基于PLC两电梯协同运力控制系统设计(设计源文件+万字报告+讲解)（支持资料、图片参考_降重降ai）_文章底部可以扫码

摘 要
在电梯监控经过了继电器控制阶段,微机监控阶段,以及现场总线监控阶段三阶段。目前使用PLC,而这个课题的主要目的就是利用PLC与变频器设计出两电梯协同的运力控制器,既要实现转速稳定运行,又要满足精准度还要有基本的故障管理能力,以达到正常的使用条件。
本设计采用了PLC和变频器建立一种实用的双电梯管理系统,通过PLC和变频器对二部电梯进行调速管理,并通过就近原理算法对双电梯实施管理,以大大提高双电梯的工作效能。按下行驶的按键后,可按规定的方式行驶,也可通过手动关门。先到达的目标楼层可以手动打开,在停靠一段时间后再手动关门,然后继续按照按计划方式行驶。双电梯先在某楼层内等候,然后呼叫楼梯,通过就近原理使离得较近的楼梯可以先行到达目的楼层。双电梯在到达规定楼层时,根据设定原则进行减速到零时就可以到达。然后根据呼叫楼层的先后顺序逐一停车,按下目标楼层按键,并记录为当前的目标楼层,最后行驶到达目标楼层。电梯通过乘客屏幕位于地面，电梯层数通过第一个数字管道确定。

关键词：电梯；PLC；变频器；两电梯
ABSTRACT
In the elevator control system through the relay control stage, microcomputer control stage, field bus control stage three stages. At present, PLC is adopted. The main purpose of this project is to use PLC and frequency converter to design the two elevator cooperative capacity control system, which should not only meet the adjustable speed, but also meet the accuracy and basic fault handling, so as to meet the normal use requirements.
This design uses PLC and frequency converter to design a practical double elevator control system, uses PLC and frequency converter to realize the speed control of the two elevators, and adopts the nearby principle algorithm to control the operation efficiency of the elevator. Press the operation control button to run in the specified direction and automatically close the door. Open the door automatically, stay for a period of time, and continue to run along the specified direction. The elevator is on standby on a certain floor, call the elevator, the nearest principle to let the close elevator priority to the target floor. Before the elevator reaches the designated floor, slow down to zero time according to the set rules. Park in the call floor order, press the target floor button, record the current target floor, and then run to the target floor. The floor where the elevator is located should use a display to display the passengers, and the digital pipe is initially used to display the number of floors where the elevator is located.

Key words：elevator;PLC;Frequency converter;Two elevators
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题目的和意义 1
1.3 国内外研究现状 1
1.4 PLC控制电梯的特点 3
1.5 论文研究内容 4
第2章 电梯的简单介绍 5
2.1 电梯的分类 5
2.2 电梯的结构 5
2.3 电梯的工作原理 6
2.4 本章小结 6
第3章 控制系统组成 7
3.1 系统的控制要求 7
3.2 变频器的选择 8
3.2.1 变频器的分类 8
3.2.2 变频器机型的选择 8
3.2.3 变频器的参数设置 8
3.3 可编程控制器的选择 9
3.3.1 PLC简单介绍 9
3.3.2 PLC机型的选择 10
3.4 本章小结 11
第4章 电梯控制系统的硬件与软件设计 12
4.1 PLC控制系统的硬件设计 12
4.2 PLC控制系统的软件设计 18
4.2.1 流程图设计 18
4.2.2 梯形图设计 19
4.3 本章小结 25
第5章 仿真模拟调试 26
5.1 组态王仿真软件简介 26
5.2 仿真软件设计 27
5.2.1 创建工程文件 27
5.2.2 构造数据库 27
5.2.3 图形界面设计 27
5.3 仿真结果演示 28
5.4 本章小结 29
结 论 30
参考文献 31
致 谢 33
附 录 34

第1章 绪论
1.1 课题背景
在现代社会中,楼梯早已是建筑中较为重要的交通工具了。而楼梯的重要控制方法,一般包括了可编程控制器系统和微型控制器。这二类控制器在电梯系统中均具有足够多的优越性,但是相较与PLC控制器,微型系统还面临着许多困难,比如系统的设置非常复杂,不便于管理应用,而且抗干扰能力较差。所以采用PLC对电梯系统实施管理已是一个主导发展趋势。
PLC控制器拥有管理工作安全可靠,程序简洁,便于维修和应用简便的优势,同时PLC也应用于许多机械工业系统中,由于其简洁的可编程特性,非常好的抗干扰能力以及良好的安全性,在机械工业自动化以及多种智能化控制系统等方面都获得了广泛应用。
近年来，高层建筑的大型电梯大多是单梯，现在，随着工业社会的发展，高层建筑的数量越来越多，单一的电梯系统已经无法满足生产需求，就连电动电梯控制系统这样的电梯群监控系统也能提高寿命优秀的服务和运营效率，可靠的工作提供。
1.2 课题目的和意义
课题目的
在现代建筑中，自动扶梯已经成为一种非常重要的交通工具，但与此同时，对自动扶梯的需求也在增加。它还包括自动扶梯的快速调节、速度控制精度和各种事故处理方法等许多领域。因此，该项目的主要目标是通过PLC或变频器制造更高效的调速电梯，不仅可以提供快速可调的速度，还可以实现精确和基本的事故管理方法，从而改善工作条件。
课题意义
随着现代技术的飞速发展，高层建筑已成为现代社会生活的主要方面。在高层建筑中，自动扶梯是最稀有的交通工具，因此很快就流行起来了。这可以分为以下几个方面：
(1)建筑设计日益紧凑化,结构也日益轻型化、小巧化。
(2)技术含量更高、性能更好。
(3)安装更方便、更快捷。
1.3 国内外研究现状
邹国柱等人以六层和两层为主要研究对象，重点研究了PLC电梯的基本结构，以及电梯的主要部件和选型模式；重点介绍了二层和六层电梯PLC控制系统的软硬件控制逻辑；利用TIA Botu软件和仿真设备建立了双层电梯仿真系统。经过对系统建模，确认系统性能符合要求，实现了电梯系统的安全节能运行。[1]
张振华教授认为电梯的智能调度管理系统的问世,有效的提升了管理系统在生产中的作用。该控制系统具备操作简便、成本低、资源充足的优点,被应用于诸多行业。[2]
徐泽萱,闫向阳为研究多扶梯的动作理论与机制,利用PORTAL V16开发了相应的PLC控制器,并通过NX 12.0 MCD机电概念设计模拟,最后通过HMI触摸屏和PORTAL提供的PLC编程工具进行了MCD连接,从而获得了真实的多扶梯联动的模拟结果。[3]
郭亮明等人以三部十层楼梯管理系统为设计目标,利用西门子S7-1200可程序设计逻辑控件,并利用博途的TIA portal和组态软件视窗中心(SIMATIC WinCC)对三部十层楼梯管理系统实施设计,利用西门子电梯模拟软件系统EET完成模拟测试,EET评估结果表明,使用S7-1200 PLC的三部十层楼梯管理系统的计算控制调度技术和设计符合实际工程应用中群控楼梯运营的要求,WinCC画面可以做到即时监测三部楼梯的运营情况,具备现实使用价值。[4]
易凡研究了三菱PLC的基本架构,并采用三菱PLC完成了电梯控制器系统的开门控制、上下行控制系统、呼叫控制器等设计,并研究了电梯控制器硬件系统的基本组成、电气设备设计,对正常运行情况下以及在强制运行情况下的电梯控制器软件设计进行了研究。[5]
周美兰教授等人提供了将PLC系统和集态软件有机地结合的研究手段.在集态软件中建立了虚拟模块作为受控环境,作为实际受控设备,通过虚拟的实际受控对象可以测试PLC控制系统过程的正确性与否.并利用了西门子S7-200PLC系统和力控V七点零与集态软件有机地结合的技术建立了虚拟仿真试验系统,对PLC的实验教学过程进行了有效辅助.以五楼电梯实验为例,进行了PLC的虚拟仿真试验系统的研制过程,并对整个过程进行了整体试验,以验证所研究试验过程的有效性和可靠性。[6]
张岩等人通过利用西门子S7-200可编程逻辑控制器(PLC),制定了一个全新的三层电梯管理方法并利用模块实现其基本功能,在确保电梯平稳工作的基础上,完成了电梯的全面数字化管理。相对于普通的继电器控制,PLC控制器不但解决了弊端,应用起来也更加安全可靠,而且能够实现更加复杂的控制功能。[7]
陈元凯等人采用TIA博途、S7-1200PLC、PC机、RPOFINET和WinCC等软、硬件平台,形成了一个完整的电梯监控体系。该监控管理系统首先从六部十层楼梯的硬件组态设计着手,提供了一个便于实现集中操作与维护的楼梯远程监测信息管理系统设计方案,并以PC机为上位机,在博途的WinCC网络平台上实现了电梯使用情况登录与管理子系统、楼梯运营状况监测子界面的设计,并且还创新性地增加了楼梯运营趋势录入及其关键数据报表输出能力,最后通过采用了科学的集群控制方法并使用电梯仿真平台,开展了控制系统的模拟试验。[8]
Mangera Muhammed比较了非线性伺服装置控制器(NPDF)控制器与传统等效控制器,以及滑模控制(SMC)系统和二个比率-面积-微分(PID)控制器的可连续控制能力后。NPDF控制器获得了最佳特性,可以实现控制,并证明比它的传统变种更节能。控制架构显示出了优于传统SMC控制系统的高鲁棒性,成功地保持了对质量、距离和方位的控制。而鉴于该控制方法和最常用的工业控制PID控制系统中的相似之处,结果也十分突出。这将使得NPDF控制可以以较为简单的方法在所有PID系统中进行。[19]
Dalala Zakariya重点实现了电梯系统中部署的电能利用控制系统(ERS)。所提供的控制系统中,由再生电源驱动的直流环节利用一个DC/DC功率转换器,串联在一个储能装置上。其所提供的控制策略利用反向潮流在储能设备上积聚电能,然后再在提升行程中得到使用。劳动力将过剩的回收能力投入电网。并对储能设备加以控制,使之在紧急情况下处于最低的电能水平,以确保电梯轿厢的安全着陆。同时利用负荷分担原则,将电梯设备的问题视在功率额定下最小化。介绍所提出控制系统的电力与机械工作模式,并提供了MATLAB的仿真模拟,对所提出控制策略加以了检验,并说明方法的可行性。[20]
Muhammad Tayyeb提供了一个高冗馀的容错管理(HRFTC)策略,以容纳关键传感器和执行器的故障。针对传感器提出改进的三模冗馀(MTMR)和执行器提出双冗馀(DR)。完成了控制律、导频命令、信号调理、故障等的检查工作。再进一步,通过与设置值的对比,可以通过PID控制器对电梯的设置值做出了改变。而在事故出现后,控制系统也顺利的检查了事故,从而可以在不影响的前提下快速的容忍事故。[21]
Hasan Ali Mohammed用PLC控制了一个电梯模块,和研究每一个参数并确定了它工作的可能性,该模块已按照其程序和控制方式设计并建立了,以通过一个高度自动化的技术系统来进行一次完整的电梯工作,使连接方式比真正的继电器和更复杂的接线方法都要简单得多,而且也更加安全。同时,通过驱动楼梯机柜内的小型直流电机驱动(齿轮箱)电机,使得电梯从楼层到楼层的过渡比传统电梯平滑、高效。[22]
Bojan Z.提供了一个基于加加速度控制和带阻滤波的车速控制器升级的协同解决方案,以修复因振动所造成的失去的乘车舒适感和车速控制系统。带阻滤波减少了车速控制器频率中的谐振成分,加速度控制器可以按照线性模式进行车速控制器的运行,从而改善了乘车舒适度。为了得到可由加加速度的不同形式和幅值定义的加速度参考轨迹,提供了一个独特的广义模式。将所提出计算融合到了功率驱动控制的算法中,并在数字信号处理器上进行。经过对EMS缩比样机的实测验证,证明了只能调节冲击量与过滤参考力矩之间的协调作用才可以完全减少振荡。[23]
1.4 PLC控制电梯的特点
PLC，又称可编程逻辑控制器，是指以微处理器为基础，专门从事工业生产自动化的专用机器。它可以通过创建自己的自定义编程语言和结构化编程思想来帮助用户摆脱传统的编程语言，简化了调试，并广泛应用于电子行业的许多应用领域。PLC控制系统的主要优点包括维护简便,易于运行、稳定性较强、设计简单等等。
1.稳定性
产品具有极强的可靠性,可以无故障工作180-300万分钟。而且PLC的对周围环境适应作用也特别好,在严酷的工业生产环境条件下工作都可以很顺利运行
2.程序设计简单
它作为最新型的自动控制装置,梯形图也是它最普遍的编程语言。梯形图编程语言很便于学习,适合于更广大的建筑工程科技人员,因为这种编程语言并不要求太多的电脑基础知识。
3.采用先进的模块化结构
它的所有组件都使用了模块化的结构,比如它的CPU和I/O的功能。它的功能可以自动选择,这也能够大幅度提高它的性价比。
5.系统设计周期短
选择合适的模块是系统硬件的设计任务的最主要依据对象,就如同购物那么简单。如此,将大大缩短系统设计的生命周期。
6.安装调试简便方便
它的安装和调试可以在任何环境中直接执行。只要设备连接到现场I/O端口，就可以使用。软件开发和调试通常在实验室进行。完成模拟调试后，可以直接调试链接装载，以节省时间和精力。他自己的失败率很低，如果发生这种情况，他可以根据自己的特点迅速找到原因。由于这是一个固有的问题，因此也可以用模块来替换它，以便快速修复错误。
7.对生产工艺改变适应性强
简单地说，这是一台专门为工业控制系统设计的计算机。如果生产过程中出现问题，只需更改PLC中的编程方法即可。这也简化了现代多标准产品的生产。
PLC电梯的特点：
1.可以轻松更改或添加控制功能。
2.可以自动检测维护错误。
3.无需更换电线或方法。
1.5 论文研究内容
本研究项目的主要任务是创建一个更实用的PLC双电梯控制系统和变频器。本研究的主要思想是利用PLC和变频器控制两个电梯系统的速度，并基于就近原理控制两电梯系统，使乘客感到舒适，提高两电梯的工作质量。
首先，有必要对电梯有一个全面的了解，包括它们的分类、性能等。其次，分析变频器和PLC的结构，并根据自己的控制条件选择变频器和PLC最佳的形状。然后为每个组件设计了硬件接线图和I/O显示表，并为每个组件进行了软件设计。最后，收集它们进行调试和建模，以获得项目结果。

第2章 电梯的简单介绍
2.1 电梯的分类
电梯有许多分类方式,主要包括下列的几类:
1.按用途分类
(1)客电梯:搭载乘客的电梯。
(2)货物电梯:专门用于搬运和装卸货物的升降机。
(3)客运电梯:以载客为主但又能够装卸商品的扶梯。
(4)医疗楼梯:应用于搬运不便于走动的患者和各类医用仪器设备,药品的楼梯。
(5)居住楼梯:专门用于运送住宅,供住宅区搭载的楼梯。
(6)杂物电梯:可以携带的物品,包括食物,证件,以及不可以有伴随的电梯。
2.按电梯的运行速度分类
(1)低速运行梯:指轿厢内额定车速为≤一m/s的升降机,通常适用于十楼以下的楼房,一般称为客货二用楼梯或货梯。
(2)中速(快速)梯:轿厢最高时速>一m/s且<二m/s的楼梯,一般适用于十楼之上的建筑物内。
(3)高速楼梯:指轿厢内额定车速从二m/s起且<三m/s的楼梯,通常用于在十六层高以上的建筑内。
(4)超高速楼梯:轿厢最高车速≥三m/s的楼梯,通常用作在超高层建筑中。
3.按有无电梯机房分类
(1)有机房电梯:是指通过机房的地点和机房的类型,来划分有机房电梯
(2)无机房电梯:主要通过检查曳引机的安装情况,来识别有无机房电梯。
2.2 电梯的结构
在空间结构上,包括了楼梯的机械室组成、楼梯的井道和楼梯底坑组成、楼梯的轿厢组成、以及楼梯的层站组成。而在系统层面则包括:
1.曳引系统
提供能量和输送动能,是电梯曳引系统的重要任务。
2.导向系统
导靴与轨道导以及轨架构成了轨道体系,控制轿厢的方向和运动的自由度是其主要功能。
3.门系统
层门、电梯轿厢门和连动机构等,构成了门系。
4.轿厢
高速旅客或载物者的升降机部件通常是轿厢。由电梯轿厢架与轿厢体构成。
5.重量平衡系统
平衡控制和重力补偿设备共同构成了一个重量补偿系统。
6.电力拖动系统
驱动系统由系统、张力控制设备、牵引设备和速度控制设备组成，是电梯速度控制系统的主要功能。
7.电气控制系统
对电梯的运转实施控制和合理的管理是电气系统的职责。
8.电梯的安全保护系统
确保我们可以安全的工作,避免一切发生意外的电梯故障的出现。
2.3 电梯的工作原理
牵引绳的两端依次连接到电梯和配重上，并围绕牵引轮和导轮旋转。牵引电机使齿轮减速器后面的牵引轮旋转。利用牵引绳与牵引轮之间的摩擦形成的机械传动，达到提升梯车平衡的效果，达到运输的目的。
2.4 本章小结
本章节将重点讲述电梯的概念,构造,类型,原理等,而分级时也根据很多方面加以区分,比如按电梯的用途、按电梯的工作速度、按电梯的有无机房等方面。
通过本设计,我系统的理解了电梯的基本知识,为今后使用电梯系统奠定扎实的基础。