系統總體方案設計報告

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系統總體方案設計報告

本文研究了用plc控制兩臺電梯的雙電梯并聯控制系統的設計方法，論文首先詳細敘述了電梯的機械系統、拖動系統和控制系統的主要部件的功能和工作原理，確定了用plc控制雙電梯聯動系統的方案。

然后確定了電梯控制系統的基本功能，并根據這些功能設計出了電梯的基本運行控制程序。論文討論了對兩部并聯電梯運行的要求，研究了并聯調度的原則。

并聯電梯控制系統的設計以實際情況為根據，計算出了優化的電梯運行調度方案，達到高效、節能的目的。對我國的電梯市場的設計、研發提供了良好的實驗依據。

1. 引言

本課題將在借鑒已有成果的基礎上，設計基于計算機 可編程控制器的雙電梯聯動控制系統。通過合理地利用plc的硬件資源和軟件資源，進行電梯群控系統的設計來提高電梯的操作靈活及快捷。對電梯的群控問題進行分析研究，以兩臺電梯的聯控邏輯為例，設計基于計算機 可編程控制器的雙電梯聯動控制系統。 通過合理地利用plc的硬件資源和軟件資源，進行電梯群控系統的設計來提高電梯的安全可靠性和操作的靈活性，對縮短平均候梯時間、減少電梯運行時間具有重要意義，對電梯控制的發展具有促進作用。

本設計的主要研究方式、方法包括：

1.通過研究電梯的運行方式，進行雙電梯的邏輯設計。雙電梯一般遵守集選規則，即將呼叫信號先進行登記，對與電梯運行同向的呼叫信號逐一應答，當同向指令和召喚應答完畢后電梯可以自動換向。除此以外，電梯并聯運行還遵循的相應的調度原則：正常情況下，當電梯使用以后，二號電梯作為忙梯會首先自動上升至第三層待命，一號電梯則作為基站電梯在第一層樓待命。當某層站有門廳呼叫信號時，則“忙梯”立即啟動并定向運行去接該層站的乘客。

2.選用西門子s7-系列plc作為下位機，構成雙電梯的控制系統，電梯邏輯控制系統的控制核心是plc，哪些信號需要輸入至plc，plc需要驅動哪些負載，以及采用何種編程方式，都決定著其內部i/o點數的分配，根據plc的i/o節點使用原則，應留出一定的i/o點以做擴展時使用。

3.plc控制程序采用結構化設計，使用西門子配套軟件step7進行編程設計，構建雙電梯聯控軟件系統。

2. 雙電梯聯控的總體方案設計

2.1 電梯的結構與工作原理

電梯是垂直方向上運行的運輸設備，由機械和電氣兩大系統組成。

機械系統由曳引系統、轎廂、對重裝置、導向系統、廳轎門、開關門系統、機械安全保護系統組成。其中曳引系統由曳引機、導向輪、曳引鋼絲繩、曳引繩錐套等部件組成。導向系統由導靴、導軌架、導軌等部件組成。機械安全保護系統主要由緩沖器、限速器和安全鉗、制動器、門鎖等部件組成。廳轎門和開關系統由轎門、廳門、開關門機構、門鎖及位置開關等部件組成。

曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩定，轎廂得以準確停靠。電氣系統實現對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。

2.2雙電梯控制方案總體設計

使用多電梯的場合一般是單電梯無法滿足建筑物內的交通需要，如客流量、等候時間等。因此，使用雙電梯或更多電梯需要解決的主要問題是多電梯協調工作方式和以等候時間最短為目標的聯控邏輯算法。本設計研究兩部電梯的聯控技術，進行了控制方案的總體設計。

雙電梯控制方案的系統框架如圖2-1所示。基本思路是采用計算機 可編程控制器結構。由可編程控制器完成數據和狀態采集、控制任務，并將狀態數據傳輸給計算機。計算機完成監控任務，并將管理指令輸出給可編程控制器。

圖2-1 雙電梯控制方案的系統框架

雙電梯的信號關系如圖2-1所示，在該系統中可編程控制器(plc)是核心部分，兩部電梯的內部呼叫信號、每層樓的外部呼叫信號、電梯的運行方向信號、兩部電梯的載重信號、以及兩部電梯當前所在層信號輸入到plc中，plc根據接收的信號狀態，按照已設計好的邏輯算法進行運算，并輸出控制信號，來控制兩部電梯電機的正轉與反轉、何時開門何時關門、電梯樓層和運行方向的現實的顯示、以及超重后的報警等。同時，根據預先設計，plc將需要監控和存入數據庫的信息傳送個上位機(計算機)。除接受plc傳輸的信息外，計算機可以根據管理需要，向plc發出控制指令。

輸入到plc的控制信號有：運行方式選擇(如自動、有司機、檢修、消防運行方式等)、運行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護信息、旋轉編碼器光電脈沖、開關門及限位信號、門區和平層信號等，通過plc的控制來判定電梯的運行方向，是否開關門，顯示出當前的樓層，在超載的情況下發出警報。

對于控制電梯一次完整的運行過程，就是曳引電動機從起動、勻速運行到減速停車的過程。plc接收來自操作面板和呼梯盒的召喚信號、轎廂和門系統的功能信號以及井道 和變頻器的狀態信號 ，經程序判斷與運算后實現電梯的集選控制，plc在輸出顯示和監控信號的同時向變頻器發出運行方向、啟動、加速、減速、運行和制動停梯信號。曳引電動機正轉(或反轉)控制及高速控制信號有效時，電動機開始起動，起動后維持一定的速度一直運行，完成起動及運行段的工作。當換速信號到來后，plc撤消高速信號，同時輸出爬行信號。減速過程開始，當電機達到一定速度時電梯停止減速，并以此速度爬行。當平層信號到來后，plc撤消爬行信號，同時發出停梯信號，此時電動機減速到停止轉動，電梯停梯。正常情況下，在整個起動、運行、減速爬行段內，變頻器的零速輸出點一直是閉合的，減速至零之后，零速輸出點斷開，通過plc抱閘及自動開門。 本設計主要是針對為了使人打到最短等候時間，進行邏輯分析，并可以后續設計出相應的plc控制程序。

3. 電梯運行的總體邏輯算法

(一)2部電梯分別為a，b，ya、yb分別為a、b電梯的運行值，它反映了電梯當前運行的樓層。ya：電梯當前所在樓層數(b梯與此類似，以下均以a梯為例)。如果電梯停在某層待命時，運行值為上行時的值。設h為廳內某一外召喚按鈕按下時對應的鍵值，h=所在樓層數。

(二)設定變量ma，mb;其中ma、mb分別為a梯順向內呼最值和b梯順向內呼最值;當電梯向上運行時，ma=ma_(a梯內呼登記表);當電梯下行時，ma=min(a梯內呼登記表)。電梯相應的最短距離為s。b梯與a梯相同。

以a梯為例電梯響應時間的確定：當外呼信號與電梯運行方向相反時， 就是電梯由當前樓層順向運行到內呼最值樓層、再由內呼最值樓層運行到外呼信號樓層的樓層數之和，即s=|ya-ma| |ma-h|。

當外呼信號與電梯運行方向相同時，外呼信號在電梯運行前方，則就是電梯運行到外呼樓層的樓層數，即s=|ya-h|。

如果外呼信號在電梯運行后方，則值由3部分構成，電梯當前值到順向最值樓層的距離、順向最值樓層到外部后向呼梯最值樓層的距離和外呼信號到外部后向呼梯最值樓層的距離，即：s=|ya-ma| |ma-h|。b梯計算方法與a梯一致。

為了達到乘客等候時間最短，使a、b兩部電梯的響應時間作比較，響應時間短的來完成乘客的需求。

參考文獻

______城鄉建設環境保護部，住宅建筑設計規范，1987年

余華、孫德堡，智能大廈中的電梯群控系統，電工技術雜志，2026年

[3]朱曉東、曾慶山，基于plc的電梯最小等候時間的集選控制算法，輕重運輸機械，2026

總體方案設計主要由以下幾部分組成：

1)工程概況

敘述本工程區位：建筑總面積、總高度;屬民用建筑級別;工程意義;建筑平面功能、用途等。

2)設計依據

包括國家現行規范、標準、行業標準;建筑單位、主管部門有關文件及具體意見與要求;

3)設計原則

智能化子系統配置的總體要求及目標。

4)智能化子系統配置

列出本工程項目所需設計的所有智能化子系統名稱，根據不同性質的工程，建筑單位不同的`要求而設置不同的智能化子系統。

一、五星級酒店智能化系統

五星級酒店應該具有較完整的智能化系統，以提高酒店的品位和檔次，供賓客一個舒適、安全、便利、休閑的生活和商務環境。酒店智能化系統工程的方案設計應涉及對各子系統的需求和所包括的內容。五星級酒店宜設置以下智能化子系統，方案設計時可根據建設方的需要，予以確認。

1.火災自動報警及聯動控制系統(由強電工種設計);

2.通信網絡系統，包括程控交換機和設置聯通、移動、小靈通等移動通信盲區覆蓋系統。

3.計算機網絡系統，采用千兆以太網技術，實現千兆到樓層，百兆到桌面的帶寬。

4.酒店機電設備自動監控系統;

5.結構化綜合布線系統;

6.安全防范系統，包括閉路電視監控及防盜報警系統、門禁系統、電子巡更系統等。

7.衛星接收及有線電視系統;

8.背景音樂和公共廣播系統;

9.酒店經營管理系統(一般由酒店管理考慮，智能化設計已經提供了信息系統的物理通道);

10.電子門鎖管理系統(一般在裝修階段解決);

11.其他智能化應用：

①vod點播系統;

②卡拉ok點播系統;

③多媒體會議系統，包括擴聲、投影、攝錄系統、集控系統、視頻會議、同聲傳譯系統等。

④大屏幕顯示及觸摸式多媒體信息查詢系統;

⑤智能照明控制系統用于大堂、多功能廳、總統套房;

⑥智能一卡通系統用于門禁、停車場管理、消費、考勤等;

12.智能化集成系統所實現的目標;

13.電子信息系統防雷;

二、高層公寓智能化系統

高層公寓是一個面向二十一世紀的現代化住宅小區，智能化系統的建設將為人們提供一個功能完善、舒適優美的生活空間。同時，一個集寬帶網絡、有線電視、可視對講，防盜報警和閉路電視監控等高新技術為一體的智能化管理系統將使之成為新一代小區的典范。

高層公寓智能化系統功能建議參照建設部《全國住宅小區智能化系統示范工程建設要點與技術導則》所規定的二星級標準設置，方案設計時應包括以下三方面內容：

1.電子安全防范系統：

1.1、周界防范報警系統，主要考慮非法闖入者翻越圍墻進入公寓，以便提供有效的預警和警情處理。

1.3、閉路電視監控系統，對室外主要通道、公寓出入口、電梯橋廂等場所嚴密監控，實行實時錄像。

1.4、聯網型可視樓宇對講系統(包含家庭安防報警的接入方案：如住戶防盜、煤氣泄漏探測、手動報警系統、門磁等接入可視樓宇對講系統)保證住戶的安全。

2.家居信息/視聽和控制網絡系統

2.1、計算機寬帶網絡系統。寬帶網絡建成后保證千兆光纖到幢，使住戶以不少于10m的速率連接internet，提供家庭辦公、家庭娛樂、遠程醫療教學、圖書資料查詢等使用的網絡平臺。

2.2、860mhz雙向有線電視系統。

2.3、電話系統應在公寓設總交接間，在每幢樓設分交接箱;每戶電話進線均為二對線。

2.4、工程以上信息系統的接入方式，例如采用家庭智能接線箱布線系統，用于住戶電腦共享、電話接駁、電視分配的功能。交代在平面設計時要作到的標準，在此的基礎上住戶入住時可根據裝修的需要，從家庭智能接線箱連接終端設備，給住戶帶來方便。

2.5、家庭控制器，包括家庭報警、緊急求救、家用電器監控等控制網絡系統設計要求。

3.小區信息和物業管理系統

3.1、建議考慮公寓“一卡通”管理系統，用于住戶信息、消費等管理;

3.2、擬建公寓物業管理局域網系統，給住戶提供更多的信息服務;

3.3、根據當地的情況，考慮三表遠程采集系統。

3.4、室外背景音響系統;

3.5、出入口的管理系統：主要是對地下停車庫采用感應式停車庫計算機管理系統的方案。建筑智能化方案設計除了上述總體方案設計外，尚需提供智能化子系統投資估算。

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