基于PLC的电梯安全监控系统,毕业论文,课程设计,开题报告

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毕业设计(论文)
基于PLC的电梯安全监控系统

ELEVATOR SAFETY MONITORING SYSTEM BASED ON PLC
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摘要

现在人们对电梯的使用已经越来越频繁，高楼大厦里面也都是电梯的身影，它方便了我们的日常生活。当然电梯的内部结构和运行方式也是错综复杂的，为了使电梯能安全稳定地工作，确保乘客的人身安全，所以现今社会需要一款能够能安全可靠运行，并且能够进行实时的监控电梯的安全监控系统。为此，设计一款能实时监控电梯运行状态，检测电梯故障，反映电梯运行状态的监控系统很有必要。

本次绪论部分讲解了电梯监控系统的当今趋势，主程序部分对监控系统的前端数据采集模块，PLC模块和监控中心做了一个大概的介绍。监控中心人机界面的设计概述了人机界面上面的需要显示的内容，完成了对电梯运行中过程的动态显示。前端数据采集模块的硬件选型部分，对系统内部需要选用的硬件和软件程序编写等多角度分析，使用了一定的抗干扰设计，保证了系统在采集数据方面的稳定可靠性。前端信息采集模块搜集到的故障信息会经过PLC监控系统的检测判定并上传至监控计算机。本监控系统的监控中心还有故障历史记录库，提高了监控系统的完整性。关键词 电梯； 安全监控； wincc；传感器； plcAbstract

Now the use of the elevator has become increasingly frequent, high-rise buildings are also the elevator figure, it facilitates our daily life. Of course the internal structure and the operation mode of the elevator is complicated, in order to make the elevator safety and stable work, to ensure the safety of the passengers, so modern society need a can can be safe and reliable operation, and can carry out real-time monitoring of elevator safety monitoring system.Therefore, it is necessary to design a monitoring system that can monitor the elevator running status and detect the elevator malfunction and reflect the elevator running status..

This introduction explains the trend of the elevator monitoring system, the main part of the monitoring system front-end data acquisition module, PLC module and monitoring center made a general introduction. The design of the man-machine interface of the monitoring center provides an overview of the contents of the display in the interface, and the dynamic display of the process of the elevator operation is completed.. Hardware selection part of the front-end data acquisition modules and the internal systems need to use hardware and software program writing multi angle analysis, using certain anti-interference design, to ensure the system in the data acquisition of stability and reliability. The failure information collected by the front-end information acquisition module is determined and uploaded to the monitoring computer by the detection of the PLC monitoring system.. The monitoring center of the monitoring system and the fault history library, improve the integrity of the monitoring system.
Keywords elevator Safety monitoring wincc Sensor plc
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扣扣 1411494633目 录

TOC \o "1-3" \z \u HYPERLINK \l _Toc3669 摘要 3669 II

HYPERLINK \l _Toc12096 Abstract 12096 III

HYPERLINK \l _Toc22601 1 绪论 22601 1

HYPERLINK \l _Toc19710 1.1研究目的及意义 19710 1

HYPERLINK \l _Toc9698 1.2国内外概况及发展趋势 9698 2

HYPERLINK \l _Toc8924 1.3课题研究意义及内容 8924 4

HYPERLINK \l _Toc20204 1.3.1安全监控系统总体设计 20204 4

HYPERLINK \l _Toc29680 1.3.2软硬件设计 29680 4

HYPERLINK \l _Toc4795 1.3.3课题研究的技术难点 4795 5

HYPERLINK \l _Toc12425 1.4常见的故障 12425 5

HYPERLINK \l _Toc15741 2总体方案的设计 15741 7

HYPERLINK \l _Toc9397 2.1系统的结构 9397 7

HYPERLINK \l _Toc16706 2.2 系统的主要特点 16706 8

HYPERLINK \l _Toc16305 2.3 数据传输方式 16305 8

HYPERLINK \l _Toc10253 2.4 本章小结 10253 8

HYPERLINK \l _Toc25642 3硬件的选型及支架的设计 25642 9

HYPERLINK \l _Toc12208 3.1硬件的选型 12208 9

HYPERLINK \l _Toc28474 3.2采集仪 28474 9

HYPERLINK \l _Toc9534 3.3中继器 9534 9

HYPERLINK \l _Toc21626 3.4传感器的选型 21626 9

HYPERLINK \l _Toc1369 3.4.1门开关感应器 1369 10

HYPERLINK \l _Toc24501 3.4.2重量传感器 24501 10

HYPERLINK \l _Toc20392 3.4.3距离传感器 20392 11

HYPERLINK \l _Toc28909 3.4.4红外人体感应器 28909 12

HYPERLINK \l _Toc12082 3.4.5加速度传感器 12082 13

HYPERLINK \l _Toc28120 3.5电源模块 28120 14

HYPERLINK \l _Toc26235 3.6相关设备的技术指标 26235 14

HYPERLINK \l _Toc15361 3.7 PLC的选型 15361 15

HYPERLINK \l _Toc9616 3.8本章小结 9616 17

HYPERLINK \l _Toc28974 4. 控制系统的设计 28974 18

HYPERLINK \l _Toc24933 4.1主程序的设计 24933 18

HYPERLINK \l _Toc5052 4.2信息采集模块的设计 5052 18

HYPERLINK \l _Toc16178 4.3 PLC监控模块的设计 16178 19

HYPERLINK \l _Toc21261 4.4 PLC程序电气图 21261 23

HYPERLINK \l _Toc31670 4.5 本章小结 31670 24

HYPERLINK \l _Toc8256 5. 监控中心人机界面的设计 8256 25

HYPERLINK \l _Toc13698 5.1监控软件的设计 13698 25

HYPERLINK \l _Toc4553 5.2人机界面的设计 4553 25

HYPERLINK \l _Toc31426 5.3本章小结 31426 27

HYPERLINK \l _Toc4256 6.PLC箱体的设计 4256 28

HYPERLINK \l _Toc15896 6.1 PLC箱体的设计 15896 28

HYPERLINK \l _Toc1063 结论 1063 30

HYPERLINK \l _Toc13190 致谢 13190 31

HYPERLINK \l _Toc6642 参考文献 6642 32

HYPERLINK \l _Toc23936 附录 23936 33

HYPERLINK \l _Toc28948 附录1 28948 33

HYPERLINK \l _Toc5007 附录2 5007 33
1 绪论

1.1研究目的及意义

电梯是现代高层建筑中常用的垂直运输工具，是直接连接人民生命和财产安全的生活常用工具，确保电梯能够正常稳定的运行、安全可靠的进行运输工作室一个十分重要的课题。电梯是现今社会很常见的一种民用的大型运输工具，若平时维护保养得不好，就可能会常出现一些电梯故障，有的甚至可能出现引起机毁人亡等重大安全事故。在上世纪70年代末开始，有一些电梯的设计们开始考虑给电梯增加一个监控系统，即在电梯轿厢内部安置一些监控器和通信设备，让出现事故时被困客车能够与外界的人员进行通信，将电梯内部的状况及时准确的汇报给外界救援人员。但这这个系统有很大的局限性：只能在有监控人员的时候才能及时救援，并且一旦电梯出现困人情况，只能通知专业人员克服困难。近年来，随着计算机控制技术和生产技术的电梯远程监控技术、网络通信技术的发展，它是一种电梯运行安全集中监控中心的新兴技术，是未来电梯发展的新趋势[1]。

电梯安全监控系统在以前的电梯监视系统上又进了一步，这种比较前端的设备集通讯、信息处理于一体，它可以通过专有的通讯路线传递信息至监控中心。当电梯出现故障时，监控设备通过PLC发出指令，自动将故障信号上传信息到外界的监控中心，监控人员就可以直接通过维修中心的人机界面了解故障的原因，方便维修人及时处理电梯故障。电梯的生产厂家也可以通过监控中心人机界面，可以对管理内的电梯故障率、电梯出现的故障种类，故障时电梯的状态等进行研究剖析，然后进行相应的改良，避免相同故障的再次出现，电梯保养单位也可以依据电梯安全监控系统记录的数据来核实该电梯是否需要修理或是改造[12].当然用户也通过电梯安全监控系统享用到一系列的服务。安全监控维修维修中心始终监控着需要维保的电梯，所以随时都知道电梯的运转情况和发生故障的情况，维修人员能够提前知晓电梯的故障所在，知道应该携带怎样的工具维修电梯，这样不仅可以大大的节省维修所花费的时间，还可以节省维修的费用。像这样预保养式的维修服务一定能够获得消费者的喜爱，这也将是未来电梯产业的一个新的发展趋势[3]。

电梯安全监控系统的主要作用就是对电梯轿厢进行的远程的数据监控，安全故障分析及处理，完成故障的前期预测以及排除问题、电梯运转情况的统计与分析等。施行电梯安全远程监控，能够在电梯出现状况是立即发送故障信息，并且方面维修人员及时维修，可以主动的对电梯进行维护保养，当然也减少了电梯出现的伤人事故的概率，因为可以及时发现，减少困人故障的时间。通过远程安全监控，可以直接在人机服监控务中心对出现的故障进行分析研究，帮助维修一线的修理师傅修理出现的故障。

总的概括起来，现代的电梯安全监控系统必须要具有如下的几个功能：

(1)及时的排除故障。由远程的安全监控系统，能够完成故障的前期预测与自动维修使命，维修人员能够主动的对电梯进行维护保养，让消费者能及时的用上电梯不耽误消费者的工作和生活，还可以通过远程监控来进行故障的分析来进行相应的准备；

(2)人机监控中心通过控制的命令能够监控电梯的相应功能，像自动锁梯、取消某些楼层的停靠、改变原则等故障；

(3)进行故障的记录与统计，并能够保留，方便以后可以把统计的结果用于对电梯

产品性能的评估和发展，当然也利于客户单位可以够依据相关的数据来定制不同的电梯控制方案，而且还能根据需要来制定相应的参数。

(4)统计电梯运转的频率、停靠的层站以及呼梯的楼层，方便以后的改善同款型号的电梯调控，还能够依据这个建筑的电梯的实际条件，定制出可以针对此客户的群控原则。并且，电梯安全监控将会以一种新的服务理念为用户进行服务，它将会对电梯安装维护方面和使用电梯的消费者在用电梯进行集中性的管理系统都提供了一个很好的方法。利用电梯安全监控系统，电梯使用单位和安装保养单位都可以很方便地成立电梯安全监控中心，更好的服务了广大的群众。

1.2国内外概况及发展趋势

现在国外的领先电梯生产企业都已经研制出了有自己知识产权的监控电梯安全的系统。比如德国蒂森克虏伯电梯公司的安全监控系统就具有又能控制电梯的功能，又有分辨失误操作的功能，能很好的控制电梯的情况，可以把搜集的信息转化为图表来显示电梯实时的运行情况，还具有自动报警的功能。次公司的系统既可以同时监控电梯，手扶式电梯和该建筑物其它电器，可是此监控系统有一个很大的弊端，那就是只能监控自己家生产的产品，不能和其他产品兼容[5]。

美国西子奥的斯公司的电梯安全监控系统REM5.0是西子奥的斯公司自行研究出的电梯监控系统，它能够将不同的故障进行等级划分，不同的等级有各自不同的报警方式，如图1-1所示[6]。REM系统可以自动发出电梯服务中断的信号，能够在界面上显示出地点、性质、问题类型以及乘客当前状况等资料，当电梯运转过程不符合事前预定的情况时，监控系统偏会发出出现故障的信息，同时向总公司后期服务中心发出故障警报，售后中心能够通过接收到的信号进行及时处理，防止更大的故障出现。 图1-1 美国西子奥的斯REM5.0系统
著名芬兰通力(KONE)电梯公司的EMC安全监控系统通过MODEM和标准通讯线来实现电梯以及自动扶梯的安全监控，它还有很独特的运行数据库管理功能和故障检测功能，能够把特定时间段内收集到的的数据信息通过系统内部处理转换为图表能够更方便观察比较，还能回放电梯之前的运行情况，有助于后期的故障查询诊断[12]。

发展悠久的日本三菱电梯公司也推出了自己的监控系统，这个系统也只适用于三菱的电梯，基于日本本身的国情，它能对地震等灾害进行的特殊的监控报警功能。系统是基于VB5．0软件开发出来的，系统的数字模块用特殊的软件开发[8]。三菱公司的监控系统实质上是一个集散型的控制系统。三菱的系统是和一个方便理解的显示器安装在一起，能够实时的将电梯的运行状态显示出来，生产厂家的售后服务中心、当地的安全管理部门以及其它地方都能够随时的看到当前电梯的运行情况。像在发生自然灾害、电梯运行故障等突发情况的时候，系统能够立刻将发生的状况在维修中心的人机界面上显示危险的信号，同时系统会发出警报提示监控人员。当电梯出现故障后，显示器会显示警报，维修人员就可以随时的查看显示的紧急操作。

上面的这些电梯安全监控系统都是大公司开放的相对来说都具有一些代表性，在国外电梯安全监控都是很常见的，但是这些系统都只是一些很封闭的系统，不能与其他厂商的产品通用，都只能够为自己公司生产的产品服务。所以这些电梯公司的系统都得不到广泛的应用，我们就要用到不同的通讯方式，不一样的硬件接口，因为只能监控自己公司生产的电梯，而不能跟其他公司生产的电梯进行通用，而且这些系统对网络的要求也很高，这些监控系统的价格也很贵等等。

现在我国许多电梯的生产厂家和有关的电梯单位都在努力的研制各种各样的电梯安全监控系统，这些监控系统或多或少都和国外的会有一定的差距，国内的系统功能太过于简易了，监控的数据面很窄，而且不能同时监控太多电梯。没有一定的自适应以及学习能力，没有一定的管理能力；其次就是监控系统同样没有很好的通用性。运用的电梯的种类很单一，只能够监控本家厂商生产的电梯设备，还有大部分都是通过PLC系统进行电梯监控系统的设计。都不可以对电脑控制的电梯进行安全监控。如果同一建筑内有不同厂家生产的电梯，那么这些电梯的操作系统一定会有差距，那样就没有办法只用一款监控系统监控这些不同型号的电梯了。由此看来，我国现在非常需要研究一种通用性，性能强大并且性价比高的监控系统来监控电梯的运行情况，从而降低电梯出现事故的几率，提高人们在使用电梯时的舒适度。但如果要达到这些要求，我们除了要通过改进整体的设计、提高我们的工艺水平、提高我们的电梯安装水平来解决外，还要通过先进的技术手段和可靠地售后服务。在保证电梯安全舒适运行的同时，我们要用先进的技术手段提升监控系统的可靠性，让监控系统能够在故障发生时及时发现、并且在故障还未产生时，排出可能出现的故障，让使用人员有安全舒适的使用体验。

1.3课题研究意义及内容

现在的电梯绝大多数都采用的是单一的基于PLC的设备，这些古老的电梯已经不能够满足现今电梯发展趋势，现在都己渐渐的被市场淘汰了。所以本文介绍的系统的设计的主要用户群体是电脑和PLC控制的电梯，为它们提供一款安全可靠的监控系统。为了能够减少生产安全监控系统的成本，缩短系统研发的周期，提高监控系统的适应性、稳定性和安全性，本文中采用的是基于PLC的组成独立的数据采集和处理的系统，实时的采集电梯的运转情况记忆相关的信息，并且可以及时的上传给监控中心人机界面来实现监控任务。综合国内外电梯安全监控系统的特点，本文的研究内容如下：

(1)分析设计出完整的前端信息采集模块。

(2)实现监控中心人机界面的设计。工作人员能够通过人机界面的见识窗口直接观察电梯的动态运行情况，并能进行故障查找或分析。维保人员可以通过人机监控中心查找电梯的故障历史记录。并且可以对电梯的运转进行分析、对比以及存储。

(3)可以对多种故障类型同时做出准确的判断并进行分析。

(4)本安全监控系统抗进行了一些扛抗干扰功能设计。

(5)本次监控系统的设计要有尽量节约成本。

为了实现上述的目标，本文对下面的内容进行了分析和探讨，并加入了笔者自己的一些见解。
1.3.1安全监控系统总体设计

首先要分析电梯轿厢的架构合理设计前端的信息采集模块，确定需要监控的故障以及相应的运行情况，确定本安全监控系统的大体结构、程序流程和相应的特点。

1.3.2软硬件设计

（1）PLC的选择

根据电梯安全监控系统的需求，选择PLC的型号，并且由PLC的型号和研究目标选用所需要的扩展元器件。

（2）信号的采集和处理系统的设计

在进行硬件电路设计的过程中，同事分析软件任务。本监控系统将各个功能部分分模块进行研究设计．主要包括系统的主要程序、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块、系统运行自动保护模块等。

（3）前端的信息采集模块要考虑到一定的抗干扰性，增加采集模块的可靠性，用来确定系统可靠性的技术称为抗干扰设计。

1.3.3课题研究的技术难点

（1）前端数据采集器信息的处理和传输；

（2）PLC通过以太网与监控中心计算机进行数据传输；

（3）监控系统工作的效率和数据传输的可靠性；

（4）采用wincc组态软件设计电梯实时、动态的人机监控界面；

（5）实时监控分析电梯的运转情况。

1.4常见的故障

电梯的故障就是因为电梯的一些零件或者电气控制系统中的一些元件发生了异常，使电梯不能够进行正常的运行或影响了客户的舒适度，甚至会造成人身伤害等电梯故障的现象。

机械系统方面常见的故障和原因如下：

（1）因为润滑不良而导致润滑系统出现了故障，从而造成电梯部件的转动部位严重发热然后损坏，导致打滑以及损坏滑动部位的零件。

（2）由于经常使用的电梯，有些零部件已经发生了保养不到位，磨损、老化等现象，又没有及时更换坏了的部件，造成损坏进一步的扩大，从而使电梯损坏。

（3）电梯在运转过程中，由于电梯的震动而引起的紧固的螺丝松了，导致一些重要的结构出现问题，导致电梯出现重大的故障。

电气控制系统常见故障和原因：

（1）从电梯电气故障发生的一般情况来看，可能出现的问题有电梯门机系统出现故障、电器组件接触不良等等问题。通常会造成门机系统和电器组件出现故障的原因，一般都是元器件的质量不好或者出现老化、安装调试的质量不过关、维护保养不频繁等。

（2）从电气故障的性质看，电气方面的故障主要有短路和断路两类。    

短路就是因为接通的回路连通，或者接通后线路内的电阻不够大。电梯一般会出现的短路可能有继电器、方向接触器、电子锁的损坏，这些情况可能会让接触器和继电器连到一起而导致短路故障，有的时候还会有这些情况，电器组件的一些绝缘材料没用了而导致短路[15]。 

断路就是因为造成应连通的回路不能够通行而形成的。造成断路的情况一般有，电器组件的接入接出的接口损坏失效了，电气控制电路里连接点的焊接部位损坏失效了。电路里一边表面的接触点老化了被氧化了。

本次安全监控系统主要研究的故障.经过安置在电梯轿厢信息采集仪来采集故障信息，监控电梯的一些故障及运行状态，分别如下：

（1）门区外停梯故障

（2）电梯超重故障

（3）电梯冲顶故障

（4）电梯蹲底故障

（5）电梯运行中开门故障

（6）电梯困人故障（电梯平层时，人在电梯逗留时间超长）

（7）电梯超速故障

1.5 本章小结

本章节主要介绍了现在电梯安全监控系统的研究的意义和背景，以及现在国内外发展的趋势和情况。

2总体方案的设计

2.1系统的结构

本次电梯安全监控系统是由前端的数据采集设备、数据传输设备、数据处理设备，监控中心等组成。

本监控系统作为电梯的安全检测系统，主要有位于电梯监控现场的下位机（传感器等组成的数据采集设备）负责搜集信息、plc监控系统和向维护人员提供监控界面的监控中心人机界面(上位机)三部分。大概的工作流程如图2-1所示。 图2-1 总体工作流程图
远程监控系统最关键的设备是前端的数据采集设备，负责在电梯控制现场直接进行数据搜集并立即将信息上传给人机界面监控中心。

因为电梯轿厢本身的线路就很复杂繁琐，所以本次设计前端的数据采集设备不会与电梯轿厢本身的控制系统连接，主要是在电梯轿箱上直接安装相应的传感器来搜集电梯的运行信号，然后通过PLC模块在上传至人机监控中心，维护人员可以通过监控界面一目了然的看到电梯的运行状态。当电梯出现故障时，数据采集器向人机界面发送信息，包括电梯是上行还是下行、故障的类型和出现的时间等。监控中心收到信息后，会先对故障进行分析判断，同时把此信息添加到历史记录库中。之后维修师傅可以通过分析历史记录库中的信息对电梯进行分析，判断。

2.2 系统的主要特点

本监控系统通过对一些关键技术，如通过传感器检测电梯运行状态信号的采集技术、系统抗干扰技术等的研究，设计出一个电梯前端信息采集器，来搜集电梯的运行状态信息，并能及时将采集的信息通过plc传输到人机监控中心，维保人员就可以通过观察监控界面的信息直接了解电梯的实时运行情况。本系统从运行环境，运行状态和现在电梯一般的结构要求方面考虑，有以下四点特点：

(1)实时性

监控中心能够随时了解电梯的实时运行情况，如果在电梯运行过程中出现故障的话，就能立即显示出电梯出现的故障信息，那样维保人员在第一时间内就知道了出现故障的位置、故障的类型，知道该维修的项目，带什么工具及设备，既节约了成本有缩短了时间。

(2)硬件结构简单化

由于电梯是一个运转过程频繁，运行距离较长的机械，所以在设计电梯的安全监控系统的过程中需要注意到电梯结构的类型，尽量缩减监控系统内部硬件给电梯造成的重量，并且要使硬件的体积尽量小，选择小型的硬件，让系统的结构简单化，来提高系统的可靠性。

(3)适用范围广

要适用于现在大部分的直升电梯,适用范围广，符合现在电梯市场的发展。

(4)独立安全

前端收集信息的故障信息采集仪，与电梯轿厢不形成电气连接，不会影响电梯本身的运行。

2.3 数据传输方式

本次安全监控系统通过以太网来传输电梯数据，以太网具有安装便捷、传输速度迅速、方便拓展、价格成本低等特点，系统如果接入互联网，可组成全方位的电梯安全监控网络。只要电梯机房附件有以太网数据节点或者可通过无线网络接入就可以[4]。

以太网是在 近现代研究开发出的一种基带式的局域网技术，使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD)机制，数据传输速率达到了10MBPS 。现在以太网更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。以太网的帧格式与IP是一致的，所以特别适合于传输IP数据。以太网还有简单方便、价格低、传输速度高等特点[4]。

2.4 本章小结

本章节主要介绍了本次监控系统的一个主流程，传输的方式，以及系统的结构和特点，plc的选型。3硬件的选型及支架的设计

3.1硬件的选型

监控系统硬件部分的选型，电梯安全监控系统硬件主要由前端的故障信息采集分析仪、数据传输中继器(以下简称：中继器)、安装在轿箱顶部的各种感应器、供电开关电源、数据库服务器、客户终端等组成。

3.2采集仪

采集仪主要就是负责采集安装在电梯轿厢上的各类传感器采集到的故障信号，判断电梯当前的运行情况、判断电梯轿厢的情况是否出现异常等，采集仪的型号为PM120，如图3-2所示。此采集仪需要一个。
图3-2 采集仪

3.3中继器

中继器负责中转数据通信，具有硬件的接口转换、拓展以及软件协议的转换等相应的功能，每台中继器与一个采集仪连接。中继器的型号为： PM320（主要通过以太网实现数据的传输）如图3-3所示。此中继器需要一个。
图3-3 中继器

3.4传感器的选型

本次的安全监控系统，主要监控的故障有门区外停梯故障，电梯超重故障，电梯冲顶故障和电梯蹲底故障，电梯运行中开门故障，电梯困人故障以及电梯超速故障。那么如何用传感器检测这些故障呢，那就要选择合适的传感器。

3.4.1门开关感应器

首先门区外停梯故障和电梯运行中开门故障，这个用传感器不怎么好检测，这里我们选用一种门开关传感器，是三菱品牌的门开关感应器（也为位置传感器），传感器型号为YA043D166-04，如图3-4-1所示。此传感器需要一个。图3-4-1 门开关感应器

3.4.2重量传感器

电梯超重故障，我们选用相应的重量传感器来检测，这里我们选用中航电测GP2D120型号传感器，当重量超过额定值，信号会发出。相应的技术指标和图片 如图3-4-2所示。此传感器需要一个。

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图3-4-2 中航电测GP2D120型号重量传感器
需要为次传感器设计一个支架，因为电梯是一个高频率运转，而且运行的时间也很长的大型设备，所以在设计前端信息采集模块的时候需要考虑到电梯本身结构的情况，尽可能的缩减信息采集模块的硬件给电梯造成的重量，要使硬件的体积尽量的小巧而且轻便，使系统结构简单，从而挺高了系统的可靠性[9]。前面我们传感器的选择已经实现了小型化，微型化，所以传感器支架的设计，我们也要以简单，轻便，牢固为主。

本次支架的设计我用的是3dmax绘图软件，如图3-4-2-1所示。此重量传感器的体积为80mm×50mm×30mm，所以设计的支架底座长度100mm，宽为60mm，厚度为10mm，连接传感器的部分高度为100mm，宽度为60mm，厚度为10mm。


图3-4-2-1 传感器支架

3.4.3距离传感器

检测电梯冲顶故障和电梯蹲底故障，我们可以用距离传感器，设定一定的初始值，当距离超过设置的范围就是发生故障，就会被检测到。

因为硬件选型要尽可能的选择小型化的微型化的硬件，所以这里的距离传感器我们选用Risym HC-SR04型号的超声波距离传感器，它具有体积小，质量轻的特点，如图3-4-3所示。此传感器需要一个。


图3-4-3 HC-SR04距离传感器

3.4.4红外人体感应器

电梯困人故障，首先我们会在电梯里安装红外人体感应器，当电梯发生故障并且电梯中有人是，红外人体感应器会检测到，当然电梯中也会有警报按钮，当发生困人故障时，电梯中的人也可以直接按警报按钮来自救。这里的红外人体感应器我们选用柯泰的型号KT-M55传感器。如图3-4-4所示。此传感器需要一个。
图3-4-4 柯泰KT-M55红外人体传感器
3.4.5加速度传感器

电梯超速故障，这种故障用一般的传感器不容易被检测出，这里我们选用的高级的传感器，我们选用飞思卡尔 2轴3ENC-03陀螺仪+3轴数字加速度传感器，这个传感器为三轴陀螺仪+三轴加速度传感器一体板,该模块采用日本村田ENC-03RC陀螺仪和飞思卡尔公司电容式加速度传感器MMA8451芯片。能够直接检测加速度是否正常，来检测电梯的超速故障。它还具有体积小，质量轻等特点。如图3-4-5所示。此传感器需要一个。
图3-4-5 飞思卡尔加速度传感器



3.5电源模块

为前端信息采集模块中的传感器，采集仪，中继器等硬件设备提供DC12V电源，电源模块的型号为PM900（AC220V—DC12V-1A），备用电源为（DC12V1AH）。

3.6相关设备的技术指标

（1）电梯故障信息采集分析仪（PM120）：

额定工作电压 ： DC12V±10% ；

额定功率 ： <3W ；

环境温度 ： －10℃～60℃ ；

输入方式 ： 光电隔离 ；

相对湿度 ： ≤95% ；

通讯方式 ： RS485或RS232 ；

信号输入方式: 电平信号，触点信号 ；

输入信号电压 ： DC12V ；

信号输入电阻 ： 10kΩ ；

外型尺寸 ： 205mm×160mm×50mm 。

（2）数据传输中继器：

额定工作电压 ： DC12V±10% ；

额定功率 ： <2W ；

环境温度 ： －10℃～60℃ ；

相对湿度 ： ≤95% ；

通讯方式 ： 以太网 ；

外型尺寸 ： 130mm×95mm×29mm 。

（3）红外人体感应器：

额定工作电压 ： DC12V±10%；

防护区范围： 15m×15m，50′×50′；

相对湿度 ： 5%～95%,无结露；

外形尺寸： 90mm×59mm×39mm；

使用温度： -10°～49°；

灵敏度： 标准及高灵敏度两种可进行选择；

RFI抗射频电磁干扰： 19V/m，10Mhz-1000Mhz；

（4）门开关感应器

环境温度 ： －10℃～60℃ ；

感应范0围： ≤50mm;

外形尺寸： 30mm×15mm×6mm；

3.7PLC的选型

PLC是本监控系统前端采集设备的核心，它的选择对前端信息采集设备的设计影响很大，确定PLC系统设计方案后需要选择PL的C型号。PLC型号的选定很多样性，应该考虑选择自己相对而言了解的，在国内反战成熟的，同时要想到系统的稳定性、与上位机的通数据传输以及抗干扰等方面的问题，根据系统的一些要求我选择了西门子公司的S7-300 PLC。由于西门子可编程序控制器不仅能够实现上位机拨号与远端可编程序控制器的连接及信息的传输，而且还能够实现由远端可编程序控制器主动拨号与上位机的连接及信息的传输，所以本安全监控系统还能自动向维保人员报警，能够自动向监控中心上报的重要功能。有了这几个功能，电梯在维修保养上有了明显的提高，在实际应用中能为电梯维修人员提供很多帮助[11]。

并且本次安全监控系统的设计要用到wincc组态软件，所以本次监控系统PLC的型号为西门子S7-300。

西门子 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/8109808.htm" \t "http://baike.baidu.com/_blank" S7-300是德国 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/23146.htm" \t "http://baike.baidu.com/_blank" 西门子公司生产的可编程序控制器( HYPERLINK "http://baike.baidu.com/view/13561.htm" \t "http://baike.baidu.com/_blank" PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置，它还有性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好等特点，它广泛的应用于工业控制领域中，是一种既经济又切合实际的解决方案[16]。如图3-7所示。
图3-7西门子S7-300

本次PLC监控系统CPU型号为CPU315-2 PN/DP。它可在SIMATIC S7-300中用作PROFINET IO的控制器以及标准的PROFIBUS DP主站。CPU 315-2 PN/DP还可用作分布式智能从站(DP从站)。CPU 315-2 PN/DP 具有中等规模程序量.除了分布式I/O结构，它还可用于分布式自动化结构。CPU 315-2 PN/DP为采用软件来实现一些简单的工艺任务提供了一个理想的平台。

PLC电源模块选型为6ES7307-1KA01-0AA0，是用于S7-300/ET 200M的负载电源，用于将市电电压转换为所需的 HYPERLINK "http://www.dzsc.com/stock_24vdc.html" \t "http://product.dzsc.com/product/infomation/983792/_blank" 24VDC工作电压。输出电流为10A，它能很好地适用于自动化的控制系统，它的分布式结构很简单灵活。

PLC监控系统数字量输入模块为S7321-1BH01-OAAO,数字量输出模块为S7322-1BH01-OAAO。3.8本章小结

以上为此次系统的传感器选型，我用一个表格来总结，如表格3-4所示

表3-4 传感器的选型

传感器

品牌

型号

个数

门开关传感器

三菱

YA043D166-04

2

重量传感器

中航

GP2D120

1

距离传感器

Risym

HC-SR04

2

红外人体传感器

柯泰

KT-M55

2

加速度传感器

飞思卡尔

3ENC-03

1

采集仪

秦皇岛

PM120

1

中继器

秦皇岛

PM320

1
控制系统的设计

4.1主程序的设计

本次安全监控系统主要由位于电梯前端的数据采集器搜集信息，由PLC监控系统过滤判断并上传至人机监控系统。

本系统的监控软件提供了一个全中文的电梯远程安全监控人机交互界面。目前监控软件我们采用wincc软件来完成。

主程序的流程图如图4-1所示。
图4-1 主程序流程图

4.2信息采集模块的设计

前端的数据采集器由各类传感器，采集仪和中继器组成，负责前端的故障信息采集，其主要的运行过程如图4-2所示。
图4-2 数据采集器流程图

4.3PLC监控模块的设计

本系统PLC模块的功能就是负责将安装在电梯轿厢上面的传感器发出的故障信息进行监控，过滤，判定，并上传到人机监控中心，可以说是一个核心的部位。PLC系统主要的流程图如图4-3所示。
图4-3PLC系统流程图

PLC监控程序如图4-3-1所示。
图4-3-1PLC程序图

4.4 PLC程序电气图

本安全监控系统的总电气图如图4-3所示。图4-3 电气图

4.5 本章小结

本章主要讲了监控系统的主程序控制系统的设计。
5. 监控中心人机界面的设计

5.1监控软件的设计

Wincc软件是一种比较常用的应用程序，几乎是适合于所有的工业领域，他全球通用，可支持多国家的语言，可以使用到几乎所有的自动化解决的方案内。他内部的基本功能，可以很便捷的进行组态的设计。可以拓展在web的基础上，他的集成很便捷，集成的系统可作为IT 和商务集成的平台。所以说几乎是适用于很多的技术领域和解决方案[2]。

WinCC软件拥有生产自动化和过程自动化两个特点，实现了这两点间的整合，我们可以在大量的应用中以及各种工业领域的中看出，包括制药行业、印刷行业、能源供应和分配、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、造纸和纸品加工、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、汽车工业、化工业和钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化[2]。

监控软件实现的功能具体如下：

人机监控中心界面上能显示出电梯实时的监控界面，通过监控界面，维修师傅可以观察到电梯的运行情况，是上行下行还是停梯状态。当电梯出现故障时，维修师傅还可以通过监控界面看到是哪种故障，提前做好修理准备。

历史记录功能，人机监控中心可以保存电梯出现故障的历史记录，这些信息会保留在监控中心计算机里。维修师傅可以随时查看故障记录，对故障记录进行分析，以便及时排查电梯的隐在故障。

5.2人机界面的设计

电梯安全检测系统：

系统包括轿厢状态，实时监控轿厢的升降状态，当出现上升箭头时，表示在电梯正在上升。

当出现下降箭头时，表示电梯正在下降。

Wincc上位机可以实时监控现场故障报警位，当现场出现报警时，对应故障旁边的报警指示灯就会显示红灯，代表有故障。

报警会记录到wincc的数据库里边，方便查询。并且用表格形式显示所有的报警记录。

报警表格可以查询报警的次数，频率等信息。如图5-2-1 图5-2-2 图5-2-3所示。

图5-2-1 电梯安全监控系统人机界面图5-2-2 电梯安全监控系统人机界面
图5-2-3 电梯安全监控系统人机界面

5.3本章小结

本章介绍了监控系统人机界面的设计，主要有哪些功能。

6.PLC箱体的设计

6.1PLC箱体的设计

本次设计PLC箱体的设计，我用的是UG软件，如图6-1图6-2所示。

图中的蓝色模块为显示屏，能显示出监控中心的一些情况。灰色部分为键盘。板上的三个按钮分别为电源键，起始按钮和终止按钮。下方的一些小口是接线通过的孔，我设计的大小适中，能适当的固定住接线，防止接线过乱。控制柜后面的面板上开了两个长方形的孔，一是为了能看清内部结构，二也可以实现散热功能。
图6-1 plc箱体图
图6-2 plc箱体图

结论

本系统是基于PLC软件，开发研究出的一个可以实时监控电梯安全的系统，为电梯在运行过程中故障的发现、分析、排除提供了便捷的解决方案。本监控系统可以监控电梯的门开关故障，蹲底冲抵故障，困人故障，超速超重故障等，监控中心还可以存储电梯的故障信息，方便以后电梯的检测分析。

我此次设计的电梯安全监控系统由前端数据采集模块、PLC模块、人机监控中心三部分组成。前端的数据采集模块由传感器检测故障信息，采集仪负责搜集故障信息通过以太网中继器传输到PLC监控模块。通过此信息采集仪可以采集电梯的实时信息，如果出现了故障就会显示在人机界面上，维保人员就可以通过人机界面来实时监控电梯运行情况，提前知道电梯出现的故障，并进行及时处理。安全监控中心系统还有历史记录功能，维保师傅还可以通过分析以前的故障来对电梯的情况进行判断。数据采集模块，PLC模块和人机监控中心通过以太网进行数据的传输，实现了对电梯的故障安全监控。

通过老师的指导和自己的努力，本次电梯安全监控系统已经设计完成，但电梯的安全监控系统还有很大的发展空间，不仅仅局限于我一个小小的设计。现在大楼里的电梯群结构都是错综复杂的，有可能很短的时间内就会有多种多样的问题出现，这样对监控系统的要求就很高很高了，所以说电梯安全监控系统还会有很大的发展。
致谢
参考文献

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[6]邓昊.探讨电梯远程监控技术的应用及其发展[J].中文信息，2013，1：46-47

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[10]刘霞. PLC在电梯控制系统中的应用[J].电气应用，2008，27（4）：49-51

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[17]Mitsubishi Electric Corporation.Fx1n Series Programmable Controllers Hardware Manual.2011.
附录

附录1

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附录2

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毕业论文
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