基于PLC对电梯控制系统的设计

1、毕业设计开题报告题目： 多部多层电梯系统调度算法的设计与实现 专业： 指导教师： 学院： 学号： 班级： 姓名： 吴 水 银 一、课题任务与目的1. 课题任务电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多，对电梯的控制精度、控制范围等静态和动态特性提出了更高的要求。目前电梯控制主要由PLC实现，除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。本设计以多部多层电梯控制系统为被控对象，对电梯群控系统的调度算法进行设计，从而得出最优的响应策略。2.课题目的（1）培养逻辑控制系统分析的能力。（2）培养

2、逻辑控制系统设计、实施、调试及诊断的能力。（3）培养可编程控制器（plc）的组态、编程及调试能力，包括：组态软件TIA PORTAL V14的熟练使用；人机界面TIA PORTAL WINCC的熟练使用；以太网通讯的运用能力；仿真系统（EET）的运用能力；控制调度算法的设计与运用的能力。二、调研资料情况1.电梯系统的发展历史 第一阶段始于20世纪70年代。交流双速电梯是这个时期得到了蓬勃发展。要想改变这种电梯的速度，则需要调整拽引电机的极数。 并且这种电梯方便、简洁、价廉，但是需要提高它的速度调节的流畅度，增加舒适感。第二阶段始于20世纪80年代。在此期间采用的是性能指标比交流双速电梯好的交流

3、调压调速电梯。第三阶段始于20世纪90年代。在此期间VVVVF电梯逐渐占领了世界电梯行业市场。我们可以通过对电动机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现对这种电梯的速度的改变。VVVVF电梯的优越性在具有调压调速的功能上被体现的淋漓尽致。由于它的先进，这种电梯不仅能节约很多能源，而且还能给乘客提高舒适的体验，并且安全可靠。现在的电梯都采用了调压调频的系统，已经占据了电梯业界的一角。2.电梯群控技术的发展历史第一阶段始于1949年到1971年之间。电梯群控技术刚刚萌发的时期是1971年以前，电梯的群控主要是用继电器定时以及预选区控制来控制电梯，并且主要以笼式分配方式为预选区控制的分配方式。在上下班的

4、高峰期，可以解决电梯在井道中的均匀分配。但是，其缺点是：电梯需要在终端中长时间调度，而且电梯通常处于空闲状态。当分配到终端电梯时，终端楼层的轿厢单调无目的的运行会增加损失。在1949年，由Otis研究出来的运用了继电器群控系统的电梯安装在了纽约的大厦。第二阶段始于1971年到1975年之间。使用可以进行复杂逻辑运算的集成电路设计电梯。这种电梯的群控能把接收到的每个呼梯信号分配给相应的电梯。当有乘客呼叫电梯，产生信号的时候。群控系统会运用数理统计的方法把这些信号以更优的方案分配给适合的电梯。这种候梯时间控制的方法是电梯群控自动、智能化的开始。第三阶段始于1971年到1975年之间。开始把计算机融

5、合在了电梯的群控系统中。通过电梯的最小等待时间控制来深入研究电梯群控的动态特性，并且这种控制方式更具有综合评价功能。并且在第二阶段中的呼梯分配系统中加入了综合评价函数，通过各种评价指标（例如：候梯时长、预测的误差率以及候梯率等）增强电梯群控的动态特性。1988年以来，电梯的群控技术得到了前所未有的飞跃。在1989年，三菱公司设计出来的AI-2100系统取得了举世瞩目的地位，这个系统里面融合了计算机及其网络。现在的各种运用了人工智能技术的群控系统纷纷被各个研究生争相研究，主要包括：。模糊控制技术、马尔可夫决策群控技术、专家系统技术、Petri网技术、神经网络群控技术和目的层控制技术、遗传算法等技

6、术的应用。参考文献1宁戎.基于西门子PLC的电梯控制系统设计J. 自动化应用，2015,（01）：66-67.2段晨东.张彦宁.电梯控制技术M.北京：清华大学出版社,2015. 3常斗南.PLC运动控制实例及解析M.北京：机械工业出版社,2009.4佘涛，王伟，孙艺峻，崔鑫宇，宋海龙.西门子S7-1200PLC在电梯运行控制系统中的应用设计J.自动化技术与应用，2016,（11）：58-61+64.5SiemensAG.S7-SCL-Working with S7-SCLZ.2013. 6刘超，马晓萍.基于PLC的电梯自动调度控制系统设计J.企业技术开发，2014,（03）：80-81.7松伯

7、生.PLC编程理论、算法及技巧M.北京：机械工业出版社,2009.8杨章勇，李静，石永兵.基于WinCC和S7-300PLC的电梯监控系统设计与仿真J. 机械工程与自动化，2016,（04）：40-42.三、初步设计方法与实施方案1.设计方法本设计以高楼大厦内的多部多层电梯为设计理念，进而研究六部十层电梯的控制系统，并且在电梯的群控系统中融入动态分梯控制的调度算法。以西门子S7-1200 PLC 作为CPU，通过在TIA Portal V14开发平台上对电梯的运行控制系统进行设计。以北京德普罗尔公司的Elevator Simulation软件为被控对象，通过以太网通讯，实现PLC与仿真系统的连

8、接，通过仿真系统测试出电梯运行的各项指标，并且使用WinCC 监控画面对电梯的运行状态进行模拟监控，从而得出最优的响应策略，最终给出仿真结果图。2.预期的实施方案（1）首先查阅相关资料，对电梯的组成结构、工作原理、设计参数等做详细的了解。电梯整体（包括轿厢结构和驱动电机以及楼层等限位开关急停按钮、重启按钮等）、各个楼层按钮（除顶层外的上行呼梯按钮、除底层外的下行呼梯按钮、各呼梯按钮指示灯等）、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、开关门按钮指示灯，内部选层按钮等）等。如图1为电梯的原理示意图。图1 电梯原理示意图（2）电梯的控制系统主要有电梯信号接收模块，和电梯的集选控制模块，启动停止控制

9、模块，信号显示模块，满载、门、越终端保护模块，选向模块等。通过以上各种模块，设计出单部电梯系统控制流程图。电梯启动时，检测是否有内、外呼信号，如果没有内外呼信号到来，则电梯停车等待信号；如若有乘客呼叫输入信号，然后电梯判断信号是去第几层，是否与本层一致，如果是一致的，则电梯开门；如果不是一致的，则电梯选择方向然后向乘客所需的楼层运行，当电梯运行到了下一个平层时，再判断这层是否与目的层一致，不一致则继续运行并且按照相同的判别方式，如果是一致的，则电梯开门，让乘客登梯，再判断电梯有没有超载，如果超载了，则一直开门，并且显示超载，如果没有超载，则关好门，继续按照之前的方式运行。图2为单部电梯系统控制

10、流程图。图2 单部电梯系统控制流程图（3）根据单部电梯的控制流程图，通过TIA Portal V14 软件编写出单部电梯运行的PLC程序。（4）采用以太网通讯来实现PLC 控制器与电梯仿真模型之间的网络互联，然后通过EET对电梯的控制系统进行仿真，最后得出电梯运行的各项性能指标。如图3为电梯仿真系统网络拓扑结构。图3 电梯仿真系统网络拓扑结构（5）设计出WINCC监控画面，利用WINCC上位监控画面实现对电梯整体运行状态进行监控。在该监控画面中具有各号梯的梯次、内部按钮和各楼层号、外呼的按钮以及上下行信号显示、超载报警显示，还有其他重要的信号指示显示。（6）在单部多层电梯的设计基础上，再逐步构

11、建多部多层电梯的控制系统。在满足电梯基本控制要求的前提下设计出相应的调度算法，实现单梯与群控管理的最佳模式，使得电梯运行时的各项性能指标达到最优。四、预期结果1.熟练掌握 TIA Portal V14开发平台的使用，掌握逻辑控制系统设计、实施、调试及诊断的能力，以太网通讯的运用能力。2完成多部多层电梯PLC程序的编写，并且能实现电梯的基本功能（电梯初始化、集选控制、开关门控制、启停控制、运行监控、错误指令消除、待载休眠、超载保护、终端越程保护、开关门保护、运行保护等）。3. 能够通过调度算法对多部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场景下（如上下班高峰期，午餐高峰期，楼层分区等）集群电梯的控制策略切换，增加载客人数、减少乘客平均候梯时间、减少乘客平均乘梯时间及减少系统整体能耗等，智能地实现最优的响应策略。4.能通过WINCC监控画面实时监控电梯整体运行状态（包含故障、风扇、照明、所在楼层、运行方向、楼层呼梯信号、轿厢内选层信号状态指示，以及关键传感器信号状态指示），保证电梯的安全运行。5能够通过以太网通讯方式使PLC与仿真对象之间连接起来，运用Elevator Simulation 仿真模型对电梯的运行状态进行仿真，并且输出电梯运行的各项性能指标，优