PAGEIV畢業設計報告(論文)報告(論文)題目：基于PLC的電梯控制系統設計

近年來，中國的電梯產業發展迅速，世界上70%的電梯都是在中國制造的，占據了世界60%-65%的市場份額。國內電梯總產量從2012年的52.9萬臺增至2020年的128.2萬臺，據資料顯示，2021年我國電梯產量為154.5萬臺，同比增長20.5%。在國際上處于領先地位。隨著我國的電梯產能的不斷提高，電梯的保有量也在逐年上升，從2012年開始的245.33萬臺到2020年增至786.55萬臺，目前，中國已經是世界上最大的電梯擁有者，其市場份額超過了世界的1/3。該設計利用S7-1200PLC與TIAPortalAutomatic軟件綜合開發平臺來建立其工作環境。將單部電梯程序分為檢修、開關門、初始化、三級制動、內外顯示、樓層的計數等模塊分開編寫并對每一部分進行了詳細的分析，在完成了單部電梯的軟件設計的基礎上。然后對兩部電梯的并聯控制系統進行了分析，按照最快響應和最佳響應原理進行編程。其次，基于單臺電梯的控制策略和兩臺電梯的調度方案，重點對多部電梯群控系統進行了深入的探討。對電梯的各種運輸方式和常見的群控系統進行了簡單的闡述。針對多個目標的非線性、擾動、不確定性以及多個控制目標的特點，提出了一種多個對象的多目標優化算法。同時，利用TIAPortalWinCC監測電梯的工作狀況，包括當前樓層、內部和外部呼叫登記、超重和超載、操作狀況等。在實現了電梯群控程序之后，通過PLC構建出的ElevatorSimulation仿真平臺，并以WinCC所建立的監控畫面為基礎，對所編寫的控制調度算法進行了模擬試驗。通過分析所得出的運行數據，證明了該方法的正確性和實用性。關鍵詞群控電梯PLC監控系統虛擬仿真AbstractInrecentyears,China'selevatorindustryhasdevelopedrapidly.70%oftheworld'selevatorsaremadeinChina,accountingfor60%-65%oftheworld'smarketshare.Thetotaldomesticelevatoroutputincreasedfrom529,000unitsin2012to1.282millionunitsin2020.Accordingtodata,mycountry'selevatoroutputin2021was1.545millionunits,anincreaseof20.5%year-on-year.Internationallyleadingpositions.Withthecontinuousimprovementofmycountry'selevatorproductioncapacity,theamountofelevatorshasalsoincreasedyearbyyear.From2.4533millionunitsfrom2012to7.865millionunitsfrom2020.Atpresent,Chinaisalreadytheworld'slargestelevatorowner.Themarketshareexceeds1/3oftheworld.ThedesignusesthecomprehensivedevelopmentplatformofS7-1200PLCandTiaPortalAutomaticsoftwaretoestablishitsworkingenvironment.Thesingleelevatorprogramisdividedintomodulessuchasmaintenance,openingdoor,initialization,three-levelbrakes,internalandexternaldisplay,floorcountsandothermodules,andconducteddetailedanalysisofeachpart.Aftercompletingthefoundationofthesoftwaredesignofthesingleelevator,thefoundationofthesoftwaredesignofthesingleelevatorhassuperior.Thenanalyzetheparallelcontrolsystemofthetwoelevators,andprogramaccordingtothefastestresponseandthebestresponseprinciple.Secondly,basedonthecontrolstrategyofasingleelevatorandtheschedulingschemeofthetwoelevators,itfocusesonin-depthdiscussionsonmultipleelevatorgroupcontrolsystems.Thevarioustransportationmethodsandcommongroupcontrolsystemsofelevatorsarebrieflyexplained.Aimingatthecharacteristicsofmultipletargets,disturbances,uncertainty,andmultiplecontroltargets,multipletargetoptimizationalgorithmsofmultipleobjectsareproposed.Atthesametime,theworkingconditionsoftheelevatoraremonitoredbyTIAPortalWinCC,includingthecurrentfloor,internalandexternalcallregistration,overweightandoverload,andoperatingconditions.Afterimplementingtheelevatorgroupcontrolprogram,theElevatorSimulationplatformbuiltbyPLC,basedonthemonitoringscreenestablishedbyWinCC,conductedanalogtestingthecontrolschedulingalgorithm.Theoperationdataobtainedbyanalysisprovesthecorrectnessandpracticalityofthemethod.KeywordsGroupelevatorPLCmonitoringsystemVirtualSimulation目錄\t"標題5,1"摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題背景及意義 11.2國內研究現狀 11.3電梯群控系統分析 21.4本章小結 2第2章電梯控制系統概述 32.1電梯控制系統分析 32.2單部電梯控制系統 42.3雙梯控制系統 52.4多部電梯群控系統 52.5本章小結 6第3章系統硬件概況 73.1TIAPortal與S7-1200PLC軟件介紹 73.1.1TIAPortal 73.1.2S7-1200PLC 73.2系統硬件選型 83.2.1硬件配置 83.2.2PLC組態 123.3本章小結 12第4章單部電梯軟件設計 134.1單部電梯控制任務 134.2基本功能 134.3程序結構 154.3.1初始化 164.3.2運行流程 174.3.3三級剎車 184.3.4樓層計數及內外顯示 204.3.5上下行確認 214.3.6開關門 224.4本章小結 23第5章電梯群控系統 245.1群控系統分析 245.2群控電梯程序 255.2.1電梯全靜止信號分配 255.2.2運行電梯信號分配 265.2.3電梯的搶占 275.3本章小結 28第6章電梯群控系統的仿真驗證 296.1實際仿真環境 296.2群控系統WinCC畫面設計 316.3本章小結 32第7章結論 33致謝 34參考文獻 35附錄 36PAGE29基于PLC的電梯控制系統設計第1章?緒論1.1課題背景及意義在當今時代，現代化程度較高的國家，電梯的生產技術也相應地比較發達，其電梯的使用量也非常的巨大。而隨著社會的進步、經濟的發展，全世界每年對電梯的需求量也在大大地提高，其中歐洲、日本、美國占總需求量的前三位。隨著我國人口的不斷增長，人們對多層樓房的需求也越來越大。電梯是現代化智慧建筑物中一種新型的運輸方式，它既可以給人們帶來便利，又可以節約人力，隨著樓層的增長，電梯變得更加重要。電梯的品質與其操縱體系密切相關。在過去，電梯普遍采用接觸器控制線路，其和PLC控制的缺點很明顯，比如控制電路噪音大、線路接線復雜、電路容易故障、不容易排除故障等。而如果控制電路采用PLC就沒有接觸器控制電路所遇到的問題。PLC控制電路的優勢有：控制器小巧靈活、不容易出故障、可根據實際需求自行添加擴展模塊、不易被外界干擾等。所以，以PLC作為電梯的控制器還是很有必要的。1.2國內研究現狀當前，我國的電梯產業發展比較快，但由于受自身的條件和技術條件的制約，相對于歐美發達國家，我國的電梯產業發展相對滯后。1900年，奧的斯電梯公司在中國贏得了第一個電梯訂單，并向上海交付了2部電梯，自此，中國在世界電梯發展史上揭開了一層面紗。2008-2021年，我國電梯行業處于高速發展階段。政府工作報告在2018年至2019年連續兩年提出“支持加裝電梯和無障礙環境建設”，也將極大程度促進市場服務行業的發展。政府出臺了各項政策以鼓勵電梯安裝，如住建部辦公廳于2019年2月發布的《住宅項目規范(征求意見稿)》及《非住宅項目規范(征求意見稿)》均明確要求在新建的樓宇安裝電梯，從而促進電梯服務市場快速增長。目前，我國的有關專家也在對電梯的控制方面做了大量的探索，一些專家提出用微型計算機組成的電梯將會有很好的發展空間，而PLC的控制系統的高可靠性、較快的研制時間等優點，使其在實際應用中表現出較好的適應性和穩定性，因此將是今后電梯系統的發展趨勢。

1.3電梯群控系統分析群控電梯是一種由多部電梯組成的集合體，每部電梯除了擁有自己的轎廂內選層信號以外還共用了一套廳外呼梯信號，電梯群控系統的特點是每部電梯除了都具有自己的單獨控制系統以外還額外擁有一套共用的電梯調度程序，其功能有優先調度、區域優先控制、集中控制、超載報告、高峰服務等。在不斷變化的使用環境中，始終為乘客提供舒適的操作和乘坐體驗。這正是我們設計群控系統的初衷。通過直觀的控制系統，乘客可以得到輕松地乘坐體驗。當用戶按下梯廳呼梯按鈕時，電梯會根據以下因素來分配最佳轎廂：電梯預計行駛時間、等待時間、當前轎廂乘員人數和能耗。同時啟用即時預報與指示功能，緩解旅客在等待電梯時的焦躁情緒。采用集中式的電梯控制，能有效地改善乘客的乘梯效率。但在我國，電梯群控制領域的發展相對滯后，對其中的一些關鍵技術尚未完全掌握，擁有自己知識產權的技術和技術更是鳳毛麟角，與國際先進水平存在一定的距離。所以，開展電梯群控制是非常有意義的。為了實現多個多層的聯合運行，必須在上下班高峰期、午餐時段、樓層分區等不同的情況下，實現集群的電梯的控制策略轉換。總的來說，最起碼要考量的電梯群控指標有如下幾點：由于電梯的使用場景各不相同，對多個樓層實施聯合控制，實現集群電梯控制策略切換。必須考慮到下列因素：乘坐電梯的平均乘梯時間、乘客數量、總能量消耗、候梯率。1.4本章小結本章從電梯行業的發展形勢和PLC控制電梯對比傳統式控制電梯的優勢兩方面說明了采用PLC來控制電梯的優勢和重要性。列出了我國電梯行業的發展歷史和目前的發展現狀。介紹了群控系統(由兩部電梯以上構成)的特點，說明了電梯群控系統的調度方式和重要指標。

第2章?電梯控制系統概述2.1電梯控制系統分析電梯控制系統主要分為兩部分控制，其中一部分是對電梯運作的控制如上下行電機、開關門電機等動作等進行控制，而另一部分是對電梯的調度、電梯的停靠判斷、電梯判斷上下行等邏輯性的控制?？赏ㄟ^對后者邏輯的編程以提高乘坐電梯時的安全性和舒適性，比如調整電梯停車時三級剎車的時間長短，電梯的運行速度等。梯邏輯控制系統部分則是根據轎廂內選信號、廳外呼梯信號等等來控制電梯最優調度。兩部分相比較而言，這一部分根據對電梯運行的調度規則更能體現出程序的好壞，配合電梯運作的控制實現電梯安全高效的運行。論文介紹主要以邏輯控制部分為主，該部分控制程序在實時的接收到呼梯信號后再根據電梯當前的運行狀態(電梯的樓層位置、電梯運行方向、電梯門鎖狀態等)來判斷電梯接下來的后續運行，并將后續預計的運行信號發送給電梯運作程序。之后電梯運作程序根據接收到的信號對電梯進行相應的控制運作。電梯控制系統結構示意圖如圖2-1所示。圖2-1電梯控制系統結構示意圖電梯擁有檢修功能，在電梯轎廂頂部設置容易操作的控制器，以方便維修。檢修設備必須具有能夠保證電力安全性的維修操作開關。此切換器一般為雙穩態的，并具有意外動作保護功能。檢修信號通過檢修開關發送，當電梯需要檢修時將檢修開關打到開的位置，PLC此時接收到電梯的檢修信號時將電梯切換到檢修運行狀態以方便檢修工人對電梯進行檢修工作。在檢修完畢無誤后將檢修開關切換到關的位置，此時PLC控制電梯重新初始，在初始化完畢之后電梯重新投入正常使用。2.2單部電梯控制系統在編寫電梯群控系統之前先實現單部電梯程序的實現，其主要控制對象有電梯的上下行運作，轎廂的開關門控制。電梯需要安全穩定的運作須在合理的位置安裝傳感器。限位開關來實時的檢測電梯當前的狀態發送給PLC方便后續控制。單部電梯用到的輸入信號采集位置有電梯上下平層、第一第二限位、開關門到位等。單部電梯模型原理示意圖如圖2-2所示。圖2-2單部電梯模型原理示意圖根據上圖所示可知，電梯一層定義為基站，為大多數情況下初始化完成之后停靠的樓層。轎廂在電梯井中運行的過程中其上下平層檢測開關在經過每層安裝的隔磁板后被切斷磁感線，從而得到平層信號發送回PLC。在電梯平層之后同時發送上下平層信號給PLC。

2.3雙梯控制系統雙梯控制系統即兩部電梯共享廳外呼梯按鈕的信號，而且每部電梯分別使用自己的轎廂內選信號。并按PLC編程好的程序根據某種調度自動分配其中一部電梯去執行接梯工作。例如在兩部電梯位置不同并且都處于待載休眠狀態時應優先分配離呼梯位置較近的電梯來響應呼梯信號。在兩部電梯都沒有接收到呼梯信號時應指派其中一部電梯移動到一層就位，準備隨時可能出現的基層呼梯信號以達到效率最大化運行。而另一部電梯則用來準備隨時應答除一層以外的所有呼梯信號。兩部電梯配合運行。在一層電梯在執行完一層上呼信號并去執行內呼信號離開一層時，另一部電梯此時應返回一層等待一層上呼信號。兩部電梯如此配合運行以提高雙梯系統的效率。除此之外還需要考慮在一部電梯故障或需要檢修時，其中一部電梯停止工作就將兩部電梯控制系統變為單部電梯控制系統繼續運行。2.4多部電梯群控系統多部電梯控制系統即電梯的群控系統（EGCS）。多部指的是三部和三部以上電梯共用一套廳外呼梯按鈕信號。在電梯群控系統控制過程中，需要對多臺電梯進行協調控制，對運行過程中的各種數據信息進行接收與反饋，同時實地的進行數據的分析與處理。電梯群控系統的結構示意圖如圖2-3所示.圖2-3電梯群控系統的結構示意圖

2.5本章小結本章節主要對電梯控制系統進行了分析，列出了電梯控制系統中的各種輸入和輸出信號。給出并說明了單部電梯的控制對象。介紹了雙梯控制系統的信號分配，和電梯的高效分配策略。后面對多部電梯群控系統進行了簡要介紹，并給出多部電梯的控制結構示意圖。

第3章?系統硬件概況3.1TIAPortal與S7-1200PLC軟件介紹3.1.1TIAPortalTIA博途(TotallyIntegratedAutomationPortal)是行業內首款能將工程配置與軟體環境相結合的自動化軟體，適用于大部分的自動作業。在博圖平臺上我們可以進行編程和繪制上位機WinCC的畫面。集成PLCSIM以便在pc上直接仿真，節省了學習成本。

本文介紹了一種基于TIAPortal平臺的工業自動化系統的電梯解決方案，給出了具體實現過程以及在ElevatorSimulation仿真平臺中的實際運用效果。博圖軟件主要分為集成的Step7和集成的WinCC兩部分組成，其中Step7能夠對西門子PLC的300/400/1200/1500型號進行編程。版本有兩種：SIMATICSTEP7Basic和SIMATICSTEP7Professional。Basic版本僅用于S7-1200，而后者適用于所有PLC。WinCC主要有兩個版本WinCCAdvanced和WinCCProfessional。這兩個版本除了基本組態面板外，還可以組態在pc上運行WinCCRTStart，以方便在pc上運行仿真。3.1.2S7-1200PLCSIMATICS7-1200每個模塊都可以被擴充來完全符合你的需求。可以方便地擴充數字或模擬式輸入輸出，而不會對控制器的真實尺寸造成影響。CPU1217C、CPU1215C和CPU1214C能夠與8個信號模塊進行通信。該系列控制器采用模塊化設計方法，具有較高的可靠性與靈活性；并通過軟件編程使之更加人性化。最后，所有S7-1200都能連接到最多三個用于端對端串行通信的通信模塊。S7-1200PLC的優點是：1.安裝簡單方便SIMATICS7-1200的全部設備都具有一個固定的卡扣，可以輕松的將其固定到35毫米的標準的DIN軌道上。當需要時，這些內嵌的卡扣還可以插入到一個擴展的地方。2.節省空間的設計S7-1200的全部硬件都是為了節約控制板的空間而特別設計。例如，CPU1214C的寬度只有110毫米，CPU1211C和CPU1212C和的寬度只有90毫米。此通訊模組及訊號模組的體積較小，可在安裝時節約寶貴的空間，并提供最大的效能與靈活性。3.通信方便西門子S7-1200具有一個集成的PROFINET接口，它可通過以太網以及通過RS232、RS485、GPRS和PROFIBUS使用附加模塊進行通信。S7-1200具有較強的集成度和擴展性，能方便地應用于多種工業控制系統。

3.2系統硬件選型3.2.1硬件配置S7-1200小型模塊化PLC具有HMI和網絡通訊功能。對于要求使用網絡通訊和需要人機界面仿真的系統采用S7-1200系列來設計和實現是非常方便的。SIMATICS7-1200系統功能強大，集計算、測量、閉環控制、運動控制于一體。可以實現多種類型的自動化任務。本次設計選用西門子的PLC型號：CPU1214CDC/DC/DC其詳細配置如表3-1所示。表3-1CPU1214CDC/DC/DC配置訂貨號6ES7214-1AG40-0XB0輸入接口DI14x24VD源型/漏型固件版本V4.1輸出接口DQ10x24VDC電源供電DC24V工作存儲器100KB采用PLC的輸入/輸出接線圖如圖3-1所示。圖3-1CPU1214C接線圖其公共端是1M，接的是DC0V，電流從電源+流向每一個輸入的I點端子，經過CPU內部的反并聯二極管從公共端1M流出，這是典型的漏型輸入接線方式。即可以簡單地理解為，對于數字電輸入，電流只要是從公共端流出模塊的，那就是漏型輸入；反過來，如果1M接DC24V+，那電流是從公共端1M流入，經CPU內部反并聯二極管，再從各個I點流出，這種接法是典型的源型輸出接法。即可以簡單地理解為，對于數字電輸入，電流只要是從公共端流入模塊的，就是源型輸入。根據圖片可知將負載接到電源“-”端即為漏型輸入，接到“+”端即為源型輸入，圖上的數字量輸入部分是漏型輸入的接線方式。輸出端亦然如此，此圖的輸入端即為漏型輸入，輸出端為源型輸出。被控對象為PC機上的電梯仿真模型ElevatorSimulation。PLC通過工業以太網(IndustrialEthernet)和ElevatorSimulation仿真平臺進行通信，硬件環境結構以及IP地址分配如圖3-2所示。圖3-2硬件環境結構圖關于電梯的拖動，在電流和電壓調整上經歷了不同的發展階段，起初是直流電壓運行調整電梯運行速度，之后是交流電壓、交流電壓運行調整電梯運行速度、交流變頻調壓調整電梯運行速度、能量回饋式變頻調壓調整電梯運行速度?，F在的高層建筑所安裝的電梯主要為兩種，即交流雙速電梯和交流變頻調速電梯。本設計采用的是交流雙速電梯其優缺點如下：電梯的調速是通過切換電機的極數來實現的，按照固定的幾個轉速調整電梯的運行速度，屬于是有級調速。比如，交流雙速電梯運行中，線路的設計比較容易，并且實施價格低廉、操作簡單。但是，技術上也存在不完善之處,主要體現為乘坐交流雙速電梯的舒適度不夠，平層精度和運行效率都比較低，能源消耗量也比較大。通常額度速度不可以超過每秒1米。精度和運行效率都比較低，能源消耗量也比較大。通常額度速度不可以超過每秒1米。每個轎廂都配備了一個稱重變送器，測量范圍為0-2000kg，輸出信號為0-10V。

對于交流雙速電梯主驅動系統工作的說明如下：在相同的頻率下電機的極數越多其運行速度越慢，將交流雙速電機的極數接為6級作為快速工作時的繞組，接為24極作為慢速工作時的繞組。高速接觸器接通時電機繞組接線形式為6極快速運行，在快到達電梯平層或電梯準備剎車制動時斷開高速接觸器接通低速接觸器使電機繞組改為24極接線形式。并按照設定的時間原則依次打開三級制動觸電直至電梯停車到位。由于電機啟動時產生的大電流容易對電機繞組造成嚴重沖擊，同時導致電網的電壓瞬間下降影響其他工作設備。所以在啟動時采用繞組串電阻或電抗來啟動消除影響。其中一級加速過程由系統根據時間原則自動完成。交流雙速電梯主驅動系統原理圖如圖3-3所示。圖3-3交流雙速電梯主驅動系統原理圖電梯到達平層停車時采用電磁抱閘停車制動，在電梯需要工作時使抱閘線圈通電使抱閘器松開，電梯停止時給抱閘線圈斷電抱閘器抱緊實現停車。這種方法的好處是在遇到突發情況電路突然停電等情況時能夠保障電梯的自動抱閘停止以防意外發生，其抱閘制動回路示意圖如圖3-4所示。圖3-4抱閘制動回路示意圖

上述圖中各符號說明如表3-2所示。表3-2符號說明符號說明符號說明SK上行接觸器XK下行接觸器KK高速接觸器MK低速接觸器1A一級加速2A一級減速制動3A二級減速制動4A三級減速制動YA抱閘制動回路關于樓層位置信息的顯示，由于頂樓是十樓，所以采用兩個七段數碼管的方案。數碼管示意圖如圖3-5所示。圖3-5數碼管示意圖此系統為三部十層電梯，一臺為貨運梯，兩臺為客用。客梯和貨梯主要區別有以下兩種1、作用不同?？吞萑缙涿褪怯脕磔d人的，貨梯除了載人外還可以用來運載各種貨物。2、設備不同。貨梯是機電一體化的大型機電設備，可以負擔較重的貨物?？吞菔且噪妱訖C為動力的垂直電梯，內部甚至還會有一定的裝飾。其設計主要參數如表3-3所示。表3-3電梯詳細參數名稱設計參數名稱設計參數客梯層數10層客梯數量3個單部定員10人單部載重客梯750kg貨梯1500kg

3.2.2PLC組態在編寫程序之前需要先對PLC進行硬件組態。打開TIAPortalSTEP7ProfessionalV15.1在設備和網絡的網絡視圖中添加和配置所需要的設備，其步驟如下：1.打開Portal視圖添加控制器其型號為CPU1214CDC/DC/DC；2.打開組態網絡，從硬件目錄窗口下找到并添加PC站；3.雙擊打開PC站，在其中添加通信模塊常規IE并將其IP地址修改為。然后在西門子人機界面選項中添加WICCRTAdvanced基于PC可視化的運行系統軟件；4.返回到網絡視圖界面中，用鼠標將PLC和PC站的PROFINET接口連接起來以完成網絡通信。PLC系統硬件組態如圖3-6所示:圖3-6系統硬件組態圖3.3本章小結在這一章節中主要對電梯控制系統中硬件選型進行了介紹，開始介紹了TIAPortal軟件和系統所用到的S7-1200PLC，說明出了采用此PLC的原因和此PLC的優點。給出了CPU1214C的詳細配置和接線圖，并解釋了輸入輸出接線方式的特點。后來畫出了電梯仿真環境結構圖并顯示出所有的以太網地址分配圖。之后解釋了采用交流雙速電機使電梯變速運行和三級剎車實現的硬件原理圖并給列出了三部電梯的詳細參數。最后給出在TIAPortal網絡視圖中進行設備組態的詳細步驟和系統硬件組態圖。

第4章?單部電梯軟件設計4.1單部電梯控制任務TIAPortalSTEP7ProfessionalV15.1程序模塊包含數據塊DB、功能FC、功能塊FB和組織塊OB。其中組織塊OB為主程序塊，它會以0.04ms/1000條的速度按從左到右從上到下的順序循環讀寫指令?？梢詫⑵渌K拖入到OB塊中以調用其他程序。其中FB和FC的作用基本相同都是作為子程序，區別在于FB擁有自己的背景數據塊而FC沒有。單部電梯的控制目標包括：轎廂內部信號（轎廂內電梯樓層位置數碼管指示、轎廂內樓層選擇按鈕、轎廂開關門控制按鈕等）、大廳顯示信號（廳外電梯位置指示、上下呼梯按鈕等）和電梯運行控制（運行電機、上下限位開關、轎廂開關門動作等）。所采用的電梯模型有三部十層結構。每個轎廂都配備了一個稱重變送器，測量范圍為0-2000kg，輸出信號為0-10V。電梯停車時，采用了三級減速制動。4.2基本功能可按用戶的需求實現自動平層，開關門，超重提示，上下二級限位，內外轎廂門合動防護等，并能按要求做出相應反應。以下是功能的說明：1.電梯初始化電梯在啟動時發出電梯初始化信號，當接收到這個信號后，應根據控制要求來對電梯進行必要的初始化操作，初始化完畢之后，發出電梯準備就緒信號以表示電梯準備好進入工作模式。如到達基站（即一樓）或預先設置的初始化樓層使電梯處于待命狀態。2.集選控制電梯在正常使用過程中控制程序應實時的集合電梯的所有呼叫信號來進行停靠判斷。并且電梯在上行或者下行的過程中應能夠及時的響應并停靠隨時出現的和電梯運行方向相同的呼梯信號。當響應完所有信號后電梯進入待載休眠狀態。此外，應根據不同的電梯類型和速度調整電梯的應答響應策略。3.開關門控制電梯同時擁有自動開關門和手動開關門兩種功能，在自動運行模式下轎廂門根據電梯的當前狀態(電梯位置、光幕信號等)自行判斷是否進行開關門操作，電梯在達到平層位置并滿足開關門條件時可手動按下開關門按鈕來控制電梯的開關門。4.啟?？刂齐娞菰诠ぷ鬟^程中需要不斷地在進行啟動和停止中切換，此時電梯的啟動停止的過渡動作是否流暢就顯得尤為重要。電梯的制動采用按時間原則的三級剎車制動，這樣能夠使得電梯?？扛椒€。

5.運行監控乘客需要根據電梯的運行情況判斷是否選擇登梯，這時就需要添加電梯的運行監控系統，在轎廂內和每層顯示出電梯的當前樓層和運行方向以供乘客觀看。6.錯誤指令消除電梯在實際運行過程中可能會收到人為或系統產生的錯誤信息，這時需要合理的進行篩選并消除錯誤信息，根據實際情況，當電梯上行運行到上端站(十層)或下行運行到下端站(1層)時消除電梯內所有的內選信號。7.待載休眠電梯在沒有收到控制指令時，需要避免電梯進行不必要的能源消耗，這時應將電梯切換到待載休眠狀態，關閉轎廂內的風扇和、照明和上下行指示。8.在電梯控制系統中安全是第一位的，需要對電梯可能出現的各種異常狀態進行防護，其安全防護功能說明如下：（1）超載保護當電梯超負載時，報警燈會指示，轎廂門會維持開啟，電梯不能啟動。（2）終端越程保護電梯裝有第一限位(強制換速開關)、第二限位(終端越程開關)，確保電梯不越程。（3）開關門保護電梯在開關門過程中可能遇到外界因素的影響導致電梯門運行過程中遇到阻礙等，若電梯在開關門過程中長時間的未收到到位信號，此時判斷為電梯出現異常，需要對電梯門進行恢復并發出故障報警信號等待人工維修。例如電梯在關閉過程中出現故障，將電梯門打開并發出故障信號。（4）運行保護為安全起見，在電梯運作時，設定電梯不能開門。

4.3程序結構本設計電梯程序編程語言采用梯形圖語言編寫，梯形圖編程語言對比其他編程語言的優點有編寫程序方法簡便、讀寫程序更直觀等。在編寫程序時應盡量保證程序的最簡化原則，這樣可以更好的節省PLC資源，將程序進行模塊化編寫，這樣更容易搜尋和更改程序，加快程序的編寫速度。

在電梯控制程序中，OB1為主程序，其余的FC1到FC5為子程序，其中FC1為電梯初始化程序，FC2為三級剎車程序，FC3為內外顯示程序，FC4為開關門程序，FC5為上下行確認程序，FC6為?？颗袛喑绦?。數據塊有DB1輸入信號，DB2輸出信號，DB3中間變量，DB4邊沿指令，DB5樓層指示數據塊，還有一個函數塊FB1樓層顯示。其單部電梯程序結構如圖4-1所示。圖4-1單部電梯程序結構圖

4.3.1初始化在系統起初上電運行時PLC并不知道電梯的當前位置(樓層位置、是否平層等)所以需要進行必要的初始化程序。以向下初始化為例，本設計初始化程序實施過程如下：預先設置初始化樓層、方向(默認向下初始化，初始化樓層為5層)。在接收到開始初始化信號后開啟高速下行接觸器并發送電梯啟動信號，觸碰到下端第一限位(強制換速開關)后關斷高速接觸器開啟低速接觸器繼續下行，觸碰到下端第二限位(終端越程開關)后關斷下行接觸器開啟上行接觸器并將樓層計數置0。在上行過程中每觸碰一次上平層信號使樓層計數+1。當前樓層等于初始化設定樓層后開啟三級剎車模塊。直到到達平層電梯停止運行并發送電梯準備就緒信號以表示電梯完成全部的初始化過程。其電梯下行初始化流程圖如圖4-2所示。圖4-2電梯下行初始化流程圖此圖所示為下行初始化流程圖，上行初始化過程和下行初始化過程剛好相反在這里不再過多贅述。每當電梯啟動或重新啟動時，控制程序就需要進行必要的初始化工作，以便使電梯在基站或目標層處于待命狀態，在經過以上電梯初始化程序之后此時的PLC就能獲得電梯的當前位置以方便進行后續的電梯控制程序。

4.3.2運行流程電梯的運行是一個啟動、加速、自動運行、減速剎車制動、最后停在平層位置等過程之間的循環系統。每一種操作狀態的正確轉換，都是基于嚴密的邏輯判斷。其電梯運行流程圖如圖4-3所示。圖4-3電梯運行流程圖

4.3.3三級剎車電梯在運行至接近目標樓層并接觸到首個平層信號時，電梯需按照設定的時間依次打開三級剎車各級接觸器進行減速，調節各級設定的時間使電梯停靠更平穩[6]。在電梯制動一段時間后并同時接收到上下平層信號時，說明電梯達到完全平層，此時應使電梯徹底停止運行，斷開電梯運行電機和上下行兩個接觸器，最后完成電梯的抱閘?？?。下面的圖4-4中顯示了三級剎車制動的流程圖。圖4-4三級剎車流程圖

為避免電梯在平層停車時出現緊急停車，將上下兩個平層信號分別轉化成兩個脈沖信號。也就是說，在電梯接近想要?？康哪骋粚訒r，在首先接觸到第一個平層脈沖信號時，發出剎車信號，并依據時間原理，按順序啟動第三級剎車，使電梯能順利地平穩停止。依次觸發三級制動的程序如圖4-5所示。圖4-5三級制動程序圖

4.3.4樓層計數及內外顯示在初始化完成之后已將初始化樓層層數輸入到樓層計數位置，在之后電梯運行過程中需要借助樓層計數程序來對電梯位置進行實時檢測并進行顯示。樓層計數程序如圖4-6所示。圖4-6樓層計數程序內外顯示程序主要為了顯示電梯目前各種狀態等信息。顯示的信息有以下幾種：1.廳外呼叫按鈕指示燈和轎廂內按鈕指示燈，當按下廳外呼梯按鈕時將按鈕高亮顯示表示PLC已收到指示并將會在此停靠。2.電梯上下行顯示，顯示電梯的預計運行方向，運行方向由后面上下行確認程序判斷，顯示上下行以方便乘客判斷是否選擇乘梯。3.樓層位置顯示，通過二位七段數碼管顯示出電梯的當前樓層。4.故障指示，照明指示，風扇指示，滿載指示：顯示電梯的各種運行狀態。

4.3.5上下行確認電梯應根據轎廂內選擇按鈕信號、廳外呼梯按鈕信號、當前樓層位置，確定電梯運行方向是向上或向下。例如當前電梯在五層就緒等候呼梯信號，此時二層呼梯按鈕發來信號電梯就需要下行來響應二層的呼叫，并且在轎廂內外顯示出電梯的運行方向。需要注意的是電梯上下行信號不能同時存在的需要在程序里進行互鎖操作。其上下行確認流程圖如圖4-7所示。圖4-7上下行確認流程圖

4.3.6開關門開關門控制系統分為手動開關門和自動開關門，在自動狀態下，當電梯結束停車后，發送信號來控制轎廂車門的驅動電機，在打開車門時觸摸到車門就位的訊號后，停車操作并等候，以供乘客通行，在開門到位一段時間后轎廂門自動關閉。關門過程中接收到關門到位信號是停止關門等待執行下一步動作。電梯裝有光幕檢測信號檢測電梯門中是否有物體阻擋電梯轎廂門的關閉以判斷電梯門是否滿足關門條件，電梯在自動運行過程中如若接收到光幕信號的時候電梯將不能關門并延時等待，若電梯處在關門的過程中檢測到光幕信號，則電梯需要立刻停止關門并切換為開門狀態。轎廂內裝有手動開關門兩個按鈕，在手動開關門控制系統中，可通過手動按開關門按鈕控制電梯的開關門。電梯自動運行開關門流程圖如圖4-8所示。圖4-8自動運行開關門流程圖

4.4本章小結這一章詳細的介紹了單部電梯控制程序的實現。開始介紹了單部電梯所需要實現的各個功能，并分析了每個功能的要求和控制策略。介紹了編程所采用的語言和單部電梯所采用的程序塊和其功能。在初始化程序中實現自定義初始化樓層和方向，并完全實現全自動完成初始化過程。給出電梯在正常運行過程中的運行步驟。在三級剎車模塊中給出電梯判斷?？康臈l件和三級剎車的具體實現程序。在樓層計數及內外顯示模塊中介紹了電梯對轎廂運行的樓層計數規則和程序和電梯所需要進行顯示的所有信號和具體規則。在上下行確認模塊中介紹出電梯在工作狀態時對電梯上下行判斷的詳細策略。最后，在開關門模塊中給出電梯是否需要自動開關門的判斷條件和手動開關門的介紹。

第5章?電梯群控系統5.1群控系統分析在電梯群控制系統中，存在著大量的不確定因素。群控系統設計的目的是提升對電梯調度精確性，減少繁忙時（特別是高峰時期）等待時間和長等待率，節約能耗，從而提高系統的服務質量和運營效率。群控系統的關鍵優勢：1.行駛時間更短通過個性化定制的轎廂分配方案，該群控系統不僅可以減少乘客候梯時間，還可以縮短電梯行駛時間(從乘客登入轎廂至到達目的樓層所用的時間)。2.轎廂分配更加靈活建筑物內的人流情況時刻都在發生變化。群控系統具備靈活分配轎廂的功能，可即時響應交通情況，在高峰期將多個轎廂分配至交通擁擠的樓層。3.減輕乘客的焦躁情緒群控系統不僅評估實際候梯時間，同時也通過估算滿載直駛和預測錯誤等情況的發生概率來評估乘客心理候梯時間?；谏鲜鲈u估得出的最佳轎廂分配方案可最大程度減輕所有乘客的焦躁情緒。4.候梯時間更短通過群控系統對電梯群組的調配能夠有效的減少乘客的侯梯時間，乘客候梯時間越長，越容易產生焦躁情緒。5.占用更少的建筑空間目的樓層分配系統(DOAS)的處理能力更強。與傳統的控制系統相比，DOAS可減少轎廂尺寸和曳引區域。省下的空間可用于其他建筑設施。6.整體優化調配預測下一個梯廳呼梯指令以減少候梯時間，當梯廳呼梯指令登錄后，系統會預測下一個可能需要較長候梯時間的呼梯指令。通過對已登錄的呼梯指令及預測的呼梯指令進行分析分配最佳的轎廂。所有轎廂協同作業，以實現最優化操作。7.節能操作–分配控制運行效率最大化及能耗最小化，選擇群組中在運行效率和能耗方面達到最佳平衡的電梯。在高峰時段，運行效率具有較高的優先級，而非高峰時段則以能效為優先。運行效率最大化的轎廂分配無須將能源效率作為參考因素。當轎廂重載下行或輕載上行時，它可以高效利用能源。因此，如果多臺電梯具有相同的運行距離，系統會選擇能耗最低的電梯。相對于傳統系統，此節能措施最高可減少10%的能耗，因此該系統能在保證乘客便利的前提下為業主縮減能源開支。5.2群控電梯程序5.2.1電梯全靜止信號分配本設計為三部電梯構成的電梯群控系統其設計需要在前述電梯控制邏輯基礎下添加群控設計給每部電梯合理分配信號實現的,若三部電梯都處于靜止狀態需要計算每部電梯距離呼叫樓層近的原則來進行判斷分配哪部電梯來響應呼梯信號,在接收到呼梯信號后,三部電梯按照所給的信號進行距離計算,然后分配三部電梯中距離呼梯樓層位置最近的電梯去響應呼梯信號。算法舉例如下:若三部梯電梯樓層位置分別為一層二層和三層，此時五層收到電梯呼叫信號，經過計算目前3號梯距離呼叫樓層最近，此時3號梯距離呼梯信號樓層最近，所以程序應優先分配3號梯去響應呼梯信號。其電梯全靜止接梯分配流程如圖5-1所示。圖5-1電梯全靜止接梯分配流程圖5.2.2運行電梯信號分配三部電梯都處于靜止狀態來分配電梯響應是最基礎的電梯群控安排，每部電梯根據三部電梯的不同狀態來分配是否執行接梯信號，若2號梯需要響應五層上呼信號為例，狀態可以分為以下幾種情況：1.所有電梯全處于靜止狀態，并且2號梯距離五層最近。2.所有電梯全處于運行狀態，并且2號梯當前位置在五層以下并且上行。3.三部電梯有運行有靜止，并且2號梯處于靜止狀態。4.所有電梯全處于上行或下行狀態，并且2號梯距離五層最近。以上就是2號梯需要響應五層上呼信號的條件，其響應判斷流程圖如圖5-2所示。圖5-22號梯判斷五層上行呼梯響應流程圖

5.2.3電梯的搶占經過以上程序對呼梯信號進行分配后電梯已經能完成電梯群控系統的分配，但是上述程序只能在接受到呼梯信號的瞬間分配好響應的電梯。在很多情況下這種分配并不能最快地的對所有呼梯信號響應。比如在乘梯高峰時期1號電梯在快要下行至基站，此時二層上行出現呼梯信號，經上述程序對信號的分配之后，信號沒能分配給1號梯。之后1號梯下行至基站之后轉為上行，此時1號梯距離二層上行最近但是1號梯并沒有接受到去執行響應二層上呼的信號，所以需要寫出搶占程序來把每個呼梯信號實地的分配給各個電梯。以二號梯搶占五層上呼信號為例，其程序圖如圖5-3所示。圖5-3搶占程序參照以上程序對每個外呼信號進行編寫搶占程序之后在，經過起初接受到呼梯信號之后對每部電梯進行計算之后的分配，再配合上電梯實時動態的信號搶占，電梯已經能夠實時應對高峰期時的任務。群控電梯程序的設計就是在單部電梯程序的基礎之上將所有外呼信號給每部電梯進行合理的分配，之后每部電梯再根據接受到的分配信號來進行單部電梯的程序執行來完成響應。

5.3本章小結本章節主要對電梯群控系統進行了詳細分析，在本章開始列出了電梯群控系統的各種優勢。之后對群控系統程序的實現進行了介紹。在電梯全靜止狀態中給出其群控電梯信號分配的原則流程圖。之后分析了三部電梯在各種狀態中的信號分配判斷的策略和其流程圖。最后，給出了電梯信號搶占的概念介紹了其重要性和具體實現的程序。

第6章?電梯群控系統的仿真驗證6.1實際仿真環境選用3部十層3D電梯仿真模型，在該系統上我們能更加直觀的觀察到電梯運行時的規律，電梯運行時是否滿足要求。其電梯仿真模型如圖6-1所示。圖6-1三部電梯仿真模型電梯仿真模型通過初始化的順序要求、工藝條件、操作動作，高速接觸器、上下行接觸器是否超限、系統能耗指標、電梯的運行、上下行接觸器互鎖、快慢速接觸器互鎖、滿載指示、LED檢查、運行方向檢查、故障指示等信號是否滿足要求來對電梯程序進行評分，下面給出單部六層電梯在日常20min120人測試實驗中的得分情況如表6-1所示。

表6-1日常測試20min120人初始化基本功能邏輯部分操作順序要求工藝條件操作動作操作要求得分1滿足滿足完成滿足22滿足滿足完成滿足2穩定與安全要求變量是否超限得分1號梯高速接觸器無01號梯上行接觸器無01號梯高速接觸器無01號梯下行接觸器無0評分累積量變量累積量得分乘客平均候梯時間257.41乘客平均乘梯時間43.98乘客長時間候梯率0.79系統運行總距離315.61系統啟停次數138系統能耗指標315.6112.6運輸乘客數量10965.4穩定與安全要求變量是否超限得分1號梯是否運行無01號梯上下行互鎖無01號梯快慢速互鎖無01號梯滿載指示無01號梯LED檢查是31號梯運行方向檢查是31號梯故障指示無0實驗ID日常測試最終得分88課程信息單部六層電梯實驗實驗任務實驗二日常測試20min120人6.2群控系統WinCC畫面設計TIAPortalWinCC是一種基于PC可視化的運行系統軟件，該系統的監控屏幕能實時顯示所有的電梯狀態，除包含所有電梯的位置、方向、呼叫登記、轎廂內層選擇、照明風扇狀態等以外，還具有重要的感應器信號狀態指示器，能對電梯發生故障進行遠程報警，實現對電梯的遠程監控。既能對電梯運行狀況進行監測，又能與PLC相結合進行軟件的調試。若想要繪制WinCC畫面需要在項目樹中依次打開SIMATICPCstation-WinCCRTAdvanced-畫面-添加新畫面，在運行系統設置界