【文章內(nèi)容簡介】 有的自動化服務設備結合成整體智能系統(tǒng)。超高速21 世紀將會發(fā)展多用途、全功能的塔式建筑，超高速電梯繼續(xù)成為研究方向。未來超高速電梯不僅速度會大大提高，舒適感也會有明顯改善。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科畢業(yè)設計 第 2 頁藍牙技術廣泛應用藍牙技術是一種全球開放的，短距無線通訊技術規(guī)范。它可通過短距離無線通訊把電梯各種電子設備連接起來，實現(xiàn)無線組網(wǎng)。這種技術將減少電梯的安裝周期和費用，提高電梯的可靠性和控制精度，有利于把電梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。 電梯的結構電梯是機、電一體化產(chǎn)品。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當于人的神經(jīng),控制部分相當于人的大腦。各部分通過控制部分調度，密切協(xié)同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結構，其機械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成。拽引系統(tǒng)電梯拽系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。主要由拽引機，拽引鋼絲繩，導向輪和反繩輪組成。拽引機為電梯的運行提供動力，由電動機，拽引輪，連軸器,減速箱，和電磁制動器組成。拽引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型還可以增加拽引力。導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)由導軌，導靴和導軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導軌做升降運動。門系統(tǒng)門系統(tǒng)有轎廂門，層門，開門，連動機構等組成。轎廂門設在轎廂入口,由門扇和門導軌架等組成，層門設在層站入口處。開門機設在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。轎廂轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。它是有轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機構，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底，轎廂壁，轎廂頂以及照明通風裝置，轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設計影響的裝置。電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由拽引電機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，調速裝置等組成，它的作用是對電梯進行速度控制。拽引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器與電機相連。調速裝置對拽引電機進行速度控制。電氣控制系統(tǒng)電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置，操縱裝置，平層裝置，和位置顯示裝置等部分組中國礦業(yè)大學 2022 屆本科畢業(yè)設計 第 3 頁成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達到用——平面的操作。位置顯示裝置。是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。安全保護系統(tǒng)電磁制動器，裝于曳引機軸上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層后斷電制動。強迫減速開關，其分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站換速未減速時，轎廂上的撞塊就觸動此開關，通過電器傳動控制裝置，使電動機強迫減速。限位開關，當轎廂經(jīng)過端站平層位置后仍未停車，此限位開關立即動作，切斷電源并制動，強迫停車。行程極限保護開關，當限位開關不起作用，轎廂經(jīng)過端站時，此開關動作。急停按鈕，裝于轎廂司機操縱盤上，發(fā)生異常情況時，按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。廳門開關，每個廳門都裝有門鎖開關。僅當廳門關上才允許電梯啟動。在運行中如出現(xiàn)廳門開關斷開，電梯立即停車。關門安全開關，常見的是裝于轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門，此外還有紅外線開關等。超載開關，當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。其它的開關，安全窗開關，鋼帶輪的斷帶開關等。 論文的研究背景，內(nèi)容及意義 研究背景隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展和大型和巨型樓宇越來越多建造，電梯應用得到了快速發(fā)展，在當今生活中扮演著重要的角色。電梯控制系統(tǒng)主要包括三種方式：繼電器控制、微機控制、PLC 控制。繼電器控制由于技術老舊、故障率高基本已經(jīng)淘汰；微機控制對于小規(guī)模企業(yè)而言設計和制造成本高而且抗干擾能力弱；PLC 控制方式以可編程控制器為控制單元，完成電梯的信號采集、運行狀態(tài)和功能設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功能，該方法可靠性高、程序設計簡單、維修方便、抗干擾能力強，已成為電梯系統(tǒng)中常用的控制方式。本系統(tǒng)就是基于以上認識，進行電梯系統(tǒng)設計的。 研究內(nèi)容 （1）本論文通過 PLC 控制設計來實現(xiàn)實驗電梯的全自動化控制運行。電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯控制是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，本論文利用西門子 300 的 PLC，利用其豐富的基本及功能指令，通過程序設計來實現(xiàn)對電梯的控制。 （2）研究如何通過組態(tài)技術設計，實現(xiàn)電梯在運行過程中實時動態(tài)監(jiān)控其運行狀況以及檢測其運行過程中的參數(shù)變化情況等等。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科畢業(yè)設計 第 4 頁（3）研究基于計算機(PC)的 PLC 通訊原理與 WNCC 組態(tài)設計，實現(xiàn)計算機與下面的 PLC 通訊，同時通過組態(tài)運行能實現(xiàn)對對應通訊運行站號的 PLC 及電梯運行監(jiān)控。（4）研究群組電梯的調度算法并如何通過 PC 的 PLC 和 WINCC 組態(tài)設計實現(xiàn)多臺電梯的仿真控制。 研究意義由于可編程控制器(PLC)具有程序設計方便靈活，控制運行穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)規(guī)模較小，成本低、抗干擾能力強以及強大的網(wǎng)絡通訊功能等特點，并與功能強大的組態(tài)及網(wǎng)絡技術相結合更能實時監(jiān)控電梯運行狀況，當電梯出現(xiàn)故障時，電梯通過組態(tài)監(jiān)控及網(wǎng)絡向客戶服務中心發(fā)出信號并使維保人員能及時準確了解電梯出現(xiàn)故障的原因及相關信息，客戶的人身安全是否受到威脅，并在第一時間內(nèi)趕赴事故現(xiàn)場進行搶修，把電梯出現(xiàn)故障的負面影響降到最低，充分體現(xiàn)其人性化的設計。特別是針對 PLC 控制的中小型電梯，利用其性價比高，可靠性高的特點，更能贏得廣大家庭用戶的青睞，所以有著極其廣闊的應用前景!而由本人設計的電梯控制、監(jiān)控系統(tǒng)就能充分體現(xiàn)以上的設計思路，能實現(xiàn)電梯仿真控制及遠程監(jiān)控。另外，本論文設計中的仿真電梯是根據(jù)最常見的升降式電梯結構，采用透明有機材料制成，其結構與實際電梯完全相同，且?guī)缀蹙邆鋵嶋H電梯的全部功能。事實上可以把它看作是小型化了的電梯。由于其幾乎所有部件均是采用透明有機材料，因此便于觀察、了解整個電梯結構。同時，電梯運行過程中的每個動作也一目了然，所以制作一個仿真的 PLC 控制的電梯控制系統(tǒng)并結合組態(tài)、網(wǎng)絡技術，對于機電、電氣、樓宇智能化等專業(yè)的學生或者技術維護人員而言，具有重要的理論意義及實際應用價值。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科畢業(yè)設計 第 5 頁2 控制系統(tǒng)的總體設計 控制系統(tǒng)的總體目標實現(xiàn)基于 PLC300 的電梯控制。根據(jù)提出的電梯控制要求，繪制控制流程圖，分配 I/O 、利用 Simatic manger 完成硬件組態(tài)并利用 LAD 語言編寫程序實現(xiàn)電梯控制，最后完成在電梯模型上的軟硬件調試。實現(xiàn) WINCC 組態(tài)軟件與 PLC 的通信，并能夠通過 WINCC 對電梯控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。根據(jù)電梯運行情況編輯出監(jiān)控畫面，并且實現(xiàn)畫面動態(tài)的與 LAD 程序之間的通信，最終實現(xiàn)對電梯的監(jiān)控。實現(xiàn)兩臺電梯的具有約束條件的控制實現(xiàn)多臺電梯的調度算法的研究 控制系統(tǒng)的總體方案根據(jù)控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的總體目標，設計出如下的總體結構圖：P L C 3 0 0電梯設備M P IW I N C C 控 控圖 電梯控制系統(tǒng)的總體結構圖電梯系統(tǒng)主要實現(xiàn)電梯外呼信號、內(nèi)呼信號的檢測和電梯上行、下行以及相關操作的外部顯示輸出。利用 PLC300 是通過編寫程序來完成對電梯控制要求的實現(xiàn)， 并且利用 WINCC 與 PLC 之間的通信以及通過編輯控制畫面來實現(xiàn)對電梯控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。當電梯有外呼或內(nèi)呼信號時，能夠 PLC 來對其實現(xiàn)響應控制，同時能夠在監(jiān)控畫面上直觀的看到電梯該時刻的運行情況。當有多臺電梯時，能夠利用群組電梯的調度算法進行分析控制來實現(xiàn)最優(yōu)調度。中國礦業(yè)大學 2022 屆本科畢業(yè)設計 第 6 頁3 S7300基礎知識的概述SIMATIC S7 系列 PLC 是德國西門子公司于 1995 年陸續(xù)推出的，它是在 S5 系列基礎上開發(fā)的一種高性能 PLC 系列。該系列有小型的 S7200 系列、中小型的 S7300 系列和高性能的 S7400 系列 PLC。SIMATIC S7 系列 PLC 均采用模塊化、無風扇的結構，易于用戶掌握，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以利于擴展。其應用領域包括專用機床、紡織機械、包裝機械、通用機械工程應用、控制系統(tǒng)、機床、樓宇自動化、電器制造工業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)。多種性能遞增的 CPU 和帶有許多方便功能的 I/O 擴展模塊及功能模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用而選擇。S7300 是模塊化的中小型 PLC 系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應用，目前已成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務中方便又經(jīng)濟的解決方案?！　”菊轮饕榻B SIMATIC S7300 系列 PLC 的硬件系統(tǒng)，包括各個硬件的特性和主要模塊。和其他 PLC 一樣， SIMATIC S7300 系列 PLC 也是采用循環(huán)掃描方式，即 CPU 首先掃描輸入模塊的狀態(tài)并更新過程映像寄存區(qū)，接著執(zhí)行用戶程序，并且按照用戶程序將輸出映像寄存區(qū)的值輸出到輸出模塊。PLC 會不斷循環(huán)地執(zhí)行上述過程。 S7300的概況S7300 是一種通用型的 PLC，其具有模塊化、無風扇結構、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，這使得它能適應自動化工程中的各種應用場合，執(zhí)行各種控制任務，因此在實踐中成為一種既經(jīng)濟又可靠的控制裝置。S7300PLC 是模塊化的中小型 PLC（見圖 ），各種模塊能以不同的方式組合在一起，模塊式 PLC 有機架和模塊組成 【1】 。圖 PLC300 的結構1電源模塊 2后備電池 3 DC24V 連接器 4模式開關 5狀態(tài)和故障指示燈 6存儲器卡（CPU313 以上） 7MPI（多點接口） 8前連接器 9前蓋中國礦業(yè)大學 2022 屆本科畢業(yè)設計 第 7 頁S7300 有各種不同性能檔次的 CPU 模塊可供使用。標準 CPU 提供范圍廣泛的基本功能，如指令執(zhí)行、I／O 讀寫、通過 MPI 和 CP 模塊的通信，緊湊型 CPU 本機集成I／O，并帶有高速計數(shù)、頻率測量、定位和 PID 調節(jié)技術功能。S7300 的 CPU 模塊集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個 CPU 都有一個編程用的 RS485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP 接口或 PTP 串行通信接口，S7300 不需要附加任何硬件、軟件和編程，就 建立一個 MPI 網(wǎng)絡；如果有PROFIBUSDP 接口，就可以建立一個 DP 網(wǎng)絡。S7300 有很高的電磁兼容性和抗振動、抗沖擊能力。其標準型的環(huán)境溫度為 0～60℃。通過系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊的調用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著地減少所需要的用戶存儲器容量，他們可以用于中斷處理、出錯處理、復制和處理數(shù)據(jù)等。S7300 的編程軟件 STEP7 功能強大，使用方便。S7300 有 350 多條指令。包括了位指令、比較指令、定時指令、計數(shù)指令、整數(shù)和浮點數(shù)運算指令等。CPU 的集成系統(tǒng)功能提供了中斷處理和信息診斷等系統(tǒng)功能，由于他們集成在 CPU 的操作系統(tǒng)中，因此也省了很多 RAM 空間。STEP7 的功能塊圖和梯形圖編程語言符合 IEC 62231 標準，語句表編程語言與標準IEC 稍有不同，已包證與 STEP5 的兼容，三種編程語言可以相互轉換。用轉換程序可以將西門子的 STEP5 或 TISOFT 編寫的程序轉換到 STEP7。計數(shù)器的計數(shù)范圍為 1～999，定時器的定時范圍為 10ms～9990s?？梢允褂?IEC 標準的定時器和計數(shù)器。STEP7 通過帶有標準用戶接口的軟件工具來為所有的模塊設置參數(shù)，可以節(jié)省用戶入門的時間和培訓的費用。CPU 用智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。S7300 有“看門狗”中斷、過程報警、日期時間中斷和定時中斷功能。操作員對系統(tǒng)的控制和監(jiān)視顯得日益重要，S7300 已將 HMI 服務集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，因此大大減少了人機對話的編程要求。SIMATIC 人機界面從 S7300 中獲得數(shù)據(jù)，S7300按用戶指定的刷新速度自動地傳送數(shù)據(jù)。 S7300的組成部件S7300 PLC 是模塊式的 PLC，它由以下幾部分組成：（1） 中央處理單元（CPU） 其功能是：執(zhí)行用戶程序；為 S7300 背板總線提供 5V 電源；在 MPI 網(wǎng)絡中，通過MPI 與其他 MPI 網(wǎng)絡節(jié)點進行通信。專用 CPU 還有其他一些特性：作為