电梯控制系统设计

东北石油大学

课程设计

2015年8 月7日

东北石油大学课程设计任务书

课程控制系统综合实验

题目电梯控制系统设计

专业自动化姓名李阳学号9

主要内容：

1、熟练掌握应用；

2、掌握组态软件的点组态，硬件组态，报表设计格式和历史数据分析等功能；

3、理解控制系统组态的基本思想。

基本要求：

（1）根据实验室所提供的紫金桥组态软件和设备，设计并描绘联合站控制系统。最后运用软件模拟出联合站流程。

（2）设计联合站控制系统的原理图。

（3）在整个课程设计中，要学会用紫金桥设计软件的使用方法与特点。

参考资料：

[1]张文明，刘志军.组态软件控制技术[M].北方交通大学出版社，2006.8.

[2]龚运新，方立有.工业组态软件使用技术[M].清华大学出版社，2005.

[3]刘志峰，张军.工控组态软件实例教程[M].电子工业出版社，2008.2

[4]薛迎成，何坚强.工控机与组态控制技术原理与应用[M].中国电力出版社，2007.2

[5]龙志文.工控组态软件[M].重庆大学出版社，2005.10

[6]张运刚，宋小春.工控组态技术与应用[M].人民邮电出版社，2008.5

完成期限2015.7.27——2015.8.7

指导教师

专业负责人

2015年7 月2 日

目录

第1章电梯控制系统工艺分析 .............................. 错误!未指定书签。

1.1系统工艺流程.......................................... 错误!未指定书签。

1.2控制系统组成.......................................... 错误!未指定书签。第2章电梯控制系统设计 .................................. 错误!未指定书签。

2.1 电梯控制系统仪表的选择 ............................... 错误!未指定书签。

2.2 电梯控制系统传感器的选型 ............................. 错误!未指定书签。

2.3 电梯控制系统方案分析 ................................. 错误!未指定书签。第3章基于紫金桥的电梯控制系统监控程序设计 .............. 错误!未指定书签。

3.1 控制系统的流程 ....................................... 错误!未指定书签。

3.2 趋势界面 ............................................. 错误!未指定书签。

3.3 仪表界面 ............................................. 错误!未指定书签。第4章体会与总结 ........................................ 错误!未指定书签。参考文献 ................................................. 错误!未指定书签。

第1章电梯控制系统工艺分析

1.1系统工艺流程

电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。

具体设计要求为根据实验室所提供的紫金桥组态软件和设备，设计并描绘联合站控制系统。最后运用软件模拟出联合站流程。采用一只电机来控制电梯的运动方向。采用传感器检测楼层与装载物的重量，通过语音芯片实现报警。另外还需用到键盘与显示。

总流程图如图1-1

图1-1 总流程图

1.2控制系统组成

该系统主要由，逻辑控制电路，包括交流异步电动机，继电器，接触器，行程开关，按钮，发光指示器，变频器组成的一体控制系统。

电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、、变频器、调速系统构成，变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由完成的。负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接旋转编码器与卡，完成速度检测与反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。

随着社会的不断发展，楼房越来越高，而电梯则成了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯，为高层运输做出了不可磨灭的贡献。单片机在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于单片机具有逻辑运算，计数和定时以与数据输入输出的功能，在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与单片机很好的结合，很好的实现了对升降的控制。

而电梯系统可分为以下几类：

1、轿内手柄开关控制的电梯电气控制系统。

2、轿内按钮开关控制的电梯电气控制系统。

3、轿外按钮开关控制的电梯电气控制系统。

4、轿内外按钮开关控制的电梯电气控制系统。

5、信号控制的电梯电气控制系统。

6、集选控制的电梯电气控制系统。

7、两台并联控制的电梯电气控制系统。

8、群控电梯电气控制系统。

电梯的功能分类为：

1、载货电梯的电气控制系统。

2、杂物电梯的电气控制系统。

3、乘客电梯、住宅电梯、病床电梯的电气控制系统。

第2章电梯控制系统设计2.1 电梯控制系统仪表的选择

系统各模块的最终方案如下：

控制器：采用两片单片机89C52组成的双控制系统；

电机：采用一只四相八拍步进电机；

电机驱动：采用一片16V8和一片L298；

楼层检测：采用一个霍尔传感器；

语音模块：采用一片2560；

键盘：采用7279智能显示驱动芯片；

显示：采用数码管和液晶显示屏（）结合显示；

图2-1 仪表的选择

图2-2 按钮的选择

2.2 电梯控制系统传感器的选型

在本设计中，需要用到传感器的有两个部分，即楼层检测与称重模块。传感器检测主要有如下几种方案。

（1）楼层检测部分

方案一：采用光电传感器。在电梯模型的每一平层位置贴上黑胶带，在电梯桥箱模型上放置光电传感器，并保证当电梯到达平层位置时光电传感器能检测到黑线。其原理方框图如图1-2-6所示。光电传感器检测进来输出的是一个电压信号，需要经过一个过压比较器转换为开关信号，在送到单片机。所以其电路相对而言比较复杂，而且平层误差较大。

光电传感器

输出电

压信号

过压比较器

输出开

关信号

单片机

图1-2-6 光电传感器检测楼层方框图

图2-3 光电传感器检测楼层方框图

方案二：采用霍尔传感器。霍尔传感器输出的是一个开关信号，所以它的电路非常简单，不需要任何外围器件，可以将其检测的信号直接送给单片机。经过多次试验，其平层误差较小，实现起来比较方便。

基于以上考虑，在本设计中产用方案二。

（2）称重模块

在该模块中因为要求桥箱模型能够加载0～500g的重物，所以在此选用量程为1的

称重传感器。

（3）语音部分方案的选择与论证

方案一：采用蜂鸣器实现语音报警部分。其电路非常简单，但其发出的声音非常单调，实现起来并不是很理想。

方案二：采用语音芯片2560，它具有抗断电、音质好，使用方便，无须专用的开发系统等优点。录音时间为60 s，能重复录放达10万次。芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，省去了、转换器。每个采样值直接存储在片内单个单元中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”，该器件的采样频率为8.0。

综上所述，为了能够更好的再现真实、自然的语音，所以在此选用方案二。

图2-4传感器选择

2.3 电梯控制系统方案分析

方案一：采用（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。具体的电路方框图如图2-5所示。由于将所有器件集成在一块芯片上，所以外围电路较少，控制板的体积小，稳定性高，扩展性能好；而且采用并行的输入输出方式，系统处理速度快，再加上有方便的开发环境和丰富的开发工具等资源可利用，易于调试；但是的成本偏高，而且由于本设计对输出处理的速度要求不高，所以高速处理的优势得不到充分体现。

方案二：采用单片机89C52作为系统的控制器。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程来实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积

小、技术熟练和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

基于以上分析，采用方案二。其单片机控制系统的方框图如图2-6所示。

图1-2-1 以FPGA为核心的控制系统的方框图图1-2-2 单片机控制系统的方框图图2-5 以为核心的控制系统方框图图2-6以单片机为核心的控制系统方框图

驱动电机的选择与论证

方案一：采用直流电机作为执行元件。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、

方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、

制动和反转；能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。直流电机一般采用

H型全桥驱动电路。用单片机产生调速信号控制达林顿管，使之工作在占空比可调的开关状态。直流电机工作在开环状态时，电路相对简单，但其定位性能比较差。直流电机工作在闭环状态时，其定位性能精确，但是相对于开环状态又要增加很多检测器件，使用的元件多，电路非常复杂。

方案二：采用步进电机作为执行单元。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线

位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号

的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个

步距角。因此，步进电机具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态

转距值，就能立即使步进电机启动或反转，而且步进电机的转换精度高，驱动电路简单，

非常适合定位控制系统。

基于以上分析，采用步进电机作为系统的传动装置。

步进电机驱动电路的选择与论证

步进电机驱动是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，即控制系统

每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一个步距角。关于步进电机的驱动有

以下几种方案。

方案一：采用与步进电机相匹配的成品驱动装置。使用该方法实现步进电机驱动，

其优点是工作可靠，节省制作和调试的时间，但成本很高。其原理方框图如图2-7所示。

输出一定频输出位图1-2-3 采用成品驱动器的原理方框图

图2-7 采用成品驱动器的原理方框图

方案二：采用互补硅功率达林顿晶体管142T 实现步进电机的驱动，采用该方法实现步进电机驱动，电路连接比较简单，工作相对也比较可靠，成本低廉，技术成熟。此外，为提高电路的抗干扰能力，驱动电路与单片机接口可通过光耦元件连接。该方法的原理方框图如图2-8所示。其优点是直接利用电压控制，反应延迟短，稳定性好，由于工作在饱和状态，因此效率很高。不足之处是由于使用分立元件，安装调试和维护相对麻烦，控制不当时管容易烧毁，且管子参数不一致，导致驱动电流的不对称性，影响了控制精度。

输入脉输出位图1-2-4 采用TIP142T 实现步进电机驱动的原理方框图

2-8采用142T 实现步进电机驱动的原理方框图

方案三：采用可编程器件16V8和集成电机驱动芯片L298。通过可编程器件实现脉冲分配。可采用语言按照给定的通电换相顺序实现脉冲分配，并向驱动电路发出控制脉冲。该方案的一个显著特点就是采用软硬件结合的方法，大大减轻了的负担，只有向发出两个控制信号就可实现对电机的控制。另一个特点就是电路简单，除了保护电路之外不需外加任何元件，只需两片芯片即可。除此之外其驱动电流比较大。其实现的原理方框图如图2-9所示。

输入脉

输出位图1-2-5 采用GAL16V8和L298共同组成的电机驱动电路的原理方框图

图2-9 采用16V8和L298共同组成的电机驱动电路原理方框图

基于以上分析，考虑到要驱动的电机瞬时电流较大以与电路的复杂程度，在此采用方案三实现电机驱动。

第3章基于紫金桥的电梯控制系统监控程序设计

3.1 控制系统的流程

紫金桥软件仿真在各种领域中都被广泛使用。在为武器系统研制作战训练和工业过程服务的同时，紫金桥软件仿真技术的应用正不断向交通、教育、通讯、社会、经济、娱乐等多个领域扩展。近年来，国内研制了能够表述交通流特征和交通流质量的交通紫金桥仿真软件平台，可以对交通规划、交通控制设计、交通工程建设方案等进行预评估。电梯流程图如图3-1所示。

图3-1 控制系统流程图

系统主要功能：通过紫金桥软件平台把各个子系统有机集成，系统主要完成下列功能：管理各子系统：可以在弱电、视频等系统中无缝切换，各个系统实现联动。如火警信息可以和电梯、空调、大厦广播等系统联动。流程图显示功能：以动画形式显示各设备的运行情况，如空调机组、停车场车位、电梯运行状态等。根据用户要求设计个性化界面，可以直观、方便地对大厦内各子系统实施监视、控制和管理。场景逼真、鼠标控制、操作简单。实时、历史数据管理功能：采集各子系统的实时数据，进行数据的显示、存储;对所有的历史数据/实时数据可以灵活查询、统计、输出与打印，可按设备、楼层、功能等进行分类记录和存储，同时也可以按时间区间、设备类别、楼层、功能进行分类统计和打印。报警管理：紫金桥软件支持各类报警系统，包括限值报警、偏差报警等，而且支持不同的优先级别。报警可以以声音、动画、打印、邮件、短信等多种方式警示相关人员，以便进行相应的操作。趋势分析：根据实时历史数据库，可以对用电量、空调机组运行情况等进行分析，以形成最优控制方案，达到节能目的。

3.2 趋势界面

选择工程浏览器中的数据库，双击点组态进行点组态如图3-2。

图3-2点组态画面

电梯控制系统框图如图3-3所示

图3-3控制系统框图

电梯拖动与控制系统：电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程。用于电梯的拖动系统主要有：单、双速交流电动机拖动系统，交流电动机定子调压调速拖动系统，直流发电机一电动机可控硅励磁拖动系统，可控硅直接供电拖动系统，变频变压调速拖动系统。

1.液压驱动式