PLC控制并联电梯的程序设计

哈尔滨理工大学学士学位论文PLC控制并联电梯的程序设计摘要电梯是高层建筑必不可少的交通工具。在规模较大的建筑内常常安装两台或两台以上的电梯。为了提高电梯的运行效率，两台电梯通常采用并联控制，两台以上的电梯则采用群控。在两台电梯的并联控制中，并联调度算法是整个控制系统的核心。调度算法的合理性与否直接影响到电梯运行效率的高低。在分析电梯集选控制功能的基础上，设计两台PLC和两台变频器组成的11层电梯的并联控制系统，给出系统组成框图，编写电梯并联控制程序，并详细阐述该系统的并联功能和软件的设计方法。两台PLC并联控制系统之间采用欧姆龙的CQM1H型PLC 进行1：1链接通信交换信息，共享厅外召唤信号、层楼信号和运行方向信号，实现两部电梯的并联调度控制。控制程序根据两台电梯的运行状态、运行方向、轿厢与呼梯信号的位置，来决定由哪台电梯响应呼梯信号。采用了PLC串行通讯的方法, 构成双PLC的控制系统, 实现了两部电梯的并联调度控制, 并采用厅外呼梯信号单梯采样双梯共享的技术, 节省了硬件资源, 降低了系统成本。关键词并联控制；电梯；可编程序控制器；调度原则；控制算法Research of the Elevators Parallel Control AbstractElevators are indispensable vertical traffic transport in the high buildings. There are always two or more than two elevators in a large scale building. In order to improve the efficiency of the elevators，parallel control is always used in double elevator，and group control is used in more than two elevators.Dispatch algorithm is the center of the system in the elevators parallel control. The rationality of the dispatch algorithm influences the efficiency of the elevators. Based on the analyses of the collective selective control function of elevators，a parallel control system was given in this paper. The 1-layers-elevators parallel control system was composed of two PLC s and two invertors. The system structure and the parallel control programmer were given. The parallel control function， design methods of hardware and software of this system were introduced.The l：1 PLC-LINK communication system of OMRON was used between two PLC s. By means of the serial communication，the outer calling signals， the position signals and the direction signals were shared by the two elevators， and the parallel control was realized. According to the perform status，the direction of two elevators，the position of the elevator ears and the outer calling signals， a judge was made by the control programmer that which one elevator to respond the outer calling signals.A PLC parallel control system with no control priority which used the PLC serial communication method is introduced. This system ha sheen used to control and manage two paral2lel elevators. The technique which two parallel elevators share the outer calling by comm. un incaution but only one of them samples the signals has been realized in this system.Keywords Parallel control; Elevator; Programmable controller; Dispatch principle; Control algorithm不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 电梯并联控制概述21.3 电梯并联控制的发展现状21.4 本课题主要解决的问题3第2章 电梯的结构与原理42.1电梯概述42.2电梯的分类42.2.1按用途分类42.2.2按额定速度分类42.2.3按驱动方式分类42.2.4按控制方式分类52.3电梯的结构52.3.1电梯的机械系统62.3.2电梯的电气系统62.4电梯的控制系统7第3章 电梯的集选控制83.1电梯的集选控制算法93.1.1电梯的上升下降的选择逻辑93.1.2电梯的停止逻辑93.2电梯的PLC集选控制系统103.2.1PLC控制电梯的优点113.2.2变频技术在电梯中的应用123.2.3电梯专用变频器12第4章 电梯并联调度算法144.1并联调度原则算法144.2电梯的其他并联调度算法164.2.1最快响应调度原则164.2.2最短候梯时间调度原则17第5章 电梯并联控制系统设计215.1 PLC选型215.2 电梯PLC并联控制系统组成245.3 两台电梯并联程序设计275.3.1 集选程序设计275.3.2 并联程序设计34结论43致谢44参考文献45附录A46附录B56千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景据估计，截至2002年，全球在用电梯大约635万台，其中垂直电梯约610万台，自动扶梯和自动人行道约25万台。电梯已成为人类现代生活中广泛使用的人员运输工具。人们对电梯安全性、高效性、舒适性的不断追求推动了电梯技术的进步。从20世纪90年代起，可编程序控制器(PLC)在电梯控制系统中以异常快的速度发展着，特别是在我国中小型电梯企业的产品中得到广泛的应用。由于PLC的可靠性高、编程和维护方便而备受广大用户的欢迎。目前，在我国的电梯行业中，PLC控制已取代了传统的继电器群的控制方法。由于PLC采用循环扫描的工作方式，即“串行”工作方式，与继电器控制的“并行”工作方式不同，克服了继电器触点的竞争和时序失配的问题，具有较强的抗干扰能力。PLC把传统的继电器控制逻辑变为程序控制逻辑，其内部继电器可以代替所有用于逻辑控制的中间继电器，使电梯控制系统的噪声大大降低，控制柜的体积大大缩小。而且，在电梯的各个控制环节大量地使用通信技术，以简化布线，提高了控制质量。随着PLC的更新换代，PLC的微处理器的处理速度不断增加，PLC的功能也在不断加强，现己发展成具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器。特别是20世纪90年代中期以后，RISC(精简指令系统)CPU芯片在计算机行业大量使用，表面贴装技术和工艺已经成熟，使PLC整机的体积大大缩小，而且CPU芯片也向专业化发展，系统程序中的逻辑运算等标准化功能用超大规模门阵列电路固化，处理速度进一步加快。代表产品有欧姆龙公司的CS1、CJ1及CPIH系列。为了满足现代化的控制与管理的需要，PLC广泛采用计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使PLC系统的控制功能和信息管壁理功能融为一体。近十年来出现的变压变频(VVVF)调速技术在电梯行业中发展很快，其调速性能己完全可与直流电动机相媲美。除了具有良好的舒适感之外，电梯的平层准确度也大为提高，而且具有明显的节能效果。因此，可编程序控制器配合变频调速器(PLC+变频器)所组成的控制系统在电梯行业中得到了广泛的应用，取得了良好的效果。随着建筑物向大型化和高层化发展，往往需要在建筑物内安装两台或多台电梯。如果电梯各自独立运行，就很难提高运行效率，必然造成很大的能源浪费，而且，给电梯的集中管理造成了较大的困难。目前值得注意的是，现在存在一种盲目追求电梯高速度的倾向。高速电梯不一定会缩短乘梯时间，提高输送效率，实际上还要考虑建筑物高度、停层站数及调度技术等各种因素。对于不太高但停站数较多的建筑物，高速电梯一般只能在中、低速运行，而高速梯与中、低速梯的开关门时间及乘客出入电梯的时间无甚差别，为了提高电梯运行效率，减少乘客乘梯时间，近年来出现了直接停靠、快速关门、提前开门(电梯运行至开门区域时，可以在电梯运行中提前开门，提高电梯的运行效率)和开门再平层(电梯停靠在层站，大量进出人或货物，电梯会因为钢丝绳和橡皮的弹性变形，造成平层波动，给人员和货物进出带来不便，这时系统允许在开着门的状态下慢速自动运行到平层位置)等新技术。因此，在快速和高速电梯中，控制方式和调度方法就显得尤为重要。近年来，新的控制技术和调度原则大量出现。在一个大楼内电梯的设置数量，是按大楼人员的客流量及其在某一较短时间内疏散乘客的要求和缩短乘客候梯时间等诸因素，即交通分析的结果决定的。这样，在电梯的控制系统中就必须考虑到如何提高电梯群(组)的运行效率。因此，对于两台电梯出现了并联控制方式，对于多台电梯出现了多梯群控等新型的控制方式。1.2 电梯并联控制概述两台电梯并联控制或是多台电梯群控，其最直观的感觉是两台或多台电梯并排设置并且共享各个层楼的厅外呼梯信号，并能按预定的规律进行各电梯的自动调度工作。据一些资料数据显示，电梯并联后的运送能力提高了20%30%左右。减少了电梯因停层而带来的加减速、开门、关门及等待的时间，因而在上、下班客流量的高峰时段，乘员候梯和乘梯的时间大大减短。电梯运行实际能量消耗的50%是在减速、加速这段运行过程中。电梯并联后，电梯停层数量的减少很大程度减少电梯运行的电力消耗。1.3 电梯并联控制的发展现状在实际的工程中，双梯并联控制的成功案例已经出现，并受到业界关注。最早的电梯并联的案例是1985年8月，中国迅达上海电梯厂试制成功两台并联2.50m/s高速电梯，安装在上海交通大学包兆龙图书馆。近年来，随着电梯行业的发展，电梯并联控制和群控功能也已经成为各种电梯控制器的必备功能，包括采用PLC和各种电梯专用控制板。各个厂家的PLC大多具有本系列PLC之间进行通信、联网的功能，如欧姆龙PLC的1：1PLC-LINK或1：N链接功能和三菱PLC的1：1链接或N：N链接，都可以将本公司的PLC通过串行通信的方式进行连接组网，非常简单地就可以实现PLC之间的数据交换与共享。对于电梯专用控制板，如DP-3000系列全电脑控制智能型串行通讯电梯专用控制器，同样具有并联、群控及远程监控功能。在实际应用中，实现电梯的并联控制有两个方向。一是使用一台PLC控制两台电梯，实现双梯并联。二是在两台PLC之间使用串行通信方式连接，两台PLC共享一部分数据存储区，进行数据交换，从而实现电梯的并联运行。其中，第二种方案应用较多，也是本课题的研究方向，其结构原理如图1-1所示。两台PLC共享厅外召唤信号，并以串行通信的形式将电梯运行状态、电梯位置等信息互相传递。在双方PLC接到上述信息后便进行厅外呼梯信号的登记与消除，并产生运行决策和调度决策，控制本梯运行，并同时将本梯的各种信息回送给对方PLC，协调运行。该方法降低了系统硬件成本，可节省大量的电缆材料，给电梯的并联改造和电梯的维护带来很大的方便，提高了控制系统的运行效率，节能效果显著。厅外召唤变频器A变频器BPGMM桥内指令A桥内指令BPG串行通信PLCAPLCB图1-1 电梯并联控制系统1.4 本课题主要解决的问题本课题的主要任务是设计一套11层的电梯集选控制程序。在此基础上，应用 1：1 PLC-LINK通信功能，设计出两台电梯并联的控制程序。使用欧姆龙两台CQM1H型PLC分别控制两台电梯的运行，实现两台电梯的并联控制。两部电梯在运行时相互协调，实现高效、节能的运行目的。电梯并联控制是一种较为复杂的控制方式。通过本课题的研究，希望可以找到适合电梯并联运行的调度算法，摸索出一套切实可行的电梯并联运行的解决方案，能够在电梯并联控制的程序设计方面获得一些经验，给其他从事电梯并联控制或电梯群控技术研究的企业和个人提供一些参考和借鉴。第2章 电梯的结构与原理2.1电梯概述在我国，电梯、扶梯、自动人行道等都属于起重运输设备。电梯是在垂直方向上运行的运输设备。随着科学技术日新月异的发展，人们的物质文化生活的逐步提高，电梯产品在人们的生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的运输设备之一。伴随着电动机技术的发展，19世纪初开始使用交流异步单速和双速电动机作动力的交流电梯，特别是交流双速电动机的出现，显著改善了电梯的工作性能，现在仍然广泛应用于速度为0.63m/s以下的电梯产品中。在20世纪初，美国的奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力。1970年以后，大规模集成电路在电梯控制系统中投入使用以后，控制柜体积大大减小，可靠性与稳定性不断改善。20世纪so年代后，变压变频(VVVF)控制的电梯先后由三菱、日立、奥的斯等电梯公司推向市场。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。计算机和PLC成功地应用于电梯的电气控制系统中，电梯的质量和运行效率显著提高。2.2电梯的分类2.2.1按用途分类电梯按照用途可分为：乘客电梯、载货电梯、客货两用电梯、病床电梯、船用电梯、消防电梯与汽车电梯等多个类型。2.2.2按额定速度分类1.低速电梯：电梯的运行速度v1m/s。2.快速电梯：电梯的运行速度1m/sv2m/s。多层(15层以内)客梯及住宅电梯运行速度大多在此速度区间内。3.高速电梯：电梯运行速度2m/sv。一般用在高层写字楼中。2.2.3按驱动方式分类电梯按照驱动方式可以分为以下几种：1.直流电梯：最早的直流电梯采用“直流发电机直流电动机”驱动方式，现在已经基本淘汰。新型的直流电梯采用大功率半导体器件配合直流电动机，运行平稳、舒适感好，也是电梯的发展方向之一。2.交流双速电梯：采用交流双速电动机。电动机本身有两组绕组一快速绕组和慢速绕组。启动时用快速绕组进行降压启动。到站平层时，由快速绕组切换到慢速绕组，限流限速制动。3.交流调压调速电梯：同样采用交流双速电机，启动时与交流双速电梯一样。到站平层时切换到慢速绕组，利用给慢速绕组加直流，将编码器反馈回来的信息与直流采样进行比较，用不断调节直流电压来控制制动力的大小(能耗制动)。通过对电梯制动阶段速度进行闭环控制，平层时零速抱闸。4.交流变压变频调速电梯：采用交流单速电动机，通过对电动机调节供电电压、供电频率来调节电动机的转速达到线性化。一般要采用旋转编码器与变频器构成速度反馈，平层好，舒适感好，是电梯的主要发展方向。5.液压电梯：靠油压驱动电梯升降，控制简单，载重量大。2.2.4按控制方式分类电梯按照控制方式可以分为以下几种：1.信号控制电梯：即有司机操作的电梯。2.集选控制电梯：即单台自动控制，不要司机操作，电梯将优先、按顺序应答与轿厢运行同一方向的厅外呼唤。当该方向的召唤全部应答完毕后，电梯将自动应答相反方向的召唤，即“顺向截车，反向不停，满载直驶(轿内满员时只响应轿内信号)，端站返回，轿内厅外同等登记”。3.并联控制电梯：两台电梯并排配置时，当有厅外召唤信号时，首先能够提供服务的电梯将迅速应答该召唤。当无召唤信号时，一台电梯停在基站，称为基梯(或称为基站梯);另一台电梯为自由梯，服务厅外召唤。当基梯需要服务离开基站时，原来的自由梯自动返回基站，成为基梯，而原来的基梯又成为自由梯。在自由梯运行时，出现与其运行方向相反的召唤时，基梯启动前往应答。先完成任务的电梯返回基站充当基梯。这样可以提高电梯的运行效率，合理分配现有资源，减小乘客候梯时间，避免两台电梯同时上下造成空车现象，能够使两台电梯进行高效率运行。4.群控电梯：将三台或三台以上的.电梯进行统一调度。为了缩短平均候梯时间，有些电梯设置了“学习系统”、“智能系统”，可以在不同条件下产生新的运行程序，使电梯能够迅速、准确地应对任何客流量剧烈变化的情况，满足一个像大型办公楼那样客流量剧烈变化的典型客流状态。在电梯的群控系统中，合理的调度方法非常重要，直接关系到电梯群的运行效率与能量消耗。而调度方法基于对电梯群以及建筑物内人员流动的分析，即电梯交通分析理论。随着人工智能理论的发展，研究人员提出了多种智能派梯方法，按照交通流模式的不同，有适用于高峰期、层间交通和空闲模式的各种群控算法。如电梯交通系统的模糊控制、专家系统、神经网络技术、计算机网络技术等多种电梯群控算法。2.3电梯的结构现代电梯由机械系统和电气系统两部分组成。电气系统又由电力驱动系统、电气控制系统和安全保护系统三部分组成。2.3.1电梯的机械系统电梯的机械系统部分由曳引系统、轿厢和门机系统、平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置等部分组成，如图2.1所示。1.曳引系统：电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮组成。为了提高电梯的安全可靠性和平层精确度，在电梯的曳引机上一般装有制动器。制动器是电梯机械系统的主要安全设施之一，它能使运行中的电梯轿厢和对重在系统断电后立即抱闸，强制电梯停止，并在任何停车位置定位不动。而且，制动器直接影响着电梯的乘坐舒适感和平层精确度。2.轿厢和门机系统：轿厢主要由轿厢体和轿厢架构成，分客梯轿厢、货梯轿厢、病床梯轿厢和观光梯轿厢、汽车梯轿厢和杂物梯矫厢等。高级电梯的轿厢底装有机械和电气的检测装置，可以检测电梯的载荷情况。载荷情况转化为电信号送到电气控制系统，可以避免电梯在超载的情况下运行，减少事故发生。门机分为轿门和厅门。轿门由装在轿顶部的自动开门机来开门和关门，也称为自动门，以调速直流电动机或交流电动机为动力。厅门只能由轿门通过系合装置带动开门或关门，是被动门。门锁装置一般位于厅门内侧，在门关闭后，将门锁闭合，同时接通门机联锁电路。联锁电路接通后电梯方能起动运行。除特殊需要外，严防从厅门外侧打开厅门的联锁装置。因此，门锁装置是电梯的一种安全设施。3.平衡系统：由对重和补偿装置组成。对重是平衡轿厢重量的平衡重，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。当提升高度超过30米时，曳引钢丝绳的重量就不容忽视，需要以铁链为主体的补偿链来补偿。4.导向系统：由导轨、导靴和导轨架组成。在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对它们的运动起导向作用。5.机械安全保护系统：电梯的运行必须保证安全，为此设置了机械安全保护装置。机械安全保护系统包括制动器、限速器、安全钳、缓冲器等。限速器和安全钳是防止轿厢或对重装置意外坠落的安全设施之一。电梯中限速器与安全钳总是成对出现和使用，它们是电梯中最重要的一道机械安全保护装置。一旦电梯由于超载、打滑、断绳、失控等原因，电梯轿厢超速向下坠落，限速器和安全钳动作，将轿厢死死的卡在两列导轨之间，起到安全保护作用。缓冲器设在井道坑底的地面上，若由于某种原因，当轿厢或对重装置超越极限位置发生墩底时，用来吸收轿厢或对重装置动能的制动装置。2.3.2电梯的电气系统电梯的电气系统由电力驱动系统、电气控制系统和电气安全保护系统组成。1.电力驱动系统：由曳引电动机、速度反馈装置(旋转编码器)、电动机调速装置(变频器)和电源系统等部分组成。2.电气控制系统：由操纵装置、换速平层装置和位置显示装置等部分组成。操纵装置即轿厢内及厅外的操纵按钮。平层装置是电梯到达预定停靠站时，自动平层停靠的信号装置。20世纪80年代中期前，多采用永磁式干簧管传感器作为开关元件。20世纪80年代中期以后，多采用双稳态磁性开关作为换速平层器件。现在，一般采用光电传感器。平层装置必须与隔磁板或隔光板配合使用。当轿厢按照指令进入平层区时，平层隔磁板或隔光板插入感应器中，切断磁回路或隔断光线，接通或断开电梯的控制回路，从而控制电梯自动平层、停车、开门。轿门内和厅门外上设有楼层显示器，用于位置显示，多采用七段码显示。3.电气安全保护系统：由门锁系统、强迫减速开关、限位开关、称重装置、安全触板或光幕等几部分组成。强迫减速开关安装在轿顶。在电梯井道内的顶层和底层附近安装上下打板。当电梯失控而“冲顶”或“蹲底”时，打板使开关动作而断开，保证电梯有足够的换速距离，防止轿厢越位。电梯中使用的限位开关有上下限位开关各一个，安装在上下减速开关打板的后面。当减速开关一旦失灵未能使电梯减速、停止，轿厢越过端站的平层位置时，限位开关动作，迫使电梯停止运行。为了防止电梯发生超载事件，确保电梯安全，凡是有自动运行功能的电梯必须设置称重装置。装有自动门机的电梯，在两扇轿门之间安装有安全触板或光幕。当电梯在关门过程中，如果触及安全触板或遮挡光幕，电梯将重新开门，防止夹人。2.4电梯的控制系统电梯的控制系统从性质上可以分为两个方面，一是电梯驱动系统的控制，二是电梯逻辑功能控制。控制装置一般采用PLC或电梯专用控制板。电梯的调速装置一般选用高性能矢量控制变频器，配以旋转编码器测量曳引电动机的转速，从而构成电动机的闭环矢量控制系统，实现曳引电动机的交流变频调速运行。系统中，PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、轿内指令信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后向自动开关门电动机、变频器和各类显示装置适时地发出各种控制信号，对电梯实施控制。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。从某种意义上来说，PLC编程水平的高低决定着整个系统运行质量的好坏。因此，PLC的程序设计就成为整个电梯系统的关键，同时也是系统设计的一个重点。第3章 电梯的集选控制电梯是一种高度自动化的机电二体化设备。对于单台运行的电梯，一般都遵守集选调度原则，即“顺向截梯，反向不停，最远端除外”。此外，还有“本层开门，端站返回”等功能。电梯的运行工作情况和公交汽车有许多共同之处，但是汽车的起动、运行、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂。而电梯的自动化程度较高，一般电梯的司机或乘用人员只需要通过操纵箱上的按钮向电梯的控制系统下达一个指令信号，电梯就能选层定向、自动关门、起动、加速，在预定的层站减速、停靠、开门。对于自动化程度较高的电梯，司机或乘用人员一次还可以下达一个以上的指令信号，电梯便能起动和停靠，依次完成全部的指令任务。电梯在作垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。对于三层以上的建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还有停靠站。一般起点站设在一楼，终点站设在最高层，起点站常被作为基站使用。，各站的厅外设有召唤箱，箱上设置召唤按钮。在厅门上一般都设有专用的钥匙开关。管理人员可以使用专用钥匙启停电梯，也可以打开电梯门，对电梯进行维修。正常情况下，电梯无人使用时总是关着门停在底层或某个层站(电梯一般都设置长时间空闲时自动返回基站的功能)。当电梯所停层站厅外有乘客想乘电梯时，按动召唤按钮，则电梯门自动打开，即“本层开门”。电梯待机时，当其他层出现有厅外召唤信号时，电梯即自动启动运行。电梯在向某一方向运行过程中，在到达目的楼层之前，如前方出现与电梯运行方向相一致的顺方向厅外召唤信号时，电梯予以应答停车，开门，并把此层厅外的乘客捎走，而对于与电梯运行方向不一致的反方向召唤信号，则电梯不予响应。这就是“顺向截车，反向不停”。但如果最远端的厅外呼梯信号与电梯的运行方向相反，则电梯在此楼层停靠，并开门接走乘客，即“最远端除外”。电梯在应答完最远端一个召唤信号后，电梯即可自动换向，即“端站返回”。当乘客进入轿厢后，按下目的层站的选层按钮，便完成了运行指令的预先登记，电梯便自动决定运行方向。电梯经过一定延时后关门。当门完全关闭后，门锁微动开关闭合，使门锁继电器吸合，电梯开始起动、加速、直至稳速运行。如果乘客不按下选层指令按钮，电梯就有可能被其他层的厅外召唤信号所召唤而自动定向运行，无法满足轿内乘客的乘梯要求。当电梯到达欲停靠的目的层站前方某一距离位置时，由井道传感器向电梯的动控制系统发出减速信号，电梯便自动减速准备停靠。当轿厢进入到平层区时，井道平层传感器动作，发出平层信号控制轿厢准确平层，并自动开门，并自动消除登记的选层信号。如果没有召唤信号，电梯停在最后停靠的层站或较长时间没有呼梯信号时自动返回基站待机。3.1电梯的集选控制算法电梯集选控制的基本原则是“顺向截梯，反向不停，最远端除外”。其中，最主要的部分是电梯的选层定向、起动与到站停车功能。选层定向就是在有轿内指令或厅外有向上、向下的召唤信号的情况下，电梯应该响应哪个信号并起动。停车功能即电梯到达轿内指令和厅外指令所指定的楼层，电梯自动减速、停车、开门的功能。3.1.1电梯的上升下降的选择逻辑当电梯上升时，如有上升请求应该优先满足，使电梯尽可能保持上升状态。下降时也是如此。电梯当前的位置不能用各层的限位开关来表示，应该用电梯的位置指示灯来表示。因为电梯在两层之间运行时，仍需要保持上升或下降运行状态，而电梯的位置显示灯必须具有连续显示的功能。电梯上升的逻辑条件可分如下几种情况：1.若电梯处于上升状态，只要满足ASLBORAXLBORAJLB时，电梯将继续上升。如果三个条件全不满足，则电梯处于下降或停止状态。其中：AS是电梯厅外上召唤请求按钮，AX是电梯厅外下召唤请求按钮，AJ是轿内请求按钮，LB是电梯轿厢的现行位置。除非电梯满足停止条件，则必须先让电梯停止，消除该层的请求指令，再来根据上述条件判断电梯是否继续上行。2.若电梯处于下降状态，只要满足巨ASLBORAXLBORAJLBORAXLBORAJLB时，电梯将进行定向，响应轿内与厅外指令，电梯起动上行。如果三个条件全不满足，则电梯处于停止待机状态。4.若电梯处于待机状态，只要满足ASLBORAXLBORAJASANDAXAJANDLBi=AJi=14.电梯向上运行到最高层时，必须停止。停止逻辑条件为：LBi=1；其中i为最大值。5.电梯下降运行时，第i层有请求下行指令时，电梯下降到i层时，必须停止。停止逻辑条件为：M=0ANDLBi=AJi=16.在电梯下降运行中，第i层有请求上行指令，当电梯下降运行到该层时，不一定停止。当该请求指令是所有请求指令中，层次最高的，则电梯运行到该层时停止，响应该指令并向上运行;当该请求指令不是层次最高的，那么电梯将不响应该请求指令，而去执行请求层次更高的指令信号。停止逻辑条件为：M=0ANDASAXANDASAJANDLBi=AJi=17.当电梯运行到最底层时，电梯必须停止(端站返回)。停止逻辑条件为：LBi=1。其中i为最小值。以上为电梯停止的逻辑条件，电梯由上升到下降或由下降到上升都不能直接完成，都要经过停止这一步骤来缓冲完成。3.2电梯的PLC集选控制系统20世纪80年代之前我国生产的各类电梯，几乎都是采用继电器作为中间过程和管理控制的电梯。继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。电梯继电器控制系统存在很多的问题，主要有以下几个：1.系统触点繁多，接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，故障率高。2.普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。3.电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提局。4.系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。继电器的机电寿命短、动作复位和运行噪音大，基本不适应电梯使用条件和使用环境的要求，运行效果不能令人满意。随着改革开放政策的深化，合资和独资电梯制造企业迅速增加，国外一些先进的电子器件和装置急速涌入我国市场，PLC可编程序控制器)是其中的一种，使我国的电梯控制技术发生跳跃式进步。可编程序控制器是计算机家族中的一员，是为了工业控制应用而设计制造的。早期的可编程序控制器称作可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能己经大大超过了逻辑控制的范围，因此今天这种装置称作可编程序控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称PC相混淆，本文仍然将可编程序控制器简称为PLC。20世纪90年代初期至90年代末，国内掀起了对电梯继电器控制进行改造和新型电梯研发的热潮。目前国内普遍采用由PLC与变频器构成的控制系统对旧式的继电器控制的电梯进行改造，该方案在单梯改造中有许多成熟的案例，特别是国内的中小型的电梯企业普遍采用了这种“PLC+变频器”的控制方式。采用可编程序控制器，根据电梯继电器控制的逻辑关系，编写特性和功能与原有电梯基本一致的软件程序，改造内容主要是双速改变频调速。经过改造过的电梯，控制设备大为简化，故障率大幅度下降，改造收效十分明显，电梯改造的发展势头很猛，普及很快。3.2.1PLC控制电梯的优点鉴于PLC的种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已基本上被PLC控制所代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的驱动方式已由原来直流调速过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。近年来，PLC已经在电梯自动控制中得到广泛地应用。“PLC+变频器”的组合是目前的大部分国产电梯产品的主流。变频调速技术发展很快，其调速性能已完全可与直流电机相媲美。除了具有良好的舒适感之外，平层准确度也大为提高，而且具有明显的节能效果。PLC控制电梯的优点很多，现总结以下几点：1.在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。2.去掉了选层器及大部分中间继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。3.PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。4.PLC可进行故障自动检测与报警显示，便于检修，提高运行安全性。5.更改控制方案时基本上不需改动硬件接线，重点可以放在程序的开发与调试上面。6.PLC具有较强的通信功能，在此基础上对双梯加并联功能或梯群加群控功能成为可能。3.2.2变频技术在电梯中的应用电梯作为高层建筑中垂直运输的交通工具，需要具有较高的安全性、可靠性和舒适性，为了满足这些要求，关键之一就是其驱动系统的性能。目前用于电梯的电力驱动系统主要有交流双速驱动系统、交流变压调速驱动系统、交流变频调速驱动系统和直流驱动系统四种。2006年我国安装电梯超过11万台，其中9万台垂直梯，2万台自动扶梯与自动人行道。垂直梯中有80%使用交流变频驱动。1.变压变频技术的应用电梯是恒转矩拖动系统，为了获得最佳的舒适感，在电梯的拖动中一般采用恒转矩调速方式。而电动机转矩M=K(U/F)，其中K为常数。由此可知，为了获得恒定转矩的调速特点，获得最佳的舒适感，必须保证U/F不变，在变频的同时按比例供给电动机电压。这种控制即为变压变频(VVVF)控制。变压变频拖动在调速过程中从高速到低速都可以保证有限的转差，电磁损耗小，因此全部调速范围内效率高，具有宽范围和较高精度的调速性能。并且在VVVF电梯的启动和制动过程中，通过均匀地改变电动机供电的频率和电压，达到平滑调节电梯速度的目的，可以获得良好的乘坐舒适感。2.变频矢量控制的应用矢量控制变频器内部带有自动电流调节器即电流反馈系统，保证输出的力矩。通过旋转编码器采样的脉冲作为速度反馈。变频器组成自动速度调节器(ASR)，通过带编码器的矢量控制，逆变器能够控制满量程电动机的转矩脉动量，包括0Hz，使电梯乘坐舒适，平层精度好。目前这是电梯高性能变频器主要采用的方式。随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速己应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到广泛应用。目前，为电梯控制而设计的专用变频器早己问世，其功能较强，使用灵活，但其价格相对较贵。3.2.3电梯专用变频器电梯专用变频器接线更加简单，同时，可以省去数字输入、输出卡等附件设备。例如，爱默生TD3100系列电梯专用变频器支持完全距离控制算法、电机参数自动调谐、转矩偏置、井道位置自学习、抱闸接触器控制、预开门监测等多种电梯智能控制功能，可满足对电梯系统高精度控制要求。提供检修运行、蓄电池运行、自学习运行、多段速运行、强迫减速运行等多种特殊运行控制方式以及普通可编程开关量输入、逻辑可编程开关量输入，有助于实现电梯控制的全面解决方案。抱闸接触器检测、电梯超速检测、输入输出逻辑检测、平层信号与电梯位置检测等功能保证了系统运行的安全性。使用参数来设定电梯运行曲线，更快捷、简单。除了原有变频器的保护功能外，还加入了一些电梯适用的保护功能，例如过速保护。电梯在运行至端站时，如果速度超过了正常运行时的速度，变频器会自动保护，并且使电梯运行至平层。电梯专用变频器具有强大的电梯专用功能，有与电梯控制相适应的输入，输出信号。具有楼层记忆功能，变频器可以根据平层信号自动记忆楼层数。四种电梯专用运行方式：楼层距离学习方式(在此运行方式下，变频器在运行过程中自动学习每一楼层的距离)、检修方式(电梯检修时的运行方式)、减速点控制方式(在此控制方式下，变频器可以根据用户设定的2条速度曲线，控制电梯高速运行，自动减速至平层位置)与复位运行(电梯在运行过程中突然失电时，变频器内楼层数据丢失，变频器会控制电梯到最远端站进行复位运行，由此获得楼层数据)。第4章 电梯并联调度算法在一栋大楼内电梯的配置数量是根据大楼内人员的流量及其在某一短时间内疏散乘客的要求和缩短乘客等候电梯的时间等各方面因素即交通分析所决定的。这样在电梯的控制系统中就必须考虑到如何提高电梯群(组)运行效率的问题。如果多台电梯均各自独立运行的话，不可能提高电梯群的运行效率，也将白白浪费能源。例如，当某一大楼内并排设置了两台电梯均各自独立运行(包括应答厅外召唤信号)，则当某一层有乘客需要下至底层而触按了两台电梯在这一层的两个向下召唤按钮，则很有可能是来两台电梯均会同时应答而来到这一层，此时可能其中一台先行把乘客接走，而另一台后到，已无乘客，却使该电梯空运行一次。又如，有两个邻层的向上召唤信号，本来可由其中一台电梯顺向应答停靠即可，但如果两台电梯均应答这两向上召唤信号，则另一台电梯也会因为此层站有召唤信号而停车。所以在并排设置两台或两台以上的电梯时，在电梯控制系统中必须考虑电梯的合理调度问题。从逻辑控制角度看，这种合理调配电梯运行的方法可以按其调配功能的强弱分为并联控制和群控两大类。并联控制就是两台电梯共享厅外召唤信号，并能够按照预先设定的调配原则自动地调配某台电梯去应答厅外召唤信号。群控就是电梯群(组)除了共享厅外召唤信号外，还能够根据厅外召唤信号的多少和电梯每次运行的负载情况而自动合理地调配各个电梯，使电梯群(组)处于最佳的服务状态，其调度原则的复杂程度要远远高于双梯并联。无论时两台电梯的并联还是电梯群(组)的群控，其最终目的是把对应于某一层楼召唤信号的电梯应该运行的方向信号合理地分配给梯群(组)中最有利的一台电梯。4.1并联调度原则算法电梯并联控制从本质上讲就是按照预先设定的调配原则，自动调配某台电梯去应答某层的厅外召唤信号。这里以两台电梯并联控制为例电梯并联调度原理分析如下,原理如图4-1所示.1.基站与自由站原则：正常情况下，一台电梯在基站待命，作为基梯。另一台停留在最后停靠的楼层。此梯称为自由梯或忙梯。某层有招唤信号，则自由梯立即定向运行去接乘客。2.先到先行原则：两台电梯因轿内指令而先后到达基站后关门待命时，应执行“先到先行”的原则。即如果上方出现召唤信号，则基梯响应运行。3.当A梯正在上行时，如果其上方出现任何方向的召唤信号，则由A梯的一周行程中去完成，而在基站的B梯留在基站不予应答。如果在A梯的下方出现任何方向的召唤信号，则基梯B应答该信号而发车。图4-1 并联调度原则算法原理图4.当A梯正在下行时，其上方出现任何方向的召唤信号，则在基站的B梯应答信号而发车上行。但如果A梯的下方出现向上的召唤信号，则B梯应答。5.如果A梯正在运行，其他各楼层的厅外召唤信号又很多，但在基站的B梯又不具备发车条件，而经过3060秒后，召唤信号仍存在，尚未消除，则通过延误时间继电器而令B梯出车。如由于电梯门锁等故障而不能运行时，则经过3060秒的时间延误后，而令B梯发车运行。6.其中一台电梯故障或者两台控制器之间通信故障时，进入单梯独立运行状态。要实现上述的并联调度原则，必须先将其转化为一种数学算法，总结出一套可行的方法，才能用PLC编程实现。电梯的并联调度算法分析如下：1.B为基梯，A为自由梯停靠时(不在基站)，有外呼信号时自由梯响应厅外召唤。假设电梯满足先决条LBB=1ANDLBA1，如果呼梯指令满足ASLBORAXLB，则由A梯响应上行，即MA=1，而B梯停在基站不动。2.B为基梯(先到)，A为自由梯时(后到基站)，有外呼信号时基梯响应厅外召唤(先行)。假设电梯满足先决条件LBB=1ANDLBA=AJA=1，如果呼梯指令满足条件ASLBORAXLB，则由基梯出车上行，即MB=1。3.B为基梯，A为自由梯正在上行时，有外呼信号时基梯响应厅外召唤的情况。假设电梯满足先决条件LBB=1ANDMA=1，如果呼梯指令满足条件LBAASORLBAAX，则由基梯出车上行，即MB=1。4.B为基梯，A为自由梯下行时，有外呼信号时基梯响应厅外召唤的情况。即电梯满足先决条件LBB=1ANDMA=0，如果呼梯指令满足条件LBAASORASLBAORAX LBA，则由基梯出车上行，即MB=1。5.B为基梯，A为自由梯时，有外呼信号时基梯延时响应厅外召唤的情况。即电梯满足先决条件位LBA=1，如果有呼梯指令时，延时继电器闭合后，则由基梯出车上行，即MB=1。6.通信故障标志为ON时，清空数据链接区，两台电梯进入单梯运行模式。注： 其中AS是电梯厅外上召唤请求按钮，AX是电梯厅外下召唤请求按钮，AJ是轿内请求按钮，LB是电梯轿厢的现行位置，当M=1时电梯上行，M=O时电梯下行。4.2电梯的其他并联调度算法上文介绍了电梯并联调度原则。电梯对厅外呼梯信号响应的快速性有所改善，但是对于许多特殊情况下的呼梯指令，电梯对其进行响应的快速性仍然不是很好，而且空车运行的情况比较多，这是由并联原则的固有缺点决定的，单纯靠优化PLC程序无法根本性的解决这个回题。因此，针对于电梯服务的快速性问题，出现了很多新型的并联调度算法。在实际工程应用中，还有其它几种并联调度方法，如最快响应调度原则、最短候梯时间调度原则等等。4.2.1最快响应调度原则最快响应调度原则即就近调度原则，是比较两台电梯当前位置与厅外呼梯指令位置之间的距离，要求距离小的那台电梯去应答该外呼指令，但电梯在运行中仍需要遵守顺向优先的集选原则。最快响应调度原则在本质上是一种按距离进行调度的方法。1. 最快响应调度原则的数学模型在编写最快响应调度程序之前，应该建立2台电梯并联运行的数学模型。假设所并联的2台电梯有N层。底层为l层，顶层为N层。先要设定3个变量X、Y、Z。X、Y分别为A、B电梯的运行值。电梯的运行值反映了电梯的运行情况，它和电梯的位置和运行方向有关。设A梯轿厢在1层上行时，X=1;在2层上行时，X=2;在N-1层上行时，X=N-1。同样的，在N层下行时，X-N;在N-1层下行时X=-(N-l);在2层下行时，X-2。当电梯停在某层没有运行方向时，A梯的运行值有2个，分别对应上行和下行时的运行值。设B梯轿厢在1层时上行时，Y-1;在2层上行时，Y2;在N-1层上行时，Y=N-1。同样的，在N层下行时，Y=-N。在N-1层下行时，Y-(N-l);在2层下行时，Y-2。当电梯停在某层没有运行方向时，B梯的运行值有2个，分别对应上行和下行时的运行值。Z为某一按钮按下时对应的键值。呼梯按钮的键值代表按钮按下的位置和方向，它和按钮所在的位置和按钮的方向有关。设1层至N一1层的上呼按钮对应的键值分别为1、2、3、4、N-2、N-1：N层至2层的下呼按钮对应的键值分别为N、N+l、N+(N-3)、N+(N-2)。2.利用数学模型计算运行分配值当电梯的某个外呼按钮按下时，键值变量Z根据前面介绍的模型被赋予了1个值，A梯的运行变量X和B梯的运行变量Y分别根据其所在的位置和运行状态对应其运行值。到底这个外呼信号，分配给A梯还是B梯呢?需要进行计算。当电梯的某个外呼按钮被按下这一事件发生时，再设置2个变量P、Q。设PZ-X，QZ-Y。计算完P、Q后还要进行处理。当P或Q大于(N+N)时，P或Q的值要减去(N+N);当P或Q小于0时，P或Q的值要加上(N+N)。这样才能保证P、Q的值在0和(N+N)之间，便于运算和比较。当2台电梯都有运行方向时，X、Y、P、Q的值是唯一的。当PQ时该外呼信号分配给A梯，否则分配给B梯。当2台电梯都没有运行方向或其中1台没有运行方向时，X、Y、P、Q的结果可能有2个值，我们取其中较小的值进行比较。当PQ时该外呼信号分配给A梯，否则分配给B梯。4.2.2最短候梯时间调度原则最短候梯时间调度原则又称为极大极小的调度原则。最短候梯时间原则是指在对外召信号进行分配之前，先分别计算2台电梯到达该外召层的预计时间，预计最快能到达该层的电梯响应该外召信号。对乘客来说就是能最快搭乘到电梯。其优点是显而易见的。在最短候梯时间调度原则下，控制系统首先要估算两台电梯应答每个候梯厅外召唤响应所需的时间。当有新召唤时，虽然某台电梯能最快响应，但系统并不立即将这个新召唤分配给能最快响应的电梯，而是考虑已分配的厅召唤受新召唤影响后的候梯时间，将每台电梯应答召唤信号的最关候梯时间作比较后，若不超过最大候梯时间，就将新召唤分配给预测到达时间最短的电梯。调度原理如图4-2所示。有厅召唤比较两梯的最长候将厅召唤分配给候梯时间最短的电梯B梯计算己分配上下行召唤的待梯时间，预测最长候梯时间A梯计算己分配上下行召唤的待梯时间，预测最长候梯时间图4-2 最短候梯时间原则原理图最短候梯时间原则的关键是预计到达时间的计算。对单独每一台电梯来说，其本质仍属于全集选控制。因此，在计算预计到达时间仍应遵循集选控制的调度原则，也就是“顺向截车，反向不停，最远层除外”。若是反向截梯，电梯经过该层而不停，还不能算是“到达该层”，所以这个时间也不能算是预计到达时间，而应计算电梯真正换速停靠于该层所需的时间。计算预计到达时间必须先知道电梯正常运行时经过一个楼层所需要的时间、起动加速增加的时间，减速停层增加时间、开关门增加的时间，这些数据可以在电梯调试完毕后从现场运行中测得。PLC对每个厅外召唤都要计算预测到达时间，到达时间由以下因素决定：外召唤与轿厢的相对位置、厅外召唤的数量、电梯的运行速度以及开关门的时间等。可以根据电梯运行及厅外召唤、内呼的具体情况建立一个时间库。当有新外信号时，两台电梯根据当前情况从库中查找对应时间进行比较。比较结束后，将厅外呼梯信号分配给预测到达时间较小的电梯。对外呼信号的分配又分为静态分配和动态分配两种。静态分配是当有外呼信时，分配给预计最快到达的一台电梯，在以后的运行过程中，不管两台电梯的