2022年PLC电梯控制系统设计方案与应用译文.docx

封面作者： PanHongliang仅供个人学习南 京 理 工 大 学毕业设计 论文 外文资料翻译专业： 机械工程及其自动化姓名： 俞井才学 号： 0501500420外文出处： 2021 Workshop on Power Electronics 用外文写 and Intelligent Transportation System附件： 1. 外文资料翻译译文；2. 外文原文；指导老师评语：签名：年月日学院（系）： 机械工程学院注： 请将该封面与附件装订成册；基于 PLC的电梯掌握系统的设计与应用杨晓玲1, 2,朱群雄1,徐宏 11 北京化工高校信息与技术学院中国北京，邮编1000292 北京联合高校自动化学院中国北京 , 邮编 100101 yxl_lmy, zhuqx摘要本文介绍了为一幢居民楼的2 个 9 层电梯而开发的电梯掌握系统；该掌握系统采纳 PLC 作为掌握器，并采纳基于“最少等候时间”的并联调度规章使两个电梯运行于并行模式；本文仍具体的给出了该PLC 掌握系统基本结构，掌握原理和实现方法，并呈现了该系统核心部分的梯形图；该系统不仅具有简洁的外围电路，运行结果仍说明，它增强了电梯的性能和牢靠性；1 导言随着建筑技术的进展，大楼变得越来越高，电梯也就成为了高层建筑中垂直运输的重要工具，舒服，高效的把乘客送往目的地；因此，电梯掌握系统对于每一个电梯的平稳安全运行是至关重要的；它告知电梯按什么次序来启停， 何时开关电梯门，是否有重大的安全问题；传统的电梯电气掌握系统是一种继电器掌握系统，具有电路复杂，故障率高和 牢靠性差等缺点，大大影响了电梯的运行质量；因此，受一家企业的托付，我 们已经利用 PLC 技术改进了居民楼中继电器掌握电梯的电器掌握系统；结果说明，改进后的系统运行牢靠，爱护便利；本文具体介绍了该电梯 PLC系统的基本结构，掌握原理和实现方法；2 系统结构该电梯掌握系统的目的是让电梯响应乘客的要求并做出正确的运动；它主要分为两个部分：2.1 电力驱动系统这里，电力驱动系统主要包括：电梯轿厢，牵引电动机，电梯门马达，制动机构和相关的开关电路；这里，我们采纳一种新的 LC型沟通接触器代替旧的，并使用PLC的触点来代替大量的中继器；而牵引电动机的线路就予以保留；这样，原先掌握柜体积大，噪声大的缺点就被解决了2.2 信号掌握系统电梯的掌握信号大多是由PLC 实现的；输入信号有：运行模式信号，操作掌握信号，轿厢指令信号，厅门呼梯信号，安全/ 爱护信号，梯门打 / 关信号和平整信号等；电梯系统的全部掌握功能都是由PLC 程序完成的，例如：登记， 显示，取消轿厢指令和厅门呼梯，判定电梯位置，挑选电梯的运动方向和层等；图 1 中显示了电梯的 PLC掌握系统框图图 1 PLC 信号掌握系统图2.3 需求开发这个掌握系统的目的是去掌握一幢居民楼的2 个 9 层电梯；对于每一个电梯，每一层上都安装了一个传感器；我们能利用这些传感器 去明白电梯轿厢的实时位置；电梯轿厢的门是靠门电机来实现开启和闭合的； 电梯的门上安装有 2 个传感器，一个用于通知掌握系统电梯门的位置，另一个可以在电梯门关闭的时候侦测物体；电梯的上下运动就是通过牵引电动机来控 制的；除了第一层和最高层之外，每一层都有一对方向灯指明电梯是在上升仍是下降；每个楼层，都有一个 7 段 LED用于显示电梯轿厢的当前位置；明确基本需求是开发这个电梯掌握系统的第一步，简洁来说，这两个电梯有以下行为：（1） 一个电梯单独运行一般来说，电梯有三个运行状态：正常模式，火灾爱护模式和爱护模式；爱护模式具有最高的优先级，只有不在爱护模式时，其他运行模式才能执行；其次是火灾爱护模式，当火险开关作用时时，电梯必需立刻回究竟层或者基 站；而火险开关复位后，电梯就应当回到正常运行模式；在正常操作模式下， 掌握系统的基本任务是指挥每个电梯上下移动，停止启动，打开和关闭电梯 门；但其中也有如下的一些限制因素：每个电梯都有一组9 个按钮放置在轿厢的掌握面板上，每一个对应一层楼；当按钮被按下时，按钮就会发光并且使电梯向相应的楼层运动，当电梯到达指定楼层之后，按钮的光线就会消逝；除了底层和顶层之外，每个楼层的掌握面板上都有两个按钮；一个按钮请求电梯上升，另一个恳求电梯下降；按钮在按下去的状态下会发光；当电梯来到乘客所在楼层时，按钮的发光消逝，然后朝着期望的方向运行；电梯轿厢的掌握面板和楼层的掌握面板上的按钮都是用来掌握电梯运行方向的；电梯不能漏过任何楼层，假如那个楼层有乘客想要出去；电梯不能在没有乘客要出去的楼层停止直到将全部当前方向的乘客送达之前，电梯不能转变方向，并且，当电梯在相反方向运行时，厅门呼梯不能得到响应；假如电梯没有接到任何需求，就停在当前层，并保持电梯门关闭；（2 两个电梯并联运行在这种情形下，两个电梯同时为大楼服务，从早上7 点到 9 点，再从下午5 点到 7 点；当电梯到达某一层，它将测试是否需要停止，当必需停止时，电梯就会停在这一层；与此同时，为了平稳停止的次数，两个电梯的操作仍将遵循肯定的调度原就；电梯不会停止在一个已经有另一个电梯停着的楼层正常运行模式的电梯是由电力驱动系统和规律掌握系统共同操控的；3 软件设计由于呼叫时间，呼叫地点，乘客目的地的随机性质，电梯掌握系统是一个典型的实时，随机规律掌握系统；在这里，我们采纳集选掌握方法与西门子PLC S7 - 200 CPU226及其扩展模块；系统中有46 输入节点和46 个输出节点；I / O节点详情见表 1 和表 2 ；表 1 输入节点描述地址1-8层向上厅门呼梯I0.0-I0.72-9层向下厅门呼梯I1.0-I1.71-9层轿厢指令I2.0-I2.7, I3.01-9抵达传感器I3.1-I3.7, I4.0-I4.1电梯门打开按钮I4.2电梯门关闭按钮I4.3电梯门关闭位置开关I4.4电梯门打开位置开关I4.5向上调平传感器I4.6向下调平传感器I4.7火警开关驱动器操作开关I5.0I5.1电梯门掌握面板开关I5.2超载被迫速度变化开关I5.3I5.4满载I5.5表 2输出节点描述地址1-8层向上厅门呼梯灯 Q0.0-Q0.72-9层向下厅门呼梯灯 Q1.0-Q1.71-9层轿厢指令灯 Q2.0-Q2.7, Q3.0向上运动指示灯 Q3.1向下运动指示灯 Q3.2电梯位置的 7 段 LED显示器 Q3.3-Q3.7Q4.0-4.1电梯门正在打开 Q4.2 电梯门正在关闭 Q4.3 向上运动 Q4.4向下运动 Q4.5满载灯 Q4.6 高速运行 Q4.7 低速运行 Q5.0 加速Q5.1减速 Q5.2-Q5.4警告发声器 Q5.5关于软件设计，我们采纳模块化的方法来写梯形图程序；模块之间的信息传输就依靠 PLC的中间寄存器来实现；整个程序主要由 10 个模块组成：厅门呼梯登记和显示模块，轿厢指令登记和显示模块，信号组合模块，厅门呼梯取消模块，电梯位置显示模块，楼层选 择模块，移动方向掌握模块，电梯门开启/ 关闭模块，爱护操作模块和并行模式下的调度模块；以下是几个典型模块的设计描述：3.1 厅门呼梯登记和显示模块在电梯中有两种呼叫模式：厅门呼梯和轿厢指令；当有人按下楼层掌握面板的按钮，信号就会被登记，相应的灯就点亮；这就是厅门呼梯登记；当乘客按下电梯轿厢内的一个按钮，信号将被登记，与之相应的灯照亮；这就是轿厢指令登记；图 2 显示了向上厅门呼梯登记和显示的梯形图，自锁原就用来确保呼叫不断的显示； 图 2 向上厅门呼梯登记与显示3.2 呼叫的集选这里使用了集选掌握原就；就像图3 中显示的那样， M5.1 M5.7，M6.0和 M6.1 是帮助寄存器；它们分别用来表示从一层到九层的停止恳求信号；帮助继电器 6.2指明电梯驱动器的操作信号；假如在某一层有一个呼叫，相应楼层的停止信号将被输出；当电梯被驱动器运行时，厅门呼梯将无法实现；电梯无法漏过乘客要下车的任何一层；3.3 呼叫取消这个模块使电梯能响应与轿厢运动方向相同的厅门呼梯指令，当厅门呼梯已经得到响应，它的登记将被取消；电梯向上厅门呼梯指令取消的梯形图如图4；图 3 呼梯的组合图 4 向上呼梯的取消在图 4 中，帮助寄存器 M4.0 是电梯向上运动的标志，当电梯的当前运动是向上，就 M4.0 的触电是关闭的，反之就是打开的； M0.1 到 M0.7 分别对应 2 楼到 8 楼的轿厢停止指令；这个程序由两个功能：（1） 当电梯向下运动时，使电梯能响应正常的向下厅门呼梯指令；当指令响应之后，就取消该指令的登记（2） 当电梯向上运动时，相应楼层向下的厅门呼梯指令不响应并保留指令的登记向下厅门呼梯的取消就与向上的正好相反；3.4 电梯的方向电梯可能向上或者向下运动，取决于厅门呼梯和轿厢指令，图5 中的梯形图是电梯向上运动的情形；图 5 电梯向上运动图 5 说明，当呼叫的楼层比当前电梯所在楼层高时，电梯将向上运动；帮助寄存器 M4.0 被用作电梯向上运动的标志；当电梯向上运动，向上运动的指示灯就被点亮； M4.0 也就被连接上了；当电梯到达顶层时，向上运动的指示灯熄灭，计时器开头运行； 0.2秒之后， M4.0 被断开；向上运动显示停止；这里M4.0 代替了 Q3.1，用来确保取消的牢靠性；3.5 电梯的楼层停止图 6 的是电梯楼层停止功能的梯形图；如图 6，M6.4 是楼层停止信号的标志，驱动器传送楼层停止信号到M6.6， 火警开关传送火警信号给 M7.0，M6.7 显示速度转变信号；这些接触器中的任何一个工作，楼层停止信号就会发送；4 最小等待时间算法在电梯系统中，通常有两种掌握任务，一个是基本的掌握功能，用于指挥电梯上下运动，启停，电梯门的开合；另一个就是用来掌握一组多个电梯；1作用于厅门呼梯和轿厢指令的一组掌握系统的最主要的需求应当包括：对大楼的每一层都供应同样的服务；最小化乘客等待的时间；最小化乘客在电梯轿厢内的时间；在规定时间内为尽可能多的乘客服务 ；图 6 电梯的楼层停止23电梯的组掌握有很多种算法，例如最邻近算法，这种算法下，电梯总是在下一步先响应最近的要求；分区算法通过分析不同楼层的电梯需求情形来调度电梯；奇偶算法使一个电梯仅仅为基数层服务，而另一个就只为偶数层服务；最邻近算法使相邻的两个要求之间电梯的空运行最小；从而得到特别小的平均等待时间；但个别的等待时间可能特别长；分区算法通常适用于大楼中流量特别大的情形下，例如午餐时候的办公室大楼；相对于办公楼和购物商场，居民楼的电梯使用人流量是比较小的，而且各层之间人流比较平均；其次，人们通常认为电梯就是一种纯粹的工具，对于他们中的大部分人来说乘坐电梯时间就是在等待；此外，试图满意全部需求也是不切合实际的；基于以上的缘由，我们采纳最小等待时间的算法来实现 2 个电梯的并行运行 4 ；4.1 预估函数最小等待时间算法的目的是猜测每个电梯对全部呼叫的响应时间；然后选出响应时间最短的电梯来服务；当有一个呼叫需要响应时，系统依据等式（1），（ 2）算出每一个电梯的函数值；J*=MinJ1,J2,Jn1Ji=Tri+KTdi+KToi i=1,2,.,n2Ji是每个电梯的估算指数， Tri说明电梯从当前层运行到最近呼梯的 目的地的时间； Toi就是电梯停止时额外的加速和减速的时间；Tdi指乘客进入和离开电梯平均所花的时间；K 是厅门呼梯和轿厢指令的和；但是厅门呼梯和轿厢指令对应同一楼层，因此只运算一次；4.2 最小等待时间的运算在等式 2 中， K 是一个定值， To 和 Td 可以通过统计的方法获得； Tr = T*L， T 表示电梯经过一个楼层的平均时间， L 表示从当前楼层到厅门呼梯楼层之间的楼层数；为了运算 L 的值，我们假设两个电梯分别为A 和 B；YA,Y B 分别表示电梯 A 和 B 的当前层；当厅门呼梯键按下，H 是一个相应的关键值； H=厅门呼梯所在层的层数；我们为 PLC 的实现定义四个表：向上厅门呼梯登记表，向下厅门呼梯登记表，轿厢指令登记表 A 和 B，当某个呼叫按钮被按下时，楼层值被记录在相应的表单中；以电梯 A 为例，定义变量 MA, M B 和 MW；MA和 MB 分别代表电梯 A 或 B 相同运动方向的轿厢指令的极值；当电梯 A 向上运动，使 MA 等于轿厢指令登记表A 的最大值，当电梯 A 向下运动时，设 MA 为轿厢指令登记表 A 的最小值；MW代表与 A方向相同的厅门呼梯的极值；当电梯 A 向上运动，并且向上的厅门呼梯值大于等于YA，就 MW置 0，否就， MW等于向上的厅门呼梯登记表A 中的最小值；当电梯 A 向下运动，并且向上的厅门呼梯值小于等于 YA， MW置 0，否就， MW的值等于向下厅门呼梯登记表A中的最大值；这样，我们就能依据 YA，H，MA和 MW来确定 L 的值了，总共分为三种情形：（1） 当厅门呼梯的方向与电梯 A 运动方向相反时： L=|YA-MA|+|M A-H|3（2） 当厅门呼梯的方向与电梯 A 运动方向相同，并且厅门呼梯先于电梯A发出指令：L=|Y A-H|4（3） 当厅门呼梯的方向与电梯 A 运动方向相同，并且电梯 A 先向该方向运动：L=|YA-MA |+|M A-MW|+|H-M W|5这样，第 i 层楼的最小等待时间就能依据等式 6 来运算了：Timei=TLi+KTdi+KToi i=1,2,.,n 6当电梯运行时呼叫转变，系统会运算每个电梯的最小等待时间，然后安排当前的呼叫恳求到那个拥有较小值的电梯，假如每个电梯拥有相同的值，就优先安排给 A；当有一个电梯发生故障或者不能服务时，系统将会跳出调度算法，而进入单一运行模式；4.3 算法的实现与单一电梯的运行模式相比，并行运行模式的区分主要在于对厅门呼梯的处理方法；前者使用集选掌握方法，后者使用调度原就与集选掌握方法相结合的方式；这个系统要掌握一幢九层大楼，所以我们挑选两个 Siemens S7-200 PLC（ CPU226以 及它的扩展模块去分别掌握一个电梯，并使用PPI 协议来实现两个PLC之间的沟通；PPI 协议采纳主从沟通模式，所以我们将A 电梯定义为主电梯， B 电梯为从电梯；通过沟通程序，两个PLC 能够交换信息：例如当前位置，厅门呼梯仍是轿厢指令，运动方向等等；然后使用最小等待时间算法，使两部电梯的运行得到优化；图 7 为 A 电梯轿厢指令极值运算的梯形图在图 7 中， VB121VB130是电梯 A 每一层轿厢呼叫的寄存器地址；Q3.1 是电梯向上运动的指示灯；轿厢指令的极值储存在VB120中；5 结论图 7 电梯 A 的轿厢指令最大值运算这篇文章中，我们已经通过使用PLC 来改进了一个旧的电梯掌握系统，并且实现了两个电梯的组掌握；新的掌握系统已经使用一年，它的操作方案如下：(1) 低峰时从早上 7 点到 9 点，这时关怀人们离开大楼(2) 高峰时从下午 5 点到 7 点，这时关怀人们进入大楼(3) 其他从早上 6 点到晚上 12 点的全部时间，除了上述两段时间外，这些时候仅有一部电梯运行；结论通过平均等待时间和最大等待时间呈现在表 3 和 4 中由于改进之前系统并非并行模式，因此在高峰期和低谷期的平均等待时间和最大等待时间都长于改进后的系统；实践结果说明，改进后的系统表现好于改进之前；参考文献：1 Ricardo Gudwin, Fernando Gomide, Marcio 1998. “ A Fuzzy Elevator Group Controller With Linear Context Adaptation ” . IEEE World Congress on Computational Intelligence. Vol. 12, No. 5, pp.481-486.2 PhilippFriese,JorgRambau 2006.“ Online-optimizationof multi-elevator transport systems with reoptimization algorithms basedon set-partitioning models”. Discrete Applied Mathematics .No. 154, pp.1908-1931.3 Zheng Yanjun, Zhang Huiqiao, Ye Qingtai, Zhu Changming. 2001. “ The Research on Elevator Dynamic Zoning Algorithm and It's Genetic Evolution”. Computer Engineering and Applications, No. 22, pp.58-61.4 Xiaodong Zhu, Qingshan Zeng 2006.“ A Elevator Group ControlAlgorithmforMinimum WaitingTimeBasedOn PLC” .Journalof Hoisting and Conveying Machiner, No. 6, pp.38-40版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text, pictures, and design. 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