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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:
参赛学校名称:
2015
年
6
月
28
日
一、方案设计依据、范围及相关标准
1
、方案设计依据
(
1
)全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛逻辑控制赛项高校组初赛赛题及初赛细则; p>
(
2
)六层电梯逻辑控制仿真及设备用户手 册等;
(
3
)
SIMATIC S7-1200
使用手册及产品目录。
2
、方案设计范围
本
逻辑控制功能包括:六层电梯的单部电梯基本功能(集选控制、开关门控制、错误指
令消
除、开门延时
/
关门保护、待载休眠),单部电梯运行(异常)状态监测(超载保 护、终
端越程保护、
开关门保护、
运行保护)
< p>,集群电梯的群控实现等。
并在
SIMATIC S7-1200 PLC
上完成控制算法组态及
SIMATIC WIN CC
上完成监控环境组态,
建立
PLC
和
WINCC
之间的
通讯连接。
方案设计相关标准
(1)GB/T
30560-2014
《电梯操作装置、信号及附件》;
(2)GB/T 30977-2014
《电梯对重和平衡重用空心导轨》;
(3)GB/T
24803.2-2013
《电梯安全要求
第
2
部分
:
满足电梯基本安全要求的安全参数》;
(4)GB 24803.1-2009
《电梯安全要求
第
1
部分
:
电梯基本安全要求》;
(5)GB/T
10058-2009
《电梯技术条件》;
(6)GB/T 24478-2009
《电梯曳引机》;
(7)GB/T
31200-2014
《电梯、自动扶梯和自动人行道乘用图形标志及其使用导则》;
(8)GB/T 24474-2009
《电梯乘运质量测量》;
(9)DB31/T
543-2011
《在用电梯运行能效评价及测试方法》;
(10)DB13/355-1998
《电梯安全技术检验》;
(11)DB50/T
539-2014
《曳引与强制驱动电梯自检规则》;
(12)DB32/T 2668-2014
《电梯应急救援规范》;
(13)DB32/T
2670-2014
《电梯安全技术评价规范》;
(14)DB62/T 2451-2014
《在用电梯安全评价规范》;
(15)KS
B6884-2001
《电梯用安全极限开关》。
二
、
系统分析
(包括甲方需求分析、对象特性分析、系统安全分析
等)
1
、甲方需求分析
(
1
)单部电梯基本功能
根据不同楼层客户需求,即时响应,实现自动平层、开关门、超重提示、实现上下限位,
层门联锁保护等,并根据不同的需求实现合理的响应。具体地,应包含但不限于如下功能:
1
)集选控制
集选控制
是指在信号控制的基础上把召唤信号集合起来进行有选择的应答。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操纵箱上的选层按钮信号,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指令信号后,停在最后一次运行的目
标层待
命。
2
)开关门控制
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,轿门自动打开。如果
< br>按住按钮不放,门保持打开。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。
3
)错误指令消除
当电梯到达
最远层站将要反向时,原来所有后方登记的指令全部消除。连按
2
次错误指
令的按钮,该等级的信号就被取消。
4
)开门延时
/
关门保护
无司机运行时,电梯到站自动开门后,延时若干时间自动关门。在关门过程中,当安装<
/p>
在轿厢门口的光电信号或机械保护装置探测到有人或物体在此区域时,立即重新开门。
p>
5
)待载休眠
电
梯无指令时或外登记超过一段时间后(此时间可通过参数调整)
,轿厢内照明、风扇自
< p>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
)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<
/p>
障情况下,制定相应的安全策略。具体地,应包含但不限于如下功能:
1
)超载保护
轿厢载荷超过设
定值时,电梯不响应沿途的层站召唤,按登记的轿内指令行使。电梯超
载时,轿内发出音
频或视频信号,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(该时间可设定)后,尚未使门锁闭合,电梯就会转换成开
门状态。
如果电梯在持续开门一段时间(时间可调整)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。
在非检修状态,电梯运行过程中,如果连续运行了运行时间限制器规定的时间后,其中
没
有平层开关动作过,系统就认为检测到钢丝绳打滑故障,所以就停止轿厢的一切运行,直
到断电复位或转到检修状态时,才能恢复正常运行。
(
3
)集群电梯的群控实现
< p>
针对多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。
2
、对象特性分析
在电梯
运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节,而舒适感又与加
速度直接
相关,对于电梯控制系统来说,由电动机的力矩方程式可知加速度的变化率反映了
系统动
态转距的变化。故在此段采用加速度的时间控制原则,当启动上升段速度达到稳态值
的<
/p>
90%
时,
将系统由加速度控制切换到速度控制,
因 为在稳速段,
速度为恒值控制波动较小,
加速度变化不大,且采用速度闭
环控制可以使稳态速度保持一定的精度,为制动段的精确平
层创造条件。其理想速度曲线
如附图。
图
1
理想速度曲线
在系统的制动段,既要对减速度进行必要的控制,以保证舒适感,又要严格地按电梯运
行的速度和距离的关系来控制,以保证平层的精度。在系统的转速降至
120r/min
之前,为了
使两者得到兼顾,采取以加速度对时间控制为主,同时根据在每一制
动距离上实际转速与理
论转速的偏差来修正加速度给定曲线的方法。
< /p>
电梯的运行是通过轿厢和楼层的输入信号及行程信号进行控制的。系统接收输入信号后
p>
输出一个信号来对电梯进行运行控制。由于输入信号是随机的,所以控制系统采用随机逻辑<
/p>
控制。当系统接收一个输入信号后,以逻辑控制为基础,根据电梯的运行状态对不同的输入
信号做出相应的反应来控制电梯的下一步运行。
3
、系统安全分析
目前电梯控
制主要由
PLC
(可编程逻辑控制器)实现,现代的电梯控制除了需要满足基 p>
本的载客运货功能,还需要在保证安全的前提下,自动地、智能地制定最优的响应策略、运<
/p>
行速度等。而近来网络上接二连三出现的电梯故障致人死亡的事故,更把人们的目光聚集在
了电梯的安全问题上。
电梯安全系统一般由机
械安全装置和电气安全装置两大部分组成,但是机械安全装置往
往也需要电气方面的配合
的联锁,
才能保证电梯安全运行。
梯的安全性除了在结构的合理性、
可靠性,电气控制和拖动的可靠性方面充分考虑外,还针对各种可能发生的危险,设置专门
的安全装置。
1
)防超越行程的保护
为防止
电梯由于控制方面的故障,轿厢超越顶层或底层端站继续运行,必须设置保护装
置以防止
发生严重的后果和结构损坏。防止越程的保护装置一般是由设在井道内上下端站附
近的强
迫换速开关、限位开关和极限开关组成。防止越程的保护装置只能防止在运行中控制
故障
造成的越程,若是由于曳引绳打滑、制动器失效或制动力不足造成轿厢越程,该保护装
置
无能为力。
2
)防超载运行保护
p>
电梯在运行时,能承受的重量是一定的,如果电梯超载运行,将会对乘客安全造成很大
的风险。所以在系统控制设定时,当电梯的承受重量达到一定值时,电梯将不会再对乘客的
p>
输入信号做出响应只执行原有指令,如果电梯的承受重量超过电梯所能承受的最大重量时,<
/p>
系统会发出超载信号,电梯将不会启动并发出警报,直到重量恢复到范围内才能继续运行。
3
)层门、轿门门锁电气联锁保护
< /p>
确保门不可靠关闭电梯不能运行。电梯在运行时为了保证乘客安全,系统不允许在门区
p>
外开门,防止乘客在电梯运行时因出轿厢范围而发生意外。在电梯运行时如果平层信号一直<
/p>
没有动作过,则不能反映外界的输出响应,此时系统将默认为钢丝绳打滑故障,所以电梯不
能继续运行,需要断电复位或者转到检修状态时,电梯才能恢复正常运行。保证门在关闭
过
程中不会夹伤乘客或货物,关门受阻时,保持门处于开启状态。
4
)报警和救援装置
电梯发生
人员被困在轿厢内时,通过报警或通信装置应能将情况及时通知管理人员并通
过救援装置
将人员安全救出轿厢。
报警装置:电梯必须安装应急照明和报警装置,并由应急电源供电。
< /p>
救援装置:电梯困人的救援以往主要采用自救的方法,即轿厢内的操纵人员从上部安全
p>
窗爬上轿顶将层门打开。随着电梯的发展,无人员操纵的电梯广泛使用,再采用自救的方法<
/p>
不但十分危险而且几乎不可能。因此现在电梯从设计上就确定了救援必须从外部进行。救援
装置包括曳引机的紧急手动操作装置和层门的人工开锁装置。
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