西门子工程设计文件.doc

2017年“西门子杯”中国智能制造挑战赛（原全国大学生工业自动化挑战赛）逻辑控制 设计开发赛项工程设计文件参赛队伍编号：_年 月 日一、方案设计依据、范围及相关标准1、方案设计依据（1）全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛逻辑控制赛项高校组初赛赛题及初赛细则；（2）六层电梯逻辑控制仿真及设备用户手册等；（3）SIMATIC S7-1200 使用手册及产品目录。2、方案设计范围本逻辑控制功能包括：六层电梯的单部电梯基本功能（电梯初始化、集选控制、开关门控制、启停控制、运行监控、错误指令消除、待载休眠），单部电梯运行（异常）状态监测（超载保护、终端越程保护、开关门保护、运行保护），集群电梯的群控实现等。并在SIMATIC S7-1200 PLC上完成控制算法组态及SIMATIC WINCC上完成监控环境组态，建立PLC和WINCC之间的通讯连接。3、方案设计相关标准（1）GB 7588-2003 电梯制造与安装安全规范；（2）GB 24803.1-2009 电梯安全要求 第1部分:电梯基本安全要求；（3）GB/T 24803.2-2013 电梯安全要求 第2部分:满足电梯基本安全要求的安全参数；（4）GB/T 10058-1997 电梯技术条件；（5）GB/T 10059-1997 电梯试验方法；（6）GB/T 24474-2009 电梯乘运质量测量；（7）GB/T 7025.1-2008 电梯主参数及轿厢、井道、机房的型式与尺寸第1部分：、类电梯；（8）GB/T 7025.2-2008 电梯主参数及轿厢、井道、机房的型式与尺寸第2部分：类电梯；（9）GB/T 7025.3-1997 电梯主参数及轿厢、井道、机房的型式与尺寸第3部分：类电梯；（10）DB13/355-1998 电梯安全技术检验；（11）DB31/T 543-2011 在用电梯运行能效评价及测试方法；（12）DB32/T 2670-2014 电梯安全技术评价规范；（13）DB62/T 2451-2014 在用电梯安全评价规范；（14）JG 5009-1992 电梯操作装置、信号及附件；（15）KS B6884-2001 电梯用安全极限开关二、系统分析（包括甲方需求分析、对象特性分析、系统安全分析等）1、甲方需求分析（1）单部电梯任务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，层门联锁保护等，并根据不同的需求实现合理的响应。功能描述如下：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，并返回准备就绪信号以确认。例如，使电梯位于基站（即一层）待命。2）集选控制集选控制是指集合呼叫信号，选择应答控制。例如，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。电梯运行响应完所有呼梯信号和选层指令信号后，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。例如，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，延时关闭，且此时间可修改；在持续按住开门按钮时，电梯门延时关闭功能失效。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）运行监控在运行过程中，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来判断是否进入轿厢。仅当无呼叫指令时，运行方向指示无指向。6）错误指令消除针对选层指令中可能存在的人为误操作进行相应的优化。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）运行（异常）状态监测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。功能描述如下：1）超载保护电梯超载时，故障指示灯闪烁，并保持开门状态，电梯不允许启动。2）终端越程保护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，尚未收到开门到位信号，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。4）运行保护为安全起见，在门区外或电梯运作中，设定电梯不能开门。（3）电梯群控针对多部多层电梯实施联合控制，满足常见不同应用场景下集群电梯的控制策略切换。一般地，至少需要考虑以下几个因素：载客人数、乘客平均候梯时间、乘客平均乘梯时间及系统整体能耗等。（4）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、对象特性分析随着社会的发展，科学的进步以及人民生活水平的提高，人们对电梯的静态和动态特性提出了更高的要求。对此除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等并对其进行优化。对象模型分为电梯模型与用户行为模型两项。电梯模型主要包括：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。用户行为模型指软件系统将模拟各楼层出现的用户数量（按一定概率模型）以及每位用户对电梯的操作行为。用户行为模型可以模拟现实情况下大量用户使用电梯时的具体用例，从而观察PLC所控制的电梯的行为是否符合要求。3、系统安全分析电梯安全系统一般由机械安全装置和电气安全装置两大部分组成，但是往往需要两者联锁配合，才能保证电梯安全运行。电梯的安全性除了考虑结构的合理性、可靠性，电气控制和拖动的可靠性外，还应考虑各种可能发生的危险，设置专门的安全装置。1）防终端越位保护防止电梯在顶层端站或底层端站，不能正常停靠，超出正常平层位臵导致冲顶和蹾底事故的发生。终端越位保护系统分为上下终端越位保护，由强迫减速开关，上下限位和上下极限开关组成，通过强迫减速、切断控制回路、切断动力电源三级保护来完成保护功能。2）防超载运行保护在系统控制设定时，当电梯的承受重量达到一定值时，电梯将不会再对乘客的输入信号做出响应只执行原有指令，如果电梯的承受重量超过电梯所能承受的最大重量时，系统会发出超载信号，电梯将不会启动并发出警报，直到重量恢复到范围内才能继续运行。3）层门、轿门门锁电气联锁运行保护建立该系统的目的是当电梯层门或轿门在开启状态时切断电梯控制回路，防止电梯开门运行。该系统由层、轿门联锁触点和门锁继电器组成。4）开关门保护设置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，尚未收到开门到位信号，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。三、控制系统设计（包括控制逻辑、控制回路、控制算法等的选择，开机、停机等控制逻辑以流程图表达）1、控制逻辑开始初始化楼层等待是否有外部呼叫？是否有内部呼叫？NONO确认本层与目标层YESYES目标层是否与本层相同？电梯选向电梯是否上行？电梯上行电梯是否下行？电梯下行平层检测是否到达目标层？显示楼层制动停车开关门门安全信号？结束2、控制回路四、控制系统选型与系统连接1、控制系统选型控制器采用西门子引领小型自动化系统的最新产品S7-1200；S7-1200 控制器使用灵活、功能强大，可用于控制各种各样的设备以满足您的自动化需求。S7-1200 设计紧凑、组态灵活且具有功能强大的指令集，这些特点的组合使它成为控制各种应用的完美解决方案。CPU将微处理器、集成电源、输入和输出电路、内置PROFINET、高速运动控制I/O以及板载模拟量输入组合到一个设计紧凑的外壳中来形成功能强大的控制器。在下载用户程序后，CPU将包含监控应用中的设备所需的逻辑。CPU根据用户程序逻辑监视输入并更改输出，用户程序可以包含布尔逻辑、计数、定时、复杂数学运算以及与其它智能设备的通信。各种新模块扩展了S7-1200 CPU 的功能，因而能够灵活地满足您的自动化需要： CPU：CPU 1214C DC/DC/DC75 KB 工作存储器；24VDC 电源，板载 DI14 x 24VDC 漏型/源型，DQ10 x 24VDC 和 AI2；板载 6 个高速计数器和 4 路脉冲输出；信号板扩展板载 I/O；多达 3 个通信模块可用于串行通信；多达 8 个信号模块可用于 I/O 扩展；0.04 ms/1000 条指令；PROFINET 接口用于编程、HMI 和 PLC 间通信。CM 1243-5 通信模块，用于将 SIMATIC S7-1200 连接到 PROFIBUS，DP 主站，PG/OP 通信，S7 通信。2、系统连接五、实施效果5.1 操作说明目前电梯控制主要由PLC（可编程逻辑控制器）实现，现代的电梯控制除了需要满足基本的载客运货功能，还需要在保证安全的前提下，自动地、智能地制定最优的响应策略、运行速度等。适用范围：多部电梯多层高楼结构。操作程序：（1）硬件网络连接；（2）程序下载至PLC；（3）启动程序。监控画面：本方案采用WINCC 监控进行在线状态监测并设立报警阈值，当检测参数超过报警阈值时，系统发出报警信号。5.2 监控画面（包括数据显示、趋势显示、操作报警等）5.3 响应曲线及性能分析六、经济效益分析1、不需占用土地就可以增加住房面积这是最大的社会效益和经济效益。2、住宅采用增层改造建设可节约大量的建设场地开发费用。3、增层设计应进行方案比较，选择合理的结构方案，外套框架法并不是唯一的方案，如果增加的层数不多，原设计墙体、地基承载能力富余较多，也可直接按原结构体系增层改造。4、住宅增层改造应力争达到最佳效果，4层以下的住宅或民用建筑增层改造应一次增加到7层或8层，这样就可以充分利用嵌