电梯综合实训报告.doc

沈阳大学科技工程学院综合实训报告题 目： 基于PLC控制器的电梯控制系统设计与实现 系 别： 自动化系 班 级： 09自动化（1）班 学生姓名： 指导教师： 2011年07月 12日引 言 1 基础知识 1.1 电梯控制系统前台开发工具 1.2 KGL及编程语言概述 1.3 系统开发所需设备工具概述 2 系统分析 2.1 背景说明 2.2 系统开发目的 2.3 系统需求陈述 2.4 系统脚本说明 3 系统动态设计 3.1 状态转换图基础 3.2 电梯控制系统状态转换图 4 系统详细设计 4.1 系统的功能模型 4.2 电梯对象模型第一次迭代图 4.3电梯对象模型第二次迭代图 4.4电梯对象模型第三次迭代图 5 系统实现5.1 电梯控制程序 6 实训过程6.1 附实训记录手册 6.2 开题报告 6.3 需求分析报告 6.4 校外实训报告致 谢 参考文献 人类已进入21世纪，科学技术突飞猛进，经济知识和信息产业初见端倪，特别是自动化术的讯速发展和广泛应用，对社会的政治、经济、军事、文化等领域产生越来越深刻。电梯控制系统系统是人们生活中不可缺少的部分,它的用途、及安全性对于乘坐者来说都至关重要。本论文叙述到的是电梯控制系统实现的。重点介绍了电梯控制系统的实现过程：包括系统分析、 系统调查、功能设计、系统状态设计、系统实现、系统测试和调试等。自动化专业主要研究的是自动控制的原理和方法，自动化单元技术和集成技术及其在各类控制系统中的应用。它以自动控制理论为基础，以电子技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术、网络与通信技术为主要工具，面向工业生产过程自动控制及各行业、各部门的自动化。它具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”鲜明的特点，是理、工、文、管多学科交叉的宽口径工科专业。【关键字】KGL 电梯控制 控制系统程序1 基础知识1.1电梯控制系统前台开发工具PLC定义：它是一种带有指令存储器和数字或模拟I/O接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。PLC实质上是一种工业控制计算机，专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专业设计的输入/输出接口电路等组成。它的工作原理是建立在计算机工作原理之上，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现。1.2 KGL及编程语言概述KGL是编写梯形图程序的工具，人们在KGL里给所需要的程序编写梯形图，然后将电脑与PLC连接，接通电源的情况下将编写好的梯形图程序下载至PLC中，用PLC去控制被控对象。编程就是让计算机为解决某个问题而使用某种程序设计语言编写程序代码，并最终得到结果的过程。为了使计算机能够理解人的意图，人类就必须要将需解决的问题的思路、方法、和手段通过计算机能够理解的形式告诉计算机，使得计算机能够根据人的指令一步一步去工作，完成某种特定的任务。1.3 系统开发所需设备工具概述电梯系统所需的设备有PLC、电动机、吊厢、感应器件。PLC内程序控制电梯升降，保证电梯正常工作。电动机的正反转实现电梯吊厢的向上或向下运动。感应器件准确定位电梯吊厢到达某一楼层时的位置，从而实现电梯在该楼层停止。2 系统分析2.1 背景说明 需求陈述：我们将要讨论的是电梯的控制问题，下面给出对这个问题的描述。在一幢有m层楼的大厦中需要一套控制n部电梯的产品，要求这n部电梯根据下列约束条件在楼层间移动。C1：每部电梯有m个按钮，每个按钮代表一个楼层。当按下一个按钮时该按钮指示灯亮，同时电梯驶向相应的楼层，当到达由按钮指定的楼层时指示灯熄灭。C2：除了大厦的最低层和最高层之外，每层楼都有两个按钮分别指示电梯上行和下行。当这两个按钮之一被按下时相应的指示灯亮，当电梯到达此楼层时灯熄灭，电梯向要求的方向移动。C3：当电梯无升降动作时，关门并停在当前楼层。2.2 系统开发目的编写电梯程序下载至PLC，让PLC去控制电梯，人们通过按钮发出请求，PLC将接到相应指令控制电梯上下运动，从而达到人们的需要，方便快捷。2.3系统需求陈述建立模型： 分析的第一步是构造控制对象模型。在这个步骤中将抽象出控制对象和它的属性，并用模型图描绘控制对象及它们彼此之间的关系。控制对象所提供的服务将在分析后期或设计阶段再确定下来。为了抽象出问题域中包含的控制对象，可以用下述三个过程产生候选对象，并对所得到的结果加以精化。1、精确地定义问题应该尽可能简洁地定义所需要的产品，最好只用一句话来描述目标系统。例如，对电梯系统可以像下面那样描述。在一个m层楼的大厦里，用每层楼的按钮和电梯内的按钮来控制n部电梯的移动。2. 提出非形式化策略为了提出一种解决上述问题的非形式化策略，必须确定问题的约束条件。在上面已经对电梯问题提出了三种约束。最好能用一小段文字把非形式化策略清楚地表达出来，对电梯问题来说，解决问题的非形式化策略可表达如下。在一幢有m层楼的大厦里，用电梯内的和每个楼层的按钮来控制n部电梯的运动。当按下电梯按钮以请求在某一指定楼层停下时，按钮指示灯亮；当请求获得满足时，指示灯熄灭。当电梯无升降操作时，关门并停在当前楼层。3. 把策略形式化在以上这段描述非形式化策略的文字中，共有八个不同的名词：按钮、电梯、楼层、运动、大厦、指示灯、请求和门。这些名词所代表的事物可作为控制对象的初步候选者。其中，楼层和大厦是处于问题边界之外的，因此可以忽略；运动、指示灯、请求和门可以作为其他类的属性，例如，指示灯(的状态)可作为按钮类的属性，门(的状态)可作为电梯类的属性。经过上述筛选后只剩下两个候选类，即电梯和按钮。2.4 系统脚本说明编写脚本：这一步的目的是，决定每一个类应该做的操作。达到这个目的的一种有效的方法，是列出用户和系统之间相互作用的典型情况，即写出脚本(包括正常情况脚本和异常情况脚本)。表1和表2分别是正常情况脚本和异常情况脚本。表1 电梯系统正常情况脚本 用户A在3楼按上行按钮呼叫电梯，用户A希望到7楼去 上行按钮指示灯亮 一部电梯到达3楼，电梯内的用户B已按下了到9楼的按钮 上行按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户A进入电梯 用户A按下电梯内到7楼的按钮 7楼按钮指示灯亮 电梯关门 电梯到达7楼 7楼按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户A走出电梯 电梯在等待时间到后关门 电梯载着用户B继续上行到达9楼表2 电梯系统异常情况脚本 用户A在3楼按上行按钮呼叫电梯，但是用户A希望到1楼 上行铵钮指示灯亮 一部电梯到达3楼，电梯内用户B已按下了到9楼的按钮 上行按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户A进入电梯 用户A按下电梯内到1楼的按钮 电梯内1楼按钮指示灯亮 电梯在等待超时后关门 电梯上行到达9楼 电梯内9楼按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户B走出电梯 电梯在等待超时后关门 电梯载着用户A下行驶向1楼3 系统动态设计3.1 状态转换图基础状态转换图(简称为状态图)通过描绘系统的状态及引起系统状态转换的事件，来表示系统的行为。状态是任何可以被观察到的系统行为模式，一个状态代表系统的一种行为模式。在状态图中用圆形框或椭圆框表示状态，通常在框内标上状态名。状态规定了系统对事件的响应方式。系统对事件的响应，既可以是做一个(或一系列)动作，也可以是仅仅改变系统本身的状态。通常，在表示状态的框内用关键字do(后接冒号)标明进入该状态时系统的行为(即所做的动作)。事件是在某个特定时刻发生的事情，它是对引起系统从一个状态转换到另一个状态的外界事件的抽象。简而言之，事件就是引起系统状态转换的控制信息。 在状态图中，从一个状态到另一个状态的转换用箭头线表示，箭头表明转换方向，箭头线上标上事件名。必要时可在事件名后面加一个方括号，括号内写上状态转换的条件。也就是说，仅当方括号内所列出的条件为真时，该事件的发生才引起箭头所示的状态转换。3.2 电梯控制系统状态转换图（如下图1）4 系统详细设计4.1 系统的功能模型（如下图2）4.2 电梯对象模型第一次迭代图（如下图3）4.3 电梯对象模型第二次迭代图（如下图4）4.4 电梯对象模型第三次迭代图（如下图5）根据从功能模型中获得的信息，重新审查对象模型和动态模型，以便进一步完善控制对象分析的结果。 增加了“电梯门”类和“请求”类之后，得到对象模型的第三次求精结果。修改了对象模型之后，必须重新审查动态模型和功能模型，看看是否需要进一步求精。显然，必须修改功能模型，把数据存储“电梯门”和“请求”标识为可做类.5 系统实现电梯控制程序梯形图（图6） 图1 状态转换电梯控制器是在电梯系统中起核心控制作用的类，我们将画出这个类的状态转换图。为简单起见，仅考虑一部电梯(即n=1)的情况。图2 功能模型功能模型表示变化的系统的“功能”性质，它指明了系统应该“做什么”，因此更直接地反映了用户对目标系统的需求。功能模型由一组数据流图组成。在面向对象方法中，数据流图远不如在结构化分析、设计方法那样重要。一般说来，与对象模型和动态模型比较起来，数据流图并没有增加新的信息，但是，建立功能模型有助于软件开发人员更深入的理解问题域，改进和完善自己的设计。因此，不能完全忽视功能模型的作用。 图3 第一次迭代确定类&对象类&对象是在问题域中客观存在的，系统分析员的主要任务，就是通过分析找出这些类&对象。首先，找出所有候选的类&对象；然后，从候选的类&对象中筛选掉不正确的或不必要的。找出候选的类&对象对象是对问题域中有意义的事物的抽象，它们既可能是物理实体，也可能是抽象概念。分析电梯系统初步得到的控制对象为：按钮、电梯、楼层、运动、大厦、指示灯、请求和门。另一种更简单的分析方法，是所谓的非正式分析。这种分析方法以用自然语言书写的需求陈述为依据，所陈述中的名词作为类&对象的候选者，用形容司作为确定属性的线索，把动词作为服务（操作）的候选者。当然，用这种简单方法确定的候选者是非常不准确的，其中往往包含大量不正确的或不必要的事物，还必须经过更进一步的严格筛选。通常，非正式分析是更详细、更精确的正式的面向对象分析一个很好的开端。 图4 第二次迭代筛选出正确的类&对象楼层和大厦是处于问题边界之外的，因此可以忽略；运动、指示灯、请求和门可以作为其他类的属性，例如，指示灯(的状态)可作为按钮类的属性，门(的状态)可作为电梯类的属性。经过上述筛选后只剩下两个候选类，即电梯和按钮 图5 第三次迭代进一步完善经筛选后余下的控制对象之间的关联，增加了“电梯门”类和“请求”类之后，得到对象模型的第三次求精结果，如图5所示。修改了对象模型之后，必须重新审查动态模型和功能模型，看看是否需要进一步求精。显然，必须修改功能模型，把数据存储“电梯门”和“请求”标识为可做类. 图6 电梯梯形图6 实训过程6.1附实训记录手册6.2开题报告实训开题报告基于PLC的电梯控制系统设计与实现，为了能够有效地控制电梯安全、便利地应用于实际生活中，考虑并分析以下问题：1. 可行性这个阶段要回答的关键问题是：“针对电梯所确定的问题是否有行得通的解决办法” 。并非所有问题都有切实可行的解决办法，事实上，许多问题不可能在预定的系统规模或时间期限之内解决。如果问题没有可行的解，那么花费在这项工程上的任何时间、资源和经费都是无谓的浪费。可行性研究的目的就是用最小的代价在尽可能短的时间内确定问题是否能够解决。必须记住，可行性研究的目的不是解决问题，而是确定问题是否值得去解。怎样达到这个目的？当然不能靠主观猜想而只能靠客观分析。系统分析员必须进一步概括地了解用户的需求，并在此基础上提出若干种可能的系统实现方案，对每种方案都从技术、经济、社会因素（例如，法律）等方面分析可行性，从而最终确定这项工程的可行性。（1） 技术可行性设计一个易于理解的界面，动态显示电梯的载客与运行情况，动态显示各楼层人员停留情况与要求乘梯情况。目前电梯程序设计使用可编程控制器（PLC），要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便、节能省工、抗干扰能力强、控制箱占地面积少。使用的PLC一定要性能好，稳定性强，使用寿命长。电梯的吊厢要保证质量过关，承载能力强，使用寿命长。电梯所用的开关门和升降电机都要质量好，性能高，灵活性强。所用的传感器灵敏性要高，稳定性强。（2） 经济可行性随着社会的发展，高层建筑和智能化建筑不断出现，作为垂直运输工具电梯得到了越来越广泛的应用，人们对电梯的服务质量要求也越来越高，因此对电梯的设计要求稳定性、安全性极高。在经济全球化大前提下，各国之间竞争激烈，国内市场各商家之间竞争也日益激烈，中国的电梯水平相对于欧美和日本还是比较落后的，还有待于在技术上进一步提高。考虑到电梯程序的实用性和可靠性，电梯应用的广泛性，国际电梯的合格标准，给定一个市场合理价位。（3） 合法性考虑客户方是否合法，合法就可以为其服务。一定要与客户签订合同，合同内容一定包含所用软件要正版。2. 标识问题（1） 所要解决的问题电梯要用的电机有两个，一个控制各层电梯开关门，另一个控制电梯吊厢升降。各楼层电梯外都有请求按钮，第一层外只有上请求按钮，最高层只有下请求按钮，其余楼层都有上下请求按钮；电梯吊厢内有所有楼层层号按钮和开关电梯门按钮。各层都安装传感器。（2） 解决问题所需技术需要编程时注意电梯出现异常的情况该如何解决，编出的程序不仅要简洁还要具有很好的逻辑性。若电梯出现问题时，懂得如何去找问题的关键以及懂得维修电梯所用的器件。（3） 技术难点A 甲在五楼请求下楼，电梯从一楼向五楼上升，此时在三楼的乙要下楼，电梯不会在上升五楼的过程中停于三楼，而是先上到五楼让甲进入电梯然后下降的过程中才停于三楼（电梯会自动记忆三楼乙的请求）。甲乙都在电梯中同时下降，此时二楼的丙请求上四楼，电梯不会在下降过程中停于二楼，而是先将甲乙送到一楼，然后上升至二楼开门，丙进入电梯升到四楼。B 电梯会准确停止于请求楼层和被请求楼层，而且会在定时间内开关门。6.2需求分析报告 需求分析报告这个阶段的任务仍然不是具体地解决客户的问题，而是准确地回答“目标系统必须做什么”这个问题。虽然在可行性研究阶段已经粗略了解了用户的需求，甚至还提出了一些可行的方案，但是，可行性研究的基本目的是用较小的成本在较短的时间内确定是否存在可行的解法，因此许多细节被忽略了。然而在最终的系统中却不能遗漏任何一个微小的细节，所以可行性研究并不能代替需求分析，它实际上并没有准确地回答“系统必须做什么” 这个问题。需求分析的任务还不是确定系统怎样完成它的工作，而仅仅是确定系统必须完成哪些工作，也就是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。用户了解他们所面对的问题，知道必须做什么，但是通常不能完整准确地表达出他们的要求，更不知道怎样利用计算机解决他们的问题；软件开发人员知道怎样用软件实现人们的要求，但是对特定用户的具体要求并不完全清楚。因此，系统分析员在需求分析阶段必须和用户密切配合，充分交流信息，以得出经过用户确认的系统需求。这个阶段的另外一项重要任务，是用正式文档准确地记录对目标系统的需求，这份文档通常称为规格说明。一需求陈述我们将要讨论的是电梯的控制问题，下面给出对这个问题的描述。 在一幢有5层楼的大厦中需要一套控制1部电梯的产品，要求这1部电梯根据下列约束条件在楼层间移动。C1：这部电梯有五个按钮，每个按钮代表一个楼层。当按下一个按钮时该按钮指示灯亮，同时电梯驶向相应的楼层，当到达由按钮指定的楼层时指示灯熄灭。C2：除了大厦的最低层和最高层之外，每层楼都有两个按钮分别指示电梯上行和下行。当这两个按钮之一被按下时相应的指示灯亮，当电梯到达此楼层时灯熄灭，电梯向要求的方向移动。C3：当电梯无升降动作时，关门并停在当前楼层。二分析问题分析的第一步是构造控制对象模型。在这个步骤中将抽象出控制对象和它的属性，并用模型图描绘控制对象及它们彼此之间的关系。控制对象所提供的服务将在分析后期或设计阶段再确定下来。为了抽象出问题域中包含的控制对象，可以用下述三个过程产生候选对象，并对所得到的结果加以精化。1精确地定义问题应该尽可能简洁地定义所需要的产品，最好只用一句话来描述目标系统。例如，对电梯系统可以像下面那样描述。 在一个5层楼的大厦里，用每层楼的按钮和电梯内的按钮来控制1部电梯的移动。2. 提出非形式化策略为了提出一种解决上述问题的非形式化策略，必须确定问题的约束条件。在上面已经对电梯问题提出了三种约束。最好能用一小段文字把非形式化策略清楚地表达出来，对电梯问题来说，解决问题的非形式化策略可表达如下。 在一幢有5层楼的大厦里，用电梯内的和每个楼层的按钮来控制1部电梯的运动。当按下电梯按钮以请求在某一指定楼层停下时，按钮指示灯亮；当请求获得满足时，指示灯熄灭。当电梯无升降操作时，关门并停在当前楼层。3. 把策略形式化 在以上这段描述非形式化策略的文字中，共有八个不同的名词：按钮、电梯、楼层、运动、大厦、指示灯、请求和门。这些名词所代表的事物可作为控制对象的初步候选者。其中，楼层和大厦是处于问题边界之外的，因此可以忽略；运动、指示灯、请求和门可以作为其他类的属性，例如，指示灯(的状态)可作为按钮类的属性，门(的状态)可作为电梯类的属性。经过上述筛选后只剩下两个候选类，即电梯和按钮。 补充了电梯控制器类之后，得到了如图所示的对象模型。三建立动态模型1. 编写脚本这一步的目的是，决定每一个类应该做的操作。达到这个目的的一种有效的方法，是列出用户和系统之间相互作用的典型情况，即写出脚本(包括正常情况脚本和异常情况脚本)。表1和表2分别是正常情况脚本和异常情况脚本。表1 电梯系统正常情况脚本 用户A在2楼按上行按钮呼叫电梯，用户A希望到4楼去 上行按钮指示灯亮 一部电梯到达2楼，电梯内的用户B已按下了到5楼的按钮 上行按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户A进入电梯 用户A按下电梯内到4楼的按钮 4楼按钮指示灯亮 电梯关门 电梯到达4楼 4楼按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户A走出电梯 电梯在等待时间到后关门 电梯载着用户B继续上行到达5楼表2 电梯系统异常情况脚本 用户A在3楼按上行按钮呼叫电梯，但是用户A希望到1楼 上行铵钮指示灯亮 一部电梯到达3楼，电梯内用户B已按下了到5楼的按钮 上行按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户A进入电梯 用户A按下电梯内到1楼的按钮 电梯内1楼按钮指示灯亮 电梯在等待超时后关门 电梯上行到达5楼 电梯内5楼按钮指示灯熄灭 电梯开门 用户B走出电梯 电梯在等待超时后关门 电梯载着用户A下行驶向1楼2. 画状态转换图电梯控制器是在电梯系统中起核心控制作用的类，我们将画出这个类的状态转换图。为简单起见，仅考虑一部电梯(即n=1)的情况。电梯控制器的动态模型如图3所示，这个状态图的画法读者可对照电梯系统的脚本来理解它。状态转换图(简称为状态图)通过描绘系统的状态及引起系统状态转换的事件，来表示系统的行为。状态是任何可以被观察到的系统行为模式，一个状态代表系统的一种行为模式。在状态图中用圆形框或椭圆框表示状态，通常在框内标上状态名。状态规定了系统对事件的响应方式。系统对事件的响应，既可以是做一个(或一系列)动作，也可以是仅仅改变系统本身的状态。通常，在表示状态的框内用关键字do(后接冒号)标明进入该状态时系统的行为(即所做的动作)。事件是在某个特定时刻发生的事情，它是对引起系统从一个状态转换到另一个状态的外界事件的抽象。简而言之，事件就是引起系统状态转换的控制信息。 在状态图中，从一个状态到另一个状态的转换用箭头线表示，箭头表明转换方向，箭头线上标上事件名。必要时可在事件名后面加一个方括号，括号内写上状态转换的条件。也就是说，仅当方括号内所列出的条件为真时，该事件的发生才引起箭头所示的状态转换。 如图给出了状态图中使用的主要符号。四建立功能模型五进一步完善 根据从功能模型中获得的信息，重新审查对象模型和动态模型，以便进一步完善控制对象分析的结果。增加了“电梯门”类和“请求”类之后，得到对象模型的第三次求精结果，如下图所示。修改了对象模型之后，必须重新审查动态模型和功能模型，看看是否需要进一步求精。显然，必须修改功能模型，把数据存储“电梯门”和“请求”标识为可做类.6.3校外实训报告 校外实训报告今天，老师组织我们09级自动化（1）班全体同学去市里参观“昶虹电子有限公司”的自动化车间。到了那里，我们进了车间，里面摆放的是自动化工厂用的GGD柜和一些PLC控制箱。讲解人员先让我们自己认识认识GGD柜和PLC控制箱，然后给我们一一讲解。我们认识一番之后，讲解员召集大家到GGD柜前，他开始给我们做详细讲解，让我们认识眼前的这些没见过的铁柜子，他说这些柜子是工厂专用的GGD柜，起到控制作用的，工厂操作人员通过柜子里不同功能的按钮来远程控制生产线，当然也可以通过PLC自动控制。每个柜子都一样大小，在工厂操作间并排放置，其顶部接通三相工业电，柜里由铜板导通三相电，工作时一般柜子都得封闭，以防操作人员触电。GGD柜有功率因素调节、变频等电路接入，还有双电源供电，以致工厂生产线工作时不间断。功率因素越大越好，一般在01之间，实际情况下功率因素不可