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plc设计出电梯监控系统-精品-毕业论文.doc
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第一章引言
1.1 论文的研究背景及意义
随着科学技术的发展、城市现代化进程的突飞猛进,电梯作为一种高效、
迅捷、安全、可靠的垂直运输设备,成为了人们不可缺少的运输工具。现代高层建筑中
各办公大楼、住宅、宾馆、医院、工矿企业、仓库、码头、大型货轮等都离不开它。据
统计,在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80 亿人次,而乘电梯的人数每年却有 540
亿人次之多。电梯服务中国已有 100 多年历史,特别在改革开放以后,我国电梯的使用
数量快速增长。尤其是现阶段,随着经济口新月异的发展,人们生活水平不断提高,城
市建筑不断增多,楼房也越来越高,与此相应,电梯也得到迅猛的发展。现在,电梯已
完全融入我们的生产、生活中,满足人们生活、工作及学习的需要。据统计,我国在用
电梯已达 40 多万台,每年还以约 5 万-6 万台的速度增长。电梯的作用越来越显著,电
梯的需求越来越大。而目前我国使用的先进的电梯系统基本上都是国外设计制造,其核
心技术并不公开。国内具有自主知识产权的监控方法和技术在实际中的应用还比较少,
与国外先进技术相比还有较大的差距。尽快研究和掌握先进的监控技术,对国内电梯工
业的发展会有很大的促进作用。
(1)PLC 在电梯监控中的重要意义
早期的电梯自动监控系统中,信号的逻辑监控一般是由继电器-接触器电路来实现。
由于继电器、接触器都是有触点的电气元件,体积庞大,弧光放电较严重,使用寿命有
限;在电梯这种较复杂监控系统中可靠性不高,施工过程中接线复杂,当监控要求改变时
必须改变硬件接线,使得通用性和灵活性不够,生产周期加长;另外,继电器、接触器触
点数目有限,可扩展性较差;继电器-接触器监控系统依靠触点的机械动作实现监控,工
作频率低且机械触点还会出现抖动问题;继电器监控逻辑一般不具备计数功能;同时随着
楼宇层数的增加,继电器-接触器监控系统过于庞大,给设计带来不便。基于以上多种
原因,导致电梯监控系统的工艺性、运行的可靠性与安全性降低,故目前己被逐步淘汰。
目前电梯的监控普遍采用微机作为信号监控单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功
能的设定,实现电梯的自动调度。微机监控是电梯监控技术的发展方句,目前已有一些
由微机监控的电梯新机型相继推出,使监控功能得到增强,性能得到改善。微机监控系
统虽然在智能监控方面有较强大的功能,但也存在一定的不足之处,一方面微机监控抗
干扰能力较差、系统设计较复杂、一般维修人员难以掌握其维修技术,另一方面专门设
计和制造微机监控装置,一次性成本较高。目前,在国内,对于一个中、小型的电梯监
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控系统,大多采用 PLC 监控,主要原因在于当规模较小时,用 PLC 监控可以降低因专
门设计和制造微机监控装置的成本,目前 PLC 具有编程简单;监控运行可靠性高,抗干
扰能力强;通用性好、功能强大;开发周期短;体积小,使用方便,可扩展性强;成本低,维
护方便以及强大的网络通讯功能等优点,因此成为现代楼宇中、小型电梯监控系统的主
流。同时,由于历史原因,我国目前还存在着相当数量的由继电器-接触器系统监控的
老式电梯,这些电梯的 PLC 技术改造也是当前我国电梯监控的热点。因此,PLC 监控
在我国电梯行业有着广泛运用。
(2)电梯远程监控的重要意义
电梯远程监控系统 REM (Remote Elevator Monitor)是当今电梯监控领域的先进
技术,是一种全新的服务概念,它为电梯维修保养单位和电梯使用单位对电梯的集中
管理提供了一种强有力的手段。电梯监控系统对采集到的电梯数据进行处理,提供电
梯运行状态、并联效果、使用频率、故障次数及故障类型分析,及时获得对电梯日常
运行的记录和监测资料,实现故障的早期预告、故障诊断及处理,大大缩短了维修的
时间,确保电梯的管理、维护和安全运行。
国外的远程监控产品同时监控群组运行中的几台电梯,可以更直观地了解到群控
中呼梯信号的分配情况,以便及时调整群控原则,提高群组电梯的运行效率。系统还
有一个较为超前的功能是“故障预估”,即当电梯系统将要出现故障但还没有出现故障
时,监控系统已经通过模型参考比较的方法,预测到将要发生的故障,并通过监控系
统通知服务中心“某处将要出现故障”。能在目前电梯的监控普遍采用两种方式,一是
采用微机作为信号监控单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电
梯的自动调度。微机监控是电梯监控技术的发展方句,目前已有一些由微机监控的电
梯新机型相继推出,使监控功能得到增强,性能得到改善。微机监控系统虽然在智能
监控方面有较强大的功能,但也存在一定的不足之处,一方面微机监控抗干扰能力较
差、系统设计较复杂、一般维修人员难以掌握其维修技术,另一方面专门设计和制造
微机监控装置,一次性成本较高。这些都限制了微机监控系统应用的普及。目前,在
国内,对于一个中、小型的电梯监控系统,大多采用 PLC 监控,主要原因在于当规模
较小时,用 PLC 监控可以降低因专门设计和制造微机监控装置的成本,目前 PLC 具
有编程简单;监控运行可靠性高,抗干扰能力强;通用性好、功能强大;开发周期短;体积
小,使用方便,可扩展性强;成本低,维护方便以及强大的网络通讯功能等优点,因此
成为现代楼宇中、小型电梯监控系统的主流。同时,由于历史原因,我国目前还存在
着相当数量的由继电器-接触器系统监控的老式电梯,这些电梯的 PLC 技术改造也是
当前我国电梯监控的热点。因此,PLC 监控在我国电梯行业有着广泛运用。基于上述
背景,对电梯的 PLC 监控和基于 MCGS 技术的远程监控进行研究。
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1.2 论文的主要内容
本文利用可靠性高的、功能强大的 PLC 设计出电梯监控系统,结合 MCGS 通用组
态软件,通过数据采集与处理、画面显示、报警处理以及流程监控等功能,对电梯乃至
整个生产现场进行实时动态监控,并通过通信技术实现远程监控与报警。主要完成了以
下几项工作:
(1)分析电梯的主要结构、监控要求。
(2)利用 PLC 技术实现四层电梯运行监控,包括:电梯的开关门监控、电梯
的厅召唤监控、电梯的到站指示监控、电梯的自动平层监控、电梯的调速监控等。本文
采用德国西门子(Siemens)公司生产的 57-200 型 PLC 及其扩展模块,利用其丰富和功能
强大的指令,设计出梯形图。
(3)采用 MCGS 组态软件开发出电梯监控系统。组态软件的可视化和图形化管理
为电梯的监控管理和运行维护提供了方便。其目的旨在于以最少的人员配备来加强对电
梯的管理,提供较为直观、清晰、准确的电梯运行状态,进而为维修和故障诊断提供多
方面的可能性,并进行远程监控。本文结合计算机组态技术,提出了基于 MCGS 工控
组态软件设计电梯监控系统的方案,通过 MCGS 构建动画,实时模拟电梯运行,直观、
准确地反映电梯的实际运行状态,并通过上位机直接监控电梯运行。
(4)除了利用 MCGS 开发出电梯监控界面外,还结合工业现场,进一步将电梯与
其他现场设备结合起来,组成一个较为全面和庞大的监控网络。在触摸屏上实时监控工
业现场设备、测控 A 工仪表以读取设备运行参数,从而对用电设备进行监控、报警与保
护,实现工业现场的分散化和智能化管理,提高了工业监控的自动化水平。主要工作有:
其他现场设备的监控界面编程,包括远程监控与自动报警,网络化通信等。
1.3 电梯简介
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。按速度可分低速电梯(1 米/
秒以下)、快速电梯(1~2 米/秒)和高速电梯(2 米/秒以上)。19 世纪中期开始采用液
压电梯,至今仍在低层建筑物上应用。
1.3.1 电梯的产生和发展
电梯的雏形始于我国商周时期出现的提水用的辘护,它是由木制的支架、卷
筒、曲柄绳索构成的简易卷扬机,依靠人力或畜力驱动,提升水的速度很慢。
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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-升降机,这就是人类历史上第一部安全升降梯。
1831 年英国人法拉第发明电机以后,德国最早出现了用电力拖动的升降机-电梯。
1887 年,美国奥梯斯公司制造出世界上第一台电梯,这是一台以直流电动机传动的电梯。
这座古老的电梯,每分钟只能走 10 米左右。
电梯在美国发展很快,1889 年美国纽约的“戴维斯特”大厅安装了第一批直流电动
机与蜗轮蜗杆电梯,提升速度达到了 0. 5m/s 。1900 年美国奥梯斯电梯公司制造出世界
上第一台自动扶梯。1902 年,瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯,
采用全自动的监控方式,提高了电梯的输送能力和安全性。1915 年已设计成功电梯自动
平层监控系统。1933 年美国制造出 6m/s 的高速电梯。
在第二次世界大战以后,美国的建筑业得以快速发展,促使电梯也进入发展
时期,新技术被广泛用于电梯。1949 年研制出 4-6 台电梯的群控系统。1950 年又制成
了安装在高层建筑外面的观光电梯,使乘客能在电梯运行中清楚地眺望四周的景色。
1955 年出现了真空电子管小型计算机监控的电梯。1962 年在美国己出现了 8. 5m/s 的超
高速电梯。在 1967 年将固体晶闸管用于电梯拖动系统。随着电力电子技术的发展,在
用晶闸管取代直流发电机-电动机组的同时,研制出了交流调压调速系统,是交流电梯
的调速性能得到了明显改善。
1976 年将微处理器应用于电梯。1977 年日本三菱电机株式会社开发出了 l0m/s 的超
高速电梯。1984 年日本将交流变频调速系统用与 2m/s 以上的高速电梯。1985 年以后,
又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的领先技术。
1985 年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯,使其明显减少了占地面积。1993 年
日本生产的 12. 5m/s 世界上最高速的交流变频调速电梯已投入运行。
当前,在电梯电力拖动方面,除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外,用交流变
频调速方式已成为高速电梯的主流。
应用微机全面取代继电器监控逻辑实现闭环监控,进一步提高电梯的性能和
可靠性,降低现场调试要求,是电梯监控技术的方向。电梯群控系统是现代电梯
的技术的又一重要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统
计分析等功能,还具备故障诊断功能。在电梯品种方面,出现了双层电梯、大吨位的集
装箱电梯等。为适应摩天大楼对电梯的特殊要求,目前正在研制无绳直线驱动电梯。此
外,用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设轿厢内
通信设施以及轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置,也是电梯技术现代
化的体现。同时,更着重于可靠性、安全性和乘坐的舒适性,进而主张电梯、扶梯与大
自然相协调,对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。至此,
电梯进入了全面快速发展的新时期。
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1.3.2 电梯的系统构造
(1)电梯的机械系统 电梯的机械系统,由机房、井道、轿厢和门系统四大部分组成:
房内装有曳引机(世界电梯行业广泛应用提升式(曳引式)提升机构)、限速器、极
限开关、监控柜与信号柜、选层器、电源接线板及排风照明设备等,是电梯的指挥中心。
井道是指建筑物中用于安装电梯并提供电梯运行的通道,内有导轨、对重装置、
缓冲器、随行电缆和分线盒、平衡钢丝绳或平衡链等。
轿厢,是乘人、运货的设备。平常所说的乘电梯,就是进入轿厢,随其上下。
轿厢既提供了乘人运货的空间,又有安全钳、安全窗、导靴、自动开门机、平层装置、
操纵箱、轿厢内指层灯等设备。这既保证了轿厢沿导轨上下运行,又加强了安全防范措
施。为了实现轿厢的正常运行及准确停车,井道中往往要安装许多定位装置及安全设备。
井道的顶部和底部还设有冲顶及蹲底的缓冲设备。轿厢中设有自动门机,用来完成电梯
的开门及关门任务
电梯门分厅门及轿门,当电梯停靠某层时,此层的厅门在轿门的带动下开启及
关闭。电梯的操纵箱也安装在轿厢内,供司机及乘客对电梯发布动作命令,进行轿内选
层。操纵厢上面设有与电梯层站数相同的内选层按钮并附带内选指示记忆灯,上下行启
动按钮及上下行指示记忆灯,开关门按钮,急停按钮及呼叫按钮,风扇、照明、层楼指
示灯的监控开关等。
(2)、电梯的电气监控系统
电梯的电气监控系统主要有继电器监控系统和计算机监控系统两种监控方式。电梯
的电气部分,由继电器、导线、电缆、监控器等构成继电器监控系统是一种传统的电气
监控方式,采用的继电器逻辑监控由于故障率高、物理触点多、体积庞大、可靠性差等
缺点,正逐渐被淘汰。计算机监控根据组成方法及运行方式的不同,分为 PLC 监控与
微机监控两种方式。其中 PLC 由于编程简单、使用维护方便、功能强大、抗干扰能力
强、可靠性高、柔性好易联成监控网络等优点,成为当前电梯监控和技术改造的热点。
(3)电梯的电力拖动部分
电梯兴盛发展的根本原因在于采用了电力作为动力来源。并随着电机技的发展,从
直流电机的改进,到交流异步单速、双速交流电梯,交流调压调速(ACVV)拖动、交流
变频调速(VVVF)等。因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器,维护量较大,可靠性
较低,现已被交流调速电梯所取代。
1.3.3 电梯的基本功能
在进行上位机程序以及下位机程序之前,首先要做的工作是缺点电台本身具有的功
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黑色的迷迭香
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