多电梯群控运行的PLC控制系统设计-中国智能制造挑战赛设计文件

2017年“西门子杯”中国智能制造挑战赛（原全国大学生工业自动化挑战赛）连续过程 设计开发赛项工程设计文件参赛队伍编号：_年 月 日一、方案设计依据、范围及相关标准 设计依据 随着现代经济的发展，日益增高的高层建筑已成为现代都市的重要标志。电梯是服务于三分之一楼层的固定式升降设备，建筑的发展必然带来了电梯行业的快速发展。作为载人的工具，人们提出了更高的要求。由于传统的电梯控制方式存在故障较多，所以需要开发高效的控制方式。因此可选用可编程控制器（PLC）控制精度高、可靠性好、控制程序可随时更改，因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛的应用。 主要研究内容本设计主要研究多电梯群控运行的PLC控制系统设计，具体以单体或者集群控制控制为目的。具体任务包括电梯初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，错误指令消除，待载休眠功能。以及对电梯整个运行系统进行上位监控并在异常状态做出相应报警。在满足单部电梯的基础上将三部电梯组成一组进行集中控制，合理分配；从而缩短乘客的平均候梯和乘梯时间；减少系统整体能耗提高经济效益。1 总体方案设计 1.1 电梯介绍 电梯模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关等）、各个楼层按钮（上下行呼梯按钮及指示灯，等）、电梯内部设备（轿厢开关门按钮、轿厢选层按钮及指示灯等），等等。电梯模型采用多部多层结构，具体其外形及示意图和单部电梯结构示意图如图1、图2 所示： 图1： 电梯模型外形示意图 图2 ：单部电梯结构示意图 1.2 控制要求要实现集群控制，首先应实现单部电梯基本功能；其中包括电梯初始化功能，开关门控制，轿厢的启停控制，轿厢选层信号的错误指令消除功能，电梯无任务时进入待载休眠状态。其次要求能够实现对整个电梯系统当前的运行状态及运行状况进行实时监控并对单部电梯运行（异常）状态做出相应报警；满足前2步的基础上实现集群电梯的控制。进入群控运行必须能够满足单部电梯的正常运行，根据不同楼层客户需求及时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。2 实现方案 2.1 控制器选择当今的电梯普遍采用单片机和PLC方式控制，在功能上，PLC控制器优于单片机、PLC扩展性及可靠性好，功能更加强大，生产效率更高，程序的设计相对方便，看干扰能力比单片机强，能为企业创造的利润更高。PLC的品牌众多，而相对于其他品牌的PLC，因西门子PLC控制器价位中等，联网能力强，而本设计属于小型控制任务，在满足控制任务的需求同时考虑到经济简便的因素。故本设选用西门子小型PLC作为核心控制器。 2.2 控制器的选择 所使用的控制器标准配置为SIMATIC S7-1200系列PLC，以及西门子TIA Portal 软件系统。选用CPU为CPU1214C型二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）三、控制系统设计3.1 基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性、仪表选型、开车顺序设计优化、安全保障等功能设计，并说明设计理由）3.2 安全系统的设计（包括声光报警、安全联锁、紧急停车、安全仪表等功能设计，并说明设计理由）3.3 绿色生产、节能减排降耗方面的考虑 3.4 控制系统管道仪表流程图（包括基础控制系统、安全控制系统等）四、系统设备选择与系统连接4.1 系统设备选择（包括控制器、测量变送装置、执行机构，DCS规模、IO模块配置、仪表盘、控制柜、配电装置等）4.2 系统连接（用工程语言描述系统的连接）五、实施效果5.1 操作说明项目中如需对画面进行画面编辑。将所有需要的变量进行上位组态画面的连接，将程序下载至CPU，使CPU进入RUN模式，选中HMI项目，点击开始，连接成功后进入运行画面，点击“调试启动”按钮,电梯进入初始化程序将所有信号清零并将电梯复位至一层待命，初始化完成后则可以进入自动运行程序，正如图所示，当前电梯运行至5层,其轿箱内数码显示为5,且有去往4,层，3层，1层的内选信号,内选按钮指示灯亮,电梯运行指示电梯将向下运行；5.2 监控画面（包括流程画面、趋势画面、报警画面、操作画面等）根据项目要求，在电梯运行过程中需要对电梯所应用的传感器进行状态监控并实时显示；如图所示，1号梯和3号梯正在运行，1号梯轿厢接触到下平层信号因此电梯进入低速状态，一级制动正在生效。5.3 响应曲线及性能分析六、经济效益分析 本设计主要实现了电梯的初始化功能，将所有选层信号及各状态标记位清零，使电梯开始运行前复位至一层待命，完成电梯的初始化工作，为电梯的自动运行准备前提条件；实现电梯的自动运行功能，满足乘客在各个楼层的