智能电梯目标优化及群控系统的设计毕业设计论文.doc
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1、目录1绪论41.1现在电梯群的趋向41.2电梯群控制的意义42单台电梯系统的多目标优化12.1电梯系统的多目标性12.2平均候梯时间要求短12.3长候梯率要求低12.3.1系统能耗要求低12.3.2平均乘梯时间要求短12.3.3客流的输送能力要求高22.3.4轿内拥挤度要求低22.3.5电梯系统的不确定性22.3.6电梯控系统中的扰动性32.3.7电梯群控系统中的不完备性32.4电梯运行逻辑要求32.4.1单台电梯运行逻辑要求32.4.2两台群控电梯运行逻辑要求43电梯群控器硬件设计13.1电梯群控的总体设计13.2电梯群控的硬件组成13.2.1PLC的输入/输出模块13.2.2电源模块43.
2、2.3编码器43.2.4触摸屏53.2.5RS-485通信模块64电梯群控软件设计74.1软件需求74.2软件结构设计84.2.1总体结构设计84.3群控系统总控模块设计124.3.1群控调度分配模块设计124.3.2单梯运行状态显示模块设计144.3.3通信管理模块设计154.3.4参数设置模块设计155结论与展望165.1结论165.2后续研究的方向16智能电梯目标优化及群控系统的设计摘要:随着建筑物向大型化和高层化方向发展,在一幢大楼内往往需要配置几台或多台电梯,如果这些数台电梯各自单独运行,电梯群的整体运行效率将会不高,也会极大地浪费能源,因此在电梯群的电气控制系统中必须考虑到如何合理
3、调度分配电梯的问题。本文对电梯群控系统进行了设计。用了三菱PLC-FX2N(C)主控制器,触摸屏,继电器,编码器,RS-485通信模块等来控制电梯群运行。对单台电梯的交通分析进行多目标优化设计,并在此基础上对电梯群的优化控制方法进行研究。关键词:单台电梯系统;群控系统;多目标优化;调度规则;PLC1 绪论1.1 现在电梯群的趋向现代的高层建筑,往往安装多台电梯构成电梯群,由群控系统对电梯群进行统一的管理和控制。电梯群完成的是对乘客的有效输送,使乘客能够快速平稳地到达目的楼层。目标对象乘客组成了电梯的交通流系统,为了使电梯群控系统对电梯交通流进行高效的疏导,对电梯的交通流的特性进行深入了解是很必
4、要的。电梯的交通系统不仅是建筑物和电梯设备的组合,还包括对电梯运行特性的描述。在电梯群的控制中,如果只根据常规的层站呼叫系统对来往客流进行疏导,即单纯根据厅层呼叫派梯而不考虑交通状况等因素,这样是不能实现电梯群高效输送客流的目标的。人们意识到电梯群控系统需要跟随建筑物内客流的变化调整控制策略,对电梯交通流进行预测是实现电梯优化调度的有效手段之一,同时电梯交通流也是电梯交通模式识别和电梯群优化调度的重要组成部分。再者,对于一个电梯群控系统而言,如果不考虑客流的变化趋势,而只依据一种调度方法对客流进行疏导,由于客流的多样性,一种群控策略是不能满足乘客的需求的。对电梯的交通流进行分类,识别出不同时段
5、的客流交通模式,按照不同的电梯交通模式选择适当的调度策略是实现电梯优化调度的另一有效手段。当然,完善的电梯群控优化调度策略是实现电梯优化调度的又一有效手段。因此,研究电梯交通流的特性,对电梯的交通流进行预测,并对电梯的交通模式进行识别,并针对不同的交通模式给出其相应的控制策略,将大大改善电梯群控系统的性能。1.2 电梯群控制的意义电梯群的控制方法的发展前景应该研究一种理论上能够保证系统控制与决策的完备性和充分性,同时又是比较容易实现的控制方法。为此,电梯群的群控制方法以其理论研究及其向着工程实践转化的极大可能性成为我们研究的重点。从现实社会对电梯系统的控制要求来看,尽管群控制算法日趋复杂,但是
6、随着微电子技术和计算机技术的发展,其在电梯群控制系统的实际应用将日益成为可能或者更加高效。所以对电梯群控制算法进行的研究有助于衍生对新技术的需求,对国民经济的发展有着重要的意义。同时,现代电梯的群控制算法的主要理论基础是人工智能,这为人工智能的控制策略提供了一个良好的实验和检测对象,通过对电梯群控制这个特殊的对象可以进一步检验人工智能策略的有效性,在实践中推动着人工智能方法的进一步发展。另一方面,通过对电梯群控制方法的分析,探讨新的群控制策略也具有一定的理论意义和现实意义。如很多控制方法都旨在致力于获取充分的客流信息,仅凭设在层站的二键召唤按钮不能完全表达实际的客流需求,于是研究者想到利用人工
7、神经网络回归方法来预测客流以获取更多的客流信息,甚至有人提出了利用计算机视觉技术来识别候梯现场的乘客数等等,这些控制策略和方法的提出就离不开对电梯群控制的研究。更为重要的是,现代电梯的核心技术主要集中在少数几个发达国家手中,我国对电梯控制技术的研究起步较晚,值得欣慰的是国内已有几家单位和高等学校在致力于电梯及其控制技术的研究与开发,但是研究的技术深度和成果输出跟我国庞大的电梯市场需求还有很大的距离。对电梯群控制策略展开研究有助于提高我国的理论应用水平,促进我国电梯产业向着自主知识产权的方向发展,对于民族工业的发展具有重要的战略意义和现实意义。本文对电梯群控制方法进行了设计。提出了对群控程序目标
8、优化的方法。做到电梯运行时“安全、可靠、舒适”三大指标。2 单台电梯系统的多目标优化电梯系统是一个非常复杂的系统,其复杂性表现为电梯系统所固有的多目标性,不确定性,扰动性,不完备性。首先要分析电梯交通系统的特性,针对这些特性确定调度原则,然后再采取及时有效的控制方法对其进行控制。2.1 电梯系统的多目标性2.2 平均候梯时间要求短平均候梯时间,是指从乘客按下层站召唤按钮,到所派电梯到达此层,乘客进入轿厢所经过的时间的平均值,它是评价电梯群控系统性能的一项重要指标。一般情况下,应尽量控制乘客的平均等待时间小于30-60秒。2.3 长候梯率要求低长侯梯时间一般是指侯梯时间超过60秒的侯梯时间。长侯
9、梯率是指长侯梯时间发生的百分率。乘客的心理烦躁程度是与侯梯时间的平方成正比的,当侯梯时间超过60秒时,其心理烦躁程度会急剧上升,所以应尽量减少长侯梯的发生。2.3.1 系统能耗要求低单台电梯的能耗与所选的电梯的驱动方式、机械性能有关。电梯全速运行时的能耗远远低于加减速时的能耗。因此,电梯停靠的次数越多,能耗越大。对电梯群控系统而言,电梯型号一经确定,单台电梯一次起停的电能消耗就己经确定。所以电梯群控系统节能主要依靠群控系统合理的“安排与调度”电梯群对呼梯信号的响应,尽量减少起停次数,从而延长电梯群的整体寿命和节约能源。2.3.2 平均乘梯时间要求短乘客的乘梯时间是指从乘客进入电梯到乘客到达目的
10、层乘客离开的这段时间。乘客乘梯时间的增长往往会使乘客感觉不舒服,烦躁,如去建筑物顶层的乘客在乘梯时间长于90秒时,会对在电梯内的等待变得极不耐烦,所以乘客的乘梯时间应保持在一个特定的时间之内。2.3.3 客流的输送能力要求高电梯作为大厦中的垂直的交通工具,其输送能力是电梯的重要标志之一。输送能力不足将会造成乘客的拥挤,平均候梯时间长等不良后果。尤其是在客流密度极大的高峰期,需要电梯系统迅速将乘客送往各目的层站。群控电梯是有效提高客流输送能力的手段之一。2.3.4 轿内拥挤度要求低轿厢内拥挤度的增大给乘客带来的不便是不言而喻的。合适的轿内拥挤度,会使提高乘客乘坐的舒适感。预测轿厢到达时间的准确度
11、要求高,一般电梯系统都配有电梯到达时间显示系统,如果预测不准确会造成乘客的不安和烦躁,也会降低系统的整体性能。以上是电梯群控系统的主要性能评价指标,由此我们可以看出电梯群控系统是一个多目标的复杂控制系统,并且各个目标之间相互关联,相互影响。比如若想要降低乘客的平均等待时间,则可能导致电梯系统的功耗增加;而若想降低乘客的平均等待时间则可能会使乘客的最长等待几率增加。所以各个指标之间的相互平衡成为电梯群控系统的控制难点。2.3.5 电梯系统的不确定性由于电梯的客流量会随时间的变化而发生变化。所以,电梯交通系统存在着很大的不确定性,主要表现为:1层站的乘客数是不确定的。2呼梯者的目的层是不确定的。3
12、呼梯信号的产生层是不确定的。4建筑物内存在的与环境因素有关的变化的交通状况是不确定的。例如,建筑物的结构规模和使用情况等。这些不确定性的存在给电梯群控系统确定交通模式,预测轿厢到达目的层时间造成极大的障碍,使系统不能对某一特定情况给出最优控制。2.3.6 电梯控系统中的扰动性电梯群控系统还不可避免地会受到不确定的随机干扰。1乘客有可能会按下错误的大厅呼叫按钮(比如想下楼却按了向上呼梯的按钮)造成不必要的停站。2乘客有可能按下错误的轿厢内的呼梯按钮而导致制定错误的目的楼层,造成不必要地停站。3乘客有可能错误地造成轿厢门不能正常开启关闭,而干扰系统的正常运行。4乘客有可能过长地保持开门状态,从而延
13、迟了轿厢的正常运行。5电梯在运行过程中可能会受到各种干扰,比如外部的振动,冲击,电源电压,电流,频率的波动等。2.3.7 电梯群控系统中的不完备性电梯群控系统中还存在着大量的不准确,或者说不完备的信息。1.电梯轿厢中的乘客人数不能准确获得。虽然轿厢的底部装有承重装置,但是由于人的个体体重差异较大而不能获得轿厢内乘客数的准确数据。这会导致对轿厢内拥挤度和对候梯时间的预测不准确,增加系统控制的难度。2.乘客进出轿厢的时间因个体的差异而不同,不能获得准确的数据。3.乘客进入轿厢前,其口的层是不可知的。这使我们对乘客乘梯时间的预测和对其他乘客候梯时问和乘梯时间的影响的预测误差较大。2.4 电梯运行逻辑
14、要求2.4.1 单台电梯运行逻辑要求能正确响应任一楼层内选、外呼信号,到达该楼层时,电梯停止运行,电梯门打开,5秒后自动关门。对多个同向的内选信号,按到达位置先后次序依次响应;如电梯1楼上客后,内选信号有2楼、3楼、4楼,则电梯先响应2楼,再响应3楼最后响应4楼。对多个同向的内选信号与外呼信号,响应原则为“先按定向,同向响应,顺向截梯,最远端反向截梯”。2.4.2 两台群控电梯运行逻辑要求 两台电梯内选信号的响应规则与单台电梯一致,群控逻辑主要考虑两台电梯对外呼信号如何响应,外呼信号统一管理,两台电梯外呼信号作用相同,响应逻辑应遵循路程最短原则、时间最少原则与任务均分原则。 将电梯分为待召、上
15、课、运行三种状态,定义:其中一台为主梯(主梯PLC1为主站),另一台为副梯(副梯PLC2为从站),相同情况下主梯优先响应。3 电梯群控器硬件设计3.1 电梯群控的总体设计图1 PLC通讯示意图 如图1各个模块的大致功能为:电源部分为各模块提供电源支持;串行编程口可用于在线编程,读取程序,在线监视;编码器的输出脉冲能反应曳引机的转数;I/O口(输入口/输出口)主要负责群控系统中单梯的通信;触摸屏为人机接口模块,用于一些参数的设定和状态的显示;RS-485模块用于群控系统中各PLC的通信线。3.2 电梯群控的硬件组成3.2.1 PLC的输入/输出模块1. 电梯按钮分为箱内选层按钮和箱外呼叫按钮两种
16、,但其控制实现方法是一样的。从电梯系统的原理图中我们可以看到,每一个按钮的一头接入PLC的一个输入点,另一头接至开关电源的GND。那么每当我们按下按钮的时候,PLC的相应输入点就会收到一次输入信号,再根据此信号在PLC变量表中的定义来判断按钮的作用,从而控制电梯的动作。在实际操作过程中,我们会发现当我们按下某个按钮的时候,相应的按钮LED灯会点亮,从而反馈PLC所收到的楼层选择或者箱外呼叫信息。这个反馈是通过PLC的输出点控制来完成的。每当按钮被按下时,与此相对应的PLC输出点输出,按钮LED点亮,后当所选楼层到达,输出点复位,LED灯熄灭。2.我们知道想要控制三相交流电机的正反转,需要使用变
17、频器的STF和STR两个端子。本套电梯设备中,我们用PLC 的Y06和Y07两个输出端作为曳引机的正反转控制信号。3.在轿厢内选面板和楼层呼叫面板上都有一个楼层显示的八段数码管以及电梯上下运行指示,其显示分别由PLC的Y17,Y20,Y21,Y22,Y23,Y24六个输出点来完成。其中,Y17,Y20,Y21通过显示板的三八译码器来控制楼层数字显示,Y22显示驻停信号,Y23,Y24显示轿厢上下运动状态。图 2三菱PLC控制的电梯原理图3.2.2 电源模块 如图2,此产品为三菱PLC FX2N。它由交流220V电供电。图中L,N口给PLC供电。输出端中6个COM口,分别为其对应的输出点供直流2
18、4V的电。如com1如果没24V点则Y0-Y3也不会有输出电压。3.2.3 编码器光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器,是目前应用最多的传感器。一般光电编码器主要有光栅盘和光电检测装置组成。通过计算每秒光电编码器输出的脉冲个数能反映当前电机的转速。图3 编码器2. .编码器的接线一般编码器引出线有4根,24V,0V,A,B。0V和24V分别接在开关电源的24V输出和GND上。A,B分别接在PLC的高速脉冲计数输入点上,如图4所示: 图4 PLC与编码器的接线方法3.2.4 触摸屏1.触摸屏在电梯中的应用:触摸屏在电梯中可替代轿厢内部的显示器以及轿厢的内
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