基于PLC的电梯群控的应用研究毕业论文.doc

基于 PLC 的电梯群控的应用研究 摘 要 电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具 由于传统的电梯运 行逻辑控制系统采用的是继电器逻辑控制线路 采用这种控制线路 存在易出 故障 维护不便 运行寿命较短 占用空间大等缺点 从技术发展来看 这种 系统将逐渐被淘汰 本文搭建了以实际的电梯模型为控制对象 基于罗克韦尔公司工业网络的 电梯控制系统 该系统采用三层网络结构即以太网 Ethernet IP 控制网 ControlNet 设备网 DeviceNet 以 ControlLogix 处理器实现多电梯运行 优化控制算法 采用柔性 Flex I O 方便地解决了电梯繁多的硬接线 采用变频 器驱动电梯运行 运用 RSView32 实现系统的监控画面 该电梯控制系统具有指层 厅召唤 选层 选向等功能 具有集选控制的 特点 关键词 电梯控制 三层网络 RSView32 Elevator Group Control Based on PLC Application Author yang le Tutor ren yanshuo High rise building elevator is indispensable to the vertical transport The logic of traditional elevator control system is used in relay logic control circuits Using this control circuit is apt to fail to maintain the inconvenience running short lived large etc space From the technology point of view such a system will gradually be eliminated This paper built a model of the actual elevator control object based on Rockwell s elevator control system of industrial networks The system uses three tier network architecture is Ethernet Ethernet IP control network ControlNet equipment network DeviceNet to ControlLogix processors to achieve optimal control algorithm to run more lift using flexible Flex I O easy to solve range of hard wiring the elevator elevator operation by inverter drive using RSView32 realize the system monitor screen The elevator control system has that level the Office of call selected layers choose the functions A set of selected control features Key Words elevator control three networks Rsview 32 毕业设计 论文 原创性声明和毕业设计 论文 原创性声明和 使用授权说明使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺 所呈交的毕业设计 论文 是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果 尽我所知 除文中特别 加以标注和致谢的地方外 不包含其他人或组织已经发表或公布过 的研究成果 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位 或学历而使用过的材料 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人 或集体 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意 作 者 签 名 日 期 指导教师签名 日 期 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集 保存 使用毕业设计 论 文 的规定 即 按照学校要求提交毕业设计 论文 的印刷本和 电子版本 学校有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并 提供目录检索与阅览服务 学校可以采用影印 缩印 数字化或其 它复制手段保存论文 在不以赢利为目的前提下 学校可以公布论 文的部分或全部内容 作者签名 日 期 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行 研究所取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权 大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 涉密论文按学校规定处理 作者签名 日期 年 月 日 导师签名 日期 年 月 日 指导教师评阅书指导教师评阅书 指导教师评价 指导教师评价 一 撰写 设计 过程 1 学生在论文 设计 过程中的治学态度 工作精神 优 良 中 及格 不及格 2 学生掌握专业知识 技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3 学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4 研究方法的科学性 技术线路的可行性 设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5 完成毕业论文 设计 期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二 论文 设计 质量 1 论文 设计 的整体结构是否符合撰写规范 优 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的论文 设计 任务 包括装订及附件 优 良 中 及格 不及格 三 论文 设计 水平 1 论文 设计 的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2 论文的观念是否有新意 设计是否有创意 优 良 中 及格 不及格 3 论文 设计说明书 所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩 建议成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 指导教师 指导教师 签名 单位 单位 盖章 年年 月月 日日 评阅教师评阅书评阅教师评阅书 评阅教师评价 评阅教师评价 一 论文 设计 质量一 论文 设计 质量 1 论文 设计 的整体结构是否符合撰写规范 优 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的论文 设计 任务 包括装订及附件 优 良 中 及格 不及格 二 论文 设计 水平二 论文 设计 水平 1 论文 设计 的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2 论文的观念是否有新意 设计是否有创意 优 良 中 及格 不及格 3 论文 设计说明书 所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩 建议成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 评阅教师 评阅教师 签名 单位 单位 盖章 年年 月月 日日 教研室 或答辩小组 及教学系意见教研室 或答辩小组 及教学系意见 教研室 或答辩小组 评价 教研室 或答辩小组 评价 一 答辩过程一 答辩过程 1 毕业论文 设计 的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2 对答辩问题的反应 理解 表达情况 优 良 中 及格 不及格 3 学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二 论文 设计 质量二 论文 设计 质量 1 论文 设计 的整体结构是否符合撰写规范 优 良 中 及格 不及格 2 是否完成指定的论文 设计 任务 包括装订及附件 优 良 中 及格 不及格 三 论文 设计 水平三 论文 设计 水平 1 论文 设计 的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2 论文的观念是否有新意 设计是否有创意 优 良 中 及格 不及格 3 论文 设计说明书 所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 评定成绩 评定成绩 优优 良良 中中 及格及格 不及格不及格 在所选等级前的 内画 教研室主任 或答辩小组组长 教研室主任 或答辩小组组长 签名 年年 月月 日日 教学系意见 教学系意见 系主任 系主任 签名 年年 月月 日日 目 录 1 绪论 1 1 1 电梯概述 1 1 2 设计背景 1 1 3 本文目的 意义 2 2 电梯控制技术 3 2 1 电梯控制技术概述 3 2 1 1 电梯控制技术的发展 3 2 1 2 电梯控制技术的转变 3 2 2 电梯的集选控制 4 2 2 1 电梯的集选控制算法 5 2 2 2 电梯的 PLC 集选控制系统 6 3 系统总体设计 7 3 1 电梯控制系统的模块化设计 7 3 1 1 模块化设计思想 7 3 1 2 电梯控制系统各模块间的关系 7 3 2 电梯控制系统设计流程图 9 3 2 1 系统功能需求 9 3 2 2 系统设计流程图 9 4 电梯的硬件部分 11 4 1 电梯的模型概述 11 4 2 网络的组建 13 5 电梯的软件部分设计 14 5 1 编程与组态软件 RSLOGIX5000 14 5 2 创建系统工程文件 14 5 3 CONTROLLOGIX 系统组态 16 5 3 1 I O 模块的组态 16 5 3 2 通讯模块的组态 17 5 4 电梯逻辑控制程序的设计 21 5 4 1 指层环节 21 5 4 2 轿内指令和厅外呼叫控制环节 22 5 4 3 定向 换速与选层控制环节 23 5 4 4 平层停车环节 31 5 4 5 电梯启动运行环节 32 5 4 6 轿门开关控制环节 33 5 4 7 显示环节 35 6 用 RSVIEW32 软件实现电梯模型的实时监控 37 6 1 建立 RSVIEW32 工程 37 6 2 创建图形界面 41 6 2 1 关于电梯模型的图形界面 41 6 2 2 创建电梯模型的图形界面 42 6 3 组态趋势图 43 6 3 1 关于趋势图 43 6 3 2 创建电梯模型的趋势图 44 6 3 3 组态电梯模型的趋势图 44 6 4 组态活动记录与数据记录 46 6 4 1 组态活动记录 46 6 4 2 组态数据记录 47 结论 48 致 谢 49 参考资料 50 附录 52 1 绪论 1 1 电梯概述 电梯进入人们的生活已经150年了 生活在继续 科技在发展 电梯也在进步 随着高层建筑逐步走进人们的生活 电梯已然成为现代生活中广泛使用的人员运输工 具 人们对电梯安全性 舒适性 高效性的不断追求推动着电梯技术的进步 现代高层建筑电梯呈现以下特点 电梯结构紧凑 体积小 因此占地面积小 且美观实用 电梯在频繁的启动 稳速及制动的过程中 安全可靠 舒适 快速 平稳 电梯平层精度高 平层误差要在国家规定标准范围内 高层建筑电梯的高效运行 必须使电梯具有最短的乘客候梯时间 才能有效避 免由于高层人员集中 候梯时间过长而造成的拥挤现象 为满足电梯高效运行的需要 高层建筑电梯大都采用了高速及超高速电梯 高层建筑电梯必须具有极其灵活的控制方式 高层建筑中大量采用的微机控制 或可编程控制器电梯可以满足人们对电梯的多种服务要求 消防电梯是高层建筑电梯的特有的运行方式 由于高层建筑火灾因素多 人员 密集 一旦发生火灾 电梯可作为消防人员的专用交通工具 高层建筑电梯的供电都采用双路电源方式 一用一备 确保电梯的安全可靠 为满足多功能大厦的服务需求 高层建筑电梯型式多种多样 1 2 设计背景 罗克韦尔自动化公司 Rockwell Automation 是世界上最大的可编程控制器生产 厂商 其生产的可编程序控制器及组态软件非常具有代表性并具有相当的先进性 1999 年 9 月 罗克韦尔自动化公司在我校出资建立了东北大学 罗克韦尔自动化 实验室 首批捐赠了 30 万美元的设备 并不断补充最新的设备 使实验室的自动化设 备在世界自动控制领域处于领先的地位 本文讨论的十层电梯模型控制系统使用的就是罗克韦尔自动化公司最新一代的基 于 ControlLogix 系统的可编程控制器 Logix5550 变频器 1305 FLEX I O 等自动 化设备及 RSView32 组态软件来实现多梯控制 1 3 本文目的 意义 ControlLogix 是罗克韦尔自动化公司最新开发的可编程控制系统 与其前几代产 品如 PLC5 系列 SLC500 系列相比 ControlLogix 在很多部分都有了较大的改进 在系 统的编程与组态也有了一些不同 由于产品较新 在实际中的应用还不多 本文的工作目的是以电梯模型的逻辑控制为实例 对 ControlLogix 系统的网络组 态 系统配置和基于数据标签的梯形图编程进行一次尝试 为今后的更好应用 ControlLogix 系统积累经验 同时 对十层电梯集选方式的逻辑控制程序也具有一定 实用价值 2 电梯控制技术 2 1 电梯控制技术概述 2 1 1 电梯控制技术的发展 所谓电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的电气自动控制 在高层建筑中 人们曾设计并制造出许多具有良好的传动及操纵性能的电梯 现 代电梯主要以高层建筑为服务对象 为了更好地满足高层建筑对电梯的需要 电梯控 制技术同样也经历了由简单到复杂 由低级向高级的发展阶段 当代电梯采用的都是曳引传动式电梯 曳引传动式是于 20 世纪初在美国诞生 曳 引传动电梯废除了鼓轮 轿厢的牵引是靠钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦力 对重用以 平衡轿厢负载 曳引传动电梯的结构及其运行性能与鼓轮式电梯相比 都有了很大的 改进 而且具有鼓轮式电梯无法比拟的优点 所以在电梯发展的近一百年时间里 曳 引传动作为电梯的基本传动方式始终没有改变 2 1 2 电梯控制技术的转变 随着智能化楼宇大厦的出现 人们对电梯的控制要求越来越高 不但要使电梯在 运行过程中具有安全可靠 快速 准确 平稳的特性 也即要使电梯具有良好的乘坐 舒适感及享受感 同时也对电梯运行的高效 节能等提出的严格要求 而良好的电梯 控制技术是电梯高质量运行的重要保证 传统的电梯都是采用继电器控制的方式 也常被称为经典控制方式 但继电器控 制有许多缺陷 如因为要依靠机械装置动作而使电梯控制系统的可靠性较差 并且存 在接线复杂 故障率高 检修维护困难等问题 由于继电器控制的局限性 可编程控制器被广泛的应用于电梯控制中 可编序程 控制器应用于电梯控制之中与传统电梯控制系统相比具有许多优势 由于可编序程控 制器是采用程序控制 可以有效避免繁杂的接线 并且由于采用高性能的精密元器件 故能使电梯控制系统的可靠性大大提高 虽然与继电器控制相比 可编序程控制器的成本较高 但可编序程控制器的可编 程特性和其具有的高级运算功能可以实现电梯控制的高度自动化和人工智能化 这是 继电器控制所无法比拟的 并且成本问题可以通过节省输入点 使用中间继电器的办 法来得到一定程度上的解决 2 2 电梯的集选控制 电梯是一种高度自动化的机电一体化设备 对于单台运行的电梯 一般都遵守集选 调度原则 即 顺向截梯 反向不停 最远端除外 此外 还有 本层开门 端站返 回 等功能 电梯的运行工作情况和公交汽车有许多共同之处 但是汽车的起动 运行 停靠 等全靠司机控制操作 而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂 而电梯的自动化 程度较高 一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上的按钮向电梯的控制系统 下达一个指令信号 电梯就能选层定向 自动关门 起动 加速 在预定的层站减速 停靠 开门 对于自动化程度较高的电梯 司机或乘用人员一次还可以下达一个以上 的指令信号 电梯便能起动和停靠 依次完成全部的指令任务 电梯在作垂直运行的过程中 有起点站也有终点站 对于三层以上的建筑物内的电 梯 起点站和终点站之间还有停靠站 一般起点站设在一楼 终点站设在最高层 起 点站常被作为基站使用 各站的厅外设有召唤箱 箱上设置召唤按钮 在厅门上一般 都设有专用的钥匙开关 管理人员可以使用专用钥匙启停电梯 也可以打开电梯门 对电梯进行维修 正常情况下 电梯无人使用时总是关着门停在底层或某个层站 电梯一般都设置长 时间空闲时自动返回基站的功能 当电梯所停层站厅外有乘客想乘电梯时 按动召唤 按钮 则电梯门自动打开 即 本层开门 电梯待机时 当其他层出现有厅外召唤信号时 电梯即自动启动运行 电梯在向某 一方向运行过程中 在到达目的楼层之前 如前方出现与电梯运行方向相一致的顺方 向厅外召唤信号时 电梯予以应答停车 开门 并把此层厅外的乘客捎走 而对于与 电梯运行方向不一致的反方向召唤信号 则电梯不予响应 这就是 顺向截车 反向 不停 但如果最远端的厅外呼梯信号与电梯的运行方向相反 则电梯在此楼层停靠 并开门接走乘客 即 最远端除外 电梯在应答完最远端一个召唤信号后 电梯即可 自动换向 即 端站返回 当乘客进入轿厢后 按下目的层站的选层按钮 便完成了运行指令的预先登记 电 梯便自动决定运行方向 电梯经过一定延时后关门 当门完全关闭后 门锁微动开关 闭合 使门锁继电器吸合 电梯开始起动 加速 直至稳速运行 如果乘客不按下选 层指令按钮 电梯就有可能被其他层的厅外召唤信号所召唤而自动定向运行 无法满 足轿内乘客的乘梯要求 当电梯到达欲停靠的目的层站前方某一距离位置时 由井道传感器向电梯的动控制 系统发出减速信号 电梯便自动减速准备停靠 当轿厢进入到平层区时 井道平层传 感器动作 发出平层信号控制轿厢准确平层 并自动开门 并自动消除登记 2 2 1 电梯的集选控制算法 电梯集选控制的基本原则是 顺向截梯 反向不停 最远端除外 其中 最主要 的部分是电梯的选层定向 起动与到站停车功能 选层定向就是在有轿内指令或厅外 有向上 向下的召唤信号的情况下 电梯应该响应哪个信号并起动 停车功能即电梯 到达轿内指令和厅外指令所指定的楼层 电梯自动减速 停车 开门的功能 当电梯上升时 如有上升请求应该优先满足 使电梯尽可能保持上升状态 下降 时也是如此 电梯当前的位置不能用各层的限位开关来表示 应该用电梯的位置指示 灯来表示 因为电梯在两层之间运行时 仍需要保持上升或下降运行状态 而电梯的 位置显示灯必须具有连续显示的功能 具体调度将在后文阐述 电梯的上升 下降与停止的逻辑框图如下图 2 1 所示 图 2 1 2 2 2 电梯的 PLC 集选控制系统 20 世纪 80 年代之前我国生产的各类电梯 几乎都是采用继电器作为中间过程和管 理控制 但电梯继电器控制系统故障率高 继电器的寿命短 动作复位和运行噪音大 基本不适应电梯使用条件和使用环境的要求 运行效果不能令人满意 随着改革开放政策的深化 合资和独资电梯制造企业迅速增加 国外一些先进的 电子器件和装置急速涌入我国市场 PLC 可编程序控制器 是其中的一种 使我国的电 梯控制技术发生跳跃式进步 相比较而言 PLC 控制电梯有着很明显的优点 1 在电梯控制中采用了 PLC 用软件实现对电梯运行的自动控制 可靠性大大提高 2 去掉了选层器及大部分中间继电器 控制系统结构简单 外部线路简化 3 PLC 可实现各种复杂的控制系统 方便地增加或改变控制功能 4 PLC 可进行故障自动检测与报警显示 便于检修 提高运行安全性 5 更改控制方案时基本不需改动硬件接线 重点可以放在程序的开发与调试上面 6 PLC 较强的通信功能使得对双梯加并联功能或梯群加群控功能成为可能 3 3 系统总体设计 3 1 电梯控制系统的模块化设计 3 1 1 模块化设计思想 模块化程序设计使人们在软件开发的长期实践中总结出来的一种设计策略 模块是一个具有独立功能的程序 可以单独地设计 调试与管理 模块化就是按 适当的原则把一个情况复杂 规模较大的程序系统划分为一个个较小 功能相关而又 相对独立的模块 系统设计中可以采用 自顶向下 和 自底向上 两种设计方法 前者是从局部到整体 即先把某一部分 如最难的部分 设计好 然后再考虑其 它部分 而后者则是从整体到局部 先考虑系统的总体结构 如整个系统由哪几部分 组成 每一部分的功能怎样 它们之间又有什么联系等等 然后再以同样的方法来考 虑各个局部的设计 直到所有的模块都便于管理为止 本文中采用了后一种方法 根据模块化的思想 设计时应把整个系统化分成若干模块 一个模块描述一个功 能 并能较好地体现模块的独立性 给编制与调试都带来方便 全部模块以树状结构 组成系统 这种结构层次清楚 各分支也可以自成系统 管理起来比较方便 模块大 小应该适中 因为模块过大不容易控制复杂性 模块过小又会增加模块间的联系 3 1 2 电梯控制系统各模块间的关系 电梯的控制从性质上可以分为两个方面 传动系统的控制和逻辑系统的控制 它 们之间的关系如下页图所示 平层感应 器 平 层 控 制 线 路 主 拖 动 系 统 减 速 控 制 线 路 换 速 点 信 号 指 层 楼 层 信 号 轿 内 指 令 厅 门 召 唤 检 修 控 制 线 路 选 层 定 向 控 制 线 路 信 号 指 示 控 制 线 路 显 示 输 出 图 3 1 电气控制系统框图 传动系统的控制 它是以速度给定曲线为依据 利用模拟或数字控制装置 针对牵引机的不同调速 方式构成闭环或开环的速度控制系统 从而实现电梯运动状态的控制 逻辑系统的控制 它是指电梯控制系统能实时地接受来自厅站 轿厢 井道 机房等不同位置 不 同性质的外部信号 将它们按一定的逻辑关系进行综合处理 并将其处理结果反映到 传动控制系统中控制电梯的运行 3 2 电梯控制系统设计流程图 3 2 1 系统功能需求 电梯逻辑控制的性能决定着电梯操纵自动化程度的高低 本系统的功能需求如下 基本功能 轿内指令功能 由司机或乘客在轿内控制电梯的运行方向和到达任一层站 厅外呼梯功能 由使用人员在厅外呼唤电梯前往该层执行运送任务 减速平层功能 电梯到达目的层站前的某一位置时 能自动地使电梯开始减速 当到达目的层站平面时 能自动使电梯停止 选层 定向功能 当电梯接受到若干个轿内 厅外指令时 能根据电梯目前的 状态选择最合理的运行方向及停靠层站 指示功能 能在各层厅站及轿内内指示电梯当前所处位置 能在某按钮信号 被响应时 消去其记忆 保护功能 当电梯出现异常情况如超速 断绳 越限 运行中开门 过载等 现象时 控制电梯停车或不能开动 集选控制的特殊功能 根据轿内楼层指令或厅外召唤信号自动定向 自动保持最远层站决定的方 向 实现顺向截车及最远层站反向截车 实现轿内指令和外召唤的各指令登记 自动起动运行 减速制动及平层停靠 具备检修功能 3 2 2 系统设计流程图 实现以上功能需求 首先进行了硬件部分的设计 包括控制系统网络的组建 电 梯模型 I O 点的分配和硬件连线等 图 3 2 其次是软件部分的设计 也即对 ControlLogix 系统的 I O 模块和通讯模块的组态 设备网地址的映射与梯形图的编制等 最后在模型电梯上进行系统调试 本系统的设计流程图如上图所示 由于实验室条件所限 本次毕设最后总调试只采用Rsview仿真 设计梯形图程序 写入 检查程序 模 拟 调 试 设计制作控制柜 现场安装接线 熟悉被控系统 选择 PLC 型号 确定硬件配置 分配 I O 点 设计外部硬件接线图 交付使用 Yes N o No 满足要求 满足要求 系统总调试 Y es 4 电梯的硬件部分 4 1 电梯的模型概述 本次设计中使用的模型电梯是在沈阳北方电梯厂专门定做的 共有两台 模型电 梯在设计中尽量遵照实际电梯 并简化了一些功能 在设计中力图达到仿真 以反映 真实的电梯的控制过程 模型电梯的主要数据如下 1 楼层数 10 层 2 提升高度 2m 3 线速度 5cm s 4 噪声 不大于 55db 5 曳引式升降 交流电机拖动 机械齿轮传动 6 中分式轿门 直流电动开门机 电梯的主要零部件如下 1 曳引机 型号 D DF 电机功率 0 55kw 曳引轮直径 60mm 产地 德国 额定转速 16r min 2 轿厢 外型足寸 200 x250 x200 深 x 宽 x 高 重量 7kg 3 开门机构 电机型号 PB 35GM 电压 12VDC 产地 日本 开门宽度 130mm 4 对重 6 5kg 5 接近开关 PK80461 Honeywell 6 磁双稳态开关 KCB 1 瑞士 7 电梯位置指示器 24VDC 七段代码管 自制 1 03 2 20 1 70 220 9 1 980 2 950 3 00 图 4 1 模型电梯正面示意图 3 1 2 4 5 图 4 2 模型电梯侧视图 4 2 网络的组建 由于这次的控制对象为模型电梯 电梯的轿内指令 厅外呼叫指令按钮都不具备 为了使电梯模型的控制更加形象逼真 设计中充分利用了罗克韦尔自动化产品的网络 通讯能力 由于 ControlLogix 系统本地槽架上的 I O 模块很有限 所以 Logix5550 处理器与 电梯模型的通讯的 I O 交换使用了设备网上的柔性 I O 适配器 Flex I O 所带的 I O 模块 即 对模型电梯的 I O 点采集和命令的发送 是通过设备网完成的 轿内 厅外的呼梯采 用了仿真的图形界面控制 图形界面显示在罗克韦尔 的人机交互显示系统 Panel View600 900 上 而 Panel View 是通 过挂接在 DH 网络实现的 编程用的计算机与 ControlLogix系统的处理 器Logix5000的通讯采用 了以太网 EtherNet 连 接 以太网 以太网 EtherNet 控制网 控制网 CcontrolNet 带有 Rslinx 的个人计算机 带有DH 以太网 设 备网通讯模块的 ControlLogix系 统 DH 网上的 操作员终端 设备网 设备网 DeviceNet 1305变频器 设备网Flex I O 电梯控制模型 图 4 3 电梯模型的网络通讯示意图 5 电梯的软件部分设计 5 1 编程与组态软件 Rslogix5000 罗克韦尔自动化公司推出 PLC5 系列处理器的时候 相应推出了与之配套的 Rslogix5 软件 推出 SLC500 系列处理器的同时 相应的开发了 Rslogix500 Rslogix5000 软件是 Logix5550 系列处理器专用的编程开发环境 利用 Rslogix5000 编程软件可以组态 ControlLogix 系统的 I O 和通讯模块 以及对 Logix5550 处理器编程 包括对运动控制编程 Rslogix5000 继承了 Rslogix500 及 Rslogix5 系列编程软件的特点 用工程 Project 来管理每个工作项目 所有的梯形图 数据标签等都要一起存放在以工程名 命名的文件里 与 Rslogix 系列其他编程软件相比 Logix5000 最大的不同在于它全新的数据组织 形式 Tag 数据标签 这与 Rslogix500 及 Rslogix5 系列软件的用来组织数据的 N B T 型等文件有着内在联系 但又有了重大的改进 Tag 的使用不仅可以使编程 人员随意使用能反映自己编程思想的数据名称 还为模拟量的传输带来了很多方便 因为它能通过直接向模拟量型 Tag 写数据来避免以前 PlC SLC 编程中为处理模拟量 的传输而使用的块传送指令 在 Logix5000 出现之前 Tag 的用法还在罗克韦尔的人机交互组态软件 Rsview32 中出现过 在 Logix5000 中直接使用数据标签 Tag 可以省略 PLC SLC 的 N B T 等类型数据文件向 Tag 的转化过程 使编程软件与人机交互软件结合更紧密 实现更迅速 使用更方便 5 2 创建系统工程文件 在开始编程和组态控制器以前 必须先创建一个工程文件 工程文件是包含有梯 形图逻辑和组态信息的文件 文件保存在用户工作站的硬盘中 工程文件使用 ACD 作 为扩展名 一个新 的工程 需要指定 下列信息 处理器 名称 该名称同时也将被用作工程名称 使用 ACD 为扩展名 该名称是必 需的 框架类型 选择包含有控制器的框架类型 可以使用下拉菜单从提供的框架 中选择 这里选择了 1756 A10A 这是一个十槽框架 槽号 选择安装控制器的槽号 要注意第一槽定义为零槽 处理器可以安装 在任何一个空槽位上 处理器说明 输入有关该控制器的说明 这是可选选项 工程创建位置 通过此选项可定义工程文件的保存路径 用户可使用默认路 径 即安装软件是组态的路径 或制定一个不同位置 控制器名称及所有的数据标签 Tag 名称 输入输出模块名称的命名都遵守国际 标准 IEC1131 3 标识符规则 即 项目 管理器 梯形图 编辑窗口 图 5 1 Rslogix5000 编程环境 名称必须以字母或下划线 开头 名称中只能包含字母 数字字符及下划线 名称最多可以使用 40 个字符 不能使用连续下划线或用下划线作为后缀 如果没有针对某一控制器的工程文件 可以从控制器上载并创建此工程文件 但 是 并非所有保存在工程文件中的内容都可以从控制器获取 如果从控制器上载 新 的工程文件中将不包含下列内容 梯级注释 有关标签 任务 程序 例程 模块 或用户自定义结构体的说明 别名链 指向另一个别名的别名 如果用户从控制器上载一个应用程序 而该应用程序与用户工作站中存在的程序 同名 则上载过程将不会重写当前的应用程序 上载过程将作为一个 upload as 过 程来处理 来自控制器的逻辑程序和标签定义将保存在一个和原来应用程序不同名的 文件中 这样就可以保持当前储存在工作站硬盘中的任何文件 防止重写存在的应用 程序 5 3 CONTROLLOGIX 系统组态 5 3 1 I O 模块的组态 ControlLogix 系统的组态可以分为 I O 模块的组态和通讯模块的组态 I O 模块的组态是在 Rslogix5000 的项目管理器中的 I O Configuration 里完成的 组态 I O 模块必须是离线状态 Offline 状态下 在添加新模块时 需要确定模块名 称 模块所在槽号 通讯格式及电子锁等的配置信息 5 3 2 通讯模块的组态 ControlLogix 系统具有非常强大的通讯能力 除了 Logix5550 自带的 RS232 串行 通讯接口外 通过模块化的通讯组件 ControlLogix 系统能使 Logix5550 处理器与以 太网 Ethernet 控制网 Controlnet 设备网 Devicenet DH 网 Remote I O 链路等网络构成连接 并能通过网桥的作用 使用户一旦登陆到某一网络上 便可以 同时访问到其他多个网络层次上的设备和处理器 在本次设计中 对处理器的编程都是通过以太网通讯完成的 对模型电梯的 I O 点采集和命令的发送是通过设备网完成的 轿内 厅外的呼梯仿真图形控制是通过 DH 网络实现的 串行通讯的配置 最初的网络组态都是通过 RS232 串行通讯接口实现的 用一根 RS232 串行通讯电 缆将计算机上的串口与 Logix5550 处理器上的串口相连 再启动罗克韦尔的网络连接 软件 Rslinx 配置响应的串行通讯程序 AB DF1 便可以在计算机和处理器之间建立起 串行连接 串行通讯驱动 程序 AB DF1 组态好 ControlLogix系统 的各个模块 图 5 2 Rslinx 串行通讯配置窗口 串行通讯建立后才可以将离线时添加的各种模块信息下载到处理器中使之被处理器识 别 从而被系统使用 以太网通讯的配置 因为串行通讯速度很慢 在最初将 ControlLogix 系统组态完成后就不再使用了 而是使用以太网通讯或控制网上的通讯 本设计中使用的是以太网通讯方式 编程中处理器所使用的以太网通讯地址定义为 192 168 1 105 设备网的配置 由于 ControlLogix 系统本地槽架上的 I O 模块很有限 所以 Logix5550 处理器与 电梯模型的通讯的 I O 交换使用了设备网上的柔性 I O 适配器 Flex I O 所带的 I O 模块 图 5 3 DeviceNet Manager 对设备网的扫描结果 设 备 网 扫 描 模 块 1 7 5 6 D N B 设 计 中 使 用 的 设 备 网 柔 性 I O 适 配 器1 7 9 4 A D N 设 计 中 使 用 的 1 3 0 5变 频 器 C 系列 Logix5550 处理器与设备网的 Flex I O 适配器通讯是通过设备网扫描模块 DeviceNet Scanner 1756 DNB 来完成的 在 ControlLogix 系统的本地框架中添加设备网扫描模 块的过程与添加其他模块的过程类似 这里就不再详述 扫描模块添加完成后 主要的任务是要完成设备网上的各个 I O 点在扫描模块内 存中的映射 映射的目的是让处理器能够像存取本地的 I O 点一样来对远程的 I O 点 进行操作 I O 点的映射需要使用另一个专门对设备网进行组态的软件 DeviceNet Manager 和一个连接计算机和设备网的通讯模块 1770 KFD 1770 KFD 一端连在计 算机的串口上 一端通过 T 型头连接在设备网上 启动 DeviceNet Manager 并选择相 应的 COM 口后 就可以对设备网上的设备进行扫描了 经过扫描 设备网上的设备就会出现在 DeviceNet Manager 的窗口中 如上页图 所示 这时再双击设备的图标就会弹出相应的设备配置画面 在配置窗口里可以对该 设备进行各种组态和参数设定 对设备网上的 Flex I O 来说 主要进行的配置是安排每个模块的输入输出字节数 配置结果是 第 0 槽的输入分配一个字 第 1 槽的输出分配一个字 第 3 槽的输出分配一个字 适配器本身分配一个状态保留字 共两个输入字 两个输出字 0槽输入模块的配置 点 击 图 5 4 Flex I O 的模块配置 变频器的控制比较复杂 所需要传递的参数也较多 通讯量自然增大 在这里为变 频器分配了输入 输出各20个字 最后要将配置的结果下载到设备网扫描模块 DeviceNet Scanner 中 才能使配 置的结果生效 如果配置正确 扫描模块将开始接受设备网信息 最终各设备在扫描 模块中的地址安排如下图所示 其中 17 是 Flex I O 的设备网结点号 59 是 1305 变频 器的节点号 图 5 5 1305 变频器的配置窗口 图 5 6 设备网扫描器中的内存地址映像 5 4 电梯逻辑控制程序的设计电梯逻辑控制程序的设计 电梯逻辑控制系统从功能上可以分解为指层环节 轿内及轿外指令寄存环节 选向 环节 换速控制环节 选层停车环节 轿门开关环节 指示环节等模块 下面详细介 绍各个环节的设计过程 5 4 1 指层环节 指层的功能由电梯的五个位置开关来完成 磁双稳态开关是指层环节的核心部件 它与井道中放置的磁铁相配合 形成二进制编码信号 供可编程控制器来识别电梯在 井道中的位置 以决定电梯正位于哪个楼层 磁双稳态开关的触点的状态变化在两个 条件下会产生变化 它受到与使触点处于现态的磁场相反的磁场极性的作用 开关元件的运动 即电梯运动 方向与原来使出点处于现态的运动方向相反 由此可见 磁双稳态开关只有在上述两个条件之一具备是状态才会发生翻转 而 在此之前一直保持当前状态 这可能就是 双稳态 的来历 由于双稳态开关的保持 状态作用 使得我们可以得到连续变化的楼层指示信号 电梯位置与指层开关的关系如下 一楼 1110 0001 二楼 1100 0011 三楼 1101 0010 四楼 1001 0110 五楼 1000 0111 六楼 1010 0101 七楼 1011 0100 八楼 0011 1100 九楼 0010 1101 十楼 0000 1111 由于位置信号是反信号输入 括号内是取反后的结果 可以看出位置信号是按照格 雷码 每次只有一位发生改变 来分布的 这样安排可以使位置开关数量最省 判断 起来最方便 5 4 2 轿内指令和厅外呼叫控制环节 轿内指令是指由司机或乘客在轿箱里面对电梯发出向上或向下运行的控制信号 而厅外召唤是指乘客在任意层厅上发出的呼梯信号 由于都是利用主令元件 按钮 对电梯发出控制指令 因此轿内指令和厅外召唤控制有着基本相同的形式 无论是轿内指令还是厅外召唤 它们的核心问题都是指令的登记与消除 指令的 登记必须由自锁功能实现 消除指令的过程也就是解锁的过程 轿内指令相对简单 自锁的条件是 有轿内指令并且楼层指示未到该层 解锁的条件是 已到指令楼层并且电机已停 设计时注意到必须加入电机已停这条 否则楼层指示一到指令就被解锁 而此时 电梯并未到达准确位置 并且换速 平层等信号都在指层信号以后才到来 依据轿内 指令 厅外召唤实现换速及平层停车 如果提前将指令解锁将出现严重问题 故必须 保证停车后再将信号解锁 厅外召唤稍复杂 实现自锁 实现解锁 图 5 7 轿内指令的自锁与解锁 图5 8 厅外指令的自锁与解锁 自锁条件是 厅外有召唤并且指层显示未到该楼层 解锁条件是 前两条与轿内指令的解锁相似 但有一处特殊 即解锁时与电梯运 行方向有关 当已登记的某一方向召唤信号若与电梯运行方向一致 则电梯运行到该 层停车后 可以解锁 若已登记的召唤信号与电梯方向相反 则电梯即使在该层停靠 也不会对这个召唤解锁 这是由集选控制的特性决定的 例如 电梯从一楼上升到四楼响应上召唤 此时四楼和五楼同时也有下召唤信号 电梯在四楼停靠后 将紧接着去五楼响应下召唤信号 这时四楼的下召唤信号是不会 被解锁的 因为虽然电梯已到四楼并停车 前两个梯级通路都已断掉 但由于此时电 梯的运行方向是向上 并且上行中间继电器被置位 所以由此通路保持着下召唤厅外 信号 直至电梯由五楼响应完下召唤返回到四楼后 这时所有三级通路均被断掉 下 召唤解锁完成 5 4 3 定向 换速与选层控制环节 1 定向 实现自锁 实现解锁 特殊解锁 电梯的定向是指控制系统根据电梯当前的位置及由使用者发出的轿内指令或厅外 呼梯信号所制定的楼层 自动的选择电梯的运行方向 定向及选层控制是电梯逻辑控 制系统中至关重要的组成部分 首先 应确定使 用者是否 有使电梯 向上或向 下运动的 企图 以向 上运行时 的 7 8 9 层为例 如果电梯 不位于 10 楼 但 10 楼有下召 唤信号或厅内指令则将上行中间继电器 1 置位 如果电梯不在 9 楼或者 10 楼 但 9 楼 有上 下召唤信号或轿内指令 则也可判断使用者有使电梯向上的要求 同样置位上 行中间继电器 1 参见上图 5 9 同理 2 到 8 楼如有向上请求分别置位上行继电器 2 和 3 最后由三个上行继电器 1 2 3 并联输出构成上行中间继电器 如果电梯运行方向是向上 并且上行继电器导通 表示有向上运行的请求 则 上行继电器置位 即 使电梯维持原方向 如果电梯接到向上运行请求 但运行方向正在向下 则程序将置位向上运行继电 器并将其自锁 见下图5 10 电梯不在 10 楼 电梯不在 9 10 楼 图 5 9 判断用户是否有使电梯向上的请求 电梯不在 8 9 10 楼 实现自锁的一个要求是向下运行继电器必须为反 即向上运行和向下运行两个继 电器不能同时导通 一个继电器必须在另一个复位之后才能导通 否则会造成命令电梯向上的同时又 命令其向下的逻辑混乱情况 在电梯上行过程中 只有上行中间继电器的复位才会造成向上运行继电器的复位 而上行继电器复位的含义是 使用者没有使电梯向上运行的请求了 在电梯下行过程中 只有下行中间继电器的复位才会造成向下运行继电器的复位 而下行继电器复位的含义是 使用者没有使电梯向下运行的请求了 满足了这两点 就会使电梯一直响应一个方向的呼梯请求 直至这个方向没有呼 梯信号后才会反向来响应反方向的请求 这正符合了集选控制中方向优先和顺向截梯 的要求 方向优先方式是 当电梯接受到多个轿内指令时 会先把当前运行方向上的 那些指令全部执行完毕 然后在执行与当前运行方向相反的指令 顺向截梯方式是 电梯先对那些与运行方向一致的召唤信号逐一停靠响应 而对厅外与运行方向相反的召唤暂时不响应 但并不将它们的指令解锁 当 电梯执行完所有当前方向的任务后反回来 再对与运行方向相反的已登记召 唤信号逐一响应 图 5 10 处理上行中间继电器的两种方式 显然 方向优先和顺向截梯的安排可以从整体上加快电梯的响应速度 减少乘客 侯梯时间 从而提高电梯的运行效率 电梯的最终运行方向是由下面两行梯图决定的 参见下页图 5 11 首先要保证电梯在停车后才能换向 显然这是由安全的要求决定的 其次要保证方向指令互锁 因为电梯的曳引电机是由变频器控制的 改变电梯的 运行方向实际就是改变变频器中的运行方向控制位 Local O Data 1 4 和 Local O Data 1 5 两位 控制位的定义如下 10 正转 01 反转 11 保持 00 无效 停车后才可换向 方相互锁方向互锁 图 5 11 电梯运行方向的改变 Local 6 O Data 1 4 和 Local 6 O Data 1 5 两位的特点是保持自身的状态直 到有改变该位的命令到来 即使停车这两位也会保持停车之前的状态 除非有命令换 向的信号 可见如果没有互锁功能就有可能出现变频器方向控制字为同时置 1 的情况 此时 电梯就会保持原来的方向 而无法正常换向 所以互锁功能必不可少 2 选层与换速 电梯的选层是指电梯接到多个轿内或厅外命令时 自动地选择合理的停靠层站 而对没有内 外指令的楼层不予停靠 本程序中选层停车和换速环节是紧密联系的 换速是指电梯在到达内 外指令确定的楼层平面之前 应该提前一定的距离开始 降低速度的过程 程序设计的思想是 在电梯需要停靠的楼层到达之前使电梯换速 换速后再遇到 平层信号就下达停车指令 因为每个楼层都有换速及平层信号 因此准确判断是否对 该层换速信号产生反应就成为能否正确平层停车的关键 为了程序的清晰易读和不受程序梯图嵌套层次的限制 在程序的编制中使用了大 量省略中间继电器 用省略中间继电器再去参与后续程序的编制 既能使程序结构清 晰 又便于调试和查错 但省略中间继电器会占用处理器的一部分内存 下面以对 5 6 层楼的判断为例 说明设计的思想 如下页图 5 12 所示 以第 5 层上召唤为例 如果 5 楼有上召唤信号而且电梯正上行 则初步具备换速 条件 这时置位省略中间继电器 如有上召唤而电梯运行方向向下 但已经没有对电 梯向下运行的请求了 这也初步具备换速条件 可置位省略中间继电器 省略中间继电器只是对厅外的召唤进行了处理 初步做出换速的判断 而对厅内 的指令及所处楼层信息还未做出判断 从逻辑要求来讲 只要到了某一楼层并且有相 应的该楼层的轿内指令 则电梯就应该换速停车 接下来的程序如下 遇到上召唤 并且电梯运行 方向向上 则置位省略中间继电 器 遇到上召唤 虽然电梯运行 方向向下 但已经