电梯群控的iFIX监控设计

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南 阳 理 工 学 院

本科生毕业设计(论文)

学 院:电子与电气工程学院

专 业: 自动化

学 生: 郑帆君

指导教师 : 黄奇瑞

完成日期 2013 年 5 月

南阳理工学院本科生毕业设计(论文)

电梯群控的iFIX监控设计

Elevator Group Control System Based on iFIX

总 计: 37 页

表 格: 4 个

插 图: 29 幅

南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计(论文)

电梯群控的iFIX监控设计

Elevator Group Control System Based on iFIX

学 院: 电子与电气工程学院

专 业: 自动化

学 生 姓 名: 郑帆君

学 号: 1109624042

指 导 教 师(职称): 黄奇瑞(讲师)

评 阅 教 师:

完 成 日 期:

南阳理工学院

Nanyang Institute of Technology

电梯群控的iFIX监控设计

自动化专业 郑帆君

[摘 要] 随着现代高层建筑和智能化的不断涌现,人们对电梯提出了越来越高的要求,单部电梯已满足不了人们上下通行的需要。这时就要多台电梯来缓解单部电梯的压力,以此来提高效率。为了确保运行安全,需要对电梯进行实时监控。本设计以GE-PAC为控制器,GE-iFIX为组态监控,通过GE9驱动读取PAC工程中的数据,并将数据送给数据库,建立监控画面和数据标签,进行动画连接,以实现对多部电梯的运行状态实时监控和故障诊断。运行结果表明,所设计的系统能对三部电梯进行实时监控。

[关键词] 电梯群控;iFIX监控;实时监控;故障诊断

Elevator Group Control System Based on iFIX

Automation Specialty ZHENG Fan-jun

Abstract: In recent years, people have more and more requirements for elevator due to the increasing of the multilayer and intellectualized buildings. The single elevator can’t meet people’s up-and-down traffic need yet. It needs several elevators working assembly to relieve the working pressure of a single elevator. To ensure safety, the elevator’s status needs to be monitored. This design uses GE-PAC for controller, and GE-iFIX configuration software,and it reads data from the PAC engineering by GE9 drive. The data is sent to the database. At the same time, users build monitor picture and data tags for carrying out animation connection to achieve real-time monitoring and fault diagnosis of elevators. Testing results show that the design is feasible and can realize real time control of three elevators.

Key words: Elevator group control; iFIX monitoring; real-time monitoring; fault diagnosis

目 录

1 引言

1

1.1 选题背景及意义

1

1.2 电梯监控的发展现状

1

1.3 本课题的主要工作

2

2 群控电梯的硬件设计

2

2.1 六层电梯控制装置

2

2.2 控制器选型

3

2.3 输入输出接口

5

3 软件设计

7

3.1 PAC工程的建立

7

3.1.1 创建PACSystems RX3i工程

7

3.1.2 硬件的配置

9

3.1.3梯形图程序设计

10

3.2 iFIX组态画面的创建

12

3.2.1 iFIX平台

12

3.2.2 基本画面的创建

12

3.2.3 数据库的建立

15

3.3 通讯设置

18

3.3.1 以太网

18

3.3.2 I/O通信

20

3.3.3 PROFIBUS通信

22

4 系统调试及监控运行分析

23

4.1 调试

23

4.2监控结果

25

4.3 故障点的设置与分析

28

5 总结与展望

29

参考文献

29

附录

30

致谢

37

1 引言1.1 选题背景及意义

随着高层建筑的不断发展,垂直电梯的应用越来越广泛,成为人们不可缺少的运输工具。现代的高层建筑中,特别是大型办公楼,单部电梯已不能满足客流量的需求,因此需要多台电梯共同工作,而每台电梯之间要相互协作,提高电梯的效率和服务质量,这就是电梯群控。

电梯的群控技术是对楼宇里的多台电梯进行统一调度,综合考虑不同时刻的人流量,楼层的召唤请求等因素,以此来提高整个群控系统的运行效率,减少能耗。为了确保电梯的正常运行,需要对电梯的运行状态进行监控,并能诊断出故障,做出分析。

研究意义如下:

(1)对电梯系统的监控是对自动控制技术、网络通讯、计算机控制的有机结合,对电梯的使用、管理、保养具有研究价值[1]。

(2)对电梯的监控是社会保障和人身安全的需求,利用监控可以提高电梯的可靠性,减少事故的发生[2,3]。

(3)通过对电梯的监控,可以在第一时间得到故障信息,协助电梯维修员排除故障并进行处理。1.2 电梯监控的发展现状

目前,国内外电梯群控的发展越来越快,同时对电梯的监控也越来越重视。随着现代技术的发展,在国内,也有些公司开发了电梯监控系统,如广州易达讯,珠海阿尔法,但是没有形成影响力。目前国内的电梯安全监控系统基本上是采用国外的设备,完全自主的产品没有。这使GE智能平台的iFIX在中国的电梯市场有很大的发展空间,因为iFIX的监控画面可以有效的反应其中的问题,并能够快速解决。在这里,我们仅对群控电梯的运行状态做以监控,体现出它的优点。

国外的主要电梯生产国有法国、美国、德国和日本等。为了确保电梯能够安全运行,国外的都采用先进的技术和措施。以德国REKOBA公司的电梯为例介绍下。德国REKOBA公司的电梯远程监控系统,可以全天候24小时监控电梯运行,一旦有异常情况发生,系统能准确地反映,从而能及时地为用户排忧解难。其电梯监控系统可对小区的单梯、群控梯进行监控,针对不同的用户可实现几种不同的监控方案。这套系统可以通过监控到的各种信号及状态,准确地报告电梯的故障现象;还可以将检测的数据进行备份和打印以便查询。但是国外的电梯监控系统有一定的局限性,基本上仅能使用自己公司开发的电梯,也就是说不同电梯间的监控系统的兼容性很差。1.3 本课题的主要工作

本课题是基于GE-iFIX的组态和GE-PAC的编程对群控电梯的控制,以实验室的三部六层电梯实训装置为研究对象。通过对群控电梯的监控,实时知道电梯的运行状态,能及时的对故障进行诊断分析处理。本文内容如下:

第1章

对群控电梯的概述及发展现状。

第2章

本文所用的主要硬件做一介绍。

第3章

软件部分的设计,如工程的建立,组态画面的创建以及通讯方式。

第4章

系统调试及监控运行状态分析。

第5章

做最后的总结和展望。2 群控电梯的硬件设计2.1 六层电梯控制装置

本电梯采用全透明开放式结构,包含机房部分、井道部分、门厅部分、轿厢部分、层门部分和框架部分六大部分。

(1)机房部分:包括曳引电动机、限位开关、控制柜与信号柜及电源接线端子等设备。

(2)井道部分:包括导轨、配重装置、限位开关、缓冲器、同步带悬挂张紧装置、随行电缆等。

(3)门厅部分:外招按钮、楼层显示及电梯运行方向显示块装置,为了教学安装方便,门厅可以打开。

(4)轿厢部分:包括轿厢、层门机构、导向定位机构、内选按钮、楼层及方向显示块、轿厢照明和通风设备等。

(5)层门部分:每层均设有双开层门,在轿厢门与层门之间设有联动机构,采用一个驱动机构。

(6)框架部分:以铝型材为框架,左右两面为透明有机玻璃,设有滚轮和地脚两种固定方式。

本次设计所用的六层电梯实训装置的主要设备材料如表1所示,表中为一部电梯的材料。

1

设备材料

代号

部件名称

技术规格

型 号

外形尺寸

800x620x1840(mm)

KNP-PDT6

层数

6层

U1

变频器

西门子M420

6SE6420-2UC11-2AA1

BOP基本操作板

6SE6400-0BP00-0AA0

M1

交流变频减速电机

>60W

51K40GN-S/5GN30K

M2

直流永磁电机

24V/3W/20RPM

TH37JB32-C

PC1

GE-PLC

CPU 315

PC2

MDL754

GB1

开关电源

DR-120-24

QF1

小型断路器

OSMC32N2C6

召唤盒

6套

内呼叫器

外置,1套

故障设置点

10组

限位开关

14个

继电器

24VDC

OMRON MY4N-J 2.2 控制器选型

PAC的概念是由ARC咨询集团的高级研究员Craig Resnick提出的,它表示可编程自动化控制器。PAC的概念定义为:控制引擎的集中,涵盖PLC用户的多种需要,以及制造业厂商对信息的需求。它综合了PLC和PC功能的新一代工业控制器,与PLC相比,PAC产品具有更强的通信能力、更大的存储容量和更快的CPU速度,从而使PLC成为一种通用的自动化平台组件[4]。本设计控制系统主要考虑以下几点:

(1)I/O点数的估算

要先弄清楚控制系统的I/O总点数,系统中每个电梯的轿厢内按钮8个,用到厅外呼上行按钮5个,下行外呼按钮5个,另外还有电梯一到六层定位感应器、限位开关以及轿厢开门电机和电灯的接口等,电梯模型需要DI点96个、DO点72个,而且I/O点数估算时应考虑适当的余量,通常根据统计的输入输出点数,再增加10%~20%的可扩展的备用量(为系统的改造等留有余地)后确定所需PLC的点数,经过计算,控制系统所需的I/O点数为200个。

(2)对存储容量的估算

存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小,程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此程序容量小于存储器容量。设计阶段,由于用户应用程序还未编制,因此,程序容量在设计阶段是未知的,需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算,通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式,许多文献资料中给出了不同公式,大体上都是按数字量I/O点数的10~15倍,加上模拟I/O点数的100倍,以此数为内存的总字数(16位为一个字),另外再按此数的25%考虑余量。经过计算,对存储容量的估算为2600bit。

(3)控制功能的选择

该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。在常用的一些PLC机型中,完全可以满足编写、控制群控电梯的程序。

(4)对I/O响应时间的选择

PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟(一般在2-3个扫描周期)等。对开关量控制的系统,PLC的I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求,可不必考虑I/O响应问题。

综上所述考虑,选用通用公司生产的PACSystems RX3i系列的可编程自动控制器作为电梯的控制器,其输出方式为继电器输出形式。通过主机上的以太网接口,可实现PAC与PC机的通讯,使用PME软件可直接在PC机上用梯形图编程、调试,直观易学。

本设计所用到的模块有电源模块、CPU模块、以太网接口模块、高速计数器模块、数字量输入模块、数字量输出模块、PROFIBUS模块。本次所用模块的布局如图1所示。

I

C

6

9

5

P

S

D

0

4

0

I

C

6

9

5

C

P

U

3

1

5

I

C

6

9

5

E

T

M

0

O

1

I

C

6

9

4

M

D

L

6

6

0

I

C

6

9

5

H

S

C

3

0

4

I

C

6

9

4

M

D

L

7

5

4

I

C

6

9

5

P

B

M

3

0

0

1

PAC模块分布图

对上述部分模块进行简单介绍:

(1)电源模块IC695PSD040,输入电压范围是18-39VDC,提供40W的输出功率。当电源模块发生内部故障时将会有指示,CPU可以检测到电源丢失或记录相应地错误代码。该模块上有4个LED灯可以指示该模块的工作状态,另外还有一个ON/OFF开关位于模块前面门的后面,能控制电源模块的输出,但不能切断模块的输入电源。它没有隔离的24V输出端,在通用背板上占用一个插槽。其接线图如图2所示。

2

IC695PSD040内部接线图

(2)PAC Systems RX3i的CPU采用CPU315,占用两个插槽,它有一个300MHz的处理器,支持32K数字输入,32K数字输出,32K模拟输入,32K模拟输出,最大达5MB字节的数据存储。它还有两个串口端子,即一个RS-232端口和一个RS-482端口。2.3 输入输出接口

(1)以太网接口模块IC695ETM001,用来连接PAC系统RX3i控制器至以太网。处理速度为200MHz,具有一个IP地址。以太网接口模块有两个人自适应的10Base T/100Base TX RJ-45屏蔽双绞线以太网端口,用来连接10Base T或者100Base TX IEEE802.3网络中的任意一个。这个端口能够自动检测速度,双工模式(半双工或全双工)和与之连接的电缆(直行或者交叉),而不需要外界的干涉。

(2)高速计数器模块IC695HSC304,属于PACSystems RX3i的高速计数器模块,提供快速脉冲信号的直接处理高达1.5MHz的工业控制应用,如:涡轮流量计,仪表校准,速度测量,材料处理,运动控制,过程控制。这些模块可以感应输入,处理输入计数而无需CPU的信息,和控制输出干预。它有4个计数器,8个高速输入,7个高速输出,计数范围是-2147483648到+2147483647。模块的功能包括:热插拔,接线端子插入或删除检测,符合CE,UL/CUL508和1604,和ATEX要求,快闪记忆体为未来的升级,模块故障报告可配置的I/O中断。与外部的接线图如图3所示。

3

高速计数器与外部接线图

(3)数字量输入模块IC694MDL660,24VDC正/负逻辑输入模块,提供32离散量输入点。这个模块可以安装在RX3i系统中的任何I/O插槽,它必须使用一个RX3i CPU。与外部接线图如图4所示。

(4)数字量输出模块IC694MDL754,可以接12/24V负载,最大输出电流为0.75A,并带有电流输出保护的ESCP,提供两组(每组16个)共32个输出点,每组有一个公用的电源输出端。这种模块具有正逻辑特性,它向负载提供的源电流来自用户公共端或正电源总线。输出装置连接在负电源总线和模块端子之间,负载可以是连接电动机的交流接触器、指示器。单用户必须提供现场操作装置的电源。

(5)PROFIBUS模块IC695PBM300,是一个现场总线通讯模块,占用一个槽位,内置9针D型总线接口。它支持ProfibusDP/DP-V1通讯协议;支持连接125个从站,每个从站可发送/接收244个字节;支持最多与CPU交换3584个字节的输入数据和3584个字节的输出数据;支持9.6k-1.2M波特率。

4

IC694MDL660外部接线图3 软件设计3.1 PAC工程的建立3.1.1 创建PACSystems RX3i工程

Proficy Machine Edition是一个高级的软件开发环境和机器层面自动化维护环境。它能由一个编程人员实现人机界面、运动控制和执行逻辑的开发[5]。

GE Fanuc的Proficy Machine Edition是一个适用于人机界面开发、运动控制及控制应用的通用开发环境。Proficy Machine Edition提供一个统一的用户界面,全程拖放的编辑功能,及支持项目需要的多目标组件的编辑功能。支持快速、强有力、面向对象的编程,Proficy Machine Edition充分利用了工业标准技术的优势,如XML、COM/DCOM、OPC和ActiveX。Proficy Machine Edition也包括了基于网络的功能,如它的嵌入式网络服务器,可以将实时数据传输给企业里任意一个人。Proficy Machine Edition内部的所有组件和应用程序都共享一个单一的工作平台和工具箱。

将Proficy Machine Edition安装到计算机上面,用来创建PACSystems RX3i工程。

点击开始>所有程序>Proficy Machine Edition>Proficy Machine Edition或者点击图标,启动软件。在Machine Edition初始化后,进入开发环境窗口,如图5所示。

5

开发环境窗口

注意:当第一次启动Machine Edition软件时,开发环境选择窗口会自动出现,如果你以后想改变显示界面,你可以通过选择Windows>Apply Theme菜单进行。

选择Logic Developer PLC一栏,点击OK。注意:当打开一个工程后进入的窗口界面和在开发环境选择窗口中所预览到的界面是完全一样的。

点击OK后,出现Machine Edition软件工程管理提示画面,如图6所示。相关功能已经在图中标出,可以根据实际,做出适当选择。

6

Machine Edition打开窗口

本次设计所要建立的工程如下:

(1)开发环境窗口点击File>New Project,或点击File工具栏中按钮。出现新建工程对话框,如图7所示。

7

新建工程对话框

(2)输入工程名群控,选择工程模块GE Intelligent Platforms PAC Systems RX3i,并点击OK,这样一个新工程就在Machine Edition的环境中被创建了。3.1.2 硬件的配置

用Machine Edition Logic Developer软件配置PAC CPU和I/O系统。由于PAC采用模块化结构,每个插槽均有可能配置不同模块,所以需要对每个插槽上的模块进行定义,CPU才能识别到模块展开工作。配置如图8所示。

8

软件配置PAC CPU和I/O

其中对通信模块IC695ETM001的设置需要IP设置,具体设置在3.3通讯方式中详细介绍。3.1.3梯形图程序设计

编写程序之前,对工程进行分析,整理出合理的控制思想,设计出相应的群控流程图,如图9所示。其中单部电梯的控制流程图如

图10

所示。它清楚的展现出该程序所要实现的功能,以及严格的逻辑控制思想。

一般来说对于一个写字楼而言,在早上上班时间有一个上行高峰时段,晚上下班时也有一个下行高峰时段,并且下高峰延续了较长一段时间。在早上上班之前和晚上下班以后,空闲交通模式占了较大比例。而且在下午有很多乘客下行到门厅外出,用餐或办事完毕后又回到楼内。除了一部分人员出楼用餐或办事外,在其它的上午和下午的正常工作时间段内,层间交通模式比例较大,而且在其中绝大部分比例是随机层间交通模式。因此它的交通模式一般可分为上行高峰交通模式、下行高峰交通模式和空闲交通模式。不同的模式下,乘客对电梯的要求有很大的差异,对交通模式的准确判别,是有效提高电梯运行水平的基础。

9

群控流程图

10

程序流程图

电梯群控系统的控制策略采用如下几个模式:上行高峰交通模式;下行高峰交通模式;空闲交通模式。在断开连接或设置为独立运行模式后可作为三台独立六层站仿真电梯使用,电梯群空策略的选择程序如群控主程序见附录一所示。3.2 iFIX组态画面的创建3.2.1 iFIX平台

画面的创建用到的组态软件是GE-iFIX,所用版本为iFIX5.1。

iFIX是全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件,已有超过300,000套以上的软件在全球运行[6]。世界上许多最成功的制造商都依靠GE Fanuc的iFIX软件来全面监控和分布管理全厂范围的生产数据。在包括冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中,iFIX独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身,使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案[7-9]。利用iFIX各种领先的专利技术,可以帮助企业制定出更快、更有效的商业及生产决策,以使企业具有更强的竞争力。

iFIX软件是一套自动化软件,为用户提供一个“过程化的窗口”,提供实时数据给操作人员及软件应用。可以帮助人们精确地监视、控制生产过程,并优化生产设备和企业资源管理[10]。3.2.2 基本画面的创建

iFIX工作台有两种模式:编辑模式和运行模式。用户可以在编辑模式下创建监控画面,进行动画连接,创建数据标签。在运行模式下可以对已经创建好的监控画面进行调试运行。iFIX在运行时的一些设置也可以在编辑模式下进行设置。工作台包括系统树、主菜单和画面编辑区。系统树具有的功能:显示与该项目有关的所有文件;显示与每个文件相关的对象;启动某些应用程序;能够重新定义大小、移动或隐藏;显示“系统配置程序”中配置的路径。主菜单主要包括:首页、插入、工具、格式、视图、应用程序、管理。画面编辑区就是画面布局的地方,用来创建并显示画面。

打开iFIX工作台,画面左侧是系统树,上方是菜单栏,如

图11

所示。利用系统树和菜单栏,就可以做出相应的画面。由于群控电梯没有模拟量,所以画面上只有电梯状态的显示,而没有实时曲线,历史曲线显示等。画面相对比较简单,但可以实现相应的功能。

创建画面时,应注意在全屏下创建,否则显示不完全。创建画面的版式,并给每部分起名字设置背景颜色,这样一个画面布局就生成了。本次设计所创建的画面名分别为“UP、MAIN、DOWN”,如

图12

所示。打开已建好的画面,并在在其布局布局下开始画监控画面,将三部电梯画出,并做出相应的按钮和显示,如图13所示。画面中从左至右依次为A梯、B梯、C梯。

11

工作台画面

12

画面命名

13

群控电梯的画面

三部电梯的画面是通过系统树和工具箱配合完成的,如

图14

所示。

14

单部电梯的画面制作

另外两部电梯的画面与A梯一样,可以将A梯的画面粘贴复制即可。画面画好之后,建立动画连接,如图15所示,对按钮进行动画连接。

15

动态画面的创建3.2.3 数据库的建立

数据库是iFIX系统的核心,从硬件中获取或给硬件发送过程数据。监控画面能否正常工作,取决于数据库的建立。建立数据库之前,选择对应的驱动,在这里用的是GE9驱动。驱动配置完全之后,就可以在数据库中建立所需的I/O地址分配表。

(1)GE9驱动的配置

GE9驱动是连接数据库与GE-PAC程序之间的桥梁,直接关系到监控画面能否实现实时监控。以下是对GE9驱动配置的过程:

●运行“系统配置SCU”。

●打开SCADA组态。

●添加GE9驱动。

●点击“配置…”按钮,选Use Local Server。

●点击下面的“Connect…”按钮,跳出GE9配置环境。

●点击下面第一个按钮,添加Channel0,可将Channel0改为自己习惯用的C1,勾上Enable属性。

●点击下面第二个按钮,添加Device0,可将Device0改为自己习惯用的D1,输入PLC的IP地址192.168.0.3,勾上Enable属性。

●点击下面第三个按钮,添加DataBlock0,可将DataBlock0改为自己习惯用的DM输入I/O地址(M1-M100),勾上Enable。

●保存该驱动配置,文件名为PAC3i.GE9。

●点击上面手型按钮,在Default Path中输入PAC3i.GE9;在Advanced中选中Server Auto->On。然后保存并关闭“Power Tool”。

●点击“系统配置”窗口的任务配置按钮,查看IOCNTRL.EXE/a是否添加。

●找到Windows操作系统的HOSTS文件(C:\\WINNT\\system32\\drivers\\etc),将PLC的IP地址和PC输入并保存,然后重启电脑。例如:

192.168.0.38 FIX

192.168.0.3 PLC

●再次运行Power Tool,点击上面的启动按钮,运行该驱动。

●点击上面的监视按钮,监视运行情况。

(2)I/O地址的分配

六层群控电梯实训装置所有的信号为数字量信号,因此需配置数字量的地址。在GE9驱动中配置完地址,并使驱动激活,在数据库中建立I/O分配表。打开数据库,出现如图16所示的画面。点击确定即可,也可选择上面的方式,然后进入I/O配置的界面。

16

图数据库主页面

接着是对数据块的选取,在数据库的主页面中双击表格任意地方,出现如图17所示的画面。选择对应的数据块,建立所需的量。数据库中的数字量输入和输出在一般情况下都选择数据块类型为DI,为了便于画面的调取实现动画。比如本设计中设置一个数字量输出,A梯上运行信号。数字量输出在数据块类型中选择DI,并确定,出现一个数字量输入的对话框。在标签名输入Q37,描述可写也可不写,驱动器选择GE,I/O地址输入D1:Q37,并在高级中选择允许输出,这样就简单的创建好一个数字量输出。如图18所示。

17

数据块类型

18

数字量输出对话框

数据库中的其它变量依次建立完毕,也就创建一个完整的数据库,通过画面的动画属性,调用数据库的变量,可以让画面跟着动起来。同时数据的采集是动画的关键。在这里我们采用iFIX采集器,从SCADA节点采集数据点,构建起实时历史数据库。每一台服务器都可以采集到100000数据点,实时数据库可以在不牺牲速度及性能前提下,即可采集,传送以及回溯大量数据。本次设计所用的数据库见附录二所示。3.3 通讯设置

群控电梯用到了三种通讯方式,以太网通信、I/O通信、PROFIBUS通信。3.3.1 以太网

(1)以太网的概述

以太网(Ethernet)具有性能高、价格低、使用方便的特点,是目前最为流行的局域网体系结构。

以太网最初是20世纪70年代由Xerox公司开发,1980年数据设备公司,Intel公司与Xerox公司合作发表10ME以太网物理层和数据链路层的规约,即以太网1.0版称为DIX80。82年又推出2.0版(也为最后版本,即DIX Ethernet V2)。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准,802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层:逻辑链路控制LLC (Logical Link Control)子层和媒体接入控制MAC (Medium Access Control)子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层,而 LLC 子层则与传输媒体无关,不管采用何种物理层协议的局域网对LLC 子层来说都是透明的。由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是DIX Ethernet V2而不是802.3标准中的几种局域网,因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC(即802.2标准)的作用已经不大了。很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。例如GE智能平台的以太网模块,有自己的MAC码。

以太网家族包括以下成员:

10Mbit/s以太网:简记为10ME。它是最初被标准化的以太网,它的数据率是10Mbit/s。

快速以太网:Fast Ethernet,简记为FE。它的数据率是100Mbit/s。

千兆以太网:Gigabit Ethernet,简记为GE。它的数据率是1000Mbit/s。

万兆以太网:10Gigabit Ethernet,简记为10GE。它的数据率是10000Mbit/s。

以太网标准是IEEE802.3。标准见表2。

2

以太网IEEE802.3标准

10ME

IEEE标准

物理层标准

802.3

10BASE5

802.3a

10BASE2

802.3i

10BASE-T

802.3j

10BASE-F

批准时间

1983年

1989年

1990年

1993年

FE

IEEE标准

物理层标准

802.3u

10BASE-FX

802.3u

10BASE-TX

802.3u

10BASE-T4

802.3x&y

10BASE-T2

批准时间

1995年

1995年

1995年

1997年

GE

10GE

IEEE标准

物理层标准

802.3z

10BASE-X

802.3ab

10BASE-T

802.3ac

10GASE-LR/LW

802.3ab

10GASE-ER/EW

批准时间

1998年

1998年

2002年

2002年

(2)以太网通信方式设置

以本课题所用的以太网接口模块为例,简要说明下它的通信。它符合IEEE802.3标准,支持实时传输协议(SRTP)通道,MODBUS/TCP Server和MODBUS/TCP Client。IC695ETM001接口模块的通讯设置如下:

在程序编程中,对IC695ETM001进行地址设置。IP地址与计算机的IP地址在同一网络段。如图19所示。

19

IC695ETM001地址设置

本次设计中IC695ETM001是主站的通讯模块,它不仅与电脑通讯,还与从站进行通讯。将从站的IP地址设置完全并下载进去,此时主站的地址与之对应才能进行通讯。

设置临时IP地址,如图20所示。这里的IP地址与IC695ETM001的一致,而MAC码就是IC695ETM001接口模块上的唯一MAC。此设计的临时IP地址设置为192.168.0.3,MAC码为00099102E99F。点击“Set IP”,需要30到45秒可配置好,并提示为配置成功。

20

临时IP地址设置

IC695ETM001接口模块上的两个以太网端口,分别连接计算机的通讯端口和电梯的通讯端口,从而建立了以太网通信。信号的采集和发送,通过内部协议,网线连接,实现通讯。3.3.2 I/O通信

A电梯的通信是I/O接口直接相联进行数据信息的传递,而不采用专用的通信扩展模板或通信模块。由于它的实质是点对点连接,可以有效地去除现场总线间的干扰,使传输速度更快。对于近距离传输,且连接点不是很多,一般选用这样的方式通讯。如果通讯出问题,也可以快速解决。本设计用的是数字量,没有模拟量,通信时不宜混淆,但是需要采集的数字量信号比较多,应将通信线进行标注。

信号通过数字量输入模块IC694MDL660、数字量输出模块IC694MDL754、高速计数器模块IC695HSC304进行接收和发送。A电梯的I/O分配如

表3

所示。

3

I/O分配表

功能

A梯

功能

A梯

开门内呼叫

I9

1层内呼指示

Q1

关门内呼叫

I10

2层内呼指示

Q2

1层内呼叫

I3

3层内呼指示

Q3

2层内呼叫

I4

4层内呼指示

Q4

3层内呼叫

I5

5层内呼指示

Q5

4层内呼叫

I6

6层内呼指示

Q6

5层内呼叫

I7

1层外呼上指示

Q9

6层内呼叫

I8

2层外呼下指示

Q10

1层外呼上

I11

2层外呼上指示

Q11

2层外呼下

I12

3层外呼下指示

Q12

2层外呼上

I13

3层外呼上指示

Q13

3层外呼下

I14

4层外呼下指示

Q14

3层外呼上

I15

4层外呼上指示

Q15

4层外呼下

I16

5层外呼下指示

Q16

4层外呼上

I17

5层外呼上指示

Q17

5层外呼下

I18

6层外呼下指示

Q18

5层外呼上

I19

层门开

Q7

6层外呼下

I20

层门关

Q8

轿箱开门到位

I35

轿箱照明

Q24

轿箱关门到位

I36

楼层显示第1位

Q25

1层下限位

I21

楼层显示第2位

Q26

1层上限位

I22

楼层显示第3位

Q27

2层下限位

I23

主方向显示上

Q28

2层上限位

I24

主方向显示下

Q29

3层下限位

I25

3层上限位

I26

4层下限位

I27

4层上限位

I28

5层下限位

I29

5层上限位

I30

6层下限位

I31

6层上限位

I323.3.3 PROFIBUS通信

PROFIBUS,是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择,而且当总线系统启动时,所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术[11]。

PROFIBUS可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化,与其他现场总线相比,PROFIBUS的重要优点是具有稳定的国际标准EN50170作保证,并经实际应用验证具有普遍性,它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域,并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。该系统分为主站和从站:

主站决定总线的数据通信,当主站得到总线控制权(令牌)时,没有外界请求也可以主动发送信息。在PROFIBUS协议中主站也称为主动站。

从站为外围设备,典型的从站包括:输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发射器。它们没有总线控制权,仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为被动站。

C电梯采用PROFIBUS通讯,主站通讯模块为IC200PBM300,从站采用GE远程I/O模块。

IC200PBM300模块是Profibus-DP的网络接口单元,它作为VersaMax I/O的主站,IC200PBI001模块作为VersaMax远程I/O模块的从站的网络接口单元。在编程软件中,右击IC200PBM300模块,并选择“Add Slave”,即添加从站。如

图21

中为添加从站的画面,选择“VersaMax NIU (SW:C HW:V2-20)”并确定,则从站网络接口添加完成。然后双击从站模块接口,出现如

图22

的窗口,将“Station”设为12。然后在图中

图22

点击“Modules”,添加从站的模块,其中要添加一个从站接口模块,一个高速计数模块,两个16点的数字量输入模块,两个16点的数字量输出模块,配置如

图23

所示。

21

添加从站

22

从站地址配置

23

从站模块配置4 系统调试及监控运行分析4.1 调试

(1)工程下载和运行

将已建立好的工程,从编程软件下载至CPU中,通过对电梯的控制来调试其是否能正常运行[12]。调试时应注意以下问题:检查Proficy Machine Edition中地址是否配置完全正确,并与物理机和GE9中的地址是否协调;下载程序时应把CPU模块处于STOP状态,然后调至运行状态。程序编译如果没有错误,就可以直接下载至CPU中。如果提示有错误,根据提示并找出错误进行修改,直到没有错误为止。下载完成后,将电梯电源上电,观察电梯能否正常运行。如果有些功能不能实现,检查I/O地址是否设置正确,电路连接是否有问题。

(2)实现的功能

三部六层电梯实训装置组成的群控系统,主要是按规定程序集中调度和控制的电梯[13]。群控电梯除了单梯控制功能外,还有下列功能。

最大最小功能。系统指定1台电梯应召时,使待梯时间最小,并预测可能的最大等候时间,可均衡待梯时间,防止长时间等候。

优先调度。在待梯时间不超过规定值时,对某楼层的厅召唤,由已接受该层内指令的电梯应召。

区域优先控制。当出现一连串召唤时,区域优先控制系统首先检出“长时间等候”的召唤信号,然后检查这些召唤附近是否有电梯。如果有,则由附近电梯应召,否则由“最大最小”原则控制。

特别层楼集中控制。包括:①将餐厅、表演厅等存入系统;②根据轿厢负载情况和召唤频度确定是否拥挤;③在拥挤时,调派2台电梯专职为这些楼层服务;④拥挤时不取消这些层楼的召唤;⑤拥挤时自动延长开门时间;⑥拥挤恢复后,转由“最大最小”原则控制。

满载报告。统计召唤情况和负载情况,用以预测满载,避免已派往某一层的电梯在中途又换派1台。本功能只对同向信号起作用。

已起动电梯优先。本来对某一层的召唤,按应召时间最短原则应由停层待命的电梯负责。但此时系统先判断若不起动停层待命电梯,而由其它电梯应召时乘客待梯时间是否过长。如果不过长,就由其它电梯应召,而不起动待命电梯[14]。

“长时间等候”召唤控制。若按“最大最小”原则控制时出现了乘客长时间等候情况,则转入“长时间等候”召唤控制,另派1台电梯前往应召。

特别楼层服务。当特别楼层有召唤时,将其中1台电梯解除群控,专为特别楼层服务。

特别服务。电梯优先为指定楼层提供服务。

高峰服务。当交通偏向上高峰或下高峰时,电梯自动加强需求较大一方的服务。

独立运行。按下轿内独立运行开关,该电梯即从群控系统中脱离出来,此时只有轿内按钮指令起作用。

分散备用控制。大楼内根据电梯数量,设低、中、高基站,供无用电梯停靠。主层停靠。在闲散时间,保证1台电梯停在主层。

几种运行模式。①低峰模式:交通疏落时进入低峰模式。②常规模式:电梯按“心理性等候时间”或“最大最小”原则运行。③上行高峰:早上高峰时间,所有电梯均驶向主层,避免拥挤。④午间服务:加强餐厅层服务。⑤下行高峰:晚间高峰期间,加强拥挤层服务。

节能运行。当交通需求量不大时,系统又查出候梯时间低于预定值时,即表明服务已超过需求。则将闲置电梯停止运行,关闭点灯和风扇;或实行限速运行,进入节能运行状态。如果需求量增大,则又陆续起动电梯[15]。

近距避让。当两轿厢在同一井道的一定距离内,以高速接近时会产生气流噪声,此时通过检测,使电梯彼此保持一定的最低限度距离。

即时预报功能。按下厅召唤按钮,立即预报哪台电梯将先到达,到达时再报一次。

监视面板。在控制室装上监视面板,可通过灯光指示监视多台电梯运行情况,还可以选择最优运行方式。

群控备用电源运行。开启备用电源时,全部电梯依次返回指定层。然后使限定数量的电梯用备用电源继续运行。

群控消防运行。按下消防开关,全部电梯驶向应急层,使乘客逃离大楼。

不受控电梯处理。如果某一电梯失灵,则将原先的指定召唤转为其它电梯应召。

故障备份。当群控管理系统发生故障时,可执行简单的群控功能。

由于实验条件的限制,目前所有的功能不能全部实现。然而可以实现最高峰服务,几种运行模式,监视面板和故障备份。4.2监控结果

经过对画面的调试运行,达到了实时监控电梯的效果。在上班高峰期时,电梯启动上行高峰模式,监控画面如图24所示。此时A梯和B梯可以任意上行,下行时中间不停,而C梯可以任意下行,上行时不停。

24

上班高峰监控

在下班高峰期时,电梯启动下行高峰模式,监控画面如图25所示。此时A梯和B梯可以任意下行,上行时中间不停,而C梯可以任意上行,下行时不停。

25

下班高峰监控

在常规模式时,电梯启动常规模式,监控画面如图26所示。此时A梯、B梯和C梯可以任意上下行,三部电梯间不再相互影响。

26

常规模式监控

启动电梯,在监控画面上观察电梯的运行状态。对电梯进行呼叫,画面能对相应给以显示。例如,在正常模式下,按下A梯3层内呼,监控画面就把3层内呼显示,如图27所示。该画面中的显示为,电梯当前处在六楼,当3层内呼时,从六楼开始往下走,向下方向标亮起。同时指示灯绿色,说明轿厢内照明灯在亮着。再观察监控画面中其它的画面与电梯的运动状态是否一致,如果不一致,查找原因,将监控调至最佳状态。例如,B梯的轿厢照明灯状态为亮,而监控画面却没有亮,说明画面上的轿厢指示灯调的数据有误。可能是数据调错,也可能是在数据库中没有将该数据输出。通过这两点,可以对指示灯做修改,使画面与实物的状态一致。同时,通过画面的监控,不仅可以知道电梯的运行状态,还能通过状态反应一些故障现状。

27

A梯三层内呼

对三部电梯电梯开关门的监控如图28所示,其中A梯是到达一层开门的状态,B梯是在四层关门的状态,C梯是在3层准备关门的状态。

28

开关门监控

画面中的报警一览,可以明显的显示出那些数据有误,通过不同的颜色显示出来,以便查找。同时还可以筛选出一些重要的数据进行显示,还可以对优先级进行显示。例如筛选出C梯的相应数据,让C电梯内的数据显示优先,设置方法为:在画面运行时,右击报警一览任意处,选择过滤,弹出报警一览设置,选择描述并添加,输入条件“C梯”,生成“包含C梯”的字样,最后点击保存并确定。报警一览中会自动将C梯的相应数据显示出来,从而可以清楚的知道状态是否有误,如图29所示。

29

C梯报警一栏的显示4.3 故障点的设置与分析

为了仿真电梯的故障诊断,特意人为设置了十个故障点。用这些故障点来说明对故障如何诊断,并能够做出处理。故障设置点,用拨码开关来设置,如当把数值设定为7时,故障解除。故障设置如

表4

所示。

4

故障设置

位号

功能

设定值

症状

BM1

3层内呼叫

7

3层内呼按钮没响应

BM2

3层外呼下

7

3层外呼下按钮没响应

BM3

1层下限位

7

轿厢落底

BM4

轿厢开门到位

7

延时15秒关门

BM5

2层内呼指示

7

2层指示灯不亮,但响应正常工作

BM6

3层外呼下指示

7

3层指示灯不亮,但响应正常工作

BM7

5层外呼上

7

5层指示灯不亮,但响应正常工作

BM8

变频器正转

7

变频器不工作

BM9

照明控制

7

轿厢内的灯不亮

BM10

楼层指示灯S2

7

2、3、6楼层显示错误

观察电梯运行情况,根据出现的现象判断电梯故障的大致范围,结合电气接线图,找出电梯存在的问题。从而确切知道故障点后,进行有目的的查找。如把BM1设置为1时,3层内呼按钮没响应。根据电气接线图,直接查找控制该点的控制线路。就对3层内呼按钮没有响应做出检测:首先检查模块IC694MDL660,控制3层内呼的是A5点,线号22与线号13相接,连接线是否有问题。再检查电梯内置模块IC200MDL640,控制3层内呼的是A5点,线号22与线号13相接,此时检查是否有问题。这样我们可以很方便的找出故障点,便于维修,减少安全事故。5 总结与展望

本设计是对三部六层电梯进行群控,并用iFIX进行监控。这种监控称作本地监控,功能侧重于对电梯实时运行状态的监控,对电梯运行中产生的信号和生成的数据进行采集、存储和分析,并提供一定权限的控制功能。

本设计主要利用组态画面来监控三部电梯,通过监控来检测群控的一些功能。主要完成的内容为:

(1)群控控制程序的设计,通过GE-PAC来实现对电梯群控的控制,如开关门、召唤及显示等。其中重要的是三种模式:上班高峰时,两部电梯可以自由上,但是下中间不停;另一部电梯可以自由下,但是在上行时中间不停,下班高峰则反之;常规模式下,实现最优化。

(2)采用多元化的通信方式,有I/O直接通信、以太网通信、现场总线通信。

(3)利用GE-iFIX来监控电梯的运行状态,可以对电梯的故障进行判断。

由于本设计为实验室的实训电梯装置,存在一些不足,如电梯的承载力,虽然可以在程序里加入承载力的限制,但是不能通过实物表现出来,也就是不能通过监控来实现。这有待我们在后续的工作中不断努力,将重力感应这块夹在里面,使实验装置更加接近现实。组态画面不是很完善,有些监控效果不是太好,画面布局不理想,可以继续优化画面,使视觉效果更好,便于监控。参考文献

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[14] 叶安丽. 电梯技术基础[M]. 北京:中国电力出版社,2004.2:50

[15] 张汉杰. 现代电梯控制技术.修订版[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001:85附录

附录一电梯主程序

附录二数据库

致谢

为期几个月的毕业设计已经结束,在这里我深深地感谢我的导师黄老师,也感谢和我同甘共苦的同学们。通过此次设计我对自己所学基础理论、专业知识和基本技能进行了综合的检验。培养了分析与解决实际问题的能力,同时这次毕业设计不仅使我了解了很多新的知识,更重要的是我检索和获取知识的能力的到了很大的提高,这跟老师们给我的指导也是分不开的。

电梯群控的iFIX设计是一个比较难的课题,鉴于自己所学知识有限,经验不足,又是初次做这样的设计,其中难免有不足和错误之处,恳请各位老师给予批评和指正。

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