1、郑帆君南 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
2、 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
3、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 iFIXAutomation Specialty ZHENG Fan-junAbstract: In recent years, people have more and more requirements for elevator due to the increasing of the multilayer and intellectualized buildings. Th
4、e single elevator cant meet peoples 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 elevators status needs to be monitored. This design uses GE-PAC for controller, and GE-iFIX configuration software
5、,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 feas
6、ible and can realize real time control of three elevators.Keywords: Elevator group control; iFIX monitoring; real-time monitoring; fault diagnosis目 录1 引言 11.1 选题背景及意义 11.2 电梯监控的发展现状 11.3 本课题的主要工作 22 群控电梯的硬件设计 22.1 六层电梯控制装置 22.2 控制器选型 32.3 输入输出接口 53 软件设计 73.1 PAC工程的建立 73.1.1 创建PACSystems RX3i工程 73.1.
7、2 硬件的配置 93.1.3梯形图程序设计 103.2 iFIX组态画面的创建 123.2.1 iFIX平台 123.2.2 基本画面的创建 123.2.3 数据库的建立 153.3 通讯设置 183.3.1 以太网 183.3.2 I/O通信 203.3.3 PROFIBUS通信 224 系统调试及监控运行分析 234.1 调试 234.2监控结果 254.3 故障点的设置与分析 285 总结与展望 29参考文献 29附录 30致谢 371 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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、、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。表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M4206SE6420-2
13、UC11-2AA1BOP基本操作板6SE6400-0BP00-0AA0M1交流变频减速电机60W51K40GN-S/5GN30KM2直流永磁电机24V/3W/20RPMTH37JB32-CPC1GE-PLCCPU 315PC2MDL754GB1开关电源DR-120-24QF1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24VDCOMRON 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
14、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IO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，另外还有开门按钮、关门按钮、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）
15、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1015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。
16、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IO响应时间的选择PLC的IO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
17、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。IC695PSD040IC695CPU315IC695ETM0O1IC694MDL660IC695HSC304IC694MDL754IC695PBM300图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
18、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。图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IC695ETM
19、001，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
20、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。图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）
21、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CP
22、U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。图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
23、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 EditionProfi
24、cy 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。图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WindowsApply 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。图6
25、 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FileNew 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。图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
26、块进行定义，CPU才能识别到模块展开工作。配置如图8所示。图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
27、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。图9 群控流程图图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
28、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
29、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
30、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。图11 工作台画面图12画面命名图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。图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。图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
