電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、<p>　　電梯控制系統(tǒng)設計及實現(xiàn)</p><p>　　Design and Realization of Elevator Control System</p><p>　　系 別：自動化工程系</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p>　　專 業(yè)：測控技術與儀器</

2、p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文搭建了以實際的電梯模型為控制對象，基于羅克韋爾公司工業(yè)網絡的電梯控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用三層網絡結構即以太網(Ethernet/IP)、控制網(ControlNet)、設備網(DeviceNet)，以ControlLogix處理器實現(xiàn)多電梯運行優(yōu)化控制算法，采用柔性Flex I/O方便地解決了電梯繁多的硬接

3、線，采用變頻器驅動電梯運行，運用RSView32實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。</p><p>　　本文深入研究了電梯控制系統(tǒng)的算法，利用ControlLogix5550高速、大存儲、數據結構靈活等特點，提出了一種全新的基于數據庫原理的編程方法，實現(xiàn)了更簡便的電梯調度的PLC控制。運用設備網ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)協(xié)議進行網絡優(yōu)化，實現(xiàn)了變頻器故障的自動設備替換(ADR

4、)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。根據電梯的控制要求，通過建立新的數據結構體實現(xiàn)了一個標準化的虛擬電梯，提高了電梯控制算法實現(xiàn)的效率。吸收了工業(yè)監(jiān)控的特點，采用RSView32、ADS、IIS、WebServer等實現(xiàn)了電梯系統(tǒng)不同層次的本地及遠程監(jiān)控。</p><p>　　本文實現(xiàn)部分都經過實際模型運行的檢驗，所得出的結論對電梯控制理論及其實現(xiàn)、電梯在實際工程的應用都有很大的指導意義和參考價值。</p>

5、<p>　　關鍵詞：電梯控制；三層網絡；虛擬電梯；RSView32</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper designed an elevator control system, which take the actual elevator model as control object, base

6、d on Rockwell NetLinx architecture. This system adopts three network architectures --Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet, and has realized the multi-elevators movement optimization control arithmetic by ControlLogix proce

7、ssor, has overcame inconveniences of various hardware connections through utilizing Flex I/O, has driven the elevator to perform by using 160SSC driver, has realized data m</p><p>　　This paper did some deep

8、research into the arithmetic of elevator control system, making use of the advantages of ControlLogix5550, such as high speed, large storage, flexible data construction, brought forward a brand-new programming method gro

9、unding on database principle, thus realized a simpler and more convenient elevator dispatches PLC control. It used ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) agreement to optimize the DeviceNet, has realized the function o

10、f automatic device replace (ADR) wh</p><p>　　All the realized part of the paper has been proved by practical performances, and the conclusions drew from it are of great instructive meaning and referenced val

11、ue to the theory and realization of elevator control, and to the elevator application in practical project.</p><p>　　Keywords：Elevator control; NetLinx; Virtual elevator; RSView32</p><p><b&g

12、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第1章緒 論1</p><p>　　1.1電梯及其控制技術發(fā)展概述1</p><p>　　1.2本文的工作目的及意義2<

13、/p><p>　　第2章整體設計3</p><p>　　2.1設計目標3</p><p>　　2.2多層次的功能設計3</p><p>　　第3章模型搭建5</p><p>　　3.1電梯模型硬件介紹5</p><p>　　3.2控制系統(tǒng)硬件構成6</p>&l

14、t;p>　　3.2.1拓撲結構7</p><p>　　3.2.2實際硬件搭建8</p><p>　　3.2.3安全設計12</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)軟件構成14</p><p>　　3.4本章小結15</p><p>　　第4章調度策略實現(xiàn)16</p><p&

15、gt;　　4.1調度策略實現(xiàn)方式的重要性16</p><p>　　4.2調度設計及編程16</p><p>　　4.2.1PLC的硬件及編程特點17</p><p>　　4.2.2電梯控制常用設計18</p><p>　　4.2.3數據庫模式的編程思想18</p><p>　　4.2.4模塊化的程

16、序設計19</p><p>　　4.2.5單梯控制的實現(xiàn)23</p><p>　　4.3多梯調度24</p><p>　　4.4本章小結25</p><p>　　第5章監(jiān)控及遠程發(fā)布26</p><p>　　5.1RSView32監(jiān)控設計27</p><p>　　5.1.1

17、RSView32功能、特點28</p><p>　　5.1.2RSView32的電梯監(jiān)控設計32</p><p>　　5.2RSView ADS方式39</p><p>　　5.2.1現(xiàn)實需求，特點39</p><p>　　5.2.2實現(xiàn)架構、效果40</p><p>　　5.3RSView We

18、bServer方式42</p><p>　　5.3.1現(xiàn)實需求、特點42</p><p>　　5.3.2實現(xiàn)架構、效果42</p><p>　　5.4其他發(fā)布方式44</p><p>　　5.5數據安全設計46</p><p>　　5.6本章小結47</p><p>　　第

19、6章結論和建議48</p><p>　　6.1結 論48</p><p>　　6.2尚待解決的問題49</p><p>　　6.3對今后的建議49</p><p><b>　　致 謝51</b></p><p><b>　　參考文獻52</b>&l

20、t;/p><p>　　有參考價值的網站53</p><p><b>　　附 錄a</b></p><p><b>　　個人簡歷f</b></p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖 3.1 電梯模型正面外觀尺寸5<

21、;/p><p>　　圖 3.2 電梯模型結構圖5</p><p>　　圖 3.3 系統(tǒng)的網絡結構圖7</p><p>　　圖 3.4 電機運行的S型曲線9</p><p>　　圖 3.5 ADR的功能設置13</p><p>　　圖 3.6 ADR的兩步實現(xiàn)13</p><p>　　圖 3

22、.7系統(tǒng)軟件結構14</p><p>　　圖 4.1 數據庫模式程序示例19</p><p>　　圖 4.2 電梯控制系統(tǒng)模塊結構圖20</p><p>　　圖 4.3 自定義變頻器輸入數據格式22</p><p>　　圖 4.4 電梯輸入信號含義23</p><p>　　圖 4.5 電梯所用標志位功能說明

23、23</p><p>　　圖 5.1 常規(guī)過程控制中軟件硬件配置31</p><p>　　圖 5.2 OPC系統(tǒng)中的軟、硬件配置31</p><p>　　圖 5.3 建立通道33</p><p>　　圖 5.4 建立節(jié)點33</p><p>　　圖 5.5 OPC服務器的建立(在RSLinx中)34</

24、p><p>　　圖 5.6 OPC連接的建立35</p><p>　　圖 5.7 設置數據采集時間間隔35</p><p>　　圖 5.8 標簽庫的建立36</p><p>　　圖 5.9 一般操作員界面37</p><p>　　圖 5.10 安全管理功能條37</p><p>　　圖 5

25、.11 高級管理員界面38</p><p>　　圖 5.12 用戶登陸管理窗口38</p><p>　　圖 5.13 標志及輔助功能塊39</p><p>　　圖 5.14 ADS啟動界面40</p><p>　　圖 5.15 ADS客戶端通訊建立40</p><p>　　圖 5.16 ADS方式的瀏覽器插件

26、41</p><p>　　圖 5.17 通過瀏覽器訪問的監(jiān)控界面43</p><p>　　圖 5.18 WebServer方式監(jiān)控主界面44</p><p>　　圖 5.19 通過撥號到ISP(VPN)46</p><p>　　圖 5.20 直接連接到Internet(VPN)47</p><p><b

27、>　　附表清單</b></p><p>　　表 3.1 設備網設備地址分配10</p><p>　　表 3.2 電梯端子排對照表11</p><p>　　表 4.1 數碼管與電梯位置對照表21</p><p>　　表 5.1 國內知名的監(jiān)控組態(tài)軟件26</p><p>　　表 5.2 國際上知

28、名的監(jiān)控組態(tài)軟件27</p><p>　　縮寫詞及名詞術語注釋表</p><p><b>　　縮寫詞：</b></p><p>　　A-B：Allen-Bradley</p><p>　　ADR：Automatic Device Replace</p><p>　　AAR：Auto-Addres

29、s Recovery</p><p>　　CR：Configuration Recovery</p><p>　　MAC：Machine Aided Cognition</p><p>　　ODVA：Open DeviceNet Vendor Association</p><p>　　EGCS：Elevator Group Control

30、System</p><p>　　DCOM：Distributed Component Object Model</p><p>　　IIS：Internet Information Server</p><p>　　OPC：OLE for Process Control</p><p><b>　　名詞術語注釋表：</b&g

31、t;</p><p>　　調度策略：一種算法，根據采集到的電梯信息，按一定的規(guī)則進行分析計算后向電梯發(fā)出控制信號，指揮電梯協(xié)調運行</p><p>　　虛擬電梯：將電梯的功能提取出來，虛擬的、抽象的電梯模型</p><p>　　DeviceNet Scaner：網絡設備掃描器，是網絡設備的管理者</p><p>　　信息層網絡：Etherne

32、t(以太網)、工業(yè)標準的10/100 MB/1G Ethernet網絡</p><p>　　控制層網絡：DH-485，Data Highway Plus(DH+)和ControlNet</p><p>　　設備層網絡：Device Net(設備網)和Universal Remote I/O</p><p><b>　　緒 論</b></

33、p><p>　　電梯有廣義和狹義兩個概念：</p><p>　　廣義的電梯是垂直運行的電梯、傾斜方向運行的自動扶梯、傾斜或水平方向運行的自動人行道的總稱。</p><p>　　狹義的電梯是指服務于規(guī)定樓層的固定式升降設備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15度的剛性導軌之間。轎廂尺寸與結構型式便于乘客出入或裝貨物。</p><p>

34、;　　本文主要討論狹義電梯。</p><p>　　電梯及其控制技術發(fā)展概述</p><p>　　很久之前，人們就使用一些原始的升降工具運送人和貨物。公元前1100年前后，我國古人發(fā)明了轆轤，它采用卷筒的回轉運動完成升降動作，因而增加了提升物品的高度。公元前236年，希臘數學家Archimedes設計制作了由絞車和滑輪組構成的起重裝置。這些升降工具的驅動力一般是人力或畜力。19世紀初，在歐美

35、開始用蒸汽機作為升降工具的動力。1845年，威廉?湯姆遜研制出1臺液壓驅動的升降機，其液壓驅動的介質是水。盡管升降工具被一代代富有革新精神的工程師們進行不斷改進，然而被工業(yè)界普遍認可的升降機仍未出現(xiàn)，直到1852年世界第1臺安全升降機誕生。</p><p>　　1889年，升降機開始采用電力驅動，真正出現(xiàn)了電梯。</p><p>　　有了電梯，摩天大樓才得以崛起，現(xiàn)代城市才得以長高。據估計

36、，截至2002年，全球在用電梯約635萬臺，其中垂直電梯約610萬臺。電梯已成為人類現(xiàn)代生活中廣泛使用的人員運輸工具。人們對電梯安全性、高效性、舒適性的不斷追求推動了電梯技術的進步。</p><p>　　電梯在驅動控制技術方面的發(fā)展經歷了直流電機驅動控制，交流單速電機驅動控制，交流雙速電機驅動控制，直流有無齒輪、無齒輪調速驅動控制，交流調壓調速驅動控制，交流變壓變頻調速驅動控制，交流永磁同步電機變頻調速驅動控制等

37、階段。</p><p>　　電梯在操縱控制方式方面的發(fā)展經歷了手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制等過程，對于多臺電梯出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控等更高層次的控制。</p><p>　　電梯的其他方面也出現(xiàn)了一些更高的要求，如為了使電梯的維護的工作能更高效，科學，添加一個監(jiān)控中心已經成為必須了。</p><p>　　本文的工作目的及意義</p>&l

38、t;p>　　畢業(yè)設計主要做了以下工作：</p><p>　　對電梯及電梯控制進行了系統(tǒng)的學習，包括電梯的主要應用，實際的需求，實踐的反饋，包括親身體驗與一些私人的調查，對電梯文化的簡單了解。在此基礎上搭建了以實際的電梯模型為控制對象，基于羅克韋爾公司工業(yè)網絡的電梯控制系統(tǒng)。</p><p>　　應用羅克韋爾自動化公司的可編程控制器ControlLogix5550及其CAN總線控制技術

39、的三層網(Ethernet、ControlNet、DeviceNet)技術實現(xiàn)網絡化控制。</p><p>　　深入研究了電梯控制系統(tǒng)的算法，利用ControlLogix5550高速、大存儲、數據結構靈活等特點，提出了一種全新的基于數據庫原理的編程方法，實現(xiàn)了更簡便的電梯調度的PLC控制</p><p>　　根據電梯的控制要求，通過建立新的數據結構體實現(xiàn)了一個標準化的虛擬電梯，對可編程控制

40、器及組態(tài)軟件進行程序編制，通過這個虛擬電梯實現(xiàn)對電梯模型的控制，提高了電梯控制算法實現(xiàn)的效率。</p><p>　　采用軟件RSView32、RSView ADS、WebServer和Windows IIS等，實現(xiàn)電梯系統(tǒng)不同層次的本地及遠程監(jiān)控。</p><p>　　本文的主要目的及意義：</p><p>　　以電梯模型的邏輯控制為實例，對ControlLogix

41、系統(tǒng)的網絡組態(tài)、系統(tǒng)配置和基于數據標簽的梯形圖編程進行一次嘗試，為今后的更好地開發(fā)ControlLogix系統(tǒng)的工程應用積累經驗。</p><p>　　以一種全新的編程思想進行PLC的梯形圖編程，對于將來高性能的PLC的編程具有開拓性的意義。</p><p>　　對于電梯控制實現(xiàn)的研究也給后續(xù)的研究開辟了一個全新的方式，為更簡捷完善的電梯群控的實現(xiàn)打下了堅實的基礎，對電梯控制理論及其實現(xiàn)、

42、電梯在實際工程的應用都有很大的指導意義和參考價值。</p><p>　　對于不同層次的本地及遠程監(jiān)控設計的探索與實踐，也為開拓更廣闊的控制領域做了很多工作，使得對設備的控制拓展到原來不敢想象的領域。</p><p><b>　　整體設計</b></p><p>　　在整體上對電梯的控制進行提煉和規(guī)劃，將一些控制要求提取出來，站在一個全局的高度對

43、電梯系統(tǒng)的架構進行設計，主要為了方便下面的工作，使接下來的工作有計劃地展開。</p><p><b>　　設計目標</b></p><p>　　設計目標：用一種全新的編程思想設計一個安全可靠具有相當實用性的典型電梯控制(群控)系統(tǒng)，使之具有正常電梯系統(tǒng)所具有的絕大部分功能并能有所突破。</p><p>　　設計思想：運用全局設計觀念來進行整個系

44、統(tǒng)的設計實現(xiàn)，全面地考慮實際使用時的需要，不滿足于實現(xiàn)基本功能，而是致力于實現(xiàn)一個完整的電梯控制系統(tǒng)。</p><p>　　在此基礎上將更多的精力投入到以下幾點的實現(xiàn)：</p><p>　　著重對編程方式進行了突破，首度采用數據庫結構的方式來實現(xiàn)電梯的調度策略</p><p>　　實現(xiàn)了ADR(Automatic Device Replace)功能，使設備的連續(xù)安全

45、運行的能力和快速硬件修復能力全面提升。</p><p>　　建立了一個虛擬電梯的概念，將電梯控制提高的一個更抽象的高度。</p><p>　　將遠程監(jiān)控及客戶服務支持的功能進一步完善，實現(xiàn)了有安全級別的受控制的訪問。</p><p><b>　　多層次的功能設計</b></p><p>　　注重功能的層次化，全力設計一個

46、模塊化的，深入融合電腦程序設計思想的，結構清晰、合理，功能緊湊的電梯控制程序。并為功能更強大的群控的實現(xiàn)打下堅實的基礎。</p><p>　　將各個電梯采用一種統(tǒng)一的格式，類似于建立一個虛擬的、抽象的電梯模型，(通過建立新的結構體實現(xiàn)具有電梯功能的但沒有實際物理連接的虛擬模型)，將電梯控制提高的一個更抽象的高度，對于今后不同網絡架構的相同設備的控制設計具有很好的參考意義。</p><p>

47、　　用一小塊指令實現(xiàn)虛擬模型到實際模型的轉換，即實現(xiàn)通過不同的轉換程序，將標準的虛擬電梯模型的控制指令轉化為實際電梯的動作。</p><p>　　用循環(huán)嵌套指令來實現(xiàn)四個單梯的控制，在程序中循環(huán)嵌套實現(xiàn)功能的完善――如主程序套“單”梯控制程序，“單”梯控制程序嵌套各個功能模塊。</p><p>　　進一步完善群控，通過完善請求分配來提高調度的效率，提高垂直交通運輸能力。</p>

48、<p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　功能合理：參考實際電梯的工作需求分析、程序可行性的分析</p><p>　　程序簡單：思路清晰，可讀性好</p><p>　　擴展性好：包括樓層的擴展性、程序的擴展性，與其他程序的接口簡單，便于互相調用，互相兼容</p><p>　　穩(wěn)定、不易出錯

49、：體現(xiàn)模塊化設計的內聚性、意外數據出錯后自動調整，沒有累積效應</p><p>　　明確的功能劃分：各個模塊應該功能明確，內聚性強，耦合性小，對外接口簡單、統(tǒng)一，對上層程序而言底層是“透明”的，從而讓上層的程序編寫方便、直觀、有效。</p><p>　　“再生性”好：可移植性好能夠方便、快捷地進行再設計，能夠迅速地進行類似系統(tǒng)的設計。</p><p><b&g

50、t;　　模型搭建</b></p><p><b>　　電梯模型硬件介紹</b></p><p>　　設計中使用的模型電梯為在沈陽北方電梯廠專門定做，共四臺。模型電梯在基本遵照實際電梯設計，基本可以反映真實的電梯的控制過程。</p><p>　　模型電梯的機械結構圖</p><p>　　圖 3.1 電梯模型正面

51、外觀尺寸</p><p>　　圖 3.2 電梯模型結構圖</p><p>　　模型電梯的主要數據如下：</p><p>　　樓層數：10層(各帶摟層上下呼梯信號燈)</p><p><b>　　提升高度：2m</b></p><p><b>　　線速度：5cm/s</b>&l

52、t;/p><p>　　噪聲：不大于55dB</p><p>　　曳引式升降。交流電機拖動，機械齒輪傳動。</p><p>　　直流電動開門機、中分式轎門(開關速度快，客梯常用)</p><p>　　電梯的主要零部件如下：</p><p><b>　　曳引機</b></p><p&g

53、t;　　型號：D-DF電機功率：0.55kw曳引輪直徑：60mm</p><p><b>　　產地：德國</b></p><p>　　額定轉速：16r/min；</p><p><b>　　轎廂</b></p><p>　　外型尺寸：200x250x200(深×寬×高)<

54、/p><p><b>　　重量：7kg</b></p><p><b>　　開門機構：</b></p><p>　　電機型號：PB-35GM</p><p><b>　　電壓：12VDC</b></p><p><b>　　產地：日本</b&

55、gt;</p><p>　　開門寬度：130mm</p><p><b>　　對重：6.5kg</b></p><p>　　接近開關：PK80461Honeywell</p><p>　　磁雙穩(wěn)態(tài)開關：KCB—1瑞士</p><p>　　電梯位置指示器：24VDC七段代碼管×

56、2</p><p><b>　　上下行信號燈</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)硬件構成</b></p><p>　　為了體現(xiàn)控制的典型性，在系統(tǒng)設計的時候特意將四個電梯模型分別連接到四種不同的網絡類型上，通過四種不同的網絡介質、不同的途徑，以一種最復雜的情況來搭建我們的控制平臺，使本電梯系統(tǒng)的設計具有典型性與復

57、雜性，也給電梯調度系統(tǒng)的設計增加了難度。</p><p><b>　　拓撲結構</b></p><p>　　電梯的控制從性質上可以分為兩個方面：</p><p><b>　　傳動系統(tǒng)的控制</b></p><p>　　它是以速度給定曲線為依據，針對牽引機的不同調速方式構成開環(huán)或閉環(huán)的速度控制系統(tǒng)，從

58、而實現(xiàn)電梯運動狀態(tài)的控制。――主要執(zhí)行機構是變頻器。</p><p><b>　　邏輯系統(tǒng)的控制</b></p><p>　　電梯控制系統(tǒng)實時地接受來自廳站、轎廂、井道、機房等不同位置、不同性質的外部信號，將它們按一定的邏輯關系進行綜合處理，并利用其處理結果驅動顯示系統(tǒng)、控制傳動控制系統(tǒng)中各個執(zhí)行機構控制電梯的運行。</p><p>　　圖 3

59、.3 系統(tǒng)的網絡結構圖</p><p>　　邏輯控制系統(tǒng)的硬件主要采用了Rockwell公司的三層網絡體系，PLC選用了基于ControlLogix平臺的Logix5550處理器，該處理器具有強大的運算處理能力和強大的網絡連接能力。</p><p>　　Rockwell的三層網絡劃分：</p><p>　　信息層網絡:Ethernet(以太網) 工業(yè)標準的10/10

60、0 MB/1G Ethernet網絡</p><p>　　特點：傳輸數據速度快，數據量大</p><p>　　控制層網絡:DH-485，Data Highway Plus(DH+)和ControlNet</p><p>　　特點：確定性 – 可以確定數據被傳送的時間</p><p>　　重復性 – 按固定的時間周期性地傳送數據</p

61、><p>　　設備層網絡:DeviceNet(設備網)和Universal Remote I/O</p><p>　　特點：開放技術、網絡規(guī)范由ODVA管理</p><p>　　在單一網絡上完成信號和供電</p><p>　　網絡帶電情況下，可以完成設備的撤消，加入和更換</p><p>　　由于該人機界面建立在工業(yè)以太

62、網上，因此系統(tǒng)具有傳輸數據速度快，數據量大的優(yōu)點，而且工業(yè)以太網使用了控制和信息協(xié)議(Control and Information Protocol簡稱CIP)，因此系統(tǒng)的實時性又得到了提高；EGCS(Elevator Group Control System) [5]的控制部分由ControlLogix系統(tǒng)來實現(xiàn)，它主要控制電梯的運行，包括：電梯的上行和下行、轎箱的開關門等，同時通過三個不同的網絡模塊可以分別采集來自以太網、控制網以

63、及設備網上的I/O模塊的數據作為ControlLogix處理器的輸入量和狀態(tài)量。三層網絡都采用了全新的網絡模式：生產者/消費者(Producer/Consumer)的模式，在該通訊模式下，不同的消費者(信息接收者)可以有選擇的接受來自生產者(信息產生者)的信息，這樣系統(tǒng)的網絡通訊量可以顯著減少，網絡效率大大提高；EGCS的數據采集/發(fā)送部分由Flex I/O來實現(xiàn)，它一方面將采集到的電梯模擬量信號轉換成數字量信號，經過相應的適配器傳送到

64、相應的網絡上后，最終送到處理器，另一方面將處理器發(fā)送的數字量信息，通過網絡傳送給相應的Fle</p><p><b>　　實際硬件搭建</b></p><p>　　PLC是一種采用集成電路和大規(guī)模集成電路等電子技術，專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)專用微機。它比繼電器控制更可靠、功能更齊全、響音速度更快、使用和操作也更靈活方便。由于PLC采用面向問題、面向用戶的指令

65、語言來完成工業(yè)現(xiàn)場的邏輯運算、順序控制、定時計數、數據運算和模擬控制；由于PLC可靠性高、抗干擾能力強、擴展方便所以它與數控技術、工業(yè)機器人被認為是機械工業(yè)自動化的三大支柱。</p><p>　　PLC是一種順序控制器，它的程序是由前到后一步一步執(zhí)行，每執(zhí)行完一遍為一個掃描周期，然后從頭開始循環(huán)執(zhí)行。</p><p><b>　　電梯工作特點：</b></p&g

66、t;<p>　　電梯為位能性負載；要求電機在四象限運行；要求啟動頻繁，要求各種負載下啟動、換速、換向平穩(wěn)無沖擊(舒適感好)，平層精度高(定位準確)；要求低速力矩大。</p><p>　　實踐證明變頻調速應用在電梯調速上能體現(xiàn)出良好的調速性能和穩(wěn)定性，變頻調速電梯越來越受到青睞，本控制系統(tǒng)就采用了先進的變頻調速控制系統(tǒng)。</p><p>　　近年來，電梯調速系統(tǒng)很多采用變頻調速

67、控制，而電梯屬位能負載，并且要求頻繁起停。隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動機在四象限內運行。更重要的是要滿足乘客的舒適感和保證平層的精度。因此變頻器的選擇對電梯的運行起著至關重要的作用。</p><p>　　傳動系統(tǒng)選用A-B(Allen-Bradley實時控制和系統(tǒng)鏈接方案)公司的160SSC變頻器實現(xiàn)。</p><p>　　160SSC變頻器特點：</p>&

68、lt;p>　　提供4種控制方式；提供高激活轉矩(0.5Hz180%以上高激活轉矩實現(xiàn)0.0Hz130%以上制動轉矩實現(xiàn))，能在低速下實現(xiàn)平穩(wěn)啟動；速度控制精度高；采用32位RISC芯片，反應快；提供PG03和PG04接口，能檢測外部脈沖反饋或接收脈沖作為主頻率給定；能預設兩組電機參數；提供多種保護。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作過程：</b></p><p&

69、gt;　　變頻器驅動曳引機從啟動、中速運行、減速爬行、到停車的一個過程為電梯的一個完整的運行過程。</p><p>　　圖 3.4 電機運行的S型曲線</p><p>　　160SSC參數設置：</p><p>　　設P30-[啟動時間]為2.5秒，根據電梯實際運行需要，滿足人體舒適性需要</p><p>　　設P31-[停止時間]為2.5秒

70、，根據電梯實際運行需要，滿足人體舒適性需要</p><p>　　設P32-[最小頻率]為0</p><p>　　設P33-[最大頻率]為50HZ，電梯曳引機額定頻率為50HZ，電機運行的最小/最大頻率為0-50Hz</p><p>　　設P34-[停止模式]為Ramp to stop，S曲線斜坡停止</p><p>　　設P35-[正常頻率]

71、為50HZ，電梯曳引機額定頻率為50HZ，即電機的銘盤頻率</p><p>　　設P46-[輸入模式]為2，即編程鍵盤模塊或通訊模塊控制模式</p><p>　　設P53-[S曲線]為50%，電機S曲線斜坡按照50%的S曲線加減速</p><p>　　設P56-[Reset模式]為2，使新P46-[輸入模式]參數值有效</p><p>　　設

72、P58-[內部頻率]為50，即電機穩(wěn)態(tài)運行時的頻率為50Hz</p><p>　　設P59-[通訊模式]為網絡控制，表示電機運行的頻率通過網絡設定</p><p>　　設P107-[輸入集]為21</p><p>　　設P108-[輸出集]為71</p><p>　　輸入、輸出格式取決于系統(tǒng)的設定，在本系統(tǒng)中將ControlLogix5550

73、的輸入、輸出集合分別設置為21和71。而具體的區(qū)別可以參考參考文獻[6] Bulletin 160 DeviceNet[M]。</p><p>　　The choice of which Input and Output Assembly to use should be based on what sort of information is appropriate in a particular system

74、. See Appendix B for a description of the various Input and Output assemblies. In the example system, we will use Iutput Assembly 21 and Onput Assembly 71[6].</p><p>　　表 3.1 設備網設備地址分配</p><p><

75、;b>　　試車運行：</b></p><p>　　為防試車時沖頂或蹲底，手動將轎廂升到中間位置，然后從慢車開始調試，根據調試情況調整S參數、加減速時間、多段運行頻率，力求達到舒適感好、平層精度高。</p><p>　　表 3.2 電梯端子排對照表</p><p><b>　　安全設計</b></p><p&

76、gt;　　硬件故障處理實現(xiàn)(ADR部分)</p><p><b>　　重要概念：</b></p><p>　　Automatic Device Replace (ADR)：自動設備替換</p><p>　　electronic key(vendor,product code, product type)：設備電子識別碼(廠家、產品代碼、產品類型

77、)</p><p>　　Auto-Address Recovery(AAR)：自動地址設置(恢復)</p><p>　　Configuration Recovery(CR)：自動構造(配置)恢復</p><p>　　Electronic Data Sheet(EDS)：電子數據表格</p><p>　　[Switches MAC ID]：非易

78、失性機器輔助識別碼This read only parameter reflects the state of the Node Address DIP switches</p><p>　　Machine Aided Cognition(MAC)：機器輔助識別</p><p><b>　　主要條件：</b></p><p>　　網絡上最好只有

79、一個主掃描設備(如果有多個，則只能有一個設置ADR功能，其他偵聽)</p><p>　　主掃描設備支持ADR</p><p>　　主掃描設備存儲容量足夠(所有設備設置都保存在主掃描設備)</p><p>　　更換設備的電子識別碼完全吻合</p><p>　　設備支持軟件設置節(jié)點號</p><p><b>　　

80、設備支持網絡設置</b></p><p>　　設備在主掃描設備清單內</p><p><b>　　設備支持ADR</b></p><p>　　每次只能有一個同種設備故障(同時出現(xiàn)多個故障就難以處理――相同設備的電子識別號是一樣的)</p><p>　　新?lián)Q入的設備必須是節(jié)點號為63(設備出廠設置默認為63)。

81、</p><p>　　硬件故障處理一直是設計過程中的難點問題，怎么才能夠迅速有效地提高實際系統(tǒng)的安全性，這是一個一直困擾無數工程技術人員的問題，隨著自動化程度的提高，實際應用中迫切需要解決這個問題，ADR就是應這個實際需求而產生的。</p><p>　　在ODVA協(xié)議里對設備故障的處理被設計為ADR的方式，通過Scanner的工作來處理設備故障。</p><p>　

82、　ADR的工作過程是這樣的，如果設備出現(xiàn)故障，則Scanner的AAR功能自動將硬件的節(jié)點地址改為與故障設備相同，再由Scanner的CR功能自動恢復故障設備的原結構到新?lián)Q入的設備，使系統(tǒng)迅速恢復工作，減少應停止生產而造成的經濟損失。</p><p><b>　　設置過程：</b></p><p>　　首先將160SSC的DN2的撥碼開關7、8位都設置為1――波特率和

83、節(jié)點地址都就由網絡設定。</p><p>　　從ScanList剔除無關設備。</p><p>　　設定ADR啟動方式為(CR&AAR)。</p><p>　　切斷節(jié)點地址為24的160SSC的電源――模擬設備故障。</p><p>　　將事先準備好的將節(jié)點地址軟件改為63號的160SSC換上，Scanner自動找到新的160SSC并

84、自動改節(jié)點地址為24。</p><p>　　圖 3.5 ADR的功能設置</p><p>　　同時CR功能直接將原有參數設置都導回到新的設備，大約五秒鐘后，系統(tǒng)恢復正常，原有工作可以繼續(xù)運行。</p><p>　　采用1784-PCIDS作為Scanner實現(xiàn)ADR功能的實驗，同時對故障恢復時間進行計時，從將節(jié)點地址改為63到恢復正常(僅從DN2的狀態(tài)指示燈判斷)共

85、用了4秒，DNB上甚至沒有出現(xiàn)通訊中斷的跡象，加上自動構造恢復及其他時間可以控制在十秒以內，這個足夠滿足大多數實際使用的需要了。</p><p>　　實際應用的時中，重要的設備應該可以事先安裝一個作為備份，設置節(jié)點地址為63，開機待命。針對于整個設備網中只有一個這樣的設備或者為重要的設備單獨安裝一個備份設備(預先設定節(jié)點地址63，開機但不加入Scanlist中)，并單獨構建一個設備網。</p>&l

86、t;p>　　這對于現(xiàn)實安全功能的設定具有十分重要的作用，可以運用于實際的工程之中，這對于提高系統(tǒng)的安全級別具有突破瓶頸的作用。</p><p>　　圖 3.6 ADR的兩步實現(xiàn)</p><p><b>　　控制系統(tǒng)軟件構成</b></p><p>　　圖 3.7系統(tǒng)軟件結構</p><p>　　RSLinx是A-B

87、可編程控制器在Windows環(huán)境下建立工廠所有通信方案的工具，是一款優(yōu)秀的通訊組態(tài)軟件，在整個網絡中占有非常重要的地位。它為A-B的可編程控制器與各種Rockwell Software及A-B應用軟件，如RSLogix5/500、RSView32、RSBatch、PLC-5等軟件之間建立起通信聯(lián)系。RSLinx的Advance DDE接口支持處理器與MMI(人機界面)和組件軟件間進行通信，也可與DDE兼容軟件，如Microsoft Ex

88、cel、Access及其它用戶定制的DDE應用軟件通信。它的C應用程序接口(API)支持用戶使用RSLinx CSDK開發(fā)的應用軟件。作為開發(fā)出真32位應用程序，RSLinx充分利用了Windows操作系統(tǒng)的多處理性能。通過各種通信接口，Reline可以同時為所支持的應用程序組合運行服務。</p><p>　　本系統(tǒng)采用RSLinx提供的OPC Server（OLE for Process Control），來與

89、PLC建立連接，在該軟件中建立一個OPC對話，將該對話路徑指向已經找到的ControlLogix5550，選擇數據刷新時間，然后將RSLinx作為服務啟動，這樣系統(tǒng)啟動后，RSLinx便自動啟動。</p><p>　　RSNetWorx for DeviceNet是基于32位的Windows應用程序，它能夠給用戶提供設備網組態(tài)。使用圖形或電子數據表格，用戶可以組態(tài)設備網上所有的設備。</p><

90、;p><b>　　附：OPC簡介</b></p><p>　　OPC是以OLE/COM和DCOM(Distributed Component Object Model)機制作為應用程序的通信標準。OLE/COM是一種客戶服務器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成等優(yōu)點。OPC規(guī)范了接口函數，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性。OPC是

91、一種設備服務器的標準接口，他能被連接到I/O裝置、PLC、現(xiàn)場總線等，該技術能提供一種即插即用的硬、軟件組件，用戶很容易將他們集成為完整的自動化系統(tǒng)。再者，利用OPC技術開發(fā)標準的OPC服務器來代替過去專用的I/O設備驅動器軟件，并將各種應用設計成客戶，這樣在OPC客戶和OPC服務器之間就可進行通信和互操作，OPC硬件和軟件制造商就能夠在互聯(lián)問題上花費很少的時間，而將大量的精力放在應用問題上，從而減少大量的勞動。</p>

92、<p>　　OPC可以充當現(xiàn)場設備、數據傳輸和向上層的應用程序的接口。當作為下層現(xiàn)場設備的標準接口時他代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“I/O驅動器”來完成與現(xiàn)場設備的通信。當作為數據傳輸服務器時，實際上是一個I/O驅動器。當OPC服務器向上層應用程序提供標準接口時，使上層的應用程序能夠取到OPC服務器中的數據，從而向上實現(xiàn)互聯(lián)。OPC提供了訪問工業(yè)控制中的站端數據的一種通用方式。按此標準設計調度自動化系統(tǒng)，可使不同廠家的產品實現(xiàn)通用化，使系統(tǒng)能夠

93、實現(xiàn)即插即用和無縫連接。</p><p><b>　　本章小結</b></p><p>　　本章主要對模型的設計及實現(xiàn)做了一下簡要的介紹，對于整個系統(tǒng)的架構問題做了闡述，分別說明了硬件網絡體系的架構和軟件層次結構，這是整個實驗的基礎平臺，本文所有的內容都是建立在以上模型的基礎之上的。</p><p><b>　　調度策略實現(xiàn)</

94、b></p><p>　　調度策略是電梯控制中最重要的一項內容，是整個電梯控制的靈魂所在，也是眾多專家所關注研究的對象之一，提出了很多不同的理論，對于電梯的發(fā)展產生了深遠的意義。</p><p>　　但不知出于何種原因，眾多研究都集中在調度策略的設計上，而對于具體的實現(xiàn)問題(特別使在PLC中的實現(xiàn)問題)都沒有詳細的研究探索，使得調度策略是實現(xiàn)大大滯后于理論的發(fā)展。使得理論的研究缺少實

95、踐的檢驗，也阻礙了理論的繼續(xù)發(fā)展。</p><p>　　本章主要針對調度策略的實現(xiàn)方式進行一些嘗試，同時程序的良好的兼容性也是程序的特點之一。</p><p>　　調度策略實現(xiàn)方式的重要性</p><p>　　調度策略在很大程度上決定電梯的運行效率、客戶滿意程度、機械磨損、能量損耗等電梯的主要參數，而其中調度策略的實現(xiàn)又是其中的瓶頸。本章針對這一情況，著重研究了調度

96、策略在PLC上的實現(xiàn)方式與手段的問題。以一種全新的方式進行PLC的編程，使PLC對電梯調度及其他一些高級功能的支持達到一個全新的高度。并且使復雜的編程更為簡單和容易理解、并更少產生錯誤。</p><p>　　電梯調度策略可以分為：</p><p><b>　　基于專家系統(tǒng)</b></p><p><b>　　基于模糊邏輯</b&

97、gt;</p><p><b>　　基于計算機圖像監(jiān)控</b></p><p><b>　　基于神經網絡控制</b></p><p><b>　　基于遺傳基因法則</b></p><p><b>　　……</b></p><p>&

98、lt;b>　　調度設計及編程</b></p><p>　　最新的PLC都具有強大的功能，主要體現(xiàn)為超高速，大容量，超大型，編程語言高級化(已經有部分選用BASIC實現(xiàn))，網絡化，軟PLC等趨勢。這些都符合了數據庫方式的運用條件。</p><p>　　基于以上原因，本文選擇了在PLC部分實現(xiàn)整個電梯的控制，包括調度策略與算法，這對于電梯控制來講是具有實際應用價值的一種設計。

99、</p><p>　　PLC的硬件及編程特點</p><p><b>　　PLC的產生：</b></p><p>　　最初的PLC是為了用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能，由此日本稱它為順序控制器(Sequence Controller)?？刂破饔布菢藴实?、通用的，因而不需要每次另行設計；根據實際應用對象，將控制內容做成

100、軟件寫入控制器的程序存儲器內；控制器和被控對象連接方便。</p><p>　　PLC硬件的基本構成：</p><p>　　中央處理器(Central Processor Unit簡稱CPU)：</p><p>　　它是可編程序控制器的心臟部分。CPU由微處理器(Microproce-ssor)存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數據、變量的數據儲器構成。</p&

101、gt;<p>　　電源(Power Supply)：</p><p>　　給中央處理器和其他設備提供必需的工作電源。</p><p>　　輸入組件(Inputs)：</p><p>　　輸入組件的功能是將操作開關和現(xiàn)場信號送給中央處理器。現(xiàn)場信號可能是開關量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。</p><p>　　輸出組件

102、(Outputs)：</p><p>　　輸出組件接收CPU的控制信號，并把它轉換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機構所能接收的信號后，傳送控制命令給現(xiàn)場設備的執(zhí)行器。</p><p><b>　　PLC的編程特點：</b></p><p>　　PLC通常不采用微機的編程語言，而是采用面向控制過程、面向問題的自然語言編程。國際電氣技術聯(lián)合會IEC于199

103、3年制定了PLC編程語言的國際標準(IEC1131-3)。該標準規(guī)定了5種編程語言，其中3種圖形化語言，2種文體化語言。圖形化語言有梯形圖(Ladder Diagram-LD)，順序功能圖(Sequential Function Chart-SFC)，功能塊圖(Function Block Diagram-FBD)。文本化語言有指令表(Instruction List-IL)和結構文本(Structures Text-ST)。這5種語言

104、夠成了PLC的官方語言，而其中的梯形圖和功能塊圖由于可操作性好，得到了大家的肯定，發(fā)展較快。</p><p>　　羅克韋爾自動化公司推出PLC5系列處理器的時候，相應推出了與之配套的RSLogix5軟件。推出SLC500系列處理器的同時，相應的開發(fā)了RSLogix500。</p><p>　　RSLogix5000軟件是ControlLogix5550系列處理器專用的編程開發(fā)環(huán)境。利用RS

105、Logix5000編程軟件可以組態(tài)ControlLogix系統(tǒng)的I/O和通訊模塊，以及對ControlLogix5550處理器編程，包括對運動控制編程。</p><p>　　RSLogix5000繼承了RSLogix500及RSLogix5系列編程軟件的特點，用工程(Project)來管理每個工作項目，所有的梯形圖、數據標簽等都要一起存放在以工程名命名的文件里。</p><p>　　與RS

106、Logix系列其他編程軟件相比，ControlLogix5000最大的不同在于它全新的數據組織形式——Tag(數據標簽)，這與RSLogix500及RSLogix5系列軟件的用來組織數據的N、B、T型等文件有著內在聯(lián)系，但又有了重大的改進。Tag的使用不僅可以使編程人員隨意使用能反映自己編程思想的數據名稱，還為模擬量的傳輸帶來了很多方便，因為它能通過直接向模擬量型Tag寫數據來避免以前PLC、SLC編程中為處理模擬量的傳輸而使用的塊傳送

107、指令。</p><p>　　在Logix5000出現(xiàn)之前，Tag的用法還在羅克韋爾的人機交互組態(tài)軟件——RSView32中出現(xiàn)過。在Logix5000中直接使用數據標簽Tag可以省略PLC、SLC的N、B、T等類型數據文件向Tag的轉化過程。使編程軟件與人機交互軟件結合更緊密，實現(xiàn)更迅速，使用更方便。</p><p><b>　　電梯控制常用設計</b></p&

108、gt;<p>　　傳統(tǒng)的電梯都是采用繼電器控制的方式，也常被稱為經典控制方式。但繼電器控制有許多缺陷，如因為要依靠機械裝置動作而使電梯控制系統(tǒng)的可靠性較差，并且存在接線復雜，故障率高，檢修維護困難等問題。</p><p>　　由于繼電器控制的局限性，可編程控制器被廣泛的應用于電梯控制中?？删幊绦蚩刂破鲬糜陔娞菘刂浦信c傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)勢。由于可編程序控制器是采用程序控制，可以有效避免

109、繁雜的接線，并且由于采用高性能的精密元器件，故能使電梯控制系統(tǒng)的可靠性大大提高。</p><p>　　雖然與繼電器控制相比，可編程序控制器的成本較高，但可編程序控制器的可編程特性和其具有的高級運算功能可以實現(xiàn)電梯控制的高度自動化和人工智能化，這是繼電器控制所無法比擬的，并且成本問題可以通過節(jié)省輸入點、使用中間繼電器的辦法來得到一定程度上的解決。</p><p>　　由于這些歷史原因，電梯控

110、制的PLC編程一直沒有擺脫原始電器原理圖的一些痕跡。基本局限于梯形圖的單一思路，而一直沒有突破。在實際的控制設計中雖然采用了PLC作為控制的中心，但主要的控制實現(xiàn)也還是基本按照原先電器原理圖那樣龐雜的繼電器的簡單邏輯的原理進行設計的，所以體現(xiàn)在程序上是邏輯復雜、不易讀懂、不易修改。</p><p>　　數據庫模式的編程思想</p><p><b>　　PLC的發(fā)展背景</b

111、></p><p>　　現(xiàn)代突飛猛進的電子技術和更加苛刻的控制要求使得原本簡單的PLC在功能上有了新的發(fā)展。同時控制過程的復雜化也要求PLC系統(tǒng)及其控制程序能夠適應這些新的變化。</p><p>　　生產自動化的大背景為PLC提供了一個廣闊的市場前景。正因為如此，除了SIEMENS、ROCKWELL、ABB、GE、三菱、OMRON等老牌PLC廠商之外，F(xiàn)UJI、日立(HITACHI)

112、、TOSHIBA、LG等國際大公司都相繼涉足PLC領域，適時推出自己的PLC系統(tǒng)。這些PLC都具有強大的功能，主要體現(xiàn)為超高速，大容量，超大型，編程語言高級化(已經有部分選用BASIC實現(xiàn))，網絡化，軟PLC實現(xiàn)等趨勢。這些都符合了數據庫方式的運用條件。</p><p><b>　　成本因素：</b></p><p>　　圖 4.1 數據庫模式程序示例</p&g

113、t;<p>　　原來設備供應商提供的程序都是最基本的程序，只有懂生產工藝的用戶寫的程序才最具商業(yè)價值，因為它在同行業(yè)間不通用，這也就意味著高昂的成本；而運用數據庫方式后，設備供應商就可以針對行業(yè)推出有極大價值的通用的集成數據庫(而通用的東西價值是很低的)，后續(xù)編程將變得和組態(tài)過程一樣簡單。這就意味著更低的成本和大大節(jié)約了的用戶寶貴的時間。</p><p>　　基于以上原因，數據庫思想在PLC編程中的

114、應用將刺激用戶對PLC的興趣，大大加快PLC及其系統(tǒng)自動化的推廣速度，加快自動化的實現(xiàn)。</p><p>　　目前PLC的主要應用領域有開關量邏輯控制；模擬量的閉環(huán)控制；數字量的智能控制；數據采集與監(jiān)控；分布式控制系統(tǒng)。而將來的控制任務將更加復雜。</p><p>　　正是如此，更高級的編程手段將取代原先簡單的梯形圖編程。</p><p><b>　　模塊

115、化的程序設計</b></p><p>　　人們在求解一個復雜的問題的時候，通常采用逐步分解、分而治之的方法。也就是把一個大問題分解為幾個比較容易求解的小問題，然后分別求解。程序員在設計一個復雜的應用程序時，往往也是把整個程序劃分為若干個功能較為單一的程序模塊，然后分別予以實現(xiàn)，最后再把所有的程序模塊像搭積木一樣搭起來，這種在程序設計中分而治之的策略，被稱為模塊化程序設計方法。</p>&

116、lt;p>　　圖 4.2 電梯控制系統(tǒng)模塊結構圖</p><p><b>　　模塊化設計</b></p><p>　　注重功能的層次化，全力設計一個模塊化的，深入融合電腦程序設計思想的，結構清晰、合理，功能緊湊的電梯控制程序。并為功能更強大的群控的實現(xiàn)打下堅實的基礎。</p><p>　　在PLC中把群控的模型提煉到一個核心調度、分配程序