私立大学排名-私立大学排名
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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：机电拓梦者队
参赛学校名称：
北京联合大学
2015
年
8
月
20
日
可编辑
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一、方案设计依据、范围及相关标准
可编辑
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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
< p>
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。< p>
1.3
设计遵循的标准及规范
< br>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。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。<
/p>
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< /p>
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
.
可编辑
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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，层门联
< br>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。
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，须优先响应，保持电梯门打开；当电梯平层开门后，延时关
可编辑
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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
< /p>
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
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
< p>
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
< /p>
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。
可编辑
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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
可编辑
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曳引电动机
引导轮
上端站第二限位
< br>上端站第一限位
上平层传感器
下平层传感器
6
5
4
3
< br>2
1
轿厢
轿厢
轿厢关门到位
轿厢门驱动电机
轿厢开门到位
下端站第一限位
下端站第二限位
< br>
图
2
电梯模型原理示意图
图
3
交流双速拖动系统
可编辑
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-----------------
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< /p>
89
个数字量输入，
95
个数字量输出。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
呼梯信号
控制信号
启动信号
合计
变量说明
1-6
层站轿内指令登记按钮
1-5
层站上行呼叫按钮
2-6
层站下行呼叫按钮
轿厢内开门按钮
轿厢内关门按钮
开门到位
关门到位
红外光幕信号
超重感应器
轿门锁开关
1-6
层站门锁开关
上平层传感器
下平层传感器
上端站强迫换速开关（第一限位）
下端站强迫换速开关
上端站越位控制开关（第二限位）
下端站越位控制开关
检修开关
自动运行信号
表
2
数字量输出信号
数量
18
5
5
3
3
3
3
3
3
3
18
3
3
3
3
3
3
3
1
89
分类
内选、外召唤指示信号
层楼信号显示
控制信号
变量说明
1-6
层站轿内指令登记灯
1-5
层站上行呼叫按钮登记灯
2-6
层站上行呼叫按钮登记灯
七段数码管输出信号
上行指示信号
下行指示信号
曳引电机启动信号
上行方向接触器
下行方向接触器
开门继电器
关门继电器
电梯高速运行
电梯低速运行
可编辑
数量
18
5
5
21
3
3
3
3
3
3
3
3
3
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-----------------
启动信号
合计
一级制动减速接触器
二级制动减速接触器
三级制动减速接触器
故障指示灯
轿内照明
风扇
准备就绪信号
3
3
3
3
3
3
1
95
可编辑
< /p>
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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
可编辑
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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。
Y
N
图
4
控制逻辑流程图
是否处于上行
N
是否处于下行
Y
执行运行程序段
是否复位
开始
N
电梯复位程序
Y
执行程序
段
N
是否开关门
N
Y
是否空闲
上行召唤？
N
上行指示
N
下
行
召
N
下行指示
N
Y
开关门程序
N
Y
执行运行程序段
结束
可编辑
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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。
同向截车，如
1< /p>
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。
信号登记
电梯所处位置
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。
可编辑
最远换向
欲往楼层
（
轿内
）
站外呼梯
上行驱动
比较
下行驱动
开门
/
关门控制
同向截车
停
层信
号
到
Y
停层
Y
开门
开门到
位？
Y
开
门
延
时
N
Y
响
应
信
号
开
门
到
位？
有
红
外
信
号？
延
时
2
秒
有
红
外
信
号
？
关门
-
------------
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-----------------
图
6
开关门逻辑简图
3.2.4
电梯开机控制
:
< p>
开机按钮打开，
检测有无故障报警，
若有则停车直接复位至
1
楼检修；
若无故障时接受信号运行电梯，
若无信
号则进入休眠状态，等待信号后运电梯。
运行
Y
有无指示
信号
N
休眠
有
信
号
有
无
故
障
N
Y
停车
关
照
明
风
扇
开
机
信
图
7
关机控制流程图
3.2.5
电梯关机控制
：
< /p>
当按下关机按钮，先监测电梯是否在执行程序，如是在运行则运行完当前程序动作再停车复
位至一楼
后断电；若电梯不在运行则直接复位至
1
楼后断 电。
可编辑
关机信号
电
梯
是
否在
1
楼
Y
执行完当前
程序
N
-------------
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-------- ---------
图
8
开机控制流程图
3.2.6
数码显示控制原理
由于给定的数码管输出数量为
7
个。
6
层电梯楼层 显示可以用
PLC
直接驱动（
a~g
）
< p>7段数码管进
行显示楼层。需要
7
（
Q6.0~Q6.6)
点输出继电器，采用共阴极接线。如下图所示，在
1
楼时
1
楼限位记
忆继电器
M1.1=1,
显示数字为
1
即
b,c.
笔画亮，
表示轿厢所处位置在
1
楼。
在
2
楼时限位记忆继电器
M1.2
< p>显示数字为
2
即
a,b,d,e,g
笔画亮，表示轿厢所处位置在
2
楼，以此类推，
M1.1~1.6
楼层限位继电器可
以用数码管显示即
1~6
层电梯的数码显示即可实现
楼层
1
2
3
4
5
6
楼层记
忆
M1.1
M1.2
M1.3
M1.4
M1.5
M1.6
表
3
七段数码管笔画的数字显示
Q6.0
Q6.1
Q6.2
Q6.3
Q6.4
a
b
d
e
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
Q6.5
f
0
0
0
1
1
1
Q6.6
g
0
1
1
1
1
1
可编辑
-------------
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图
9--
位数码显示
< br>分析上表
3
及图
9
可得：
1
层显示：
b, c
为
1
，其余为
0
2
层显示：
a ,b, d ,e ,g
为
1
，其余为
0
3
层显示：
a ,b ,c ,d ,g
为
1
，其余为
0
4
层显示：
b ,c ,f ,g
为
1
，其余为
0
5
层显示：
a ,c ,d ,f ,g
为
1
，其余为
0
6
层显示：
a ,c ,d ,e ,f ,g
为
1
，其余为
0
Q6.0--a=M1.2+M1.3+M1.5+M1.6
Q6.1--b=M1.1+M1.2+M1.3+M1.4
Q6.2--c=M1.1+M1.3+M1.4+M1.5+M1.6
Q6.3--d=M1.2+M1.3+M1.5+M1.6
Q6.4--e=M1.2+M1.6
Q6.5--f=M1.4+M1.5+M1.6
Q6.6--g=M1.2+M1.3+M1.4+M1.5+M1.6
可编辑