在有很多問題。真正的能將自己的所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實際所用才是最大的收獲，也就是說真正的能夠做到學(xué)為所用才是更主要的。設(shè)計一個很簡單的紫金橋，所要考慮的問題，要比考試的時候考慮的多的多。在設(shè)計過程中培養(yǎng)了我在實踐中研究問題，分析問題和解決問題的能力以及培養(yǎng)了良好的工程素質(zhì)和科學(xué)道德，例如團(tuán)隊精神、交流能力、獨立思考、測試前沿