PLC控制并联电梯的程序设计.docx
《PLC控制并联电梯的程序设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PLC控制并联电梯的程序设计.docx（71页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
PLC控制并联电梯的程序设计
PLC控制并联电梯的程序设计
摘要
电梯是高层建筑必不可少的交通工具。
在规模较大的建筑内常常安装两台或两台以上的电梯。
为了提高电梯的运行效率，两台电梯通常采用并联控制，两台以上的电梯则采用群控。
在两台电梯的并联控制中，并联调度算法是整个控制系统的核心。
调度算法的合理性与否直接影响到电梯运行效率的高低。
在分析电梯集选控制功能的基础上，设计两台PLC和两台变频器组成的11层电梯的并联控制系统，给出系统组成框图，编写电梯并联控制程序，并详细阐述该系统的并联功能和软件的设计方法。
两台PLC并联控制系统之间采用欧姆龙的CQM1H型PLC进行1：
1链接通信交换信息，共享厅外召唤信号、层楼信号和运行方向信号，实现两部电梯的并联调度控制。
控制程序根据两台电梯的运行状态、运行方向、轿厢与呼梯信号的位置，来决定由哪台电梯响应呼梯信号。
采用了PLC串行通讯的方法,构成双PLC的控制系统,实现了两部电梯的并联调度控制,并采用厅外呼梯信号单梯采样双梯共享的技术,节省了硬件资源,降低了系统成本。
关键词 并联控制；电梯；可编程序控制器；调度原则；控制算法
ResearchoftheElevatorsParallelControl
Abstract
Elevatorsareindispensableverticaltraffictransportinthehighbuildings.Therearealwaystwoormorethantwoelevatorsinalargescalebuilding.Inordertoimprovetheefficiencyoftheelevators，parallelcontrolisalwaysusedindoubleelevator，andgroupcontrolisusedinmorethantwoelevators.
Dispatchalgorithmisthecenterofthesystemintheelevatorsparallelcontrol.Therationalityofthedispatchalgorithminfluencestheefficiencyoftheelevators.Basedontheanalysesofthecollectiveselectivecontrolfunctionofelevators，aparallelcontrolsystemwasgiveninthispaper.The1-layers-elevatorsparallelcontrolsystemwascomposedoftwoPLCsandtwoinvertors.Thesystemstructureandtheparallelcontrolprogrammerweregiven.Theparallelcontrolfunction，designmethodsofhardwareandsoftwareofthissystemwereintroduced.
Thel：
1PLC-LINKcommunicationsystemofOMRONwasusedbetweentwoPLCs.Bymeansoftheserialcommunication，theoutercallingsignals，thepositionsignalsandthedirectionsignalsweresharedbythetwoelevators，andtheparallelcontrolwasrealized.Accordingtotheperformstatus，thedirectionoftwoelevators，thepositionoftheelevatorearsandtheoutercallingsignals，ajudgewasmadebythecontrolprogrammerthatwhichoneelevatortorespondtheoutercallingsignals.
APLCparallelcontrolsystemwithnocontrolprioritywhichusedthePLCserialcommunicationmethodisintroduced.Thissystemhasheenusedtocontrolandmanagetwoparal2lelelevators.Thetechniquewhichtwoparallelelevatorssharetheoutercallingbycomm.unincautionbutonlyoneofthemsamplesthesignalshasbeenrealizedinthissystem.
Keywords Parallelcontrol;Elevator;Programmablecontroller;Dispatchprinciple;Controlalgorithm
不要删除行尾的分节符，此行不会被打印
摘要……
Abstract
千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。
在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。
打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行
第1章绪论
1.1课题背景
据估计，截至2002年，全球在用电梯大约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。
电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。
人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。
从20世纪90年代起，可编程序控制器（PLC）在电梯控制系统中以异常快的速度发展着，特别是在我国中小型电梯企业的产品中得到广泛的应用。
由于PLC的可靠性高、编程和维护方便而备受广大用户的欢迎。
目前，在我国的电梯行业中，PLC控制已取代了传统的继电器群的控制方法。
由于PLC采用循环扫描的工作方式，即“串行”工作方式，与继电器控制的“并行”工作方式不同，克服了继电器触点的竞争和时序失配的问题，具有较强的抗干扰能力。
PLC把传统的继电器控制逻辑变为程序控制逻辑，其内部继电器可以代替所有用于逻辑控制的中间继电器，使电梯控制系统的噪声大大降低，控制柜的体积大大缩小。
而且，在电梯的各个控制环节大量地使用通信技术，以简化布线，提高了控制质量。
随着PLC的更新换代，PLC的微处理器的处理速度不断增加，PLC的功能也在不断加强，现己发展成具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器。
特别是20世纪90年代中期以后，RISC（精简指令系统）CPU芯片在计算机行业大量使用，表面贴装技术和工艺已经成熟，使PLC整机的体积大大缩小，而且CPU芯片也向专业化发展，系统程序中的逻辑运算等标准化功能用超大规模门阵列电路固化，处理速度进一步加快。
代表产品有欧姆龙公司的CS1、CJ1及CPIH系列。
为了满足现代化的控制与管理的需要，PLC广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的控制功能和信息管壁理功能融为一体。
近十年来出现的变压变频（VVVF）调速技术在电梯行业中发展很快，其调速性能己完全可与直流电动机相媲美。
除了具有良好的舒适感之外，电梯的平层准确度也大为提高，而且具有明显的节能效果。
因此，可编程序控制器配合变频调速器（PLC+变频器）所组成的控制系统在电梯行业中得到了广泛的应用，取得了良好的效果。
随着建筑物向大型化和高层化发展，往往需要在建筑物内安装两台或多台电梯。
如果电梯各自独立运行，就很难提高运行效率，必然造成很大的能源浪费，而且，给电梯的集中管理造成了较大的困难。
目前值得注意的是，现在存在一种盲目追求电梯高速度的倾向。
高速电梯不一定会缩短乘梯时间，提高输送效率，实际上还要考虑建筑物高度、停层站数及调度技术等各种因素。
对于不太高但停站数较多的建筑物，高速电梯一般只能在中、低速运行，而高速梯与中、低速梯的开关门时间及乘客出入电梯的时间无甚差别，为了提高电梯运行效率，减少乘客乘梯时间，近年来出现了直接停靠、快速关门、提前开门（电梯运行至开门区域时，可以在电梯运行中提前开门，提高电梯的运行效率）和开门再平层（电梯停靠在层站，大量进出人或货物，电梯会因为钢丝绳和橡皮的弹性变形，造成平层波动，给人员和货物进出带来不便，这时系统允许在开着门的状态下慢速自动运行到平层位置）等新技术。
因此，在快速和高速电梯中，控制方式和调度方法就显得尤为重要。
近年来，新的控制技术和调度原则大量出现。
在一个大楼内电梯的设置数量，是按大楼人员的客流量及其在某一较短时间内疏散乘客的要求和缩短乘客候梯时间等诸因素，即交通分析的结果决定的。
这样，在电梯的控制系统中就必须考虑到如何提高电梯群（组）的运行效率。
因此，对于两台电梯出现了并联控制方式，对于多台电梯出现了多梯群控等新型的控制方式。
1.2电梯并联控制概述
两台电梯并联控制或是多台电梯群控，其最直观的感觉是两台或多台电梯并排设置并且共享各个层楼的厅外呼梯信号，并能按预定的规律进行各电梯的自动调度工作。
据一些资料数据显示，电梯并联后的运送能力提高了20%~30%左右。
减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间，因而在上、下班客流量的高峰时段，乘员候梯和乘梯的时间大大减短。
电梯运行实际能量消耗的50%是在减速、加速这段运行过程中。
电梯并联后，电梯停层数量的减少很大程度减少电梯运行的电力消耗。
1.3电梯并联控制的发展现状
在实际的工程中，双梯并联控制的成功案例已经出现，并受到业界关注。
最早的电梯并联的案例是1985年8月，中国迅达上海电梯厂试制成功两台并联2.50m/s高速电梯，安装在上海交通大学包兆龙图书馆。
近年来，随着电梯行业的发展，电梯并联控制和群控功能也已经成为各种电梯控制器的必备功能，包括采用PLC和各种电梯专用控制板。
各个厂家的PLC大多具有本系列PLC之间进行通信、联网的功能，如欧姆龙PLC的1：
1PLC-LINK或1：
N链接功能和三菱PLC的1：
1链接或N：
N链接，都可以将本公司的PLC通过串行通信的方式进行连接组网，非常简单地就可以实现PLC之间的数据交换与共享。
对于电梯专用控制板，如DP-3000系列全电脑控制智能型串行通讯电梯专用控制器，同样具有并联、群控及远程监控功能。
在实际应用中，实现电梯的并联控制有两个方向。
一是使用一台PLC控制两台电梯，实现双梯并联。
二是在两台PLC之间使用串行通信方式连接，两台PLC共享一部分数据存储区，进行数据交换，从而实现电梯的并联运行。
其中，第二种方案应用较多，也是本课题的研究方向，其结构原理如图1-1所示。
两台PLC共享厅外召唤信号，并以串行通信的形式将电梯运行状态、电梯位置等信息互相传递。
在双方PLC接到上述信息后便进行厅外呼梯信号的登记与消除，并产生运行决策和调度决策，控制本梯运行，并同时将本梯的各种信息回送给对方PLC，协调运行。
该方法降低了系统硬件成本，可节省大量的电缆材料，给电梯的并联改造和电梯的维护带来很大的方便，提高了控制系统的运行效率，节能效果显著。
图1-1电梯并联控制系统
1.4本课题主要解决的问题
本课题的主要任务是设计一套11层的电梯集选控制程序。
在此基础上，应用1：
1PLC-LINK通信功能，设计出两台电梯并联的控制程序。
使用欧姆龙两台CQM1H型PLC分别控制两台电梯的运行，实现两台电梯的并联控制。
两部电梯在运行时相互协调，实现高效、节能的运行目的。
电梯并联控制是一种较为复杂的控制方式。
通过本课题的研究，希望可以找到适合电梯并联运行的调度算法，摸索出一套切实可行的电梯并联运行的解决方案，能够在电梯并联控制的程序设计方面获得一些经验，给其他从事电梯并联控制或电梯群控技术研究的企业和个人提供一些参考和借鉴。
第2章电梯的结构与原理
2.1电梯概述
在我国，电梯、扶梯、自动人行道等都属于起重运输设备。
电梯是在垂直方向上运行的运输设备。
随着科学技术日新月异的发展，人们的物质文化生活的逐步提高，电梯产品在人们的生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。
伴随着电动机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能，现在仍然广泛应用于速度为0.63m/s以下的电梯产品中。
在20世纪初，美国的奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力。
1970年以后，大规模集成电路在电梯控制系统中投入使用以后，控制柜体积大大减小，可靠性与稳定性不断改善。
20世纪so年代后，变压变频（VVVF）控制的电梯先后由三菱、日立、奥的斯等电梯公司推向市场。
目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。
计算机和PLC成功地应用于电梯的电气控制系统中，电梯的质量和运行效率显著提高。
2.2电梯的分类
2.2.1按用途分类
电梯按照用途可分为：
乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、病床电梯、船用电梯、消防电梯与汽车电梯等多个类型。
2.2.2按额定速度分类
1.低速电梯：
电梯的运行速度v＜1m/s。
2.快速电梯：
电梯的运行速度1m/s≤v＜2m/s。
多层（15层以内）客梯及住宅
电梯运行速度大多在此速度区间内。
3.高速电梯：
电梯运行速度2m/s≤v。
一般用在高层写字楼中。
2.2.3按驱动方式分类
电梯按照驱动方式可以分为以下几种：
1.直流电梯：
最早的直流电梯采用“直流发电机—直流电动机”驱动方式，现在已经基本淘汰。
新型的直流电梯采用大功率半导体器件配合直流电动机，运行平稳、舒适感好，也是电梯的发展方向之一。
2.交流双速电梯：
采用交流双速电动机。
电动机本身有两组绕组一快速绕组和慢速绕组。
启动时用快速绕组进行降压启动。
到站平层时，由快速绕组切换到慢速绕组，限流限速制动。
3.交流调压调速电梯：
同样采用交流双速电机，启动时与交流双速电梯一样。
到站平层时切换到慢速绕组，利用给慢速绕组加直流，将编码器反馈回来的信息与直流采样进行比较，用不断调节直流电压来控制制动力的大小（能耗制动）。
通过对电梯制动阶段速度进行闭环控制，平层时零速抱闸。
4.交流变压变频调速电梯：
采用交流单速电动机，通过对电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速达到线性化。
一般要采用旋转编码器与变频器构成速度反馈，平层好，舒适感好，是电梯的主要发展方向。
5.液压电梯：
靠油压驱动电梯升降，控制简单，载重量大。
2.2.4按控制方式分类
电梯按照控制方式可以分为以下几种：
1.信号控制电梯：
即有司机操作的电梯。
2.集选控制电梯：
即单台自动控制，不要司机操作，电梯将优先、按顺序应答与轿厢运行同一方向的厅外呼唤。
当该方向的召唤全部应答完毕后，电梯将自动应答相反方向的召唤，即“顺向截车，反向不停，满载直驶（轿内满员时只响应轿内信号），端站返回，轿内厅外同等登记”。
3.并联控制电梯：
两台电梯并排配置时，当有厅外召唤信号时，首先能够提供服务的电梯将迅速应答该召唤。
当无召唤信号时，一台电梯停在基站，称为基梯（或称为基站梯）;另一台电梯为自由梯，服务厅外召唤。
当基梯需要服务离开基站时，原来的自由梯自动返回基站，成为基梯，而原来的基梯又成为自由梯。
在自由梯运行时，出现与其运行方向相反的召唤时，基梯启动前往应答。
先完成任务的电梯返回基站充当基梯。
这样可以提高电梯的运行效率，合理分配现有资源，减小乘客候梯时间，避免两台电梯同时上下造成空车现象，能够使两台电梯进行高效率运行。
4.群控电梯：
将三台或三台以上的.电梯进行统一调度。
为了缩短平均候梯时间，有些电梯设置了“学习系统”、“智能系统”，可以在不同条件下产生新的运行程序，使电梯能够迅速、准确地应对任何客流量剧烈变化的情况，满足一个像大型办公楼那样客流量剧烈变化的典型客流状态。
在电梯的群控系统中，合理的调度方法非常重要，直接关系到电梯群的运行效率与能量消耗。
而调度方法基于对电梯群以及建筑物内人员流动的分析，即电梯交通分析理论。
随着人工智能理论的发展，研究人员提出了多种智能派梯方法，按照交通流模式的不同，有适用于高峰期、层间交通和空闲模式的各种群控算法。
如电梯交通系统的模糊控制、专家系统、神经网络技术、计算机网络技术等多种电梯群控算法。
2.3电梯的结构
现代电梯由机械系统和电气系统两部分组成。
电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。
2.3.1电梯的机械系统
电梯的机械系统部分由曳引系统、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成，如图2.1所示。
1.曳引系统：
电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。
主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。
为了提高电梯的安全可靠性和平层精确度，在电梯的曳引机上一般装有制动器。
制动器是电梯机械系统的主要安全设施之一，它能使运行中的电梯轿厢和对重在系统断电后立即抱闸，强制电梯停止，并在任何停车位置定位不动。
而且，制动器直接影响着电梯的乘坐舒适感和平层精确度。
2.轿厢和门机系统：
轿厢主要由轿厢体和轿厢架构成，分客梯轿厢、货梯轿厢、病床梯轿厢和观光梯轿厢、汽车梯轿厢和杂物梯矫厢等。
高级电梯的轿厢底装有机械和电气的检测装置，可以检测电梯的载荷情况。
载荷情况转化为电信号送到电气控制系统，可以避免电梯在超载的情况下运行，减少事故发生。
门机分为轿门和厅门。
轿门由装在轿顶部的自动开门机来开门和关门，也称为自动门，以调速直流电动机或交流电动机为动力。
厅门只能由轿门通过系合装置带动开门或关门，是被动门。
门锁装置一般位于厅门内侧，在门关闭后，将门锁闭合，同时接通门机联锁电路。
联锁电路接通后电梯方能起动运行。
除特殊需要外，严防从厅门外侧打开厅门的联锁装置。
因此，门锁装置是电梯的一种安全设施。
3.平衡系统：
由对重和补偿装置组成。
对重是平衡轿厢重量的平衡重，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。
当提升高度超过30米时，曳引钢丝绳的重量就不容忽视，需要以铁链为主体的补偿链来补偿。
4.导向系统：
由导轨、导靴和导轨架组成。
在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对它们的运动起导向作用。
5.机械安全保护系统：
电梯的运行必须保证安全，为此设置了机械安全保护装置。
机械安全保护系统包括制动器、限速器、安全钳、缓冲器等。
限速器和安全钳是防止轿厢或对重装置意外坠落的安全设施之一。
电梯中限速器与安全钳总是成对出现和使用，它们是电梯中最重要的一道机械安全保护装置。
一旦电梯由于超载、打滑、断绳、失控等原因，电梯轿厢超速向下坠落，限速器和安全钳动作，将轿厢死死的卡在两列导轨之间，起到安全保护作用。
缓冲器设在井道坑底的地面上，若由于某种原因，当轿厢或对重装置超越极限位置发生墩底时，用来吸收轿厢或对重装置动能的制动装置。
2.3.2电梯的电气系统
电梯的电气系统由电力驱动系统、电气控制系统和电气安全保护系统组成。
1.电力驱动系统：
由曳引电动机、速度反馈装置（旋转编码器）、电动机调速装置（变频器）和电源系统等部分组成。
2.电气控制系统：
由操纵装置、换速平层装置和位置显示装置等部分组成。
操纵装置即轿厢内及厅外的操纵按钮。
平层装置是电梯到达预定停靠站时，自动平层停靠的信号装置。
20世纪80年代中期前，多采用永磁式干簧管传感器作为开关元件。
20世纪80年代中期以后，多采用双稳态磁性开关作为换速平层器件。
现在，一般采用光电传感器。
平层装置必须与隔磁板或隔光板配合使用。
当轿厢按照指令进入平层区时，平层隔磁板或隔光板插入感应器中，切断磁回路或隔断光线，接通或断开电梯的控制回路，从而控制电梯自动平层、停车、开门。
轿门内和厅门外上设有楼层显示器，用于位置显示，多采用七段码显示。
3.电气安全保护系统：
由门锁系统、强迫减速开关、限位开关、称重装置、安全触板或光幕等几部分组成。
强迫减速开关安装在轿顶。
在电梯井道内的顶层和底层附近安装上下打板。
当电梯失控而“冲顶”或“蹲底”时，打板使开关动作而断开，保证电梯有足够的换速距离，防止轿厢越位。
电梯中使用的限位开关有上下限位开关各一个，安装在上下减速开关打板的后面。
当减速开关一旦失灵未能使电梯减速、停止，轿厢越过端站的平层位置时，限位开关动作，迫使电梯停止运行。
为了防止电梯发生超载事件，确保电梯安全，凡是有自动运行功能的电梯必须设置称重装置。
装有自动门机的电梯，在两扇轿门之间安装有安全触板或光幕。
当电梯在关门过程中，如果触及安全触板或遮挡光幕，电梯将重新开门，防止夹人。
2.4电梯的控制系统
电梯的控制系统从性质上可以分为两个方面，一是电梯驱动系统的控制，二是电梯逻辑功能控制。
控制装置一般采用PLC或电梯专用控制板。
电梯的调速装置一般选用高性能矢量控制变频器，配以旋转编码器测量曳引电动机的转速，从而构成电动机的闭环矢量控制系统，实现曳引电动机的交流变频调速运行。
系统中，PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、轿内指令信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后向自动开关门电动机、变频器和各类显示装置适时地发出各种控制信号，对电梯实施控制。
在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。
从某种意义上来说，PLC编程水平的高低决定着整个系统运行质量的好坏。
因此，PLC的程序设计就成为整个电梯系统的关键，同时也是系统设计的一个重点。
第3章电梯的集选控制
电梯是一种高度自动化的机电二体化设备。
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
升级会员 