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基于PLC的电梯控制系统设计与仿真 开题报告

文章来源:www.biyezuopin.vip   发布者:毕业作品网站  

科毕业设计(论文)开题报告

学院:电力学院                              专业:电气工程及其自动化

毕业设计(论文)题目

基于PLC的电梯控制系统设计与仿真

学生姓名

班级

电气2101班

学号

研究目的和意义:

目的:电梯是一个复杂的系统,目前,可编程序控制器(PLC)和部分重要的电器元件组成的电梯运行控制系统正在飞速的发展。由 PLC和电气元件组成的控制系统,它的优点在于可靠性高、维修方便、编程简单、可以完成较为特殊的控制任务,它正在成为控制电梯的重要研究方向。为了让乘客乘坐电梯更加舒适,研究PLC 对电梯的控制还是很有必要的。本次设计主要设计三层电梯的控制系统利用PLC 的逻辑开关功能,通过 PLC 来控制电梯的开关门、楼层显示、定向、超载报警起动加速和制动停车等模块。这些都要对电梯的性能进行分析研究,来确定输入输出口,从而选择PLC的具体型号,再分配I/O口,并编辑对应的程序和对电梯的控制,最后再检验程序并应用,从而实现PLC控制电梯的目的。

意义:基于PLC的电梯控制系统设计具有多方面重要意义。首先对于安全性而言,PLC能迅速处理电梯各类传感器信号,如电梯门的开关与电梯超载信号,遇到异常立即停止,保护乘客安全。其次PLC的可靠性高,硬件抗干扰强,软件可以设计复杂的控制逻辑,以便对于复杂环境可以稳定运行、降低故障发生,保障电梯正常运作。在运行效率方面,PLC 通过轿厢位置与乘客呼叫,优化运行路径,减等待时间,提升电梯使用率。最后在灵活性上,可以通过随时修改 PLC 程序,来轻松调整电梯功能,如增加楼层、变换电梯速度或修改逻辑,来适配各种建筑功能变动与特殊需求,极具实用价值。

相关国内外研究现状(文献综述):

国内:国内基于PLC的电梯控制系统设计与仿真研究已取得了较为丰富的成果,以下是一些主要的研究现状:

(1)控制系统设计方面

硬件选型与电路设计:研究人员根据不同的电梯需求,对PLC型号进行了多样化的选择。如三菱FX2N、FX3U系列PLC以及西门子S7-200、S7-1200系列PLC等在电梯控制系统中都得到了广泛应用。

控制程序设计:普遍采用模块化编程思想,将电梯控制程序划分为开关门控制、楼层显示、内呼外呼信号处理、电梯运行方向控制、启动加速和稳定运行、制动减速等多个功能模块。

(2)系统仿真研究方面

组态软件应用:组态王、MCGS等组态软件被广泛用于开发电梯监控系统仿真界面,通过变量定义、动画连接以及命令语言编写,实现对电梯运行状态的实时监控和可视化展示。

仿真算法研究:在电梯运行调度算法方面,研究人员对分区控制算法、最短时间算法等进行了深入研究,并提出了一些改进和优化措施。

(3)系统功能扩展方面

智能化功能集成:一些研究将电梯控制系统与智能大厦的其他系统进行集成,实现了电梯与消防、保安、楼宇设备控制等系统的交互联系,提高了电梯的智能化水平和安全性。

群控系统研究:随着高层建筑中电梯数量的增加,群控电梯系统的设计与研究成为热点。通过对多部电梯的集中控制和合理调度,缩短了乘客的平均等待时间,提高了电梯的运行效率。

国外:在国外,基于PLC的电梯控制系统设计与仿真的研究则处于较为先进的水平。

(1)首先在控制系统设计方面,许多知名电梯厂商投入大量资源进行研发。例如,奥的斯(OTIS)、迅达(Schindler)等公司在其高端电梯产品中利用PLC实现复杂且精准的控制逻辑。这些公司会根据不同的建筑用途和客流量,定制基于PLC的高效控制方案。像在超高层建筑的电梯控制系统中,能够结合高速电梯的特点,运用PLC精确控制电梯的加速、匀速、减速阶段,确保乘坐的舒适性和安全性。

(2)其次在系统仿真上,国外研究侧重于使用高精度的仿真模型来模拟电梯的真实运行环境。利用先进的软件工具,如Simulink等多领域物理系统建模工具,对电梯机械系统和电气控制系统进行联合建模。这样可以对电梯的动力学特性、控制系统的响应特性进行深入分析,为优化电梯性能提供精确的数据支持。

(3)最后在智能控制和优化算法方面,国外研究也比较领先。对于电梯群控系统,采用人工智能算法和复杂的数学模型,如遗传算法、模糊控制算法等,来实现多部电梯的高效调度。例如,通过对不同时段客流量的统计分析,动态调整电梯的停靠策略,有效减少乘客等待时间,提高电梯的整体运输能力。同时,在电梯与建筑物内其他系统的集成方面,如与建筑自动化系统(BAS)的融合,能够更好地实现能源管理和安全控制,使电梯成为智能建筑的有机组成部分。

国内外研究参考文献:

[1] 西门子(中国)有限公司SIMATIC S-200 可编程序控制器系统西门子手册

[2] 刘璐 基于PLC的电梯控制系统的设计与仿真[J].数码世界2016-09-01

[3] 袁冲 孙亮波 智能电梯群控制系统的优化设计与仿真[J].工业控制计算机2023-06-25

[4] 吴淑娟 基于PLC与HMI的实验室仿真电梯控制系统设计[J].鄂州大学学报2021-07-15

[5] 杨昊航 基于PLC的智能电梯控制系统设计[J].吉林建筑大学2023-06-01

[6] 李金明 基于PLC的电梯管理控制系统设计与实现[D].吉林大学 2019-01-15

[7] 刘建洋 万梅芳 基于西门子S7-1200 PLC的电梯电气控制系统设计[J].自动化应用2024-08-25

[8] 王瀚泽 位长飞 张飞 基于PLC和MCGS的智能双开门电梯的控制系统设计[J].中国电梯 2022-08-15

[9] 李辉 基于PLC的电梯安全保护控制系统设计[J].机电工程技术 2021-11-20

[10] 梁宏 基于PLC的电梯控制系统的设计与研究[J].自动化应用 2019-05-25

[11] 解伟 陈雷 四层电梯模型PLC控制系统设计及分析[J].工业控制计算机 2019-03-25

[12] 姜东明 基于PLC的电梯控制系统设计与实现[J].电声技术2019-02-05

研究主要内容及方法:

研究内容:

PLC 硬件系统设计:

(1)PLC选型:根据电梯的功能需求(如楼层数、速度、载重量等)、控制精度要求以及其他方面,综合考虑选择合适型号的 PLC,采用西门子S7 - 1200系列或三菱 FX3U系列PLC较为适用;

(2)输入输出模块配置:确定 PLC 所需的输入输出点数,配置相应的输入输出模块。输入信号包括电梯内呼按钮、外呼按钮、楼层传感器、门传感器、超载传感器等;输出信号则用于控制电梯电机的启停与速度调节、轿厢门的开闭、楼层显示等。

(3)硬件电路设计:设计 PLC 与外部设备(如传感器、电机驱动器、接触器等)之间的硬件连接电路,包括电源电路、信号调理电路等,确保信号的稳定传输与正确处理。

电梯控制系统的设计,其主要包括:

(1)电梯钥匙功能:电梯钥匙是整个电梯工作的总开关;

(2)楼层呼梯与指示:三层电梯外部总共四种运行方式,分别是三层下行、二层上行、二层下行、一层上行。将他们向右拨动,开关为瞬动状态,开关打开时对应的指示灯对应点亮。直到电梯抵达相对楼层时,指示灯关闭;

(3)轿厢指令与指示:三层电梯内部总共三种运行方式,分别是轿厢1楼层按钮、轿厢2楼层按钮、轿厢3楼层按钮;

(4)关门指令:当瞬时触发执行关门指令,相应的指示灯亮,输入控制器结束开门操作传感器,门关闭的位置传感器表示门已经关闭,具有防夹手功能;

(5)开门指令当:瞬时触发执行开门指令,相应的指示灯亮,输入控制器结束关门操作传感器,开打开的位置传感器表示门已经打开。

研究方法:

(1)系统总体设计

基于 PLC 的电梯控制系统视为一个整体,对其进行全面的系统分析。从输入(如乘客呼叫信号、传感器检测信号)、处理(PLC 对信号的逻辑运算与控制)到输出(如电机动作、楼层显示)各个环节进行详细剖析,确定系统的边界和内部组成要素。分析各要素之间的相互关系和相互作用,如 PLC 与传感器之间的信号传递关系、控制程序中不同功能模块之间的协同工作关系等。通过系统分析,绘制系统的功能结构图、数据流程图等,从整体上把握电梯控制系统的运行机制和逻辑架构,有助于发现系统设计中的薄弱环节,为系统的优化和完善提供依据。

(2)系统电气接线原理图的设计

设计 PLC 与外部设备(如传感器、电动机、接触器等)之间的硬件连接电路,包括电源电路、信号调理电路等,确保信号的稳定传输与正确处理。

(3)查阅相关文献

全面查阅国内外相关的学术文献、技术报告、专利文档以及行业标准等资料。了解电梯控制系统的发展历程、研究现状以及 PLC 在其中的应用情况。以及西门子可编程控制器系统手册及其相关的PLC教材和资料,熟悉西门子编程软件。

(4)PLC控制软件设计

确定 PLC 所需的输入输出点数,配置相应的输入输出模块。输入信号包括电梯内呼按钮、外呼按钮、楼层传感器、门传感器、超载传感器;输出信号则用于控制电梯电机的启停与速度调节、轿厢门的开闭、楼层显示。最后设计出软件功能模块图,PLC输入输出(I/O)接线图,PLC的I/O 地址分配表,PLC顺序功能控制图以及PLC梯形图控制程序,最终进行仿真,发现系统中存在的问题并且进行完善。

指导教师意见:

指导教师签字:

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