基于MCGS的六层电梯监控系统设计-毕业论文

湖南工业大学本科毕业设计（论文）1第1章绪论1.1电梯的近代发展情况随着城市建设和经济的不断发展，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用[1]。在高层建筑垂直运行的交通工具中电梯已经成为了不可或缺的一部分。近年来，我国电梯的出口年均增长率将保持在35%以上，电梯行业也逐步成为国内比较重要的行业，预计未来五年内我国垂直电梯和扶梯市场国内市场和出口市场将分别占整个全球市场的1/2和1/3，我国在今后相当长的时间内仍将是全球最大的电梯市场,年产值超千亿元,电梯市场可谓前景一片大好[1]。在电梯的不断发展中，电梯的控制系统已经从接触器—继电器控制系统发展到了可编程控制层和微机组成的电梯运行控制系统，相对于传统的接触器—继电器控制系统的多触点，线路复杂、可靠性差、维修工作量大等缺点，由于PLC具有易操作、维修、编程简单、灵活性强等优点迅速取代了传统的继电器—接触器控制系统。1.2本设计的意义及内容随着电梯在日常生活中地位的不断提高，电梯的安全及舒适度问题也越来越重要，电梯的安全及舒适度主要取决于电梯的综合性能，电梯的综合性能又可以分为电梯的硬件性能及软件性能[2]。硬件性能主要是电机拖动系统的性能，从技术角度上来说，这一反面比较容易实现。软件性能就是电梯的控制系统性能了，一个好的动态运行系统性能主要取决于一个好的控制系统，电梯可以看成是一个安全需求很高的实时系统，一个具有高安全性，高可靠性的控制系统成了电梯的核心。PLC控制系统依靠其可靠性高、易操作、维修。编程简单、灵活性强等优点迅速取代了传统的继电器—接触器控制系统，然而在当今社会中，PLC控制系统已经难以满足人们对电梯控制系统的要求，电梯在人们生活中的地位的加重，以及当代社会办公的远程化透明化,一个可以远程监控，安全性能高，实时性能良好的控制系统将会逐渐取代单一的PLC控制系统[2]。本设计拟采用德国SIEMENS公司具有高精度高可靠性的S7-200PLC作为系统控制，采用MCGS组态软件实现实时仿真监控，两者相结合实现电梯系统的可视化监控，同时通过计算机的通信线路也可以实现电梯的远程监控，在安全性，舒适性以及透明性上有显著地提高[3]。本设计主要是应用西门子S7-200型PLC来设计控制程序，用MCGS工控组及软件设计其仿真界面。湖南工业大学本科毕业设计（论文）2由MCGS软件设计的仿真界面是被控对象，根据PLC控制程序首先进行仿真画面与脚本程序的设计，接着进行设备通信设置与通道连接，从而实现电梯的实时监控，最后经调试以达到系统的控制要求[4]。在技术上有以下几点要求：（1）具有初始状态控制、呼叫控制、平层控制、呼叫优先权控制、安全保护系统、电梯是否正常指示；（2）电梯内部应具有6个楼层按钮、开门和关门按钮、楼层显示、上升和下行显示；（3）电梯外部应具有6个楼层呼叫按钮、呼叫指示灯、楼层显示、上升和下行显示；湖南工业大学本科毕业设计（论文）3第2章控制系统总体方案设计2.1总体方案设计本设计采用西门子S7—200系列CPU型号为224的可编程控制器，通过电机拖动系统实现了电梯的自动控制。同时在计算机上运行MCGS组态软件，运行自行编写的脚本程序，通过通信线路建立MCGS与PLC的通信，实现对电梯的远程实监控，本系统设计的电梯能实现以下的功能：（1）电梯门具有防夹物功能；（2）及时响应梯内的呼叫请求；（3）手动关开门和自动开关门；（4）有逻辑的响应梯外呼叫请求；（5）能实时监控电梯的运行状态等等；（6）实时显示电梯所在楼层已经上下行显示。2.2控制系统原理控制系统原题如图2.1所示图2.1控制系统原理图。2.3控制系统的具体实现本课题所设计的控制系统具体可以分为两部分，一个是PLC控制部分，另一个就是MCGS控制部分了，PLC控制部分就是控制系统的具体实现，而MCGS控制湖南工业大学本科毕业设计（论文）4部分就是控制系统的呈现了，通过PLC可以控制电梯的运行,通过MCGS可以使电梯的运行可视化，能在屏幕上实时的显示出来[5]。要实现电梯的自动控制，就要有以下几大组件：（1）开门控制组件（2）关门控制组件（3）上下行控制组件（4）呼梯响应控制组件（5）指示灯输出控制组件（6）电梯正常运行监测组件（7）电梯门夹物监测组件（8）PLC与MCGS通信连接组件2.3.1开门控制电梯在刚开门至开到最大值预定于5秒钟，匀速开门，在本控制系统中开门控制有两种方式，其一为手动开门，即电梯响应梯内乘客或者梯外乘客的呼梯信号，每层楼有一个楼层信号触点，每一个楼层信号触点接通时表示电梯在可停靠位置，手动开门控制只在电梯停靠在楼层并且楼层信号触点接通时才会正常启动，电梯在上下行运行期间不会响应开门请求；其二即为自动开门，当电梯停留在响应楼层，相应楼层信号触点接通，在电梯停止运行后会自动开门。电梯开门到最大位置时会触动开门限位开关，开门控制停止运行，开门限位开关接通开门控制断开，表示梯门已经打开完全，此时电梯指示灯控制程序会自动清除当前楼层的呼梯信号指示灯。2.3.2关门控制同开门控制相似，关门控制也有两种方式，其一为手动关门，电梯响应梯内乘客的关门信号时梯门手动关闭，其二为自动关门，当电梯在当前楼层梯门完全打开时会触动定时器，定时10秒钟后，期间若无手动关门信号则梯门自动关闭。电梯在关门期间若有当前停留楼层呼叫请求或者梯内开门请求则会立即切换为开门状态，电梯在关门至关门至最大值预定于5秒钟，慢速关门，电梯门内装有夹物检测系统，当梯门在关闭途中，有物体被夹住，会立即启动夹物检测系统，夹物检测开关闭合，此时电梯门切换至开门状态，开至最大值是定时器重新计时，被夹物体消失时，夹物检测开关断开，待定时器计时到设定值时或者有关门信号请求时电梯自动关门，在关门最大位置时会启动关门限位开关，此时电梯关门控制停止运行，电梯可以响应楼层呼梯信号上下行运动。湖南工业大学本科毕业设计（论文）52.3.3上下行控制当电梯经过楼层，楼层信号触点接触时，控制系统接受呼梯信号，通过判断做出上下行指示，电梯通过对电机拖动系统的控制来控制电梯的上下行，在电梯上下行时电梯上下行指示灯常亮，例如，当前电梯停靠于二楼，二楼信号触点接通，电梯关门限位闭合后，三楼与一楼同时有有呼梯信号，若此时上下行指示灯是关闭状态，则响应三楼信号，若此时上行指示灯为接通状态，表示当前电梯是上行状态，响应三楼信号，继续上行，若此时下行指示灯为接通状态，表示当前电梯时下行状态，则响应一楼信号，继续下行。通过上下行指示灯来保持电梯的逻辑运行与公平呼梯响应，在前面楼层无呼叫信号时电梯反向响应反向信号。2.3.4呼梯响应控制呼梯响应分为内部呼梯信号响应与外部呼梯信号响应，内部呼梯响应即为同向响应，当响应完同向的信号时，电梯反向响应反向信号。外部呼梯响应即为同向截车，反向最大化截车，例如：当电梯停靠在二楼时，三四五楼同时有上行呼梯信号，电梯上行依次响应三四五楼呼梯信号，若三四五楼同时有下行呼梯信号，电梯则上行至五楼时，从上往下响应呼梯信号，这样可以减少电梯的停靠时间，时电梯有效运行时间最大化，保持最大的运行效率。2.3.5指示灯输出控制在本系统中指示灯有：上下行指示灯，外部呼梯指示灯，内部呼梯指示灯，开关门指示灯，运行监测指示灯，报警指示灯。通过PLC的输出口连接响应的指示灯，是电梯运行可视化，实时显示电梯的运行状态。2.3.6电梯正常运行监测电梯是一个与人生活息息相关，与人的生命息息相关的，所以安全问题很重要，出现故障时越早接受到故障信号救援就越早，故障损失也就越少，正常运行的电梯楼层间运行时间是固定的，故可以用一个定时器，在电梯离开当前楼层信号触点时开始计时，在到达下一个楼层信号触点时复位重新计时，若超过了规定时间仍然没有到达下一楼层，可以得出当前电梯运行故障，通过输出口输出电梯运行故障信号，通过电梯运行指示灯显示出来。2.3.7电梯门夹物监测电梯关门中难免会有行人挤进来，若此时电梯仍然按原计划关门，后果将惨不忍睹了，故电梯必不可少的组件——夹物检测组件就出来了，在电梯的门上面安装有夹物检测系统，在电梯关门期间，若有物体被电梯门夹住了，电梯关门状态立即停止，即刻装换为开门状态，在被夹物体离开后电梯才可以重新关门，如湖南工业大学本科毕业设计（论文）6此来保证乘客的安全。2.3.8MCGS与PLC通信连接组件MCGS通过通信线路与PLC连接起来，在MCGS的设备窗口建立系统与外部PLC硬件设备的连接，使MCGS能从PLC读取当前I/O数据实现对PLC工作状态的的读取显示以及控制运行。湖南工业大学本科毕业设计（论文）7第3章PLC控制系统的设计3.1主要硬件选择S7-200CN系列PLC适用于生活中的各行各业，各种场合的监测及控制的自动化设备[6]。盖使用其他更复杂的继电器控制的自动化控制应用极为广泛的范围从简单的，覆盖所有的自动检测，工业自动化控制及相关民用领域，包括机床，机械，电力设施，民用设施，环境保护设备等等[7]。S7-200的主要特点是：高可靠性;可用指令集非常丰富;操作简单，易于掌握;具有较强的沟通能力;丰富的扩展模块等[8]。在选择PLC控制系统硬件之前，我们首先要分析出该系统所需要的I/O口数目，从中选择所需要的硬件，包括CPU、扩展模块和通信线路等等。3.1.1PLC选型S7-200系列的PLC分类较广，输入输出点数也不尽相同，在本设计中选用224型PLC，它有14个输入10个输出，最多支持7个扩展模块，相较于其他的型号的PLC它有强大的模拟量和高速计数的处理能力，是使用的最多的S7-200产品，市场比较成熟，资料页很多，便于我们学习开发。在本设计中，由于有27个输入口，34个输出口，我选择的CPU是224型，224CN型号的CPU有14数字量输入口，10个数字量输出口，扩展模块我们还需要一个16点数字量输出口，16点数字量输入口的EM223型，再加上一个8点数字量输出型EM222模块，连接配置如图3.1所示。图3.1扩展连接图扩展模块后的具体模块编址见表3.1。湖南工业大学本科毕业设计（论文）8表3.1具体模块编址主机I/O模块一I/O模块二I/OI0.0I1.0Q0.0Q1.0I2.0I3.0Q2.0Q3.0Q4.0I0.1I1.1Q0.1Q1.1I2.1I3.1Q2.1Q3.1Q4.1I0.2I1.2Q0.2I2.2I3.2Q2.2Q3.2Q4.2I0.3I1.3Q0.3I2.3I3.3Q2.3Q3.3Q4.3I0.4I1.4Q0.4I2.4I3.4Q2.4Q3.4Q4.4I0.5I1.5Q0.5I2.5I3.5Q2.5Q3.5Q4.5I0.6Q0.6I2.6I3.6Q2.6Q3.6Q4.6I0.7Q0.7I2.7I3.7Q2.7Q3.7Q4.73.1.2传感器选型一个实时控制系统，传感器是必不可少的，传感器在控制系统中有着重要的作用，可以向控制系统提供、电梯移动速度、开门状况等各种信号，本设计中主要运用了平层传感器以及光电传感器。平层传感器可以实时反馈电梯的当前位置，能实现自动平层，能保证电梯能正确的停在所需位置。能适应频繁起动、停止、调整及换向的工作要求，使加、减速和等速平稳，速度曲线平滑，到站前无微动。光电传感器主要是应用于电梯门上的保护装置，电梯是一个随机系统，随时有人或物进出电梯，这在电梯门上面就需要有保护装置，保护人或物不被夹伤，光电传感器的工作原理是运用了红外扫描探测技术，主要分为一个发射器和一个接收器，内部由微处理器进行控制处理，工作时发射器发射红外线，接收器处于正常接收状态，当有物体被电梯门夹住时，接收器不能正常接受到发射器发出的红外信号，接收器发出非正常接收信号给微处理器，微处理器处理数据后反馈给PLC，PLC根据编写好的程序，控制门电机做出相应的动作。湖南工业大学本科毕业设计（论文）93.2控制系统流程图控制系统主要流程图如图3.2所示。图3.2控制系统详细流程图湖南工业大学本科毕业设计（论文）103.3I/O地址分配表I/O地址分配表如表3.2所示。表3.2I/O地址分配表3.4PLC硬件接线图由于有27个输入口，3