EDA论文 电梯控制

目录

第一章 电梯控制的基本概念 ............................................................................... 1

1.1电梯的基本概念 ........................................................................................................... 3

1.1.1电梯的电力拖动系统 ..................................................................................... 3 1.1.2电梯的控制系统 .............................................................................................. 3 1.1.3电梯的主要性能指标 ..................................................................................... 4 1.2 计算机数据通讯技术 ................................................................................................ 5

1.2.1 概述 .................................................................................................................... 5 1.2.2 基本概念 ........................................................................................................... 6 1.2.3 利用MSComm控件进行串口编程................................................................ 7 1.3 可编程逻辑控制器概述 ............................................................................................ 9

1.3.1 可编程控制器的定义及构成 ...................................................................... 9 1.3.2 可编程控制器的工作原理 ........................................................................... 9 1.4 小结 .............................................................................................................................. 10

第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新 ................................ 11

2.1 本次课程设计的创新 .............................................................................................. 11 2.2 对电梯的正常的调度与响应 ................................................................................. 11 2.3 调试系统 ..................................................................................................................... 12 2.4 模拟系统 ..................................................................................................................... 13 2.5 用户管理系统 ............................................................................................................ 13 2.6 登录系统 ..................................................................................................................... 14 2.7 日志管理系统 ............................................................................................................ 14 2.8 帮助系统 ..................................................................................................................... 15 2.9 小结 .............................................................................................................................. 15

第三章 系统的硬件设计实现 .......................................................................... 16

3.1 硬件电器设备 .......................................................................................................... 16

3.1.1 电梯模型的硬件参数 .................................................................................. 16 3.1.2 变频器的硬件参数....................................................................................... 16 3.1.3 PLC的硬件参数 ............................................................................................ 17 3.2 主电路及其电源电路设计 ..................................................................................... 18

3.2.1 主电路设计 .................................................................................................... 18 3.2.2 AC220V电源设计 .......................................................................................... 18 3.2.3 DC24V电源设计 ............................................................................................ 20 3.2.4 DC5V电源的设计 .......................................................................................... 22 3.3 楼层指示数码管设计 .............................................................................................. 22 3.4 小结 .............................................................................................................................. 23

第四章 系统的软件设计实现 .......................................................................... 24

4.1上下位机的不同分工产生两种实现方法 ........................................................... 24

现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第一章 电梯控制的基本概念

4.2 核心调度位于上位机的一套系统的设计 .......................................................... 25

4.2.1. 实现上位机调度的过程分析 .................................................................. 25 4.2.2 实现上位机调度的核心代码及其逻辑分析 ......................................... 26 4.2.3 上位机调度的系统的下位机设计 ........................................................... 39 4.3 核心调度位于下位机的另一套系统的设计 ...................................................... 43

4.3.1 下位机调度的系统的上位机设计 ........................................................... 43 4.3.1 下位机调度的系统的下位机设计 ........................................................... 43 4.4 调试系统的设计 ........................................................................................................ 44 4.5 模拟系统的设计 ........................................................................................................ 45 4.6 用户管理系统的设计 .............................................................................................. 47 4.7 登录系统的设计 ........................................................................................................ 48 4.8 日志运行系统的设计 .............................................................................................. 48 4.9 帮助系统的设计 ........................................................................................................ 49 4.10 系统运行结果 .......................................................................................................... 49 4.11 小结 ............................................................................................................................ 50

第五章 系统调试时遇到的问题及注意事项： .................................. 51

5.1 调试的阶段与策略 ................................................................................................... 51 5.2 上位机通信调试的注意事项： ............................................................................ 52 5.3 PLC调试的注意事项： ........................................................................................... 54 5.4 上位机实现调度时序控制时的注意事项 .......................................................... 56 5.5 使用全局变量及模块来进行不同窗体间的同一文件的操作 ...................... 58 5.6 涉及不同窗体操作时的文件开启、关闭操作的对称性 ............................... 59 5.7 下位机接收数据时不要忘了写中断程序 .......................................................... 61 5.8 小结 .............................................................................................................................. 61

第六章 结束语 ................................................................................................................. 62 参考文献 ................................................................................................................................ 63

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第一章 电梯控制的基本概念

第一章 电梯控制的基本概念

电梯是一种用电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少、且应用最广泛的垂直交通运输工具。目前，全世界共拥有电梯1000万台以上（据2000

[7] [6]

年资料介绍），它的普及也的确给人们的生活带来了极大的优越性，且作为一种重要的垂直交通运输工具，电梯的需要量还将随着房地产业的迅猛发展而日益大幅度增长。展望未来，随着各种科学技术的不断进步，电梯技术也将紧跟新技术的发展步伐不断改进、不断创新。[9]

1.1电梯的基本概念

1.1.1电梯的电力拖动系统

目前，常用电梯拖动大多为交流拖动。交流调速的方法很多，在电梯领域应用较为广泛的有交流变级调速、交流调压调速以及变压变频调速。其中，变压变频调速以其在节能、舒适感、噪声、平层精度等方面都有着明显的优越性，成为当今电梯业的主流[8]。本次课程设计所使用的电梯的电力拖动系统就是变压变频调速系统。

交流异步电动机的转速表达式为： N?n0?1?s??60f(1?s)

（1.1） p其中，N—电动机转速；f—供电电源频率；p—电动机极对数；s—电动机转差率

当转差率S变化不大时，S<<1，因此，N基本上正比于f。所以，要改变交流电动机转速，只需改变定子频率f即可。但是，在改变转速的同时，我们希望励磁电流和功率因数基本保持不变。磁通太弱，则没有充分利用铁芯，电机容许的输出转速下降，电机的功率得不到充分利用而浪费；若增大磁通，将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数降低，严重时会因绕组过热损坏电机[11]。

我们知道，在交流异步电动机中： Eg?4.44fNk?11N1m （1.2）

1为了达到控制磁通?m的目的，需要控制好Eg与

f的关系，为此，基频以下

实行恒转矩的恒压频比控制，基频以上实行恒功率控制。[4] 1.1.2电梯的控制系统

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从控制系统的实现方法来看，电梯的控制系统经历了继电器电梯控制、可编程序控制、单片机控制、多微机控制等多种方式。

对于可编程控制系统，其接线简单、可靠性高、通用性好、使用方便，但只能完成逻辑运算，无法实现梯群控制、数字调节、故障诊断等复杂的数字运算。

对微机控制系统，微机的应用取代了选层器和大部分继电器甚至全部，它具有以下几个优点：缩小控制装置的占地面积，使控制系统的结构紧凑；微机的功能灵活多变，可以根据不同用户的要求改变程序，以取得不同的控制功能；微机用群控管理系统可以大大提高电梯运行效率，节省能源，减少乘客的待梯时间；免去继电器之间复杂的接线，提高劳动生产率；微机采用无触点逻辑的电路，提高了系统的可靠性；维修简便；采用数字电路给定最佳速度曲线，可根据不同情况灵活多变提高运行效率和乘坐舒适感[7]。

对于可编程控制系统，除具有微机控制系统的绝大部分优点以外，还具有独特的优越性：结构简单，加强了直接控制逻辑运算功能和计数、计时、步进等功能，从而使造价大大降低；将I/O接口标准化，与控制器组装在一起，采用隔离、滤波的方法加强抗干扰能力，适用于生厂现场等环境比较恶劣的地方；可将程序固化在专用集成电路(EEPROM)中，不易丢失和损坏，且更换方便；编程器和控制器分离，编程器可一机多用，大大降低了成本，编程器具有编程、现场调试、模拟运行、在线测试、故障检测等多种功能，使用和维修非常方便；采用模块化结构，扩展容易对简单或复杂的系统都适用，并且具有通信功能；程序编制简单，容易掌握；体积小，结构紧凑，接插件少，可靠性高，有停电保护数据和状态的功能。因此，PLC控制系统已逐步成为老式电梯改造和新式电梯安装中所使用的主流系统[6]。

通过比较，考虑到PLC控制系统的巨大优越性和广泛的适用性，结合现有的实验条件，选用可编程控制器作为下位机直接控制电梯，用微机作为上位机控制可编程控制器来实现电梯的控制。 1.1.3电梯的主要性能指标

电梯的工作性能主要以满足乘坐的舒适和安全为目的，常以速度特性、工作噪声和平层准确度作为主要性能指标。根据我国标准《GB 10058—88电梯技术条件》对其分别规定如下：

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速度特性

1.当电源为额定频率，电动机施以额定电压时，电梯轿厢以半载向下运行至行程中段（除去加速和减速段）时的速度，应不超过额定速度的5%。

2.起、制动，加、减速度最大值不应大于1.5米/平方秒；额定速度在2米/秒（包含2米/秒）的电梯平均加、减速度应不小于0.5米/平方秒；额定速度在2米/秒以上的电梯，其平均加、减速度应不小于0.7米/平方秒。

3.乘客电梯和病床电梯的轿厢在运行时，合格品的垂直振动加速度和水平振动加速度应分别小等于25厘米/平方秒和15厘米/平方秒[6]。

工作噪声

1.工作噪声指电梯在运行时，机房中噪声测量的平均值、电梯在起动运行至减速停止的全过程中轿厢内的噪声最大测量值。

2.乘客电梯和病床电梯的合格品的机房噪声应小等于80分贝，运行中轿厢内噪声应小等于55分贝，开关过程噪声应小等于65分贝[6]。

平层准确度

1.平层准确度与电梯的载重量和运行方向有关，测量时，应分别以空载、满载作上、下运行到达同一层站取其误差最大值。

2.对合格品的平层准确度而言，交流双速≤0.63米/秒的电梯应达到±15毫米，交流双速≤1.00米/秒的电梯应达到±30毫米，交直流调速≤2.50米/秒的电梯应达到±15毫米[6]。

1.2 计算机数据通讯技术

1.2.1 概述

在本课程设计中，很重要的一点就是上下位机的通讯，可以说，它是上下位机功能连接的桥梁。尽管以后将介绍到，系统的一些功能模块既可以放在上位机，也可以放在下位机，但这些都是以上下位机之间的正常通信为基础的。要想把上下位机的功能连接成为一个系统，就要它们之间在事件发生时通过互传命令进行协同，进行相互功能的调用。而以上这些，就是计算机与PLC上下位机通信所要实现的。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第一章 电梯控制的基本概念

在实际的编程过程中，可以说，对于上下位机通信，我们只用到了MSComm控件，这是一种已被高度集成的、底层操作均被封装了的控件模块，由高级语言直接提供，应用程序只需要获取和设置相应的MSComm控件属性就可以了，而不必去花时间去了解较为复杂的API函数[25] [24]。虽然MSComm控件的使用可以说是已经有了一定的模式，但在使用该控件的过程中，我们仍时不时会遇到一些陌生的通信方面的概念，这些概念可能直接影响到对该控件一些属性的设置。也许你在初始编程时可以直接套用书本中的一些框架，但是在系统真正调试时，特别是在遇到实际问题、程序正确但却无法成功通信的时候（这在调试时几乎是必然的，往往是因为一些属性的设置与实际的硬件系统不匹配），我们仍要真正掌握该控件所涉及到的那些概念的真正含义。所以，下面，我将从一些计算机通讯的底层的基本概念讲起，直到本设计中所常用的已被高度集成、底层操作均被封装了的MSComm控件为止，从浅到深地讲述本设计中所用到的计算机通讯的知识。 1.2.2 基本概念

在对PLC的通讯属性MSComm控件的属性进行设置时，常会看到奇偶校验、比特率等的概念，在这里，对其中两个主要的进行解释。 奇偶校验

串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息出错，即“误码”。奇偶校验计算数据中为1的比特的个数，再增加一个附加比特，使得1的个数为偶数（偶校验）或奇数。该附加比特就叫奇偶比特。

奇校验――所以传送的比特（含字符的各比特和校验比特）中，“1”的个数为奇数。

偶校验――所以传送的比特（含字符的各比特和校验比特）中，“1”的个数为偶数。

奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码，但不能纠错，发现错误后，只能要求重发。[23] 串行通信接口标准

PC机与PLC之间是通过PC/PPI编程电缆相连接的，其中，PC/PPI电缆的RS-232端（标着PC）连接到计算机的通讯口，是COM1或是COM2，该电缆的RS-485端（标着PPI）连接到CPU的通讯口。这里就涉及到RS-232、RS-485等的串行

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通信协议的概念。

目前最广泛使用的串行通信接口标准有RS-232C，RS-423A，RS-222A，RS-485等，其主要参数指标比较如下表： 接口 RS-232C RS-423A 连接 1台驱动器 1台驱动器 1台接收器 10台接收器 台数 传送 距离 与 速率 15m-20kbit/s 12m-300kbit/s 90m-10kbit/s 1200m-3kbit/s RS-222A 1台驱动器 10台接收器 12m-10Mbit/s 120m-1Mbit/s 1200m-100kbit/s [22] [5]RS-485 32台驱动器 32台接收器 12m-10Mbit/s 120m-1Mbit/s 1200m-100kbit/s

图1.1 RS-232C，RS-423A，RS-222A及RS-485的比较

1.2.3 利用MSComm控件进行串口编程

MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件将通信的大部分底层操作都封装在控件内部，应用程序只需要获取和设置相应的MSComm控件属性就可以了，而不必去花时间去了解较为复杂的API函数。从而大大简化了编程工作。

Microsoft Communications Control（以下简称MSComm）不是工具箱控件，选择“工程－>部件”菜单便可调出部件对话框，在控件栏下选择Microsoft Comm Control 6.0并点击确定后便可将MSComm控件添加到工具箱中。

MSComm是微软公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。具体的来说，它提供了两种处理通信问题的方法：一是事件驱动（Event-driven）方法，一是查询法。MSComm控件有很多重要的属性，本课程设计中主要用到以下几个属性：

CommPort――设置并返回通信端口号；

Settings――以字符串的形式设置并返回数据传输速率、奇偶校验、数据比特、停止比特；

PortOpen――设置并返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口； Output――向传输缓冲区写一个字符。

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MSComm控件只有一个事件，即OnComm事件。利用OnComm控件编写的程序在通信中如果发生错误或者事件，将会引发OnComm事件并改变其属性值，通过GetCommEvent（）可获得OnComm产生事件或错误的代码。在通信程序的设计中可以根据CommEvent属性值来执行不同的操作[14] [19] [20]。

下面，我将通过一个简单的例子来大致讲述如何利用MSComm控件进行通信。 首先，假设我们已经为程序添加了一个MSComm控件并取名为MSComm1，为了使用它进行单个字符的收发，我们设置其Rthreshold属性与Sthreshold属性的值均为1。其CommPort属性值随机器硬件设置。

在使用MSComm控件前，我们要打开端口，这通常放在该控件所在窗体的启动代码中：

Private Sub Form_Load()

MSComm1.CommPort = 1 '动态设置端口号 If MSComm1.PortOpen = False Then '打开端口 MSComm1.PortOpen = True End If End Sub

端口初始化并打开后，我们就可以利用其进行收发通信。通常接收代码放在

该控件的OnComm()事件中，在此事件中，对该控件的Input属性编写代码：

Private Sub MSComm1_OnComm() Select Case MSComm1.Input Case \ Case \ ? End Select End Sub

而MSComm1的发送代码通常单独写在必要的地方，对其Output属性编写代

码格式如下：

MSComm1.Output = \

以上是单个字符的收发，对于更复杂的多个字符的收发，只要修改MSComm

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控件的Rthreshold属性与Sthreshold属性，再进行相应操作即可。

1.3 可编程逻辑控制器概述

第一台可编程控制器是1969年在美国面世的。经过30多年的发展，可编程控制器（PLC）已成为当今最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业 控制装置。在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术、微电技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到位置控制、伺服控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等综合控制系统

1.3.1 可编程控制器的定义及构成

IEC于1987年对可编程控制器下的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部的存储程序，执行逻辑运算、顺序控制定时计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其外部相关设备，都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计[2]。

一体化的可编程控制器在硬件结构上通常可分为三部分：CPU板、I/O板和电源。当然还有系统软件和外围接口。硬件框图如图3.1[3] [10]。

图1.2 可编程控制器原理图

1.3.2 可编程控制器的工作原理

可编程控制器的工作过程大体上可分为读人开关状态、逻辑运算、输出运算结果三步。PLC作为计算机，在每一瞬间只能作一件事情，因而工作顺序是读输入第一步运算、第二步运算??最后一步运算、写输出。这种工作方式就称为扫

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描工作方式，从读输入到写输出的执行时间称为扫描周期。

[2]

1.4 小结

本章首先从电梯的电力拖动系统、控制系统及电梯的主要性能指标入手来讲解电梯本身的一些基本概念。然后，基于本次课程设计中所要用到的一些知识，例如计算机通讯知识、可编程控制器等进行讲解。力图使读者在了解本课程设计之前先拥有必要的知识准备。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新

第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新

2.1 本次课程设计的创新

本课程设计题目是一道比较传统的题目，本次设计在实现了原有功能的基础之上，对该题目的实现进行了一定的创新。主要表现在：

首先，有更完备的调度规则：本次设计首先对调度规则进行完备，增加了一些比较复杂的情况，并且通过把调度模块分别放在上、下位机实现的方法，做出了两套系统。

其次，为了完善系统功能，并使其真正成为一个类似的商务软件，我还在该系统中嵌套了如下五个子系统。所以，加上嵌套的调度模块，总共应分为六个子系统。

调试系统：通过模块封装与调用实现了自己程序（调试系统）对自己程序（调度模块）的调试；

模拟系统：实现了对整个电梯运行状况的仿真； 用户管理系统； 登录系统； 日志管理系统；

这后三个系统通过对两个不同数据库的读、写，使本软件更加适用于真正的电梯系统的控制与管理。

2.2 对电梯的正常的调度与响应

作为一个现代电梯的信息处理及计算机监控系统，正确实现电梯的信号的登记、调度是最基本的功能。在第四章中，我将介绍就此毕业设计我们所编写的两套系统，其区别之处就在于其中一套的调度模块放在上位机，另一套的调度模块放在下位机。这两套系统具有相同的调度规则，实现后带上变频器及电梯等运行状况完全相同。但由于调度模块的功能位置不同，它们却是不同的实现方法。在4.2及4.3节中，我将就其实现过程给予详细介绍。

现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新

总系统的调度模块、以及即将讲到的调试系统和模拟系统的代码都写在主窗体之内，功能也是在主窗体实现，下面我给出主窗体的界面，见图2.1。

图2.1 主窗体界面

2.3 调试系统

当调度模块放在上位机写时，其调度模块程序正确性的调试就成了一个难题。因为调度模块的程序必须从下位机接收硬件检测到的信号，还要通过下位机向硬件发送执行指令，按通常的思维，调度调度模块的程序是否正确也就是输入信号通过调度后是否在恰当的时刻发出恰当的指令，这必须通过电梯能否正常运行来判断。这样以来，调试上位机的调度程序时就必须带上下位机和具体硬件，可以设想，只要调度模块、通信模块、下位机程序、硬件中有一个运行不正常，电梯便无法正常运行。为了方便地调试第一套系统中上位机的调度程序，我编写了一个调试系统，并将调度程序封装为一个模块。用调试系统模拟下位机给出信号，通过调度模块来使其运行，并通过调试系统反映出调度模块各个时刻的输出

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信号，这样以来就可以单独调试调度模块功能的正确性，减小了调试上位机调度程序的难度。具体参见4.4节及5.1节。

2.4 模拟系统

简单地来说，这个模拟系统就是对电梯运行过程的一个仿真，一个互动的动画模拟。它只有一个与用户的接口，与硬件没有任何关系。它不需要下位机上传的平层干簧片及减速干簧片的检测信号输入，只要用户进行呼梯和选层即可，其它包括登记调度和驱动动画等一切事情均由程序自己完成。它的调度程序与驱动程序都是自有的，与真正的调度程序和驱动硬件的程序不相干。具体参见4.5节。

2.5 用户管理系统

为了使本软件更类似于一个商务软件，我在系统中嵌套了一个用户管理系统，它主要是通过读、写随机文件的形式建立了一个电梯操作人员的用户管理数据库，并且将电梯管理人员分成超级用户和普通用户两个等级，只有超级用户可以进行用户管理操作。该数据库可以进行添加、删除、查找、查看等一系列数据库功能。具体参见4.6节。其界面如下:

图2.2 用户管理系统界面

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2.6 登录系统

该系统是以用户管理系统的数据库为基础的，每次登录时该系统都会扫描用户管理系统数据库中的所有用户ID，以确定预登录用户是否已被注册和是何种等级的用户，根据该电梯管理员的等级，以确定在主系统中他的不同操作权限。具体参见4.7节。其界面如下:

图2.3 登录系统界面

2.7 日志管理系统

电梯管理员登录后，即开始电梯管理的操作，我要求他们必须填写工作日志，也就是用到日志管理系统。该系统拥有一类似于用户管理系统的数据库。用户登录时，登录系统会将该用户的ID发送给主系统，日志管理系统借助此ID再次读用户管理系统的数据库，并将该用户铆钉为‘当前用户’，如果该电梯管理员写日志，那么他的日志随同刚才读出的他在用户管理系统数据库中的相关情况一起写入日志管理系统。也就是说，登录用户所写的日志提交后会被自动打上自己的标签写入另一数据库。具体参见4.8节。其界面如下:

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图2.4 日志运行系统界面

2.8 帮助系统

该系统对整个系统中的一些设计上的概念予以解释，主要是一些文书资料，包括电梯调度规则、三种操作模式、两种用户权限等等。该系统的设计比较简单，主要用到了VB中的一个ComboBox控件。具体参见4.9节

图2.5 帮助系统界面

2.9 小结

本章首先从电梯的基本调度规则、该软件的功能等方面总体论述了本次课程设计的创新之处，然后，将系统展开为八个子系统分别进行概述性的讲解，力图使读者通过本章的阅读能够基本了解各子系统的功能、操作使用该软件。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

第三章 系统的硬件设计实现

3.1 硬件电器设备

我们这次设计使用的是实验室已有的实验设备，即一个电梯模型，一套PLC及一台PC机。其中电梯模型还包括曳引电动机、轿厢等。 3.1.1 电梯模型的硬件参数

对于这台电梯模型，其曳引电动机的负载只有轿厢和对重，经测量及相应计算，得出以下参数： 轿厢重 m?1kg； 对重重 m'?0.5kg； 转速 n?15rmin 空载力矩 m0?0.28N ； 滑轮半径 r?2.3cm； m 则制动力矩 M?(m?m')gr?m0?KZ974pn(KZ:制动安全系数) 曳引电动机为ND(H0)型电动机，其参数如下： 3.1.2 变频器的硬件参数

在这里实验室选用的变频器是使用西门子公司的MICROMASTERS系列变频器，专门控制三相交流电机。它的模拟输入由PLC供给，经过变频变压输出电压到电机控制电梯的运行。变频器的参数设置上，P081输入电机额定频率50Hz；P082 输入电机额定转速1400RPM；P083输入电机额定电流0.326A；P084输入电机额定电压220V；P085输入电机额定功率0.1KW/hp。特别要提出的是要P006设置成1模拟输入模式，P002和P003加速时间和减速时间要设置长一点，太短会造成变频器跳闸或停机。电机是普通的三相交流电机（V＝220V，F＝50HZ，I＝0.328A，N＝1400转）。变频器参数设置中也要把电机的额定数据写进去。端口的接线上，用变阻器通过变频器端口1、2的内部电源给端口3、4提供一个模拟电压，控制变频器的频率；用24V电源分别给端口5、6、7提供一个低电压，

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额定电压 UN?220v ； 额定转速 1400r； min额定频率 fN?50HZ； 输出功率 pN?60w； 现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

控制电梯的正/反转和停止，如下图所示：

图3.1 MICROMASTERS系列变频器原理图[3] [1]

经变频器后所得到的电机速度曲线应如下图所示：

图3.2 系统理想速度曲线图

3.1.3 PLC的硬件参数

在我们的系统设计中，采用西门子S7－200系列的编程器。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要。由于具有紧凑的设计，良好的扩展性。低廉的价格以及强大的指令，使得S7－200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。S7－200CPU的基本操作非常简单：CPU读输入状态；CPU中存储的程序利用这些输入执行控制逻辑，当程序运行时，CPU刷新有关数据；CPU把数据写到输出。 我们这次设计的主要工作就是PLC编程和上位机的监控程序编程。PLC控制系统的具体组成是主模块CPU224，它扩展了16输入/16输出数字量模块EM223、模拟量输入输出输出模块EM235以及一个PROFIBUS—DP扩展从站模块EM277来满足电梯的运行，控制以及和上位机通讯的需要。同时备有一台上位机用于PLC

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的编程和上位机监控程序的编程。其中PLC已经和上位机之间已经用PROFIBUS总线相连接，也就是说经过设置及正确编程之后，上位机和PLC之间可以随时进行参数及控制信号的上传和下载，同时可以用上位机编程软件STEP 7—Micro/Win32的实时监控功能监控PLC程序的某个输入输出量的工作状况，这样有利于编程时候的调试和改正。要进行PLC编程就要了解电梯运行的原理，查清楚各个元器件的输入输出接点数目和各个信号之间的逻辑关系。输入点、输出点、内部标志位、定时器、计数器安排见附录二。

3.2 主电路及其电源电路设计

3.2.1 主电路设计

在电梯实验装置中，设置了一个启动按钮SB2和一个停止按钮SB1，按下SB2按钮，接触器线圈得电，其常开触点KM闭合，接通主电路，并实现自保。SB1是常闭停止开关，按下SB1按钮，接触器线圈断电，退出自保，接触器失电，其常开触点KM断开，导致主电路断开。该设计的主电路如图3.3所示。

图中，AC220V通过空气开关、接触器给变频器供电，驱动变频器工作，变频器在PLC输出的方向使能信号和速度信号的控制下输出一个三相交流电源，给交流电机供电，驱动交流电机带动轿厢升降。

从图3.3中还可看到，主电路中主要用到三种电源：AC220V、DC24V和DC5V。电源为系统正常工作提供动力，只有电源正常工作，系统才能安全可靠的运行。以下讲解这三种电源的设计过程： 3.2.2 AC220V电源设计

AC220V的供电对象是曳引电动机、变频器、220/30V变压器、220/9V变压器。其电路图如图3.4所示：

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

图3.3 电梯系统主电路图

图3.4 交流220V电源

图中相应元器件的选择如下：

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

SB1、SB2：LA39(Ui：AC660V) KM： JZT(Ui：220V) KK： DZ47- 60(Ui：660) 3.2.3 DC24V电源设计

直流24V的供电对象为PLC和继电器。其组成框图如图3.5所示。

图3.5 直流电源的组成框图

1.桥式整流部分

该部分的功能是将交流电转换为单相直流电，如图3.6。

图3.6 桥式整流电路

输出电压平均值： U0?1?2U2Sin(?t)d(t)?0.9U2 （3.1） ?0π其中U2为变压器次级电压；S为脉动系数 S≈0.67。 元器件选择：

变压器：220/30V 0.83A 整流二极管：IN540DC

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第四章 系统的软件设计实现

开始 组合信号 N

下行程且到达一层 Y

置下行程为假 N 上行程且到达四层 Y 置上行程为假 N 无行程信号 Y

N 当前为上行程 Y N Y N 仍非上行 Y N 将下行 输出上行信号 将上行 置为默认上行程 Y

结束 输出下行信号

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第四章 系统的软件设计实现

图4.4 判断行程zhzhxch（）过程流程图

号，电梯转向反向上行程时，才能响应下呼梯信号。总之，如表4.1、表4.2所描述，呼梯信号的响应具有行程性，电梯在一特定的行程中应只响应本行程的呼梯与选层信号。

2、上行、下行的判断与响应地位并不是相同的，其中，在本无行程方向的情况下，上行优先。所以，在上下行判断之前，加了一段语句，其意义在于在本无行程方向的情况下，将原行程方向置为上行。这样，由于本过程的上下文相关性，在本无行程方向的情况下，我们将默认行程方向设为上行程。

除了以上与willting（）过程的两点不同外，zhzhxch（）过程还有几点需要注意：

1、 上述代码可见，除了上行行程和下行行程外，由zhzhxch（）过程还可判断出一种情况，就是zhzhshx=false and zhzhxx=false，也就是说，既不是上行状态，也不是下行状态，这代表此时其它层的选层、呼梯信号均已响应完，只剩本层的呼梯信号，对其处理详见zhzhyx（）过程。

2、 在电梯轿箱运行至第一层或第四层而此时又无反向的呼梯信号使其行程自动反向时，应通过程序使其行程反向，这一过程在代码中亦可看到，此处不再详述。 3、 zhzhxch（）过程用来判断行程，同时，它也担负着向下位机输出行程信号的任务。也就是说，每调用一次该过程，判断出一个行程信号，同时，上位机都会将这个信号输出给下位机，这也是控制电梯正常运行所需五个控制信号中的两个。下面我们仍将以列表的形式将上行和下行的情况罗列出来。

表 4.2 上下行程情况判断调度表

上行 原为上行程 一层平层 二层上呼梯 二层选层 三层上呼梯 三层选层 四层呼梯 四层选层 原不为上行程 四层平层 三层下呼梯 三层选层 二层下呼梯 二层选层 一层呼梯 一层选层 下行

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原为上行程 二层平层 三层上呼梯 三层选层 四层呼梯 四层选层 原为上行程 三层平层 四层呼梯 四层选层 原为上行程 一层平层 二层无上呼梯 二层无选层 三层无上呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 二层下呼梯或三层下呼梯 原为上行程 二层平层 三层无上呼梯 三层下呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 原不为上行程 三层平层 二层下呼梯 二层选层 一层呼梯 一层选层 原不为上行程 二层平层 一层呼梯 一层选层 原不为上行程 四层平层 三层无下呼梯 三层无选层 二层无下呼梯 二层无选层 一层无呼梯 一层无选层 二层上呼梯或三层上呼梯 原不为上行程 三层平层 二层无下呼梯 二层上呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 下面，我们将讲述上位机调度程序中最核心的一个过程zhzhyx（）。我对这个过程的要求就是，它要能封装所有的调度判断程序，以至于在每次要进行调度判断时，只要调用执行该过程即可。根据以上条件，就要求我们把所有的调度程序都集成在这个过程里。所以，该过程是调度程序的主入口，在每一个需要运行调度程序的地方，都会调用这个过程。

如4.1.2节调度过程分析中所提到的那样，我们上位机在接收到呼梯、选层信号时要进行登记；在电梯检测到减速干簧片信号并传送到上位机时，调度程序要能判断出在即将到来的平层处是否需要停车，并适时地向下位机发出减速信号；在电梯检测到平层干簧片信号并传送到上位机时，调度程序还要能根据现在

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第四章 系统的软件设计实现

的呼梯、选层信号判断出下一步的运行方式，并适时地向下位机发出加速或停车信号。所以，这个zhzhyx（）过程在收到呼梯、选层、减速、平层等信号时都要被调用，过程中对于这些情况都要予以响应。

前面两个过程willting（）、zhzhxch（）都是在这个过程中被调用的。在zhzhxch（）过程的讲解中已提到，每调用一次zhzhxch（）过程，判断出一个行程信号，上位机都会将该信号发送给下位机，这就为电梯运行提供了五个控制信号中的两个，其它的三个控制信号：加速、减速、停车信号，就由此过程触发。

zhzhxch（）过程对四个平层信号及三个减速信号都有相应的响应过程，进入zhzhxch（）后，程序将根据不同的标志变量值进入响应分支。在这里，我只挑其中比较典型的二层平层和二、三层间减速信号的响应分支来进行讲解。下面是二层平层响应分支的流程图及讲解：

N

二层平层 开始 Y N

N Y

由选呼信号激发 是一个信号串的初始 Y Y 本层信号 N

结束 图4.5二层平层时一个信号串初始且由选呼信号激发该过程调用的分支的流程图

退出整个调度过程 输出加速信号 信号复位

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N

N Y

开始 二层平层 二层需停车 Y

输出停车信号 N Y

N 下行程 Y

结束 退出整个调度过程 相应变量设置 相应变量设置 上行程

图4.6 二层平层时需要停车的分支的流程图

就接收到二层平层信号时调度响应过程来说，它其中也是根据标志变量的值进入不同的并行分支（如上所列的几个流程图所示），要注意的是，由于本电梯运行调度的具体特点，这里的分支也大多是并行分支。仔细观察的话，可以看到在每一小分支的结束位置大都有一个‘Exit Sub’语句，表示程序运行完这一小分支后，将跳出整个zhzhyx（）过程。

注意，在这里，我自己建立了一个选呼信号串的概念，指的是响应完前的一串信号，如果一个信号响应完后，经检查这时已无其它选呼信号的话，就说存在

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