基于西门子S7-300PLC的虚拟电梯设计【优秀机械机电毕业设计论文】【A6287】
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毕业设计
论文
a6287
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文档包括:
说明书一份。42页。19800字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
计划周记进度检查表一份。
- 内容简介：
-
编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相 关 资料 题目： 基于西门子 设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923110 学生姓名： 王 华 指导教师： 陈 浩 （职称： 高工 ） （职称： ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开 题 报告 题目： 基于西门子 虚拟电梯 设计 机电 系 机 械 制 造 及 其 自 动 化 专业 学 号 ： 0923111 学生姓名 ： 王 华 指导教 师： 陈 浩 （职称： 高工 ） 2012年 11月 25日 课题来源 电梯，已经是 21 世纪城市必须具备的交通垂直运输工具，也就是说它已然成为人们生活中不可缺少的重要组成部分。据了解我国的电梯行业历史并不算悠久，据不完全统计1979 年之前我国的电梯总产量是 10000 台左右，而随着我国科技水平和经济水平的不断提高， 2008 年国内电梯总产量却已达到 28 多万台，预计 2015 年电梯的总产量突破 40 万台没有问题，这一行业的顺利发展同时也就带动了其控制系统的飞速发展。目前，可编程控制技术悄然已经翻开崭新的 一页，其应用范围相对也就越来越广泛了。 总而言之，电梯作为新世纪高楼的垂直升降的代步工具，与人们的生活已经密不可分。 科学依据 一科学意义 虚拟电梯的设计与仿真 不受 件的限制，只要 计仿真软件，在电脑上选择 号，以及合理的硬件配置，可以决定一个实际的 等功能的虚拟 升程序运行调试。 件提供 了 非常有效的调试工具 和 手段 及 完美的虚拟环境，如单步操作，模块化操作 ，设计断点，动画界面配置，可以缩短设计和开发时间 ， 降低成本。 二国内外研究概况及分析 现状和趋势 (l)电梯控制技术方面 网络化、智能化、人性化 ; 用高位数 ,电梯信号的处理和速度增强 ; 专家控制和模糊逻辑应用到了电梯群控系统中 ,精度和效率被相应提高 ;电梯的各种选择功能在不断增加和扩展 ,目前可以选用的电梯功能预计达到 5080 种之多 ,这样电梯轿厢色调、造型的艺术化、多样化就展现出来了 ,并与建筑物完美巧妙的融成一体。 (2)曳引机技术方面 伴随机械加工水平的提高 ,有齿轮曳引机从传统的蜗轮蜗杆传动慢慢被行星式齿轮传动与高精度硬齿面圆柱齿轮传动替代 ,这就 有利于曳引机体积缩小、传动效率和承载 能力提高。 (3)电梯拖动技术方面 电梯拖动技术有明显的发展 ,直流电梯的缺点是维修量大、能耗大 ,所以慢慢被交流电梯替代 ,液压电梯运行平稳、机房位置灵活 ,在低楼层场所应用广泛。交流拖动电梯更是迅速的发展 ,已从变级调速 (展成调压调速 (调频调压调速 (如此一来电梯的速度、加速度控制就更符合人的各种生理要求 ,其给人的舒适感也 改善了许多。 通过以上 分析 ,虚拟电梯系统的优点 显而易见 ,既具有先进教学设备所需要的低成本、高性能、多功能、易操作、易扩展的特点 ,又 融有可靠的控制技术、灵活的编程方法、实时的监控功能等 ,是一体化教学的典型实例 ,是教学模型设计的典范 ,在职业技术教育中具有宽广的推广空间。 研究内容 本课题在全面了解电梯控制技术以及虚拟电梯特点的基础上 ,选择西门子中型 其编程、仿真、组态软件 ,研究出四层虚拟电梯系统 ,如下为主要内容 : (1)根据四层虚拟电梯系统的控制要求来总体设计 ,包括有电梯结构和控制功能分析、 统流程图设计等。 (2)进行 I/选择 编制四层虚拟电梯控制程序 ,并对 主要程序进行分析。 (3)利用 真软件对四层虚拟电梯仿真模拟 ,用 态软件进行监控设计 ,实现上位机对电梯系统的运行仿真、实时监控。 研究方法与手段 本课题通过文献研究及案例分析，提出控制系统硬件设计（包括执行机构及控制器的选择方案）及软件设计方案。用 写梯形图程序，用 现监控和数据采集。通过模拟和实验，得出准确的控制系统软件设计方案。 研究计划及预期成果 研 究计划： 2012 年 10 月 12 日 12 月 25 日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。 2013 年 1 月 11 日 3 月 5 日：填写毕业实习报告。 2013 年 3 月 8 日 3 月 14 日：按照要求修改毕业设计开题报告。 2013 年 3 月 15 日 3 月 21 日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。 2013 年 3 月 22 日 4 月 11 日： 虚拟电梯的控制功能及流程图设计 。 2013 年 4 月 12 日 4 月 25 日： 虚拟电梯梯形图程序设计及分析 。 2013 年 4 月 26 日 5 月 21 日：毕业论文撰写和修改工作。 预期成果： 虚拟电梯系统设计利用可靠性高的、功能强大的西门子 现电梯控制功能 ,并利用西门子 程软件、 真软件和 态软件实现虚拟电梯的数据采集与处理、软硬件组态、程序编写、画面显示和实时的动态监控。 特色或创新之处 （ 1） 主题明确，有针对性 ,稳定 , 易操作 , 通用性强 。 （ 2） 使用简易，功能完善 。 已具备的条件和尚需解决的问题 （ 1） 技术条件：整体构架基本明确，有电脑，有 程和仿真 软件。 （ 2） 尚未解决的问题：技术还不够成熟。 指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 英文原文 of is is t t of of in up of s on of in or of of to s s to e in of in is of in a of do nd LC a LC no up of as as or of to LC up to to or of of PU of to s to is an or is to to of to ; , or , in to to , AM of OM OM do of in AM PU of of LC is no we to is a to to of of LC to of is we of or s to on is to to LC a of go to LC of is in a of no to is a is a is we t is we a of on do MI it no it to or it LC to is of of it is at to in of of to a to of in s MI is is is of MI to be At a of is is a t by of of to we of we to of to to to a of is at to LC at LC of of to of to LC to to up a 0 of if in 000 we to on to on LC is to be a to it in a of of LC of to in to on If in is a to is of I to of to on is of in an to to up it a to a of a of is to a a a he of t A of is to t at a is to t is at Be is a in is to be on by PU to at to to on to is of of in of up PU to be at in an in a to on is a in be in is is an in it of is to be at to to is be PU is of to a to on to at to be we of to we or be to we to or to on A of of a of LC 6 We be an at of a to 8 to an as we to A is as or to on is it is a of 5600%, in in of TL is by of it of is a of we to to to to on of us to on to to on is a in LC of at of it t do on to up of to on a of to a on to a to of we to it of LC in us in of we to to up of of is we of of be to to we is we or a we to of PU do to of it an it be to we is a, to of to s of to to is to PU a of of a of in of DT to PU to to t of we do a to a it is at we is to we we as as , be to an to PU on to , to to to , be to to to :00 to is we of to to we a LC a LC to us a of a in of to to is we LC us of is of in is of SP we to to we on It at LC to of go of on by to us to to to of to is is a PU to t in LC is a DT in we a DT to to to in or is of DT PU DT on to LC of of 周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容1012年 11月 12日 2月 教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。 按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书42月 3日月 20日指导专业实训，要求了解企业结构 进入工厂实习，了解企业生产流程11 2013年 2月 11日6日 查找一篇与论文相关的学术性英文资料，要求是期刊论文 查找一篇关于013年 2月 18日3日 严格按照要求翻译英文资料，其中公式必须用公式编辑器输入 翻译英文资料13 2013年 3月 4日 日 指导完成总体结构方案设计选择所要设计的空调温湿度方案，确定理设计思路14 2013年 3月 4日 日 指导完成总线的选择 通过分析完成总线的选择15 2013年 3月 11号6日 指导完成输入输出点分配 完成输入输出点分配并绘制表格16 2013年 3月 18日3日 指导完成成013年 3月 25日0日 指导完成接线图和流程图 完成接线图和流程图18 2013年 4月 1日 日 完成各个模块梯形图的绘制19 2013年 4月 8日 3日 完成各个模块梯形图的绘制20 2013年 4月 15日0日 完成各个模块梯形图的绘制21 2013年 4月 22日7日 指导说明书初稿写作 根据所下载的资料，构思并开始写说明书22 2013年 4月 29日日 指导说明书二稿写作、修改将整篇文章的脉络、细节加以完善，用词准确，不出现病句等。23 2013年 5月 6日 0 指导修改说明书并定稿 说明书按照模板进行修改24 2013年 5月 13日8日 说明书及相关资料、图纸打印装订 打印说明书和图纸及相关资料25 2013年 5月 20日 5日 指导学生整理资料，准备答辩 整理资料，并熟读资料，做好充分准备说明： 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写， “每周主要完成内容 ”， “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档，保存备查。用 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级：机械93 学生姓名：王 华 课题（设计）名称：基于西门子 开始日期： 2012年 11月 12日存在问题、改进方法 指导教师意见并签字参考资料不太详细，论文中相关的设计结构比较分散，要将各论文中设计的部件整合起来一起研究分析虽然不是第一次进入工厂实习，但是各方面任然都很欠缺，要增强动手能力，加强熟悉工作流程学术性英文资料比较难找，大多是综述性文章，要多加查阅翻译中遇到很多专业术语，翻译语句不通顺，加强专业英语的练习，使语句通顺设计思路不够完善，存在漏洞，设定计划总线的种类比较多，要抓住重点选择总线对于各输入输出点关系不太清楚，要理清各点之间的关系对各个阅资料，了解各个型号和功能画法出现错误，参考一些接线图和流程图对各章应写哪些内容比较模糊，可根据设计的图纸，着重介绍个部件有很多细节错误，将文章再复查一边，避免出现语句上的和细节方面的错误格式经常出错，耐心修改，要熟练使用善存在很多细节方面的错误，应认真检查并及时改正说明： 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写， “每周主要完成内容 ”， “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档，保存备查。对梯形图的画法已经的使用不够熟练，多次使用，是自己对画法和更加熟练。存档编码：无锡太湖学院 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级：机械93 学生姓名：王 华 课题（设计）名称：基于西门子 开始日期： 2012年 11月 12日备 注说明： 1、 “工作计划、进度 ”、 “指导教师意见并签字 ”由指导教师填写， “每周主要完成内容 ”， “存在问题、改进方法 ”由学生填写。2、本表由各系妥善归档，保存备查。存档编码：无锡太湖学院 2013 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级：机械93 学生姓名：王 华 课题（设计）名称：基于西门子 开始日期： 2012年 11月 12日编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 基于西门子 虚拟电梯 设计 机电 系 机 械 制 造 及 其 自 动 化 专业 学 号 ： 0923111 学生姓名 ： 王 华 指导教师： 陈 浩 （职称： 高工 ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人声明所呈交的 学位 毕业设计（论 文）是本人在导师的 认真 指导下独立进行 的 研究 工作及其 所取得的 研究 成果 。该论文中除在毕业设计（论文）中特别标注引用 ， 表示 真诚 致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的研究成果，与我一同工作的伙伴（同志）对本研究所做的任何贡献均已在论文中明确表达了谢意。 班 级： 机械 93 学 号： 0923111 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信机 系 机械制造 及 其 自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 : 基于西门子 虚拟电梯设计 2、专题 : 二、 课题来源及选题依据 据了解 我国的电梯行业历史并不算悠久，据不完全统计 1979 年之前我国的电梯总产量是 10000 台左右，而随着我国科技水平和经济水平的不断提高， 2008 年国内电梯总产量却已达到 28 多万台，预计2015 年电梯的总产量突破 40 万台没有问题。 总而言之，电梯作为新世纪高楼的垂直升降的运输工具，与人们的生活已经密不可分。 目前的电梯控制普遍采用了两种方式，一是控制方式用可编程控制 器实现信号控制；二是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功 能，拖动控制则由变频器来完成。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。可编程逻辑控制器 (面向广大用户的专用工业控制计算机，具有诸多非常明显的优点。 序设计方便灵活，可靠性高。 、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉基于 电梯控制系统的基本内容和基本原理。 熟悉 程环境，并掌握编写梯形图的方法。 熟悉该控制系统中所应用到的器件，如：可编程控制器 频器、拽引机等。 学习并掌握西门子 四、接受任务学生： 机械 93 班 姓名 王 华 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 随着城市现代化进程的飞速推进 ,电梯作为 一种安全，高效，方便的垂直运输工具已在人们的日常生活中密不可分， 因此 ,设计一种通用性强、可视性好的 拟电梯教学模型势在必行。 针对电梯运行特点 ,虚拟电梯设计采用了顺序控制分析方法和面向对象的模块化分析设计方法。设计内容包括电梯的控制技术、 梯控制程序设 计、虚拟电梯的程序仿真、虚拟电梯的运行监控等。设计选用功能强大 先进的西门子 (7门子真软件和 控软件来实现电梯的软 制、 仿真与监控 ,具有良好的教学可视性、实时性。虚拟电梯系统设计以 制系统为主要研究对象 ,通过分析研究电梯运行原理 ,控制要求 ,做好 入 /输出 (I/0)端口配置 ,利用软 术 ,设计出梯形图 制程序 ,并对电梯的开关门控制 ,厅内外召唤登记及消除控制、平层控制、选层及电梯运行过程等进行仿真、监控。 虚拟电梯系统设计代替了传统的继电器控制系统 ,提出了一种新颖的便于教师讲授、易于学生编程和调试的控制方法。虚拟电梯系统与电梯物理模型相比 ,充分发挥了西门子中型组态软件的强大功能 ,具有较强的灵活性、可 操作性、通用性。教师和学生可以根据教学需要自行开发电梯控制系统 ,体会程序对现场生产设备的控制效果 ,并根据仿真结果不断修改程序 ,增强 体化教学的教学效果 ,提高教学效率和培训层次。 关键词 :虚拟电梯仿真； 控 of as a in s be to a of of LC In of of of 7to LC LC as of of do a LC I/0) LC AD of of of of to a to to LC to of of of to LC of V 目录 摘要 . 录 . V 1 绪论 . 1 拟电梯系统的设计背景 .内外研究现状及分析 . 电梯行业的发展现状和趋势 . 虚拟电梯的优势 . 设计目的与科研意义 .题设计思路及方 法 .题研究内容 . 基于 制的虚拟电梯模型的总体设计方案 . 5 梯的主要结构及控制技术 .拟电梯的控制功能及流程图设计 .编程序控制器 (硬件实现 . 定义 . 基本结构 . 工作原理 . 制电梯的优点 . 西门子 系统结构 . 西门子 计 5 . 西门子 通信功能 . 虚拟电梯 制系统设计 . 12 拟电梯 制系统结构 .梯控制系统的 I/O 分配 . 程软件的选择 . 程软件概述 . 硬件接口 . 系统通信 . 硬件组态 .拟电梯 梯形图程序设计及分析 . 虚拟电梯 制系统设计要点 . 平层判断及电梯运行程序 . 楼层指示程序 . 开、关门控制 . 内、外呼信号登记及消除 . 选层定向及反向截梯 . 电梯故障报警 . 22 4 虚拟电梯系统的仿真设计 . 24 7- 真软件的主要功能 . 24 用 真、调试电梯控制程序 . 24 拟电梯的监控系统设计 . 25 机界面监控软件 . 25 控系统设计 . 26 总结 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 基于西门子 虚拟电梯设计 1 1 绪论 拟电梯系统的设计背景 随着城市现代化的不断推进 ,电梯，一种高效、安全、迅捷的代步升降运输工具，已经完全融入人们的平时生活。我国的电梯使用史已有 100 年左右 ,同时其使用数量也快速增长 ,据不完全统计 ,我国在用电梯差不多 50 万台 ,并且每年有 67 万台的增长速度。 目前 ,由于智能控制技术的发展，电 梯已经从继电器控制过渡到了 制和微机控制。其中 术可扩展性强、抗干扰能力强、成本低，既而应用范围广泛。而电梯控制也成为各高楼智能控制和工艺控制的典型实例。 现在社会上 术方面的人才缺口很大，因此 ,能够设计出一个易于教师传授、便于学生学习掌握的 ,另外可视性好、通用性强的 拟电梯教学模板迫在眉睫。同时这样也可以改善各相关职业院校的教学模式，促进其一体化教学的发展 ,提升培训层次及教学效率。 内外研究现状及分析 梯行业的发展现状和趋势 (l)电梯控制技术方面 网络化、智 能化、人性化 ; 用高位数 ,电梯信号的处理和速度增强 ; 专家控制和模糊逻辑应用到了电梯群控系统中 ,精度和效率被相应提高 ;电梯的各种选择功能在不断增加和扩展 ,目前可以选用的电梯功能预计达到 5080 种之多 ,这样电梯轿厢色调、造型的艺术化、多样化就展现出来了 ,并与建筑物完美巧妙的融成一体。 (2)曳引机技术方面 伴随机械加工水平的提高 ,有齿轮曳引机从传统的蜗轮蜗杆传动慢慢被行星式齿轮传动与高精度硬齿面圆柱齿轮传动替代 ,这样就有利于曳引机体积缩小、传动效率和承载能力提高。 (3)电梯拖动技术方面 电梯拖动技 术有明显的发展 ,直流电梯的缺点是维修量大、能耗大 ,所以慢慢被交流电梯替代 ,液压电梯运行平稳、机房位置灵活 ,在低楼层场所应用广泛。交流拖动电梯更是迅速的发展 ,已从变级调速 (展成调压调速 (及调频调压调速 (如此一来电梯的速度、加速度控制就更符合人的各种生理要求 ,其给人的舒适感也相应改善了许多。 (4)电梯安全设计及安装监督方面 作为高楼里唯一的代步运输工具 ,电梯肯定是必不可少的 ,很显然人们就会非常关注它的寿命、稳定性和安全性。因此 ,著名的奥的斯电梯公司想出了“ 电梯全过程绿色化”方案来解决，电梯从设计、制造、安装、维护及更新改造各个环节都充分考虑到了节能和环保因素。自研发开始 ,就尽量选择绿色环保材料 ,设计最低能耗的动力系统及更节省空间的布局 ,确保部件测试与系统集成在严格的考量和认证下合格 ;安装环节中 ,采用无脚手架安装方法，这样节省空间也节省原材料，同时还保证了电梯在安装方面的质量乃至安全。 无锡 太湖学院学士学位论文 2 (5)电梯装潢方面 电梯轿厢装潢采用新颖的装潢材料 ,如涂塑钢板、铝钢复合材料、钢化玻璃和各种类型石材、木材等 ,还有特殊的表面处理工艺、喷塑工艺、油漆工艺及镶拼贴装工艺等。轿厢的 造型和照明设计、操纵箱设计和轿厢层楼显示设计等逐渐向艺术化、人性化发展。 (6)电梯教学模型方面 现在很多厂家经营教具与教学专用设备的生产加工 ,物理电梯的教学模型主要是 3 至4 层的 制柜模型。有的电梯模型上设置了低压电器、变频器、机械等常见的多项故障实验给学生动手实训。但是这些物理电梯的教学模型成本都相当昂贵 ,正常在40000之间 ,性价比不高。而且这些模型普遍缺少计算机控制、软件监控、系统通讯、实训项目拓展等一系列功能。所以物理电梯模型的发展差不多已跟不上职业教学培训要求 ,研发新型 的 电梯模型有着光明的前景 19。 拟电梯的优势 伴随计算机技术的发展 ,人们开始利用计算机软件模拟实际的物理模型。“虚拟模型”其实是以计算机技术为基础 ,辅以数字接口技术 ,对某个模型进行研究和利用。软 术是一项基于 业控制计算机 )或 入式计算机 ) 的 控制技术，其在当下工业自动化领域正逐渐兴起。所谓软 实就是以 为硬件支持 ,通过软件来完成 本功能 ,提供发散的体系结构。遵循国际工业标准 ,支持多种语言 (包括高级语言 )编程 ,能够开发各种用户所要的功能（块） ,有较高 兼容 /灵活性 ,而且具备离线仿真及在线远程监控功能。 1 虚拟电梯系统指将计算机和 计算机结合组态软件设计出动画界面 ,显示电梯的轿厢和井道并模拟电梯的运行 ,同时把信号传送到制器。 制器运行控制程序 ,通过通讯程序把控制结果传到计算机 ,虚拟电梯根据传来的控制信号进行电梯的运行和相关信息指示 , 实际电梯的各种运行状态和故障状态也在模拟的范畴。 虚拟电梯系统与传统的电梯物理模型及继电器控制的电梯系统相比有明显的优势，如技术先进性、演示可视性、实用操作性等。 通过以上的分析比较 ,虚拟电梯系统的优势显而易见 ,既有先进教学设备所需要的低成本、高性能、易操作、易扩展的特点 ,又有可靠的控制技术、灵活的编程方法、实时的监控功能等 ,是一体化教学的典型实例 ,是教学模型设计的典范 ,在职业技术教育中具有巨大的推广空间。 计目的与科研意义 选用功能强大、先进的西门子 (7 程软件、西门子真软件和 态软件来实现电梯的软制 、仿真与监控可以弥补物理电梯模型和继电器控制的电梯系统的不足。使 算机仿真技术、通信技术紧密结合 ,设计一个完整的 拟电梯教学模型，包括了软硬件组态、控制程序、仿真监控。 虚拟电梯的设计与仿真 不受 件的限制，只要 计仿真软件，在电脑上选基于西门子 虚拟电梯设计 3 择 号，以及合理的硬件配置，可以决定一个实际的 等功能的虚拟 升程序运行调试。 件提供 了 非常有效的调试工具 和 手段 及 完美的虚拟环境，如单步操作，模块化操作，设计断点，动画界面配置，可以缩短设计和开发时间， 加快项目进度，降低成本。 电梯远程监控系统是电梯控制领域的先进技术，是一种全新的服务理念，新的发展思路 。 为电梯制造单位，维护单位和使用 单位提供了 集中 管理 的有力手段 。用 进行 动画监督， 显示出人性化、可视化的一面，另外 人工智能技术应用到电梯 上更为 电梯控制技术的发展方向提供了新的途径。电梯出现故障，电梯用户可以 利用 可视化的人机界面选择电梯 的 呼叫操作，监控电梯的运行状态，监控设备会自动拨号进入电梯远程监控服务中心，服务人员通过计算机屏幕知道电梯的问题，假以时日 ，以避免伤害事故。远程监控服务中心一直监视 所 维 护 的电梯，可以随时知道运行状态的电梯发生故障，维修人员维修前 就可以 知道所需的维修工具和备件，降低维修服务 费用 和时间。这种监控技术，赢得了信任，这也将成为中国电梯行业的技术研究和发展的一个重要方向。 题设计思路及方法 虚拟电梯系统采用横向科学研究中的系统科学方法进行分析、设计 ,其以实验 /文献研究法为主 , 实地观察法及社会调查法为辅。把面向对象的程序设计方法视为主导 ,配合功能强大的西门子 编程方法、组态方法进行程序设计及人机界面监控。 面向对象编程思想是对问题进行自然分割 ,从更贴近人的思维的角度去建立模型 ,使设计出的软件尽可能直观的描述现实世界 ,其本质是一种围绕真实世界的概念来建立模型的程序设计方法。 采用面向对象编程的方法对 制系统进行计算机软 真 ,既可以减少成本 ,也可以降低故障发生的几率 ,还可以进行故障模拟试验 ,这样在电梯实际使用 制时可以安全地运行 16。 虚拟电梯系统的研究和实施可利用单位现有的西门子设备和计算机网络 ,选择通用成熟的技术体系为实现手段 ,以确保模型的正常运行。灵活运用理论知识、编程经验 ,建立 完整的 程序设计、软件仿真、数据监控、人机界面的实施流程 ,填补了教学缺口 ,可行性较强。 图 计流程图 无锡 太湖学院学士学位论文 4 题研究内 本课题在了解电梯控制技术以及虚拟电梯特点的基础上 ,选择西门子中型 其编程、仿真、组态软件 ,研究出四层虚拟 电梯系统 ,如下为主要内容 : (1)根据四层虚拟电梯系统的控制要求来总体设计 ,包括有电梯结构和控制功能分析、 择、系统流程图设计等。 (2)进行 统配置 ,I/O 点数分配 ,选择 程软件进行硬件组态 ,编制四层虚拟电梯控制程序 ,分析主要程序。 (3)利用 真软件对四层虚拟电梯仿真模拟 ,用 态软件进行监控设计 ,实现上位机对电梯系统的实时监控、运行仿真。 基于西门子 虚拟电梯设计 5 2 基于 梯的主要结构及控制技术 电梯是机电一体化结合的典型产品 ,也是楼宇智能控制的典型实例。机械系统相当于人的躯干 ,电气系统相当于人的神经 ,机电紧密结合就可保证电梯高效、安全、迅捷地运行。 电梯的机械系统由机房、井道、轿厢和门系统四部分构成。 【 2】 (1)机房内装有电梯的动力源曳引机、极限开关、限速器、控制 &信号柜、选层器、电源接线板及排风照明装置等。这里相当于电梯的心脏和指挥中心。 (2)井道顾名思义，就是提供电梯运行的通道 ,内设有导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、随行电缆、平衡 链、极限开关、端站限位开关等。 (3)轿厢是乘人 /运货的厢体 ,主要由轿顶轮、轿厢架、轿厢底、轿厢门、自动门机构、自动安全触板、平层感应器、护脚板、导靴、对重、电话、绳头板构成。 (4)门系统包括厅门、召唤按钮盒、楼层显示装置、轿门、门机以及门锁联动装置。 电梯的控制技术主要包括 制技术和微机控制技术配合交流变频变压 (制技术。 制技术成本低、通用性好、开发周期短、扩展性好、维护简单、网络通信功能强 ,渐渐成为在现代化建筑中电梯控制系统的主流。微机控制技术采用微机作 为信号控制单元 ,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定。且微机控制是电梯控制技术的发展方向，但是微机控制同样有缺陷 ,比如说成本高、抗干扰能力差、系统设计复杂、对维修技术要求高 ,也不太适合用在电气专业方面的教学。 电梯 制系统由逻辑部分和调速部分（变频器控制的）组成如图 示。变频器直接控制曳引电动机的运行 ,而 供变频器的输入控制信号。系统逻辑部分由制 ,收呼叫信号、系统的功能信号及井道和变频器的状态信号 ,由程序运算判断来完成电梯的集选控制。 输出显示和监控信号的同时 ,根 据随机逻辑控制的要求 ,向变频器发送启动、运行方向、加 /减速和制动等信号。调速部分由变频器根据一定的控制规律和算法来控制 ,利用光电编码器测量曳引机的转速 ,构成闭环矢量控制系统。 3 ( 图 梯控制系统结构框图 无锡 太湖学院学士学位论文 6 (1)光幕 /安全触板保护 在关门过程中安全触板或者光幕动作时 ,停止关门 ,并执行开门指令 ,梯门开到位后再重新开始关门 ,门紧闭后 ,门锁信号为 0N,轿厢方可以开始运行；倘若安全触板或光幕动作一直在就不执行关门输出指令；另外在检修状态下光幕无效。 (2)限位 保护 当轿厢到达端站平层位置仍没停下来 ,限位开关就瞬间动作 ,切断电源并且制动强迫使其停下。 (3)缓冲器制停保护 在井道的顶部、底部装有极限开关 ,当轿厢经过端站未减速时 ,轿厢上的撞块便会触动极限开关 ,切断曳引机电源 ,曳引机制动器随即动作至电梯减速制停。若轿厢还没有停下 ,便会碰到缓冲器 ,使轿厢渐渐转为静止状态 ,同理井道顶部的缓冲器具有同样的性能。 (4)超载保护 电梯若超载便不执行关门及运行指令 ,并且还会输出超载信号警报 ,超载消失就自动恢复常态。 (5)安全钳保护 安全钳装置是在限速器的动作下 ,使轿厢紧急制动 在导轨上的安全装置。它是电梯安全系统中提供最后保护的装置之一 ,当其他所有安全装置失效并导致电梯高速坠落时 ,限速器便会带动安全钳使轿厢有效制停，确保乘客和设备的基本安全。 拟电梯的控制功能及流程图设计 虚拟电梯控制系统根据电梯的运行要求 ,采用西门子 程软件来进行模块化编程。其中包括如下程序模块 : (1)选向 厅外有传唤按钮 ,轿厢内有楼层选择按钮与门开关按钮（均有按钮指示灯）；根据传唤指令发出的位置和实际电梯所在的位置决定电梯的运行走向 ,符合顺向截梯规则；响应后 ,自动把此次传唤指令的记忆清零 。 (2)平层停车 平层的意思就是在停车时 ,轿厢底与门厅“地平面”平齐。轿厢根据传唤指令发出的位置 ,自动在目标平层停下 (平层感应器一般装在轿厢顶部 ,隔磁板则装在井道壁上。向上运行时 ,上平层感应器先插入隔磁板 ,发出减速信号 ,电梯开始减速 ,直至下平层感应器插入隔磁板 ,发出停车开门信号 ,电动机立刻停转抱死；向下运行时同样的道理 )。 (3)开 /关门控制 电梯门有轿厢门与厅门之分 ,轿厢门由电机拖动 ,厅门则由轿厢门带动 ,当轿厢在平层停车后自动开门 ,开门后片刻如果没有人踏入便自动关门；但是关门过程中 ,如有人按下开门按钮或 者遮挡光幕则又会跳到开门状态；门完全关闭后 ,门锁信号为 0N,轿厢方可向上 /下运行。 (4)电梯运行 将结果发送给变频器 ,变频器再控制曳引基于西门子 虚拟电梯设计 7 机的电动机加减速与正反转 ,由此实现电梯的上下运行。 (5)检修状态 电梯检修时 ,检修盒里的向上、向下按钮可以使用 ,使电梯以检修速度运行 ,但是呼叫和开 /关门指令不可响应。 (6)消防状态 当消防开关闭合后电梯会随即清零所有内外召唤指令 ,自动返回消防基站长开门并处于停用状态，若电梯正在运行，就近平层不开门，一样立即返回基站保持长开门。 根据虚拟电梯系统的控制功能要求 ,设计流程如图 示。 图 拟电梯控制主程序 无锡 太湖学院学士学位论文 8 编程序控制器 (硬件实现 主要涉及逻辑控制的微型计算机系统。在性能、抗干扰能力等方面优势突出，因此广泛应用于工业控制领域。自 术引入我国以来 ,由 成的控制系统已经被很多制造厂家（包括电梯制造厂家）采用 ,甚至慢慢形成各种系列的定型产品。 定义 可编程控制器 (以计算机技术为基础的新型控制装置。在 1987 年 国际电工委员会 (布的 准草案中对 了如下相关定义 : “一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器 ,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令 ,并能通过数字式或模拟式的输入和输出 ,控制各种类型的机械或生产过程。 其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体 ,易于扩展其功能的原则而设计。” 术与 术、机器人技术并 称为现代工业技术的三大支柱。 基本结构 图 体式 基本结构 (1)中央处理器 (控制器、运算器和寄存器集成在一起的一个芯片。 过数据总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。 (2)存储器 用户程序与数据等。包含系统存储区 (采用 2 )、用户存储区 (采用随机存取存储器 (3)I/O 接口 输入输出接口是 工业现场控制或检测元件和执行元件 连接的接口电路。 如限位开关、操作按钮、选择开关以及其基于西门子 虚拟电梯设计 9 他一些传感器输出的开关量或模拟量等 ,通过输入接口电路将这些信号转换为 出接口有晶体管输出、晶闸管输出、继电器输出等。输出接口电路将出的弱电控制信号转换为现场需要的强电信号输出 ,以驱动电磁阀、接触器等设备的执行元件。 (4)编程器 编程器的作用是把用户编写的程序下载至 用户程序存储器 ,并利用编程器检查、修改和调试用户程序 ,监视用户程序的执行过程 ,显示 态、内部器件 及系统的参数等。 (5)电源 源为各模块的集成电路提供工作电源。电源输入类型有 :交流电源 (2201直流电源 (常用的为 24 (6)人机界面 最简单的人机界面是指示灯和按钮 ,目前液晶屏 (或触摸屏 )式的 操作员终端应用越来越广泛 ,由计算机 (运行组态软件 )充当人机界面非常普及。 工作原理 （ 1） 工作方式 :以集中输入、集中输出 ,周期性循环扫描的方式工作。 （ 2）工作过程 :包括 上电处理、输入采样、程序执行、输出刷新、通信处理 等 4。 制电梯的优点 早期的电梯控制系统中的逻辑控制由继电器 但是这种控制系统结构复杂、可靠性不高、通用性不强、扩展能力差。随着计算机技术、通信技术、 制电梯由于成本低、安全性高、通用性好、功能强、开发周期短、维护方便、网络通信功能强大 ,很快成为了现代高楼中、小型电梯控制系统的主流。并且 制电梯是楼层间智能控制、工艺过程控制的典例 ,属于职业教育需求的范畴。 门子 系统结构 图 统结构图 无锡 太湖学院学士学位论文 10 西门子 硬件系统结构如图 示 ,图示反映了 个硬件组成部分的具体位置和通信连接方法。由图看出 ,西门子 用紧凑的、无槽位限制的模块结构 ,电源模块 ( 块、信号模块 (功能模块 (接口模块 (通信处理器 (安装在 准导轨上。电源模块总安装在机架最左边 1 号槽位 ,块在 2 号槽位 ,如果有接口模块 ,则放在 3 号槽位。信号模
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