基于组态王的模拟控制系统——四层电梯.doc

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1、 摘 要电梯，这是一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基

2、本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。这次，我们将用组态王6.5.3仿真四层电梯。展现出电梯运作的生动一面。组态王是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。组态王具有流程图监控;完整的脚本编辑;实时趋势监视;全面报警;历史数据管理;报表展示等功能。关键词：四层电梯；组态王；轿厢；仿真；系统Abstract Elevator, a kind of vertical elevator driven by motor, equipped with a box shape pods, used in multi-sto

3、ry buildings by people or carrying goods. Also have terraced, continuous operation step plate is installed on the track, commonly known as automatic lift. Service to specified floor type lifting equipment. It has a car, running on at least two columns of vertical or Angle is less than 15 between rig

4、id guide rail. Capsules size and structure is convenient for passengers in and out or loading and unloading of goods. Modern elevator is mainly composed of traction machine (hoist), guide rail, weighing device, safety device (e.g., speed governor, safety gear, and buffers, etc.), signal control syst

5、em, the capsules and the hall door, etc. Those parts are installed in the shaft of the building and room. Bypass usually adopts the steel wire rope friction drive, wire rope traction wheel, on both ends of the connection capsules and balance weight respectively, motor drive traction wheel makes the

6、car lift. Elevator requirements, safety and reliability, high transmission efficiency, flat layer accuracy and comfort, etc. Basic parameters of the lift, can take a toll, mainly have the rated load rated speed, the car gabarite and shaft type, etc. This time, we will use kingview 6.5.3 four elevato

7、r simulation. Show lively side of the elevator operation. Kingview is the new industrial automatic control system, it is in standard industrial computer hardware and software platform of integrated system to replace the traditional closed system. Kingview is flowchart monitoring; The complete script

8、 editing; Real-time monitoring of trends; Comprehensive alarm; History data management; Report shows, and other functions. Keywords:Four elevators; Kingview; Capsules; The simulation; The system 目 录1. 引言12. 设计功能要求22.1 基本的要求22.2 提高的要求23. 四层电梯框图34. 四层电梯设计44.1 电梯内部设计44.2 电梯外部设计54.3 电梯功能设计64.4 电梯监控设计75.

9、 仿真程序与调试85.1 编程过程85.2 调试问题及解决方法86. 结语9参考文献10致谢11附录12附录A 仿真图12附录B 运行图13附录C 变量附录161 引 言1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安

10、全升降梯。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输

11、能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。本文主要介绍四层电梯如何通过组态王进行仿真，通过编写程序来展现出其灵活人性以及科学的运作过程。以体现社会都市文明的成果。 2 设计功能要求

12、2.1 基本的要求（1）电梯正常运行规律，当电梯向上运行时，将响应内部请求和沿途各楼层向上的外部请求，而不响应沿途向下的外部请求。当电梯向下运行时，将响应内部请求和沿途各楼层向下的外部请求，而不响应沿途向上的外部请求。即电梯除内部响应必须响应外，还响应与运行方向一致的外部请求。（2）能够正确显示正在运行和即将到达的楼层数。（3）既然是仿真电梯，电梯的运行速度也应该匀速运行，不能运行过快，脱离现实以免造成使用者的不适。（4）在每一层的停留时间应该科学，关梯门的速度不能过快，以免造成显示使用者的危险以及任何人身安全问题。（5）在轿厢还没到的时候，梯门绝对不能先打开，以免使用者掉入井道。2.2 提高

13、的要求（1） 可以有把电梯锁死在某一个楼层，以方便只有一个人带货物坐电梯能够实现人货安全进入轿厢。（2） 在轿厢内和电梯门外安装提醒灯，先设定一段时间的长度，定时前后，闪烁进行提示。方便使用者在梯门关闭前预计出入时间。3 四层电梯框图四层电梯总体程序框图大体如下，框图设计如图所示。图3.1 模拟四层电梯框图 开始时电梯处于任意一层。当有外呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号到达该楼层时电梯停止运行电梯门打开延时3S 后自动关门。当有内呼梯信号到来时电梯响应该呼梯信号到达该楼层时电梯停止运行电梯门打开延时3S后自动关门。在电梯运行过程中电梯上升或下降途中任何反方向下降或上升的外呼梯信号均不响应但如果

14、反向外呼梯信号前方向无其它内、外呼梯信号时则电梯响应该外号但不响应二层向下外呼梯信号。同时如果电梯到达三层如果四层没有任何呼梯信号则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。电梯应具有最远反向外梯响应功能。例如:电梯在一楼而同时有二层向下外呼梯三层向下外呼梯四层向下外呼梯则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯未平层或运行时开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后按开门按钮电梯门打开，按关门电梯门关闭。4 四层电梯设计4.1 电梯内部设计 电梯内视图结构及功能简介：在电梯内部，设计有四个楼层按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、电梯上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的

15、代表其要去目的地的楼层按钮，称为内呼叫按钮。电梯停下时，应具有开门关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯所处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚的知道自己所处的位置，离自己到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。 图4.1 电梯内部框图4.2 电梯外部设计电梯的外视图结构及功能简介：电梯的外部共分四层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指

16、示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态的。四层电梯中，一层只有上呼叫按钮，四层只有下呼叫按钮，其余两层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。而楼层显示器，四层电梯均应该相同。图4.2 电梯外部框图4.3 电梯功能设计现在我们对电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态进行分析。电梯的初始状态。假设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态： 各层呼叫灯均不亮。 电梯内部及外部各楼层显示器均为“1”。电梯内部及外部电梯门均关。电梯运行中状态，我们以一层到二层为例进行说明：按下二层外呼上按钮后该层呼叫指示灯亮电梯响应该层

17、呼叫。电梯轿厢上行直至该层。各楼层显示随电梯轿厢的移动而变为“2”各层指示灯也随之而变。运行中电梯门电机始终关闭到达二层平层时门电机才打开。在电梯运行过程中支持其他呼叫信号。电梯运行后状态，在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。电梯上行分析，若电梯在上行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分为以下两种情况：若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下，则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层，完成该呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。例如：电梯当前运行层在二层，这时三层外呼上发出呼叫，目标运行层是四层，则电梯先执行三层外呼上命令，到达三层平层后，在由近及远的响应其它呼叫动作。 若呼叫层

18、处于电梯当前运行层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。如当前运行层在二层，此时有一层外呼上发出呼叫，同时又有三层外呼上发出呼叫，则电梯在没有完成三层外呼上命令时，一层外呼上指令不响应。直到电梯到达三层平层后，又重新处于待命状态为止，才响应一层外呼上命令。 电梯下行分析 若电梯在下行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分为以下两种情况：呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后在由近及远地完成其他各个呼叫动作。如下：假设当前运行层在三层，这时二层外呼下发出信号，目标运行层是一层，那么电梯先完成二层外呼下指令后

19、，在由近及远的执行其它呼叫动作。呼叫层处于电梯运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。比如：当前运行层在三层，这时有四层外呼下发出呼叫，同时又有二层外呼下发出呼叫，则电梯先执行二层外呼下命令，直至到达二层平层后，电梯又重新处于待命状态，这时才响应四层外呼下命令。由以上分析可知：电梯在接受命令后，总是由近及远地完成各个呼叫任务。4.4 电梯监控设计组态王监控电梯的步骤：第一步：接受每个呼叫按钮（包括内部和外部）的呼叫命令，并做出相应地响应。第二步：电梯停在某层（如二层）时，此时按动该层地呼叫按钮（上呼或下呼叫），则相当于发出电梯门打开命令，进行开门动作过程

20、；若此时电梯的轿厢不在该层（在一、三、四层），则等电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。第三步：电梯运行的不换向原则是指电梯有限响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直至这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。例如现在电梯的位置在一层和二层之间上行，此时出现了一层上呼叫、二层下呼叫和三层上呼叫，则电梯的首先响应三层上呼叫，然后在依次响应二层下呼叫和一层上呼叫。第四步：电梯有轿厢位置，当电梯门位置碰到该层的轿厢位置时，表示电梯已经到达该平层。第五步：当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直至电梯响应该呼叫为止。第六步：当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯

21、门电机打开，按动关门按钮，则电梯门电机关闭。但在电梯进行期间电梯门电机是不能被打开的。第七步：当电梯运行到某层后，相应的楼层指示灯灭，直至电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。5 仿真编程与调试5.1 编程过程 在四层电梯仿真的编程工程中，我们首先了解组态王仿真软件的工作原理，特点，以及编程方法，虽然花了不少时间，可是一步步的编程过程到看到轿厢随着鼠标的点击而徐徐上升的时候而感到非常高兴。能够用软件把生活中的电梯活生生的展现在眼前，这是非常兴奋的一件事。首先，我们先完成井道的设计，然后在加上轿厢，以及电梯内外部的各种按钮，显示灯，还有各种各样的开关和楼宇之间的轿厢感应传感器。完成了大部分外观框图

22、之后就开始吧所有的零件，各个模块通过程序嵌套，串联成一个四层电梯正常的运行流程。从理论反馈现实，这就是我们最后做出来的四层电梯。5.2 调试的问题及解决方法在完成对四层电梯的框图构架以及关联仿真之后，我们在运作电梯的时候出现，轿厢运行速度过快，还有轿厢上升的时候梯门还没有完全关闭的情况。由于这个是绝对不能出现的错误，我们通过重新调整参数，把轿厢运行的关联参数进行了一系列的调整，以及梯门和轿厢的关联参数测试，终于解决了轿厢运行速度过快还有梯门来不及在轿厢上升或离开本层的时候及时关闭的问题。通过一系列的调试，四层电梯的运行非常流畅，并符合实际的应用和符合人性化的操作。6 结 语这次的课程设计主要使

23、用组态王来对四层电梯进行仿真。利用组态王 KingView6.5.3 制作四层电梯监控系统的设计过程，该系统与 PLC 控制系统进行实时数据交换，在组态监控画面上能实时反映电梯的运行状态，并能通过监控画面控制电梯运行状态，从而实现对电梯运行状态的双向控制。这种用组态王建立的四层电梯软件模型，对建立双梯以及多梯软件模型提供了思路，并且在应用中容易实现监测，因此有较大的应用价值。电梯作为建筑物内的一种主要交通工具，向人们提供安全、快速、舒适的垂直交通运输服务，随着建筑物向高层化和大型化方向发展特别是近年来由于智能大楼的出现，电梯控制系统变得越来越复杂，可编程控制器和交流调速控制在电梯领域的广泛应用

24、，使电梯的舒适性和安全性及智能化程度得到很大的提高。以 PLC 为核心的电梯控制系统具有很强的稳定性，维护起来也比较方便。对电梯群控系统算法的研究和对电梯监控系统的研究是当前电梯控制系统研究的重要内容。目前人们已不仅限于要求电梯搭乘快速、舒适、制造坚固、装潢考究，而且对电梯的安全可靠性及多功能性也提出越来越高的要求，一方面它能够分析各种用户的要求，然后决定相应的运动方向， 并能对一些紧急事件作出特殊的处理。另一方面系统作出的调度应能使电梯的总运动路径尽量少，也能协调各层楼用户的需要，不用让用户等待时间过长等。在实训的第一周，我们首先用组态王对四层电梯进行仿真，把电梯内外所必须要用到的硬件进行了

25、构造，务求与实际的应用是一样的。进入实训的第二周，我们开始对四层电梯各个元器件进行关联的仿真，通过编程将软件和各个元器件连接起来。实训进入第三周，我们理清所有逻辑关系，基本完成四层电梯的运行过程中同时对四层电梯进行排查，以及功能改善。通过这次的实训，我们把平常生活中经常接触到的电梯有了更加深刻的了解。这也是这次实训的最重要目的，把理论反馈现实，从而体现人性化。参考文献1 王阿根.电气可编程控制原理与应用M.北京:清华大学出版社,2010:21-53.2 王阿根.PLC控制程序精篇M.北京:清华大学出版社,2009:23-23.3 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术M.北京:机械工业出

26、版社,2010:46-47.4 陈忠平.PLC自学手册M.北京:人民邮电出版社,2009:147-148.5 李金城.PLC模拟量与通信控制应用实践M.哈尔滨:电子工业出版社,2009:10-11.6 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京:北京航空大学出版社,2011:25-26.7 龚仲华.三菱FX系列PLC应用技术M.北京:人民邮电出版社,2010:30-31.8 赵景波.零基础学西门子S7-200 PLCM.北京:机械工业出版社,2009:40-41. 9 熊伟.工控组态软件与应用M.北京:中国电力出版社,2012:1-127.10 穆亚辉.组态王软件实用技术M.北京:黄河水利出

27、版社,2009:25-26.致 谢 在此要感谢我们的指导老师陈海峰老师，感谢陈老师给我们提供的帮助。也非常感谢老师给我们这样的机会锻炼。在整个课程设计过程中我们懂得了许多东西，也培养了我们工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我们充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。从题目分析，设计模块化，具体理论知识的学习，四层电梯的绘制，电梯运行的调试。四层电梯初始功能的形成，对其的反复修改过程中，陈老师一直以严谨的治学态度，对学生的负责深深感动了我们，致使我们对这次的课程设计四层电梯的任务充满信心，并最终完成任务，在此

28、，我再次深表谢意。即便这个课程设计还不是很完美，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我们终身受益。最后，我们再次向陈海峰对我们提供帮助表示衷心的感谢！附 录附录A 四层电梯仿真图 四层电梯仿真图如图A1所示。图A1 四层电梯仿真图附录B 四层电梯运行图 四层电梯运行图如图B1所示。图B1 一楼呼梯运行图 四层电梯运行图如图B2所示。图B2 轿厢移动运行图 四层电梯运行图如图B3所示。图B3 目的层到达图附录C 变量附录表C1输入变量附录输入变量名称变量代号一层位置XK1 二层位置XK2三层位置XK3四层位置XK4一层指令开关K7二层指令开关K8 三层指令开关K9四层指

29、令开关K10 一层上行呼梯 K1二层上行呼梯K2三层上行呼梯K3二层下行呼梯K4三层下行K5四层下行K6开门KK关门GK表C2输出变量附录输出变量名称变量代号上行指示HL_S 下行指示HL_X上行驱动KM1下行驱动KM2一层指示登记 HL_ZS1二层指示登记HL_ZS2三层指示登记HL_ZS3四层指示登记HL_ZS4 一层上行呼梯HS_S1 二层上行呼梯HS_S2三层上行呼梯HS_S3二层下行呼梯HS_X2三层下行呼梯HS_X3 四层下行呼梯HS_X4开门模拟KM3关门模拟KM4表C3其他变量附录其他变量名称变量代号轿厢位置JX_POS 一层收缩ShouSuo_1二层收缩ShouSuo_2三层收缩ShouSuo_3四层收缩ShouSuo_4轿厢收缩ShouSuo_JX数码管A段SEG_AB段SEG_B C段SEG_CD段SEG_DE段SEG_EF段SEG_FG段SEG_G17