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1、题目：采用工业无线网络的VVVF电梯远程监控系统设计前言：电梯是一种重要的垂直交通运输设备。以往的控制系统采用的继电器控制，由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大而且难于维护等弊端，正逐渐被淘汰。PLC具有功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于编程以及工业环境适应性强等诸多特点。同时由于以太网具有较大的带宽，可以满足数据传输的实时性要求，同时具有通用性强、技术成熟等优点，因此是构建电梯监控系统的一种理想平台。 本文设计了一种基于工业无线网络网的电梯远程监控系统，该系统把计算机控制，网络等技术结合。 一、课题设计的内容：1、以典型的电梯远程监控系统为设计对象，以实验室的带PROFINET口的SIE
2、MENS S7300系列PLC为控制器，以实验室的变频器作为交流电机的调速器，设计一个VVVF电梯控制系统，并参与编制5层站电梯PLC控制程序。 2、采用一个以WINDOWSXP为操作系统的PC作为上位机，采用组态王作为监控环境，实现对PROFIBUS-DP总线主站PLC以及变频器从站进行监控。3、建立一个简单的具有工业无线接入节点和用户节点的无线工控网络，将组态监控PC接入无线AP，使得在无线局域网中的其它计算机能够以浏览网页的形式无线监视PLC的状态。二、系统的整体设计方案：1、电梯是用电力拖动，将具有乘客或载货的轿箱，于垂直的两列刚性导轨之间运送乘客或货物的固定设备。电梯由机械和电气两大
3、系统组成。机械系统由曳引系统、轿箱和对重装置、门系统、机械安全保护系统等组成。2、电梯的监控系统主要实现的功能有：实现电梯的自动运行，主要实现电梯外呼信号、内呼信号的检测和电梯上行、下行；实现组态软件与plc之间的通讯连接；利用组态软件监视并控制电梯的运行状态。3、系统的底层控制由软逻辑可编程控制器s7-300，变频器，交流电机，减速装置等完成。微机作为上位机完成对电梯运行状态的监控。电梯的运行由s7-300编程控制电机转动完成控制，上位机则采用组态软件kingview监控电梯的运行状态，实现电梯的实时监控和报警功能。(控制系统总体设计框图如下)三、课题研究步骤：1、建立五层站电梯顺序控制工程
4、，总结控制要求和I/O点表，编写电梯控制PLC程序，并在实验室环境调试。2、利用组态软件设计电梯监控的组态界面。3、调试无线网络上的PC间通信。4、将PLC与监控系统相连，并在实验室环境调试。 四、VVVF变频电梯的主电路控制系统的设计：1、VVVF型电梯的基本原理：改变定子电源频率f亦可达到调速目的，但f最大不能超过电机额定频率，电梯作为恒转矩负载，调速时为保持最大转矩不变，根据转矩公式：M=CmIcos (式中Cm为电机常数，I为转子电流，为电机气隙磁通，cos为转子功率因数)，必须保持恒定。又根据电压公式：U=4.44fWK(式中U为定子电压，f为定子电压频率，W为定子绕组匝数，K为电机
5、常数)。必须保持U/f为常数，即：变频器必需兼备变压、变频两种功能，简称为VVVF型变频器，这亦就是VVVF型电梯的基本控制原理。2、系统结构方框图：3、VVVF电梯电器元件、设备的选择：（1）主回路：选用变频器型号为VS-616G5-CIMRG5A4015及旋转编码器(或称脉冲发生器PG。其主要参数：512p/r，带A、B相输出)构成VVVF闭环系统，只用原电机的高速绕组(四极绕组)，而低速绕组(六极绕组)及涡流绕组均不用。（2）控制回路：选用三菱FX2-128MR主单元和FX2-48ER扩展单元代替原继电器控制部分；采集和处理内、外呼召唤信号，变频器状态信号，井道信号，高速计数信号等，实现
6、对电梯的有序控制。（3）检测回路：选用OMRON光电开关代替原双稳态开关/磁环装置，用于产生楼层计数、精确平层、门区信号。此外，井道部分、机械部分、用户界面部分均按实际需要进行适当改造。（4）PLC的选型：直接将电梯的内外呼梯信号、层位检测信号、限位信号、开门关门信号等开关量接到PLC的开关量输入端，PLC提供的24V直流电源可作为指示灯的电源，用PLC的输出点直接控制变频器实现电机的正转、反转、停和多段速控制等，系统的硬件结构如下图。4、工作原理：采用PLC控制系统集中处理电梯的内、外呼召唤信号，开、关门信号，井道信号，变频器状态信号，楼层计数信号等。通过逻辑运算，形成变频器运行必需的控制信
7、号(如：正/反转信号，多段速度信号，停止信号)以及楼层显示信号，方向信号，门机构驱动信号。VVVF变频器与PG构成闭环矢量控制系统。VS616G5型变频器还具备转差补偿功能，转矩补偿功能及“S”曲线特性。转差补偿功能对电梯的空、满载时上、下行速度稳定非常有利，避免超、欠速运行。例如：电梯正常速度为50 Hz(以频率表示)，空载上行时，速度较平衡时快，转差补偿-0.5Hz，满载上行时，速度较平衡时慢，转差补偿+0.5Hz，从而保证在各种状态下速度稳定。转矩补偿功能对满载起动时转矩提升非常有效，能达到正常值的150%。而“S”曲线特性可防止启动、换速或停止时产生振动，这在电梯中最为适用。可使乘坐舒
8、适感大大改善。此外，该变频器的故障诊断、检测、记忆等功能对系统维护亦非常方便、实用。五、PLC控制系统的设计：1、确定I/O设备：根据电梯对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯等。I/O点的估算：(1)门厅呼叫按钮：位于电梯厅门旁，除了顶层(5楼)只有向下呼叫按钮和底层(1楼)只有向上呼叫按钮以外，其余每层均有向上和向下2个呼叫按钮，共有8个按钮，即8个输入点。当每个按钮按下时，按钮内部的指示灯会自动亮起。(2)平层检测信号的输入与输出：在每一楼层上均装有平层信号检测装置，当电梯到达或者位于
9、该层即被检测装置检测到，5层共有5个检测信号的输入点。相应地外部有5个输出灯显示电梯所在楼层。(3)运行状况显示输出：电梯上行、下行以及所在楼层各有1个外部输出点对应。通过以上分析可知 ，本系统输入点为8个数字量，输出点为7个数字量： 设备类型设备器件I/O端子器件作用输入设备SB5I0.0五楼呼叫按钮SB4I0.1四楼呼叫按钮SB3I0.2三楼呼叫按钮SB2I0.3二楼呼叫按钮SB1I0.4一楼呼叫按钮SQ5I0.5五楼限位开关SQ4I0.6四楼限位开关SQ3I0.7三楼限位开关SQ2I0.8二楼限位开关SQ1I0.9一楼限位开关输出设备KM1Q1.0电梯下降接触器KM2Q1.1电梯上升接触
10、器HL5Q1.2五楼指示灯HL4Q1.3四楼指示灯HL3Q1.4三楼指示灯HL2Q1.5二楼指示灯HL1Q1.6一楼指示灯2、过程分析：在一楼、二楼、三楼、四楼、五楼分别安装指示灯HLl、HL2、HL3、HL4、HL5，用于显示电梯当前所在的楼层，当电梯到达某楼层时，位于该层的指示灯亮来提示乘客；每个楼层分别安装呼叫按钮SBl、SB2、SB3、SB4、SB5，用于该楼层的乘客要乘坐电梯时按下用；每个楼层的限位开关SQl、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5用于检测电梯的轿箱是否到达该层，到达时，轿箱压下该层的限位开关。（以三层电梯为例）当电梯停于一楼或二楼时，按SB3，则电梯上升到SQ3停止，同时H
11、L3灯亮；当电梯停于三楼或二楼时，按SBl，则电梯下降到SQl停止，同时HLl灯亮；当电梯停于一楼，按SB2，则电梯上升至ISQ2停止，同时HL2灯亮l；当电梯停于三楼，按SB2，则电梯下降到SQ2停止，同时HL2灯亮I；当电梯停于一楼，而二楼，三楼均有人呼叫时，电梯上升到SQ2时，同时HL2灯亮，停5S，然后继续上升到SQ3停止，同时HL3灯亮；当电梯停于三楼，而二楼，一楼均有人呼叫时，电梯下降到S02时，同时HL2灯亮，停5S，然后继续下降到SQl停止，同时HLl灯亮；当电梯上升途中，任何反方向的下降呼叫信号无效；当电梯下降途中，任何反方向的上升呼叫信号无效；每层楼之间的到达时间均应在10
12、S之内，否则电梯停止运行。3、选择合适的PLC类型：根据已确定的I/O设备，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。4、根据程序流程图设计出梯形图程序并将程序输入到PLC：程序流程图如下：5、进行软件测试：程序输入PLC后，先应进行测试工作以排除程序中的错误。六、基于以太网的远程监控设计：远程监控是利用计算机网络集中监控，既能掌握用户电梯的运行工作状态， 又能在用户电梯发生故障时及时处理和排除故障。远程监控系统由现场信号采集/发送子系统、信号传输子系统、监视中心子系统三大环节组成。信号的采集直接来自电梯控制中心，各个电梯与监视中心之间的联系通过因特
13、网进行传送。下面介绍了基于以太网的电梯监控系统，该系统采用TMS320LF2407A作为主控芯片，RTL8019AS作为以太网接口芯片，采用kingview建立监控界面，为电梯监控系统中应用以太网通信技术提供了一种解决方法。（一）PC控制电梯远程监控系统结构图：各台电梯的PC从站完成对电梯运行控制和运行状态的数据采集，PC主站通过现场总线PROFIBUS与各控制从站进行通信。并将采集到的电梯运行数据发送到本地终端计算机。远程终端计算机通过Internet 网络与本地终端计算机相连, 执行对各电梯的远程监控。（二）PC从站电梯的主控制系统：微机控制电梯的故障信号是通过信号采集器来采集受监控电梯设
14、备的运行信号、层楼信号、安全回路信号，在整个远程监控系统中每台电梯需要设置一套信号采集器，与本地终端计算机进行串行通信。PC 控制电梯的故障信号可以通过系统的各控制从站PC来采集，不需要增加信号采集器。电梯的远程监控系统要完成远程监控的任务，需要采集以下信号：快车信号、慢车信号、上行信号、下行信号、轿厢位置信号、开门信号、关门信号、开门限位信号、关门限位信号、门锁信号、检修信号、重复开门信号、重复关门信号、直驶信号、超载信号、门区信号、上行减速信号、下行减速信号、上行方向限位信号、下行方向限位信号、轿顶安全窗开关信号、轿顶急停开关信号、安全钳开关信号、轿厢限速器开关、热保护继电器信号、各层楼层
15、门锁开关信号、轿门锁开关信号。（三）电梯控制器结构及以太网接口电路设计：1、电梯主控制器结构：电梯控制器原理框图如下图所示。电梯控制器以DSP CPLD为控制核心，包括以太网接口，RS485通信接口，CANBUS及开关量输入输出等电路组成。2、RTL8019AS与TMS320LF2407A芯片功能概述：RTL8019AS芯片：RTL8019AS是瑞昱公司生产的一种高度集成的全面支持IEEE802.3标准的以太网控制器，软件兼容NE2000，同时还支持微软公司的PnP规范。RTL8019AS主要性能如下：适应于EthernetII、IEEEE802.3，10Base5，10Base2，10Base-T；全双工工作模式，收发可同时达到10Mbps的速率，具有睡眠模式，以降低功耗；内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，以降低对主处理器的速度要求；可连接同轴电缆和双绞线，并可自动检测所连接的介质；100脚的TQFP封装，缩小PCB尺寸；LED指示灯和诊断软件可用于简单的故障排除；访问协议CSMA/CD。TMS320LF2407A芯片：TI公司TMS320系列
