计算机技术课程设计-电梯升降监控系统设计Word格式文档下载.docx
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3.4执行机构选型 8
第四章系统软件设计 9
4.1总体设计 9
4.1.1软件功能需求分析 9
4.1.2软件架构 9
4.1.3开发工具简介 9
4.2软件各功能模块设计 10
4.2.1主程序设计 10
4.2.2楼层采集程序设计 19
4.2.3楼层实时曲线绘制程序设计 19
4.2.4电梯故障报警程序设计 20
第五章总结 22
5.1系统总结 22
5.1.1电梯升降监控系统的不足 22
5.1.2电梯升降监控系统的改进方案 22
5.2设计过程总结 22
参考文献 24
计算机控制系统设计
—电梯升降监控系统设计
9
第一章绪论
1.1设计背景
智能楼宇或智能建筑是集现代科学技术之大成的产物，智能楼宇采用网络化技术，把通讯，消防，安防，门禁，能源，照明，空调和电梯等各个子系统统一到设备监控站上，集成的楼宇管理系统能够使网络化，多功能化的传感器和执行器。
长款器和执行器通过数据网和控制网连接起来，与通信系统一起形成整体的楼宇网络，并通过宽带网与外界沟通。
电梯是智能楼宇的重要设备，是机械与电气紧密结合的产品，有垂直升降式和自动扶梯两大类。
在大型智能楼宇中管理中心计算机对多部电梯进行集中监视控制，保证电梯的安全高效运行。
电梯监控是智能建筑中楼宇自控管理系统的组成部分，电梯监控技术的进步，也是楼宇自控管理系统水平提高的一项基本工作。
电梯监控有利于不同部门对电梯进行有效的监控与管理。
1.2设计目的和意义
随着各类高层建筑的不断增多，电梯已成为人们生活中必不可少的特种设备之一。
但近年来在电梯保有量和老旧电梯数量急剧增加的情况下，各类电梯事故的发生也更为频繁，因此电梯的安全性与可靠性受到了社会的广泛关注。
为解决电梯的安全性与可靠性而发生事故的现象，设计了一款电梯升降监控系统。
电梯运行的实现过程是，电梯控制系统会将采集到的请求信号进行存储记忆，然后再按照预定逻辑程序进行运算，将用户输入的请求信号转化为数字信号，对用户的上下行需求做出准确判断，并通过通讯模块输出逻辑运算结果，向电梯发出相应的运行指令。
此时电梯的电气控制系统便会根据运行指令，改变电梯的运行状态及位置，根据用户输入的请求信号，将其运送至相对应的楼层。
在电梯整个运行过程中，通过控制系统保证电梯运行的平稳定及安全性是至关重要的，这也是电梯运行的基本要求。
1.3国内外技术的现状和发展
1.3.1我国电梯监控系统现状
电梯设备在建筑内部承担着垂直运输的作用，传统的控制方式是以继电器或者微机控制为主，电梯控制水平较低，无法有效保证电梯运行的安全性及稳定性，容易引发电梯运行故障甚至是安全事故，影响了电梯功能的充分发挥。
随着电气自动化技术的不断成熟和完善，为电梯控制系统的优化和改进提供了技术支撑，以可编程控制器PLC为代表的自动化控制技术和装置，已经被广泛应用于电梯控制系统中，在提高电梯控制水平和运行水平方面发挥着越来越重要的作用。
在PLC具体应用过程中，首先会根据工业生产需求及控制要求，预先在PLC中设定好运算逻辑
及程序，然后采集系统运行信息并进行存储、传输并转化成数字信号，最后根据系统预定程序进行逻辑运算，获取系统运行状态以及判断是否需要执行用户指令，实现对整个工业生产过程的控制。
我国现在已经成为全球最大的电梯市场，同时也吸引了全世界所有的知名电梯公司，比如美国
奥的斯、瑞士迅达、日本三菱、东芝等。
近年来，我国的电梯生产技术也得到了迅速发展，一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。
鉴于PLC的可靠性高、抗干扰能力强等特点，PLC电梯控制已经渐渐取代了电梯的继电器控制方式。
PLC作为可编程序的存储器装置，具有抗干扰强，使用维修方便，运行可靠，设计和调试周期短等特点，有关数据信息的逻辑运算、顺序控制以及算术运算等相关问题均在可编程序存储器内部实现，通过模拟或数字的方式把信号传输到输出设备并呈现出来。
以PLC的电梯控制系统为研究对象，利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，并检测电梯的运行方向和速度。
从PLC电梯控制系统的运行原理、实现功能、系统基本结构以及系统结构设计关键问题入手，并证明了PLC在提高电梯控制系统动作相应时效性、运行稳定性、长时间安全持续运行的过程中发挥了非常重要作用与意义。
1.3.2发展趋势
随着我国计算机技术、自动化控制技术和通讯技术的发展，高楼的智能化水平也越来越高。
电梯是智能化高楼中的关键运输设施，其技术的发展受到社会各界广泛的关注。
另外，电梯技术和楼房其他控制系统形成网络，比如楼房控制、消防、保安系统等，这样电梯可
以为居民提供更加优质安全的服务。
目前电梯在系统架构和控制、信息共享方面已经全面实现了智能化。
智能电梯就是指通过指纹、ＩC卡、密码或者视网膜等媒介进行身份识别，可以让管理人员进出特定部位，并且具备在时间和空间上可以分区管理的智能系统。
智能电梯要根据楼房管理技术等选择身份的方式，最终实现和楼体自动化管理相结合，依托系统互联实现电梯的智能化管理。
在信息技术高度发达的今天，所有产业的发展都离不开网络的支持，而具有较高技术含量的电梯行业也借助了网络技术寻求进一步发展。
首先，厂商利用网络做电梯监控。
厂家对电梯实行网络模块管理，全程监控电梯运行情况，取得产品维护信息以及对各种应急问题进行处理。
其次，通过网络平台交易。
目前阿里巴巴等各种网络交易平台在世界上兴起，电梯销售也利用了这种庞大的网络销售模式。
不论是商家还是客户，不论是同地区还是跨国交易，都可以通过网络交流，从前期咨询、技术交流和交易汇款都在网络上解决，节省了双方监控，提高了产品交易的效率，这只是网络技术参与的部分效果。
通过网络电梯厂商还可以进行技术交流共享、新工艺新材料引进、发表需求信息和产业合作等项目，信息时代借助网络媒体的力量电梯行业的发展更加迅速。
第二章监控系统总体设计
2.1监控对象简介
本系统对某个区域中安装的多部电梯进行集中远程监控，并对这些电梯所在的位置及其楼层数、电动机运行状态、保护传感器、选层按钮操作信息等数据进行管理、维护、统计、分析，其目的是对在用电梯进行远程维护，远程故障诊断及处理，故障的早期针对与早期排除，以及对电梯的运行性能及故障情况进行统计与分析及于电梯设备以及人员安全提供可靠的保障。
运行原理如图2-1所示；
图2-1 计算机数据采集系统
2.2监控系统要求
此系统要求电梯在运行中可以通过传感器装置把电梯所在的位置及其楼层数、电动机运行状态、保护传感器、选层按钮操作信息等数据实时传输到计算机，通过计算机的运行计算显示在显示器上使工作人员可以观察到电梯的运行状况。
当发生故障系统会发出信号并通过计算机发出警报。
2.3监控系统组成及工作原理
2.3.1监控系统组成
监控系统主要由监控层、通信层和管理层三大部分组成，如图2-2所示。
图2-2电梯升降监控系统组成框图
2.3.2监控系统各部分作用
监控层包括电梯控制器、选择按钮、各种传感器和电动机等部分；
通信层包括总线是适配器、终端控制器等；
管理层主要是监控计算机。
在监控层，电梯控制器通过选层按钮、保护传感器、楼层传感器等获得电梯运行状态信号以及驱动电动机控制电梯的运行。
在通信层，终端控制器接收电梯控制器传送的电梯运行和状态信号，通过总线适配器传送给监视计算机；
总线适配器接收监控计算机发送的传控制指令，通过终端控制器传送给电梯控制器，可以远程控制电梯运行。
总线适配器可以是1块儿插入计算机的板卡。
在管理层，监控计算机得到电梯运行和状态信号，进行显示、处理，对异常情况进行报警，甚至自动对电梯发出安全保护运行指令。
2.3.3工作过程
电梯所在的位置及其楼层数、电动机运行状态、保护传感器、选层按钮操作信息等数据通过选层按钮、保护传感器、楼层传感器等获得电梯运行状态信号并将其通过总线适配器传送给监视计算机。
监控计算机得到电梯运行和状态信号，进行显示、处理，对异常情况进行报警，甚至自动对电梯发出安全保护运行指令。
第三章系统硬件设计
3.1上位计算机选型
上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕用于显示音频信号变化。
上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。
合适的上位机可以提高程序运行的效率以达到最佳效果。
本系统中，上位计算机型选择ThinkCentreE74Y，下面对其配置进行简单介绍。
最高搭载全新第六代智能英特尔酷睿i7处理器-6700，性能卓越；
选用512GB固态硬盘，容量足够大，能够迅速响应，答复增强系统速度；
DDR4全新一代内存芯片，贷款频率提升至2133MHz，提供更流畅的运行体验；
显卡配备为AMDRadeonR9SeriesGraphics独立显卡，支持4K输出、3DMARD11跑分高达6500分；
最大支持32GBDDR4内存，有效提升系统性能；
具备4个USB3.0接口。
3.2数据采集卡选型
第一步，选择接口方式。
数据采集卡的接口方式是指该卡与PC连接的总线方式，或者该卡提供的接口方式。
常见的接口方式有PCI、CompactPCI、USB、PCMCIA、CAN、无线、网卡；
还有较老式的方式如串口UART/LPT/SPI、并口COM、ISA/EISA、PC/AT。
从数据传输可靠和速度角度考虑，首选PCI总线接口方式。
在工业领域，为了达到99.9999999%的数据可靠性，需要选择CompactPCI总线接口方式，常有3U和5U两种物理形式。
USB总线由于支持即插即用，传输速度快，携带方便等优点，成为未来的发展方向。
PCMCIA是便携式电脑和设备中的标准接口,所以有一定的市场。
无线技术的飞速发展,数据传输速度不断发展,给数据采集卡提供了更加方便快捷的移动传输方式。
通常的传输协议有:
红外IRDA,蓝牙BLUETOOTH,NFC,GPRS,WLAN,3G,HSPDA等等.GPRS方式传输现在有很大的市场。
第二步，确定输入和输出指标。
这些指标有输入和输出的模拟量精度和速率,输入和输出的数字量电平和要求,输入和输出的数字传输协议方式.模拟量采样有高精度和高速率两个方向,有的将二者结合起来,属于较高要求.数字量有TTL,CMOS,高压电平等,特殊场合,需要光电隔离,ESD,EMI保护.传输协议通常为UART,也有并行方式。
第三步，选择接口协议处理器。
接下来考虑的是接口协议处理器.PCI,USB,PCMCIA,CAN,网卡都有专门的接口芯片。
当然你也可以选择FPGA加上软件协议IP核,同样能实现你的目标,但是难度很大。
第四步，选择采集卡处理器。
对于功能强大的数据采集卡,你需要选择专用的处理器来预处理采集的数据。
单片机,FPGA,DSP,ARM都是你可以挑选的对象.单片机由于便宜,易于开发,开发的资料齐全,工程师众多,很适合初学者你的.FPGA设计方便,具有速度和效率的优势,也是不错的选择。
DSP是专门为数据处理而设计,速度快,可以实现非常复杂的算法,是最好的选择。
ARM的功能过于复杂,适合于设计好的人机界面的场合。
有些器件将接口协议处理器和采集卡处理器集成在一体,这些芯片应该有更好的使用价值。
第五步，选择数据采集电路。
很多公司提供采样芯片:
ADI,TI,MAXIUM,NS等等。
第六步，选择驱动软件和数据采集处理软件的编写语言。
通过对比此系统选择PCI-10024是8通道同步并行数据采集卡，采用24Bit高精度A/D，每通道
最高采样率可同时达到100KSps，高精度DDS数字频率合成；
配有最高128M字节的板载缓存及32K字节FIFO，支持DMA实时数据传输。
全兼容32位PCISpecificationVersion2.1总线接口标准，24Bit的高分辨率使采集模块动态范围超过了100dB，输入通道数量的高集成度能够使一台计算机机箱拥有更多数量的模拟输入通道，如图3-1。
图3-1 数据采集卡PCI-10024
3.3传感器选型
电梯上所用的传感器主要有门口位置的光电传感器，感应电梯门口是否有人正在进出。
底部位置的重量传感器，用于感应电梯是否超载。
3.3.1光电传感器选型
光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。
其工作原理基于光电效应。
光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。
根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：
外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。
光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。
分析了光电器件的性能、特性曲线。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
此系统选择神武FFJ-U30P槽宽30mm型光电开关传感器电梯平层检测感应器E3S-GS3E4，此传感器检测方式为凹槽型，检测距离为30mm，电源电压为12～24V正负10%脉动（p-p）10%以下，消耗电流15毫安以下，动作模式NO/NC可切换，输出形式为PNP开路集电极晶体管，如图3-2。
图3-2神武FFJ-U30P
3.3.2重量传感器选型
重量传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。
用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对正确选用重量传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。
在称重传感器的弹性体上粘贴有应变计，组成惠斯登电桥。
在无负荷时，电桥处于平衡状态，输出为零。
当弹性体承受载荷时，各应变计随之产生与载荷成比例的应变，由输出电压即可测出外载重量，通过仪表的通讯接口可以与上位机连接。
此系统选择HD-MV01A，此传感器工作原理为接近传感器内的霍尔器件感应到磁钢所产生的磁场，改变磁钢和传感器间的位移使通过霍尔器件的磁场强度发生变化，当变化量达到一定数值时控制继电器输出开关信号，按此原理当重量值达到或超过其额定载荷时，就能输出开关信号，阻止设备继续运行。
具体参数如下：
工作电压：
AC/DC24V±
10%，额定频率：
50/60HZ，额定电流：
≤100mA，检测对象：
磁钢，检测距离：
8~15mm，响应时间：
50ms，灵敏度：
0.05mm，使用寿命：
2000万次。
如图3-3：
图3-3 HD-MV01A
3.4执行机构选型
电梯曳引机是电梯的动力设备，又称电梯主机。
功能是输送与传递动力使电梯运行。
它由电动机、制动器、联轴器、减速箱、曳引轮、机架和导向轮及附属盘车手轮等组成。
导向轮一般装在机架或机架下的承重梁上。
盘车手轮有的固定在电机轴上，也有平时挂在附近墙上，使用时再套在电机轴上。
电梯执行机构为电动机，此系统电梯用西子奥的斯XRDS-80J/W门电机门机马达YDJ-80w电动机，参数图3-4。
图3-4 西子奥的斯XRDS-80J/W
第四章系统软件设计
4.1总体设计
4.1.1软件功能需求分析
1.监控电梯所在楼层
2.故障时发出警报通知工作人员维修
3.监控电梯重量若超重发出警报
4.1.2软件架构
电梯升降监控系统软件包括主控模块、信息采集模块、报警模块、电机驱动模块。
如图4-1所示：
图4-1 软件结构图
4.1.3开发工具简介
组态王kingview6.53是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。
该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。
组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。
组态王kingview6.53提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；
该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。
组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或
KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。
此外，还可以实现值的行列统计功能。
组态王在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：
IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。
组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。
KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。
具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000条记录的强大功能。
能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。
4.2软件各功能模块设计
4.2.1主程序设计
此系统主程序是电梯的主控程序，此程序控制电梯的工作。
代码如下：
if（\\本站点\光电传感器1==1）//电梯在一楼
{
if（\\本站点\一楼==1）//一楼按钮启动//
\\本站点\门1=1;
//门开
if（\\本站点\二楼==1）//若到二楼
\\本站点\门1=0;
//门关
\\本站点\电机正=1;
//电机上升
if（\\本站点\光电传感器2==1）
\\本站点\电机正=0;
//到二楼停止
\\本站点\门2=1;
//到达二楼
}
\\本站点\门2=0;
//出电梯后门关
if（\\本站点\三楼==1）//若到三楼
19
if（\\本站点\光电传感器3==1）
//到三楼停止
\\本站点\门3=1;
//到达3楼
\\本站点\门3=0;
if（\\本站点\二楼==1）//二楼按钮启动//
//电机上升if（\\本站点\光电传感器2==1）
if（\\本站点\一楼==1）//若到一楼
//进电梯后门关
\\本站点\电机反=1;
//电机下降
if（\\本站点\光电传感器1==1）
\\本站点\电机反=0;
//到一楼停止
//到达一楼
if（\\本站点\三楼==1）//三楼按钮启动//
//到达三楼
//进电梯门关
//出电梯关门
//到达一楼门开
if（\\本站点\光电传感器2==1）//电梯在二楼
//门开if（\\本站点\一楼==1）//若到一楼
if（\\本站点\光电传感器1==1）//到达一楼
//电机停止
if（\\本
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