电气自动化技术专业毕业论文设计基于组态王PLC的电梯监控系统设计.docx
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电气自动化技术专业毕业论文设计基于组态王PLC的电梯监控系统设计
毕业设计（论文）
（2014届）
题目：
基于组态王、PLC的电梯监控系统设计
所属系部：
自动化工程系
专业班级：
电气自动化技术
学生姓名：
学生学号：
指导教师：
2013年12月31日
前言
电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直交通运输设备，随着我国房地产开发进程的逐步加快，电梯成为了人们生活中不可或缺的一部分。
可编程控制器作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到了广泛应用。
现在大部分的电梯出现问题都是由专门的维修人员上门进行维修和故障处理，但随着电梯的迅速增多以及在地域上的广泛分布，传统的检修方式显然很难满足用户的需求。
现在社会上对电梯的监控方面应用得还比较少，多数都是在电梯轿厢中安装摄像头或对其运行做简单的监视，而如今频现的电梯安全事故报道，使得电梯远程监控系统的应用更为迫切。
电梯远程监控系统是当今电梯监控领域的先进技术，是一种全新的服务概念。
随着我们信息监控技术的发展，电梯的控制可以说是越来越方便，监控系统的功能也越来越强大，不仅可以监控电梯的运行状态，还可以在线解决电梯系统一些小型的故障，功能强大，价格低廉，结构简单。
这样，普通的电梯管理人员即可通过组态监控画面对电梯做日常简单维护，同时可以通过操作提示、网页发布或远程监控等方式协助厂家技术人员获取监控数据，并对故障情况进行分析和处理，厂商不必事事亲临现场即可解决部分问题，而且通过监控系统中各参数的分析，可预知电梯系统的安全隐患，提前做出调整，减少事故的产生。
如今为了满足人们更高的需求，提高电梯的运行效率，一些小区或建筑往往配有多台电梯，这又涉及到了多台电梯群控技术的应用。
电梯控制要求接入设备使用简便，对应系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。
通过PLC对程序设计，提高了电梯的控制层次，加上变频器的使用，更加改善了电梯运行的舒适感。
摘要
本设计采用三菱FX2N系列的可编程控制器，辅以变频器，借助编程软件GXDeveloper实现对电梯运行系统的自动控制，并通过组态王最新版本6.55监控软件完成上位机对电梯控制系统的实时监控。
PLC间的通信采用N:
N网络进行数据传输，PLC的编程采用功能模块化编写，包括：
电梯升降控制模块、电梯开关门运行模块、厅外召唤的应答模块、特殊情况模块、楼层显示模块等，更加方便后期的调用和扩展。
组态监控系统对电梯运行进行全面的监控，设有不同权限的用户登录界面以提高系统的安全性，设置了多台电梯同时监控的画面、单元电梯高仿真现场监控画面，以及相应的报警信息、实时/历史趋势曲线、棒图等数据的查询浏览和报表的打印、保存、重新调用等功能，通过组态王的画面发布，可以在任何地方通过网络获得与Web服务器上相同的画面和数据显示，实现多地的实时监控，组态监控系统操作人性化，过程可视化，不仅方便实用，更极大地提高了电梯的安全性。
本电梯监控系统具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适合长期连续工作且成本低等特点。
关键词：
监控系统，可编程控制器，变频器，组态王
Abstract
Thisdesignusestheprogrammablecontroller,MitsubishiFX2Nserieswithfrequencyconverter,usingprogrammingsoftwareGXDevelopertorealizetheautomaticcontroloftheelevatorsystem,andthroughthelatestversioncontrolsoftwareKingview6.55PCtocompletethereal-timemonitoringoftheelevatorcontrolsystem.
CommunicationbetweenPLCusingN:
Nnetworkfordatatransmission,PLCprogrammingthefunctionmoduleprogramming,including:
theelevatorcontrolmodule,elevatordooroperationmodule,hallcallresponsemodule,module,specialfloordisplaymoduleismoreconvenient,thelatecallandexpansion.
Configurationmonitoringsystemtoconductacomprehensivemonitoringoftheelevatorcontrol,theuserlogininterfacewithdifferentpermissionstoimprovethesecurityofthesystem,setupmultipleelevatorsandelevatormonitoringpicture,unithighsimulationfieldmonitoringpicture,aswellasthecorrespondingalarminformation,real-time/historicaltrendcurves,barcharts,dataqueryandreportprint,save,reinvokingfunction,releasedthroughtheking'spicture,canbeinanyplacethroughthenetworktoobtainthesameWebserverimagesanddatadisplay,real-timemonitoringofmuch,configurationmonitoringsystemoperationofhumannature,processvisualization,notonlyconvenientandpractical,butalsoenhancethesafetyofelevators.
Theelevatorcontrolsystemhasastrongabilitytocontrol,flexibleoperation,highreliability,suitableforlong-termcontinuousworkingandlowcostetc..
Keywords:
Monitoringsystem，PLC，frequencyconverter，kingview
第1章绪论
第1节课题研究的背景及意义
电梯的诞生已有一百五十多年了，美国人奥的斯在1900年获得了中国的第一台电梯合同。
目前全世界的垂直电梯约800万台，我国已成为世界最大的电梯市场和最大的电梯生产国，每年还有20万台新装电梯投入使用。
电梯的需求越来越大，在人们的工作、生产、生活中日益重要，电梯数量多，维修人员少，国内外一直没有停止过对电梯的研究，而国内具有自主知识产权的控制技术在实际应用中还相对较少，与国外先进技术还有很大的差距，尽快研究掌握先进可靠的电梯控制技术，对国内电梯工业的发展有极大的推动作用。
在国内，PLC依然为现代中、小型电梯控制系统的主流，重要原因在于规模较小时，用PLC控制可以很大程度地降低因专门设计和制造微机控制装置所产生的成本。
同时，由于历史原因，我国仍存在部分继电器接触器控制系统的老式电梯，这些电梯的PLC技术改造成了电梯控制的迫切之需。
因此，PLC控制在我国有着举足轻重的地位和广泛的应用。
随着城市老龄化问题的日益突出，居民住房条件的改善，电梯不再是高层建筑的使用专利，一些多层建筑同样有着使用的需求，且生活节奏的提高，电梯群控的方式更受欢迎，当然这一切都要基于安全的监控系统之上。
电梯控制系统的设计来源于现实生活，不仅有着实际的使用意义，而且对于我们所学专业知识的巩固和升华有着很大的促进作用，同时也为高层电梯的设计打下了基础，提高了认识，本课题的研究完全符合从简到繁，从易到难的循序渐进学习过程。
电梯监控系统的设计符合当今时代的需求，作为电气自动化专业的理工科学生，自主学习和熟悉电梯监控系统的设计过程，对将要步入社会所从事的专业相关行业做进一步的探索和研究有着深远的影响。
第2节PLC简述
PLC的历史虽然只有30多年，但其发展极为迅速。
PLC是可编程控制器的简称，是一种数字运算操作的电子系统，专用于工业环境下。
它采用可编程存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并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。
PLC及其相关设备都应按易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。
1、PLC的组成
PLC系统的组成与微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。
PLC的硬件系统是指构成它的各个结构部件，是有形实体，其主要有五部分组成：
中央处理器、存储器、输入/输出接口、编程器、电源。
PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，包括系统程序和用户程序。
2、PLC的工作原理
PLC用户程序的执行采用的是循环扫描工作方式，即PLC对用户程序逐条顺序执行，直至程序结束，然后再从头开始扫描，周而复始，直至停止执行用户程序。
PLC有两种基本的工作模式：
运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。
3、PLC的编程语言
PLC是按照程序进行工作的，程序就是用一定的语言描述出来的控制任务。
国际电工委员会在PLC标准中推荐的常用语言有梯形图、指令表、顺序功能图和功能块图。
4、PLC控制电梯的优点
（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，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案时不需改动硬件接线。
第三节组态简述
组态是通过应用软件中所提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。
可以将其理解为工业控制中的图形界面操作系统，一方面连接现场设备，将采集的现场数据存储，另一方面通过动画、曲线等方式将现场数据以动态形式体现在图形界面中。
组态软件即为数据采集监控系统（SCADA）的软件平台工具，它是工业应用软件的重要组成部分。
组态软件通常有以下几方面的功能：
（1）强大的界面显示组态功能。
目前，工控组态软件大都运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。
丰富的图形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。
提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。
（2）良好的开放性。
社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。
开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬仵设备。
开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
组态软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。
（3）强大的数据库。
配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。
（4）可编程的命令语言。
有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面可视效果
（5）周密的系统安全防范。
对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证整个系统的安全可靠运行。
（6）仿真功能。
捉供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。
第二章电梯概况
第1节电梯的分类
电梯的分类有各式各样，大致如下：
（1）按用途分有：
客梯、货梯、医用梯、消防梯、观光梯等
（2）按速度分有：
低速（常指速度低于1.00m/s的电梯）
中速（常指速度在1.00~2.00m/s的电梯）
高速（常指速度大于2.00m/s的电梯）
超高速（常指速度超过5.00m/s的电梯）
（3）按驱动方式分有：
交流电梯、直流电梯、液压电梯等
（4）按控制方式分有：
手柄开关操纵、按钮开关控制、信号控制、集选控制、群控、并联控制等
此外，还有按有无司机分、按有无减速器分以及其它分类方式。
第2节电梯的基本结构
电梯的结构包括四大空间和八大系统，其中八大系统有：
曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统，四大空间如下：
一、机房
机房设在顶层，在井道上方，是电梯的大脑和心脏，机房部分包括曳引机、控制柜、限速器和极限开关等。
1．曳引机
1）驱动电动机：
交流梯专用的双速电动机
2）减速箱：
涡轮蜗杆减速箱。
3）制动器：
在电梯上通常采用双瓦块常闭式电磁制动器。
电梯停止或电源断电情况下制动抱闸，以保证电梯不致移动。
4）曳引轮：
曳引机上的绳轮称为曳引轮。
两端借助曳引钢丝绳分别悬挂轿厢和对重，并依靠曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间的静摩擦力来实现电梯轿厢的升降。
5）导向轮或复绕轮（导向轮又称抗绳轮）：
因为电梯轿厢尺寸一般都比较大，所以轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离往往大于设计上所允许的曳引轮直径。
因此对一般电梯而言，通常要设置导向轮，以保证两股向下的曳引钢丝绳之间的距离等于或接近轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离。
2、控制柜
各种电子元器件和电气元器件安装在一个防护用的柜形结构内，按预定程序控制轿厢运行的电控设备。
3．限速器
当轿厢运行速度达到限定值时，能发出电信号并产生机械动作的安全装置。
限速器分为摆锤式和离心式，前者多用于低速梯，后者多用于高速梯所以这里选择摆锤式。
二、井道
井道是电梯轿厢垂直运动的通道，在井道里安装有轿厢和对重的导轨、缓冲器，以及各种控制和保护用的电器——极限开关、楼层感应器、平层隔磁板，井道灯等。
1.轿厢：
轿厢是电梯的主要部件，是容纳乘客或货物的装置。
2.导轨：
供轿厢和对重在升降运行中起导向作用的组件。
3.对重装置：
设置在井道中，由拽引钢丝绳经曳引轮与轿厢连接，在运行过程中起平衡作用的装置。
4.缓冲器：
当轿厢超过下线位置时，用来吸收轿厢或对重装置所产生动能的制停安全装置。
缓冲器一般设置在井道低坑上。
5.限位开关：
该装置是可以装载轿厢上，也可以装在电梯井道上端站和下端站附近，当轿厢运行超过端站时，用于切断控制电源的安全装置。
6.接线盒：
固定在井道壁上，包括井道中间接线盒及各层站接线盒。
7.控制电缆：
电缆两端分别与井道中间接线盒和轿内操作箱连接。
8.补偿链或补偿绳：
用于补偿电梯在升、降过程中由于曳引钢丝绳在曳引轮两边的重量变化。
9.平层感应器或井道传感器：
在平层区内，使轿厢地坎与厅门地坎自动准确对准的装置。
三、轿厢
电梯的轿厢部分包括轿厢体、安全钳、轿厢门的自动开关门门机装置、平层和楼层信号装置，以及轿厢内的操作屏和指示灯，轿内检修盒等。
1.轿厢体：
轿厢是指电梯用来载运乘客或货物的装置，包括厢架、厢体、厢门。
在轿厢内有按钮和信号指示灯，此外还有轿厢内照明、通风设备和安全窗等。
2.自动门机：
装于轿厢顶的前部，以小型的交流、直流、变频电动机为动力的自动门开关轿门和厅门的装置。
3.平层装置：
是指电梯到达规定楼层时候，轿厢地坎与层站地坎地面在同一水平面上，便于乘客的进出。
4.操作屏：
装载轿厢内靠近轿厢门附近。
用指令开关、按钮或手柄等操作轿厢运行的电气装置。
5.轿内指层灯：
设置于轿厢内，用以显示电梯运行位置和运行方向的装置。
6.轿门：
设置在轿厢入口的门。
7.称重装置：
能检测轿厢内的负载变化状态，并发出信号的装置，适用于乘客或货物电梯等。
8.安全钳：
由于限速器作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置制停在导轨上，同时切断控制回路的安全装置。
9.导靴：
设置在轿厢架和对重装置上，使轿厢和对重装置沿着导轨运行的装置。
四、层站
层站部分主要有厅门、楼层指示灯和呼梯盒，楼层显示等。
1.厅门：
厅门是指每一楼层的电梯外门，厅门平时应是关闭的,而且从外面不能打开，必须有专业人员用三角钥匙打开，比如轿厢困人的时候就用此方法。
2.厅门门锁：
设置在层门内侧，门关闭后，将门锁紧，同时接通控制回路，轿厢可运行的机电联锁安全装置。
3.楼层指示灯；设置在层站层门上方或一侧，用以显示轿厢运行层站位置和方向的装置，有的会装有到站音响机构的装置。
4.呼梯盒：
设置在层站门侧，当乘客按下需要的召唤按钮时，在轿厢内即可显示或登记，令电梯运行停靠在召唤层站的装置。
5.电梯门上装有压力传感器，当电梯在关门时施加一定压力，梯门将从新打开。
图2-2-1电梯结构示意图
第3节电梯的性能指标
1）安全性
与所有交通工具一样，电梯的第一要求也是安全。
电梯的设计、制造、安装调试及检修的各个步骤都与安全密不可分，任何一个环节出了问题，都可能导致事故的发生。
2）可靠性
电梯的可靠性也很重要，这会直接影响到人们的正常生产与生活。
3）停站准确性
又称平层准确确性，它与电梯的额定速度、负载情况密切相关。
4）振动、噪声及电磁干扰
现代电梯应在方便乘客的同时，为人们创造舒适的生活和工作环境，这就要求电梯运行平稳安静，无电磁干扰现象的产生。
5）舒适感和快速性
电梯的快速运行对于现代人们的快节奏生活可以节省时间，但加速度和减速度的不合理变化又会增加乘客的不适感，因此快速性和舒适感两者的矛盾关系需要在设计中权衡。
6）节能
节能是当今时代一个永恒的话题，电梯应合理选择其拖动方式。
第三章总体方案选择
第1节信号控制系统
一、PLC控制系统与继电器控制系统的比较
1、组成器件不同
继电器接触器控制系统是由许多硬件继电器、接触器组成的，而PLC控制系统则是由许多“软继电器”组成的。
传统的继电器接触器控制系统由于用了大量的机械触点，因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响，使系统的可靠性大大降低。
而PLC控制系统采用无机械触点的微电子技术，复杂的控制由PLC控制系统内部的运算器完成，故使用寿命长、可靠性高。
2、触点数量不同
继电器接触器的触点数较少，一般只有4~8对；而“软继电器”可供编程的触点数有无限对。
3、控制方法不同
继电器接触器控制系统是通过元件之间的硬接线来实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，其控制功能是固定的，只能完成既定的逻辑控制。
PLC控制功能是通过软件编程来实现的，只要改变程序，功能即可改变。
4、工作方式不同
在继电器接触器控制电路中，当电源接通时，电路中各继电器都处于受制约状态。
在PLC控制系统中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。
5、响应速度不同
继电器控制系统控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。
PLC控制系统是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。
2、PLC控制系统与微机控制系统的比较
1、从应用范围看
微型计算机是在以往计算机与大规模集成电路的基础上发展起来的，除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据处理、计算机通信等方面；而PLC主要用于工业控制，只要选配对应的模块便可适用于各种工控系统。
2、从工作环境看
微型计算机对于工作环境要求相对较高，一般需在干扰小且有一定温湿度要求的室内使用；而PLC是专为适应工业控制的恶劣环境所设计的，适用于绝大多数工程现场的环境。
3、从编程语言看
微机具有丰富的程序设计语言，其语法关系复杂，这就要求使用者必须具备一定水平的计算机软硬件知识；而PLC采用面向控制过程的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为表达方式，直观简单的操作方法，可在较短时间内掌握。
4、从工作方式看
微机一般采用等待命令的方式，运算和响应速度快；PLC虽然在速度上略逊一筹，但由于其一般采用模块化结构，比起微机有很大的灵活性，维修也更简便。
5、从价格上看
微型计算机是通用机，功能完备，因此价格也较高；而PLC是专用机，功能较少，结构简单，价格也相应较低。
PLC的发展包含了前期控制技术的继承和演变，而又不同于顺序控制器和通用机的控制装置。
它不仅充分利用了微处理器的优点来满足各种工业领域的控制要求，同时对现场电气操作维护人员的技能和习惯也考虑到了。
在同一系统之中，一般PLC集中在功能控制方面，而微机主要在信息处理和PLC网络的通信管理上，两者相辅相成。
可编程控制器是专门为工业控制而设计的设备，电梯控制系统比较复杂，PLC的使用为电梯的控制提供了广阔的空间。
第2节调速控制系统
电梯的调速方式主要有：
直流调速、交流双速、交流调压调速、交流变频调速四种类型。
电梯的拖动系统是电梯的动力来源，对电梯的调速控制，也就是对电动机调速的控制，而电动机又有直流和交流之分。
1、直流电动机调速
早期的电梯几乎都是由直流电动机拖动的，直流电动机有良好的控制性能，其转速与转矩、电流的关系是线性的，便于控制，这是各类交流电动机所没有的特性。
因此通过连续改变电机电枢两端的输入电压，便可在很宽的范围内改变电机转速达到连续调速的目的，从而实现了无极调速，能满足人们快捷、舒适的要求。
但复杂的结构限制了直流电动机的容量和速度，体积较大，换向极和电刷的滑动接触易产生火花和造成机械磨损，使得故障率高、可靠性降低，以至于维修保养工作量大，影响总体使用性能。
2、交流电动机调速
交流电动机主要针对三相异步电动机，以下是几种常用的交流电梯调速技术。
1、变极调速
交流双速电动机属于异步电动机变极调速，三相异步电动机的转速公式为：
（2-1）
式中：
是电动机的转速，
是定子绕组的磁极对数，由此可见，若频率固定不变，只要改变定子绕组的极对数，则可调节电动机的转速。
该方式结构简单，配套元器件少，成本低廉，稳定性好。
此方式虽简单经济，但由于磁极只能成倍变化，极差大，没能实现无极调速，运行舒适感较差，梯速较低。
现仅适用于不需平滑转速调节的场合，如：
货梯，但也渐趋于淘汰。
2、调压调速
交流调压调速（ACVV）电梯俗称交流调速电梯，是通过改变定子端的供电电压来实现调速的电梯。
根据电机学理论，异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，改变定子电压可改变电机的转矩及其机械特性，从而达到控制电机转速的目的。
调压调速在技术上较为简单成熟，其运行效率和乘坐舒适感比较令人满意。
但也有不容忽视的缺点：
低速运行时可靠性差，电动机电动、制动交替进行，损耗增加，温升过高，输出电压含高次谐波，降低功率因数等。
3、变频调速
由式（2-1）可得，当改变电源频率
时，则可改变电动机的转速，而根据公式
，可知，若要避免电机因磁通
变化而引起的不良结果，在调节输入频率的同时，需同比例地调节输入电压，从而保持
的恒定，采用这种调速方
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