基于WINCC的模拟电梯设计

_______________________________收稿日期：2011-07-03作者简介：冯鹏辉（1988-），男，河南洛阳人，湖南工业大学电气与信息工程学院电力电子与电力传动研究生，硕士生，主要研究方向为电气过程自动化，E-mail：[e-mail]基于WINCC的电梯模拟运行控制系统设计冯鹏辉谭兮郭少校刘国营(湖南工业大学，湖南株洲412008)摘要：电梯的运行是电梯与大楼及各楼层的使用者相互交互的过程，电梯模拟就是对这一交互过程进行实际模拟。本设计几乎可以模拟出电梯的全部功能，用户仅通过在电脑上操作、观察，就能够对电梯的结构、关键部件以及电气控制、电梯的运作过程有了直观形象的认识，易于加深对电梯相关知识的了解、掌握。本设计采用WINCC组态软件设计，利用内部的GlobalscriptC脚本设计控制程序，实现对六层电梯的模拟。关键词：WINCC；电梯模拟；GlobalscriptC脚本；中图分类号：文献标识码：文章编号：SimulationElevatorControlSystemDesignBasedonWINCCFENGPeng-huiTANXiGUOShao-xiaoLIUGuo-yingEditorialDepartmentofJournalofHunanUniversityofTechnology（HunanUniversityofTechnology，ZhuzhouHunan412008，China）Abstract：theoperationoftheelevatoristheprocessofmutualinteractionbetweenelevatorandusersofBuildingandeachfloor,Elevatorsimulationisisactualsimulationfortheinteractionprocess.Thisdesignalmostcansimulatealltheelevatorfunction,observation,onlybythecomputeroperationcantheuserhavetheintuitiveunderstandingofthestructureoftheelevator,thekeycomponents,electricalcontroltheelevatorprocessesandsoon,whichmakestheusereasytodeepentheunderstandingandmasteroftheelevatorrelatedknowledge.ThisdesignintroducestheWINCCconfigurationsoftwaredesign,makesuseofinternalGlobaloptimisationtechniquesscriptCcontrolprocedures,andrealizesthescriptdesignofsixelevatorsimulations.Keywords：WINCC;theelevatorsimulation;GlobalscriptC引言随着人们生活水平的不断提高，经济的快速发展和生产生活的需要，城市高层建筑如雨后春笋拔地而起。与此相应，作为一种可以垂直升降运输的工具——电梯也得到迅速的发展。目前社会对电梯专业维修管理人员的需求越来越多，而专业电梯维护人员必须对电梯原理、性能、特点、控制、运行要全面认识和掌握，才能做到对电梯的正确使用、管理及维护。我国相关部门规定，电梯作业属于特种作业，对电梯操作人员定期考核，让他们定期参加安全技术学习，扎扎实实地做好电梯维护和保养工作，才能使人们平安长久的使用电梯。1电梯构成及WINCC界面设计电梯是一种复杂的机电产品，一般由机房、轿厢、厅门及井道和井底设备等4个基本部分组成。1.1机房机房位于电梯井道的最上方或最下方，用于装设曳引机、控制柜、限速器、选层器、地震检测仪、配线板、总电源开关及通风设备等。1.2轿厢与对重(1)轿厢轿厢是是用来安全运送乘客及物品到目的层的箱体装置，它的运行轨迹是在曳引钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。(2)对重对重又称平衡重，起到平衡轿厢的作用（但这种平衡是相对的和变化的）。对重与轿厢通过曳引绳的连接，利用曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力驱动轿厢的上升和下降。1.3厅门（层门）厅门是为确保在候梯厅的乘客安全而设置的开闭装置，只有在轿厢停层和平层时才被打开。1.4井道与井底设备(1)曳引钢丝绳连接轿厢与对重，驱动轿厢上下运行。(2)导轨使轿厢和平衡对重在井道内垂直升降的导向装置。(3)限速钢丝绳、张紧装置用以防止限速钢丝绳的松弛或摇动，把轿厢速度正确地传送到限速器的辅助装置。(4)补偿链由于轿厢升降，轿厢侧与对重侧的曳引钢丝绳重量比随之变化。为了修正这个变化，减轻电动机的负载，将轿厢与对重用补偿链连接起来，一般用于提升高度超过30m的电梯。(5)终端保护装置终端保护装置由终端电气保护装置和机械缓冲装置两部分组成，终端电气保护装置由换速开关、限速开关和极限开关组成。机械缓冲装置是指位于底坑的各种缓冲器，它们是电梯安全保护的最后一道措施，设置在井道底坑中且正对轿厢和对重，起作用是防止轿厢和对重冲顶撞底。常用的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。针对真实电梯的4个部分部分，在模拟电梯的设计了四个界面：系统主画面、电梯运行画面、电梯轿厢与对重画面、电梯门控系统画面，来方便用户观察电梯的运行情况以及内部变量的值。系统主画面如图：图1系统主画面Fig.1SystemLordpicture2模拟电梯的程序设计电梯控制是通过曳引机上的旋转编码器计数来判断电梯的上下位置，从而实现平层、往上运行、往下运行等运行状态的判断。电梯上电后，首先是设定自动调整信号，轿厢关闭，电梯下行，直到下基准限位停止。到下基准限位后，清除自动调整信号，设置正交编码值为0,同时电梯停止下行，从而实现对电梯的正交编码误差的上电调整。调整后，电梯进入自动运行状态。针对电梯的运行机理，通过WINCC内部变量与画面的链接，并利用全局C脚本编写控制程序，控制内部变量的变化来实现电梯的模拟控制。本程序设计主要分为8个模块：电梯自动调整模块、自动运行模块、门控程序模块、楼层判断显示模块、内呼外呼控制判断模块、开门关门判断模块、平层判断程序、旋转编码值求解程序。模拟电梯程序系统框图如图：图2系统框图Fig.2Systemchart2.1电梯自动调整模块启动时运行，轿厢运行到下基准限位后结束。程序框图如下：图3自动调整框图Fig.3Automaticallyadjusttingtheblockdiagram2.2自动运行模块根据内外呼信号的当前状态和旋转编码器当前值来确定电梯上行或者下行。原理：首先判断各层当前的运行趋势，从而得出轿厢当前的运行趋势，再根据当前运行趋势和内呼外呼信号，来判断电梯上行下行显示，再根据电梯的上行下行显示和电梯当前状态，来得到轿厢在各层的运行情况，从而推断出轿厢的运行情况。自动调整模块有各楼层上行下行趋势判断、轿厢上行下行趋势判断、电梯上行下行指示判断、电梯上行下行驱动判断子模块组成。自动运行的系统框图如下：图4自动运行程序框图Fig.4Automaticoperationdiagram各楼层上行下行趋势判断轿厢上行下行趋势判断自动调整为0电梯上行下行指示判断电梯各层上行下行驱动判断电梯往上往下运行判断轿厢上行下行驱动判断否上电瞬间自动调整信号置位平层判断并锁存楼层判断显示旋转编码值求解内选信号锁存外选信号锁存电梯自动运行程序电梯开门/关门结束是调整结束自动调整信号复位开始自动调整程序自动调整信号为1是关门设置调整运行速度下行清除调整信号，停止下行降至下基准否自动调整为1进入自动运行程序结束图5电梯运行画面Fig.5Elevatorrunningpicture2.2.1楼层上行下行趋势判断当轿厢在一层二层三层四层平层时，对的可能的运行趋势进行判断。如当轿厢在一层平层时，其上方有内呼、外呼信号时，一层上行趋势为1,否则为0。下方有内呼外呼信号时，一层下行趋势为1，否则为0。一层上行趋势判断如图：图6一层上行趋势判断Fig.6Alayerofupwardtrendjudgment2.2.2轿厢上行下行判断轿厢上行趋势置位轿厢上行趋势变量在两种情况下轿厢上行置位：1、各层上行趋势不全为0。2、电梯停在下基准限位。轿厢上行趋势复位轿厢上行趋势在三种情况下清除电梯上行趋势：电梯下行到位；电梯到达六层；电梯到达上基准位或上限位。轿厢下行趋势置位在两种情况下电梯的方向设为向下：1、各层设定的方向是向上时2、电梯停在上限基准位或六楼轿厢下行趋势复位三种情况下清除电梯下行趋势：1、电梯上行到位；2、电梯到达底层3、电梯到达下基准位或下限位。2.2.3电梯上行下行指示判断当有内呼、外呼信号时，轿厢上行趋势为1时，电梯上行指示为1，否则为0，轿厢下行趋势为1时，电梯下行指示为1，否则为0.是是一层上方内呼外呼指示是否全为0一层上行趋势为0一层上行趋势为1平层为1否否自动调整为0结束图7电梯上行显示判断Fig.7Theelevatorupdisplayjudgment2.2.4电梯往上往下运行判断当电梯上行指示为1时，N层上方没有任何外呼、内呼信号，N层往上运行为1，否则为0.当电梯下行指示为1时，N层下方没有任何外呼、内呼信号，N层往下运行为1，否则为0.2.2.5电梯上行下行驱动判断电梯电机上行驱动变量置位的条件：1、门关到位；2、有电梯上行指示（由电梯内、外的呼叫按钮产生）；3、没有开门动作；4、电梯下行驱动为0；电梯电机上行驱动变量复位的条件：1、电梯到位后开门时；2、电梯下行时；3、电梯下行指示；4、到了安全限位（基准限位和上限位）；图8电梯上行驱动判断程序框图Fig.8Theelevatorupdrivejudgmentprogramdiagram2.3开门关门判断门控程序包括开门信号置位、开门信号复位、关门信号置位、关门信号复位。2.3.1开门信号置位正常运行时，只有在两中情况下，打开电梯门：电梯运行到位或电梯内手动开门。以第四层上行到位为例：当有人在厢内按“4”需要送上四楼，或在四楼门外呼叫电梯上来接后（“四楼上指示”=1），到达四楼（“四楼平层信号”=1）时开门；同样情况下，电梯下行到四楼时，门也打开当电梯停在某个楼层时（“电梯上行驱动”=0并且“电梯下行驱动”=0）用电梯的按钮可以开门，“轿厢安全开关”=0时，必须开门，防止夹伤乘客。内呼外呼信号全为0轿厢上行趋势为0轿厢下行趋势为0上行显示置位上行显示复位是是否否结束开始是否关门下行驱动为0上行指示为1上行驱动置位为1是是否开始结束是否否图9开门驱动置位判断Fig.9Ajudgmentforopenningthedoordrive2.3.2开门信号复位在三种情况下，开门驱动被设为0：按下关门按钮；关门驱动为1时（开门/关门是一台可逆电机执行的，不允许同时接通正转信号和反向信号）；门开到位时。2.3.3关门信号置位在两种情况下执行关门动作：关门按钮；开门到位延时5秒后。2.3.4关门信号复位在四种情况下复位关门动作：开门的瞬间；开门按钮；安全开关；门关到位。2.4门控程序电梯门通过对开门关门信号的判断来控制左门位置变量的加减，再通过左门位置求解出右门位置，实现电梯的门控。图10轿厢门画面Fig.10Thecardoorpicture图11门控程序框图Fig.11Doorcontrollingprogramdiagrampicture2.5轿厢位置求解当轿厢上行驱动为1，执行一次正交编码值加1，当轿厢下行驱动为1，执行一次正交编码值加1.开门驱动为0左门位置加1结束关门驱动为0左门位置减1开始是否否是右门位置求解开始四层往下运行电梯下行指示四层平层信号四层内呼信号开门驱动置位结束001四层往上运行电梯上行指示1不全为0不全为0全为0全为0图12轿厢位置