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电气信息工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称:基于现场总线的变频调速电梯电气控制系统设计专业：电气工程及其自动化姓名：班级学号：08-03-11指导教师：二○一二年三月三十日一、选题的意义及国内(外)的研究概况1.选题的意义随着社会经济的不断发展，人们物质文化生活水平的不断提高，建筑业得以迅速的发展，高楼层建筑不断出现，高层建筑垂直交通问题的解决也日益重要。在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备，电梯已成为工作和生活中的必需设备。电梯作为高层建筑不可缺少的运输工具，其使用已越来越广泛。从电梯控制系统的发展史而言，电梯的控制系统主要采用以下三种控制方式：继电器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高，控制方式不灵活及功率消耗大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能，但也存在一定的不足之处，微机控制系统抗的抗干扰性差，系统设计较复杂，一般的维修人员难以掌握其维修技术，这些都限制了微机控制系统的广泛应用。而可编程逻辑控制器PLC控制系统由于运行可靠、使用维修方便、抗干扰性强等优越性，以逐渐成为目前电梯控制系统中使用最多的控制方式。目前高层建筑的电梯中，常用的有直流电梯和交流电梯[1]。电梯的驱动主要通过电力拖动系统完成，电梯中主要的运动是：轿厢的升降运动和轿门、厅门的开关运动。轿厢的升降运动由曳引电动机产生动力，是电梯的主驱动，其常见的电力拖动方式有直流拖动和交流拖动方式，直流电动机拖动方式由于其能耗大，只有在少量的旧电梯上使用[3]。而近几年出现的变压变频（VVVF）交流电动机拖动方式，以其优异的性能和逐步降低的价格备受青睐，因此变频调速电梯占据了目前新装电梯的大部分[4]。随着计算机硬件、软件技术和集成电路技术的迅速发展，工业控制系统己成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大的进步，突出表现为现场总线技术的大量运用[5]。电梯控制系统是一个相当复杂的逻辑控制系统，系统要在极短的时间内对几百个信号进行检测、处理，加上系统对安全性能要求较高，使得电梯的控制和管理相当复杂，现有国内的电梯控制系统大多数采用PLC作为电梯的控制核心，对每层楼进行点对点控制，进一步加大了电梯的复杂性，给电梯的安装、调试、以及扩展带来了许多麻烦。现场总线是应用在生产现场、在各种微机测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络[6]。它的出现给自动化系统的最终用户带来了许多实惠和方便。电子技术、微电子技术及工业自动控制技术的不断发展，将PLC和变频器应用于电梯这种设备上，取代其传统的继电器—接触器控制及机械调速装置，可大大减少控制系统的元器件和接线，提高电梯工作的可靠性，降低电梯运行的故障率，更方便地进行维修及维护，并且能提高人们搭乘电梯时的舒适度[8]。而通过现场总线控制使得PLC的控制技术变的更加容易，而且提高了系统的准确性和可靠性和抗干扰能力，节省硬件数量和安装费用，便于上位机监控和网络化管理。这一切都帮助用户实现了减低安装、使用、维护的成本，最终达到增加利润的目的。2.目前国内外的技术水平现状电梯是集机电一体的智能系统，设计到机械技术、电子技术、电气技术等。电梯的生产数量及使用情况已成为衡量一个国家经济情况、工业化程度的重要指标[7]。（1）国外发展现状目前，国外知名的生产电梯的公司主要有美国奥的斯公司、日本三菱公司、日立公司和芬兰科恩等公司，他们占世界一半的电梯市场[10]，其中，尤以美国奥的斯公司的实力最强，也是最早设计、生产电梯的公司。近年来，国外电梯设计公司普遍采用变频技术，即VVVF电梯（调频调压调速电梯）。变频调速，采用先进的SPWM（脉冲宽度调制）技术，明显改善了电动机供电电源质量的问题[11]。与传统的交流双速电梯相比，VVVF电梯控制技术采用控制器或微机控制，经过周密计算，电梯在启动、制动及加速时，速度过渡比较平稳，乘坐者都没有明显感觉，可以达到相当高的舒适性。变频调速电梯以其优异的调速性能、起制动性能以及高功率因素、节能等优点已被广泛应用，是国际上公认的最有发展前途的调速方法，成为现代电梯行业的一个热点[12]。（2）国内发展现状我国的电梯发展起步比较晚，解放前，全国大概只有2000台电梯，几乎没有生产电梯的能力。解放后，才开始出现电梯企业，到20世纪70年代，电梯产业出具规模[9]。改革开放以来，由于我国经济的高速发展，国内对电梯的需求量急剧上升[7]。通过引进国外知名电梯企业，学习其先进技术，逐渐形成了以中外合资为主体的外向型企业队伍，比如中国迅达公司、天津奥的斯公司、上海三菱公司、广州电梯工业公司等企业。近年来，中国的电梯产业得到快速发展，形成了自主品牌，通过学习发展国家的先进管理方法和技术，不断改善现有产品的结构和管理机制，使得电梯质量、企业综合竞争力得到极大提升并开始推出新一代的产品。我国电梯电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器PLC控制[7]。而现在电梯设计普遍采用PLC变频调速技术和现场总线技术。我国电梯技术虽然与世界先进水平还有一定的差距，但是由于国内巨大的市场需求量以及国内电梯生产厂商不断提高的管理机制和技术，为我国电梯产业注入了新鲜的血液和活力，中国正在以迅猛的速度赶超世界先进水平。二、本课题研究的关键问题及解决的思路1.本课题研究内容及关键问题本课题主要研究内容：1.总体方案的设计：通过对电梯运动过程的分析得出电梯运行的流程图，再具体针对流程中的各种状态编写相应的梯形图语言。从而控制电梯的的各个运动环节（主要是起降和开关门电机）和显示环节（楼层显示，运行方向显示及呼叫显示等）。以实现启动，运行，停层，平层，呼叫响应等功能的设计，最终实现对整个电梯的电气控制系统的设计。2.硬件设计：通过对电梯运行情况的分析和电梯控制系统的要求，以及输入输出点数，选出适合本设计的PLC型号和变频器型号，电机、触摸屏以及相关辅助模块，如数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通信模块等。3.软件设计：利用PLC编程软件通过编程来实现对PLC的控制。4.监控设计：利用PLC上位机软件实现上位机对PLC的监控和控制。5.通信设计：通过设置通信协议完成PC和HMI之间的通信以及触摸屏和PLC之间、PLC于现场设备之间的通信。要解决的关键问题：如何实现PC和触摸屏之间的通信，以及触摸屏和PLC之间、PLC和现场设备之间的通信。2.解决关键问题的思路首先利用触摸屏程序设计软件编写本设计触摸屏程序，并设置好触摸屏编程软件和触摸屏之间的相关参数和通信协议，通过以太网将计算机和触摸屏进行物理上的连接，将设计好的触摸屏程序下载到触摸屏中，来完成计算机和触摸屏之间的通信。在PLC程序设计软件中对PLC进行硬件组态，并在PLC编程软件中设置好相关参数和硬件之间的通信协议，利用现场总线将触摸屏、PLC、变频器以及现场其他设备进行物理连接，通过现场总线来完成触摸屏和PLC之间以及PLC和现场设备之间的通信。硬件连接图如下图所示：PC上位机以太网连接PPI电缆控制器PLC触摸屏现场总线现场总线三、完成本课题的工作进度计划1.3.19-4.2：收集资料，写出开题报告。2.4.3-4.9：翻译一篇英文资料。3.4.10-4.16：电梯控制系统总体设计。4.4.17-4.30：PLC硬件组成设计。5.4.1-4.7：STEP7软件的使用。6.4.8-5.21：PLC软件系统设计。7.5.22-5.25：基于现场总线的PLC网络组态。8.5.26-5.31：人机界面设计。9.6.1-6.5：PLC应用系统调试。10.6.6-6.10：写中英文摘要、整理论文、图纸，准备毕业答辩。四、参考文献[1]芦艳芳，等.基于PLC的电梯控制系统设计[J].煤炭技术，2011.30(8):53-56[2]邓亚锋，等.电梯控制系统中的PLC应用与实践[J].机电信息，2009.22(30)：204-207[3]黄晓红，等.PLC在电梯变频控制系统中的应用[J].机电工程技术，2004.33（1）：67-70[4]马鸿雁，等.电梯用通用变频器主电路安全性研究[J].建筑电气，2008.27（23）：64-66[5]郑新志，等.PLC电梯控制系统设计与组态监控[J].电气应用，2007.21(3):37-39[6]李杰，等.PLC技术在电梯控制系统中的应用[N].科技创新导报，2008年第19期[7]姚秋霞，等.现代电梯浅析与展望[J].陕西广播电视大学学报，2002.4（3）：93-95[8]宋丽君，等.基于S7-226型PLC的四层电梯控制系统的设计[J].科技信息，2009.21（55）：473-476[9]周玮，等.电梯监控系统的设计与实现[J].微型机与应用，2004.20(2):38-40[10]JuanLuisZamoraetc.OnlineEstimationoftheStatorParametersinanInductionMotorUsingOnlyVoltageandCurrentMeasurements，IEEETrans.Ind.Appl,2003.36(3)：805-862[11]CiroAttaianeseDaminoetc.InductionMotorDriveParamatersIdentification[J].IEEETrans.PowerElectron,2008.13(6)：1112-1122[12]RoengruenP,SuesutT,TipsuwanpornVHS.DesignofPLCnetworksusingremoteI/Omodulebasedoncontrollerareanet-work,[C].ElectricalandComputerEngineering2001CanadianConferenceon.13-16May2001.(ISBN)Volume2:1023-1027五、毕业设计起止日期自2012年3月19日起，至2012年6月10日止。六、指导教师审阅意见指导教师(签字)：年月日七、指导小组意见指导小组组长(签字)：系(签章)年月日说明：1。本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在接到“毕业论文(设计)任务书”、正式开始做毕业论文(设计)的第2周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。2。每个毕业论文(设计)课题撰写本报告一份，作为指导教师、毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)课题任务的依据，并存档。