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1、2015年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程设计文件ITEM2 逻辑控制赛项参赛队伍名称：机电拓梦者队参赛学校名称：北京联合大学2015 年 8月20日一、方案设计依据、范围及相关标准1.1方案设计依据2015年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛工程应用型赛项高校组初赛赛题及初赛细则六层电梯仿真设备用户手册SIMATIC PCS7 使用手册及产品目录1.2设计范围本设计包括：自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层门联锁保护等相关控制。1.3设计遵循的标准及规范1.国务院颁布的第373号令特种设备安全监察条例中涉及电梯监管的内容条款共有27条。概括地讲，国家对电梯设计、制造、安装、维修
2、的生产单位的监管要求主要体现在以下方面，即：从事电梯生产（包括制造、安装、改造、维修）的活动必须实行行政许可，生产单位必须具备一定的条件，履行规定的义务。同时明确电梯生产活动还应当按照国家制订或公布的安全技术规范要求进行并且对其生产的电梯的安全性能负责。2.电梯限速器测试仪校准规范，这部涉及电梯安全运行的校准规范电梯限速器是电梯运行安全保护的重要部件之一，有电梯限速器与其他部件的连锁控制措施，保证电梯的安全运行。“当电梯的运行速度超过额定速度一定值时，限速器能切断安全回路或进一步导致安全钳或上行超速保护装置起作用，使电梯减速直到停止。”，限速器动作速度的现场测量，是电梯安全检测的一个必检项目。
3、而电梯限速器测试仪就是日常用于检测电梯限速器动作速度的测量仪器。该仪器在电梯制造、修理、特种设备检测等行业都有着广泛的应用。3.GB 16899-2011自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范此项新国标强制要求所有自动扶梯及人行道增设防碰挡板、围裙防夹装置、警示标志、防攀爬翻越措施、扶手防滑装置等;而在技术方面也提出了更多、更高的参数要求，如传动元件安全系数、制停距离标准等。无疑，新标准的正式实施将大大增强公众的乘梯安全.GB 16899-2011新国标政策应运而生，详细规范了电梯技术参数、安装、维保等一系列操作,严格规范了现场安装和客户使用情况，对制造单位、安装单位和使用单位明确了责任划分
4、.二、系统分析2.1甲方需求分析 2.1.1电梯群控 针对3部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场合下集群电梯的控制策略切换。具体来讲，需要考虑三方面因素：1） 乘客平均候梯时间；2） 乘客平均乘梯时间；3） 系统整体能耗。2.1.2 WINCC监控画面要求能够实现对电梯运行状况的实时监控，所需包含的内容有：1） 整个电梯系统当前状态，包含故障、风扇、照明状态指示，以及关键传感器信号状态指示；2） 当前电梯运行方向及所在楼层；3） 当前呼叫情况汇总，包括各楼层呼梯信号、轿厢内选层信号。2.1.3 单部电梯基本功能根据不同楼层客户需求及时响应，实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位，层
5、门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。具体地，应具备如下功能：1） 电梯初始化比赛开始时，电梯模型会给出自动运行信号，示意比赛开始，控制程序需要在收到该信号后，进行必要的初始化工作，完成后使电梯位于基站（即一层）待命，并返回准备就绪信号以确认。2） 集选控制电梯在运行过程中可以应答同一方向所有层站呼梯信号和轿厢内的选层指令信号，并自动在这些信号指定的层站平层停靠。电梯运行响应完所有呼梯信号和选层指令信号后，停在最后一次运行的目标层待命。3） 开关门控制电梯门会根据当前电梯的状态、轿厢门的状态、呼梯信号、选层信号及光幕信号状态等，合理的进行相应的响应。当门未全关时，如有光幕信号，须优先响
6、应，保持电梯门打开；当电梯平层开门后，延时关闭，此时间可修改。4） 启停控制根据电梯主电路完成按时间原则的启动、停止过程。当电梯平层时，需要依时间原则依次触发三级制动减速，待平层后，切断上行、下行接触器，抱闸停车。5） 运行控制在运行过程中，需要始终对当前运行方向、当前楼层（采用七段数码管显示）进行实时监控与显示。通常，乘客会根据当前电梯运行方向及电梯门是否打开进行判断后上车。仅当无呼叫指令时，运行方向指示无指向。6） 错误指令消除当电梯到达最远端层站（比如六层）将要反向时，轿厢内原有登记的所有后方选层指令（比如三层）全部消除。短时间内连按两次选层指令的按钮，该选层信号就被取消。7） 待载休眠
7、电梯无指令时或外登记超过一段时间后，轿厢内照明、风扇自动断电。但在接到指令或召唤信号后，又会自动重新上电投入使用。2.1.4单部电梯运行（异常）状态监测在电梯整个运行过程中，监测状态参数以及各种反馈信号等，确保电梯稳定运行。在故障情况下，制定相应的安全策略。当有出现异常状态时，输出信号至故障指示灯。具体地，应具备如下功能：1） 超载保护电梯超载时，故障指示灯闪烁，并保持开门状态，不允许起动。2） 终端越程保护电梯的上下终端都装有终端减速开关、终端限位开关，以保证电梯不会越程。3） 开关门保护如果电梯持续关门一段时间后，尚未使门锁闭合，电梯就会转换成开门状态，故障指示灯常亮。如果电梯在持续开门一
8、段时间后，尚未收到开门限位信号，电梯就会变成关门状态，并在门关闭后，响应下一个召唤和指令。4） 运行保护为安全起见，在门区外，系统设定不能开门。2.2对象特性分析 对象模型分为电梯模型与用户行为模型两项电梯三维模型主要包括：电梯整体（包括轿厢、电机、限位开关、急停按钮、重启按钮等等）、各个楼层按钮（上行按钮、下行按钮、指示灯等等）、电梯内部设备（轿厢开门按钮、轿厢关门按钮、指示灯等）等。电梯模型采用多部多层结构，其示意图如图1，图2所示。图1 层3d模型图2电梯模型原理示意图图3交流双速拖动系统电梯模型中各IO参数均可与PLC通过现场总线相连，实施自动控制。 电梯共需要89个数字量输入，95个
9、数字量输出。通讯需要占用2个字节，IO输入输出需要占用6个字节控制电梯的运行具体的输入输出数据如下表1，表2所示。表1数字量输入信号分类变量说明数量呼梯信号1-6层站轿内指令登记按钮181-5层站上行呼叫按钮52-6层站下行呼叫按钮5控制信号轿厢内开门按钮3轿厢内关门按钮3开门到位3关门到位3红外光幕信号3超重感应器3轿门锁开关31-6层站门锁开关18上平层传感器3下平层传感器3上端站强迫换速开关（第一限位）3下端站强迫换速开关3上端站越位控制开关（第二限位）3下端站越位控制开关3检修开关3启动信号自动运行信号1合计89表2 数字量输出信号分类变量说明数量内选、外召唤指示信号1-6层站轿内指令
10、登记灯181-5层站上行呼叫按钮登记灯52-6层站上行呼叫按钮登记灯5层楼信号显示七段数码管输出信号21上行指示信号3下行指示信号3控制信号曳引电机启动信号3上行方向接触器3下行方向接触器3开门继电器3关门继电器3电梯高速运行3电梯低速运行3一级制动减速接触器3二级制动减速接触器3三级制动减速接触器3故障指示灯3轿内照明3风扇3启动信号准备就绪信号1合计95三、控制系统设计3.1电梯系统运行3.1.1电梯群控 多台电梯对各层全部呼应的综合处理，优先选出电梯及时控制，体现出一种高效，节能，快捷，方便的运作模式。本组是通过乘客按下外呼数量的个数来确定有几个电梯运作载客，具体如下：本次比赛中共有3部
11、电梯联动控制，公用10个外呼按钮，当有1-3个外呼被按下时只有1个电梯运行；当有4-6个外呼被按下时则让2部电梯同时运作；当有7个以上的按钮被按下时则3部电梯同时工作分散客流。完成内外呼指令的同时，电梯应该遵循以下模式：1） 高峰模式在设置的外呼中，当外呼超过设定的数量（7个外呼）时，3部电梯同时进入载客模式以疏散客流。电梯全部按层同向优先权最大来提供呼梯服务。2） 均衡模式在设置的外呼中，当外呼设定的数量在4-6个时，2部电梯同时进入载客模式以疏散客流。电梯全部按层同向优先权最大来提供呼梯服务。3） 空闲模式4） 无任务模式 当电梯既无外呼信号也无内选信号时，电梯进入休眠模式，当休眠模式超过
12、设定的时间时，电梯内的照明风扇将自动关闭，有任务时自动开启。3.1.2集选控制 多台电梯集中排列，共用厅外召唤按钮，按照规定程序集中调度和控制的电梯。当有人外呼梯时，利用电梯的就近原则及同向截车原则载客。运行到目的楼层后，如果没有继续执行的内外呼指令时，电梯都是停在最后一个人离开的楼层。3.2 单部电梯运行3.2.1控制逻辑流程图电梯开始启动,判断是否复位，若无指示信号直接进入运行模式，有开关门信号指示时执行上行或下行控制，若无开关门信号指示则进入休眠状态，过120秒若无信号指示则关闭照明及风扇节能。若有上行信号指示则进入上行状态，此时又有在此楼层上或下的楼层呼叫信号时，优先服务当前上行，即根
13、据最早登记的信号（指令信号，呼梯信号）决定电梯的上行或下行。下行也是同理。具体运行如下流程图图4所示。NYNY结束开始执行程序段是否开关门开关门程序上行召唤？下行召唤？电梯复位程序是否复位下行指示 上行指示执行运行程序段是否空闲是否处于上行YYNYN是否处于下行执行运行程序段YNNNNNN图4控制逻辑流程图3.2.2电梯信号处理原则根据最早登记的信号（指令信号，呼梯信号）决定电梯的上行或下行，关门未到位禁止运行满足首个信号确定方向后，电梯运行过程中同向信号先执行，反向信号后执行（暂时记忆）一个方向执行结束后才换向执行反向信号;即电梯在上行时，优先服务上行信号，在电梯下行时优先服务下行信号。 同
14、向截车，如1楼至6楼中间遇到有3层上行的呼梯信号，也有2下行的信号，则2楼的下行信号先记忆。顺序是1楼-3楼-6楼-2楼-1楼。最远换向欲往楼层（轿内）信号登记上行驱动站外呼梯开门/关门控制比较下行驱动电梯所处位置同向截车图5信号处理原则框图3.2.3开关门逻辑控制简图 开、关门控制，到达某一层响应了该层的信号要求，则开门到位后5S后关门，关门指示灯闪烁，当长按开门则开门等待（轿门自动打开），或遇到红外光幕信号未响应、超重感应器动作则门开等待，自动状态下，在保持开门的状态时，可以按关门按钮使门立即响应关门动作。电梯停在门区时，可以在轿厢中按开门按钮使电梯已经关闭或尚未关闭的门重新打开。开门等待信号关闭后3S后关门电梯未起动且门已关上或正在关闭时，如果本层召唤按钮被按下，则电梯门打开。如果按住按钮不放，门保持打开。YNYYY停层信号到 停层 开门开门到位？开门延时 关门有红外信号？响应信号有红外
