计算机技术课程设计-电梯升降监控系统设计

计算机控制技术课程设计课题题目： 学生姓名： 学 号 ： 学 院 ：电梯升降监控系统设计目录计算机控制系统设计1第一章 绪论11.1 设计背景11.2 设计目的和意义11.3 国内外技术的现状和发展11.3.1 我国电梯监控系统现状11.3.2 发展趋势2第二章 监控系统总体设计32.1 监控对象简介32.2 监控系统要求32.3 监控系统组成及工作原理32.3.1 监控系统组成32.3.2 监控系统各部分作用42.3.3 工作过程4第三章 系统硬件设计53.1 上位计算机选型53.2 数据采集卡选型53.3 传感器选型63.3.1 光电传感器选型63.3.2 重量传感器选型73.4 执行机构选型8第四章 系统软件设计94.1 总体设计94.1.1 软件功能需求分析94.1.2 软件架构94.1.3 开发工具简介94.2 软件各功能模块设计104.2.1 主程序设计104.2.2 楼层采集程序设计194.2.3 楼层实时曲线绘制程序设计194.2.4 电梯故障报警程序设计20第五章 总结225.1 系统总结225.1.1 电梯升降监控系统的不足225.1.2 电梯升降监控系统的改进方案225.2 设计过程总结22参考文献24计算机控制系统设计电梯升降监控系统设计9第一章 绪论1.1 设计背景智能楼宇或智能建筑是集现代科学技术之大成的产物，智能楼宇采用网络化技术，把通讯，消防，安防，门禁，能源，照明，空调和电梯等各个子系统统一到设备监控站上，集成的楼宇管理系统能够使网络化，多功能化的传感器和执行器。长款器和执行器通过数据网和控制网连接起来，与通信系统一起形成整体的楼宇网络，并通过宽带网与外界沟通。电梯是智能楼宇的重要设备，是机械与电气紧密结合的产品，有垂直升降式和自动扶梯两大类。 在大型智能楼宇中管理中心计算机对多部电梯进行集中监视控制，保证电梯的安全高效运行。电梯监控是智能建筑中楼宇自控管理系统的组成部分，电梯监控技术的进步，也是楼宇自控管理系统水平提高的一项基本工作。电梯监控有利于不同部门对电梯进行有效的监控与管理。1.2 设计目的和意义随着各类高层建筑的不断增多，电梯已成为人们生活中必不可少的特种设备之一。但近年来在电梯保有量和老旧电梯数量急剧增加的情况下，各类电梯事故的发生也更为频繁，因此电梯的安全性与可靠性受到了社会的广泛关注。为解决电梯的安全性与可靠性而发生事故的现象，设计了一款电梯升降监控系统。电梯运行的实现过程是，电梯控制系统会将采集到的请求信号进行存储记忆，然后再按照预定逻辑程序进行运算，将用户输入的请求信号转化为数字信号，对用户的上下行需求做出准确判断， 并通过通讯模块输出逻辑运算结果，向电梯发出相应的运行指令。此时电梯的电气控制系统便会根据运行指令，改变电梯的运行状态及位置，根据用户输入的请求信号，将其运送至相对应的楼层。在电梯整个运行过程中，通过控制系统保证电梯运行的平稳定及安全性是至关重要的，这也是电梯运行的基本要求。1.3 国内外技术的现状和发展1.3.1 我国电梯监控系统现状电梯设备在建筑内部承担着垂直运输的作用，传统的控制方式是以继电器或者微机控制为主， 电梯控制水平较低，无法有效保证电梯运行的安全性及稳定性，容易引发电梯运行故障甚至是安全事故，影响了电梯功能的充分发挥。随着电气自动化技术的不断成熟和完善，为电梯控制系统的优化和改进提供了技术支撑，以可编程控制器 PLC 为代表的自动化控制技术和装置，已经被广泛应用于电梯控制系统中，在提高电梯控制水平和运行水平方面发挥着越来越重要的作用。在 PLC 具体应用过程中，首先会根据工业生产需求及控制要求，预先在 PLC 中设定好运算逻辑及程序，然后采集系统运行信息并进行存储、传输并转化成数字信号，最后根据系统预定程序进行逻辑运算，获取系统运行状态以及判断是否需要执行用户指令，实现对整个工业生产过程的控制。 我国现在已经成为全球最大的电梯市场，同时也吸引了全世界所有的知名电梯公司，比如美国奥的斯、瑞士迅达、日本三菱、东芝等。近年来，我国的电梯生产技术也得到了迅速发展，一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。鉴于 PLC 的可靠性高、抗干扰能力强等特点，PLC 电梯控制已经渐渐取代了电梯的继电器控制方式。PLC 作为可编程序的存储器装置，具有抗干扰强，使用维修方便，运行可靠，设计和调试周期短等特点，有关数据信息的逻辑运算、顺序控制以及算术运算等相关问题均在可编程序存储器内部实现，通过模拟或数字的方式把信号传输到输出设备并呈现出来。以 PLC 的电梯控制系统为研究对象，利用旋转编码器发出的脉冲信号构成位置反馈，并检测电梯的运行方向和速度。从 PLC 电梯控制系统的运行原理、实现功能、系统基本结构以及系统结构设计关键问题入手，并证明了 PLC 在提高电梯控制系统动作相应时效性、运行稳定性、长时间安全持续运行的过程中发挥了非常重要作用与意义。1.3.2 发展趋势随着我国计算机技术、自动化控制技术和通讯技术的发展，高楼的智能化水平也越来越高。电梯是智能化高楼中的关键运输设施，其技术的发展受到社会各界广泛的关注。另外，电梯技术和楼房其他控制系统形成网络，比如楼房控制、消防、保安系统等，这样电梯可以为居民提供更加优质安全的服务。目前电梯在系统架构和控制、信息共享方面已经全面实现了智能化。智能电梯就是指通过指纹、C 卡、密码或者视网膜等媒介进行身份识别，可以让管理人员进出特定部位，并且具备在时间和空间上可以分区管理的智能系统。智能电梯要根据楼房管理技术等选择身份的方式，最终实现和楼体自动化管理相结合，依托系统互联实现电梯的智能化管理。在信息技术高度发达的今天，所有产业的发展都离不开网络的支持，而具有较高技术含量的电梯行业也借助了网络技术寻求进一步发展。首先，厂商利用网络做电梯监控。厂家对电梯实行网络模块管理，全程监控电梯运行情况，取得产品维护信息以及对各种应急问题进行处理。其次，通过网络平台交易。目前阿里巴巴等各种网络交易平台在世界上兴起，电梯销售也利用了这种庞大的网络销售模式。不论是商家还是客户，不论是同地区还是跨国交易，都可以通过网络交流，从前期咨询、技术交流和交易汇款都在网络上解决，节省了双方监控，提高了产品交易的效率，这只是网络技术参与的部分效果。通过网络电梯厂商还可以进行技术交流共享、新工艺新材料引进、发表需求信息和产业合作等项目，信息时代借助网络媒体的力量电梯行业的发展更加迅速。第二章 监控系统总体设计2.1 监控对象简介本系统对某个区域中安装的多部电梯进行集中远程监控，并对这些电梯所在的位置及其楼层数、 电动机运行状态、保护传感器、选层按钮操作信息等数据进行管理、维护、统计、分析，其目的是对在用电梯进行远程维护，远程故障诊断及处理，故障的早期针对与早期排除，以及对电梯的运行性能及故障情况进行统计与分析及于电梯设备以及人员安全提供可靠的保障。运行原理如图 2-1 所示；图 2-1计算机数据采集系统2.2 监控系统要求此系统要求电梯在运行中可以通过传感器装置把电梯所在的位置及其楼层数、电动机运行状态、 保护传感器、选层按钮操作信息等数据实时传输到计算机，通过计算机的运行计算显示在显示器上使工作人员可以观察到电梯的运行状况。当发生故障系统会发出信号并通过计算机发出警报。2.3 监控系统组成及工作原理2.3.1 监控系统组成监控系统主要由监控层、通信层和管理层三大部分组成，如图 2-2 所示。图 2-2 电梯升降监控系统组成框图2.3.2 监控系统各部分作用监控层包括电梯控制器、选择按钮、各种传感器和电动机等部分；通信层包括总线是适配器、终端控制器等；管理层主要是监控计算机。在监控层，电梯控制器通过选层按钮、保护传感器、楼层传感器等获得电梯运行状态信号以及驱动电动机控制电梯的运行。在通信层，终端控制器接收电梯控制器传送的电梯运行和状态信号，通过总线适配器传送给监视计算机；总线适配器接收监控计算机发送的传控制指令，通过终端控制器传送给电梯控制器，可以远程控制电梯运行。总线适配器可以是 1 块儿插入计算机的板卡。在管理层，监控计算机得到电梯运行和状态信号，进行显示、处理，对异常情况进行报警，甚至自动对电梯发出安全保护运行指令。2.3.3 工作过程电梯所在的位置及其楼层数、电动机运行状态、保护传感器、选层按钮操作信息等数据通过选层按钮、保护传感器、楼层传感器等获得电梯运行状态信号并将其通过总线适配器传送给监视计算机。监控计算机得到电梯运行和状态信号，进行显示、处理，对异常情况进行报警，甚至自动对电梯发出安全保护运行指令。总线适配器接收监控计算机发送的传控制指令，通过终端控制器传送给电梯控制器，可以远程控制电梯运行。第三章 系统硬件设计3.1 上位计算机选型上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕用于显示音频信号变化。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。合适的上位机可以提高程序运行的效率以达到最佳效果。本系统中，上位计算机型选择 ThinkCentre E74 Y，下面对其配置进行简单介绍。最高搭载全新第六代智能英特尔酷睿 i7 处理器-6700，性能卓越；选用 512GB 固态硬盘，容量足够大，能够迅速响应，答复增强系统速度；DDR4 全新一代内存芯片，贷款频率提升至 2133MHz，提供更流畅的运行体验；显卡配备为 AMD Radeon R9 Series Graphics 独立显卡，支持 4K 输出、3D MARD11 跑分高达 6500 分；最大支持 32GB DDR4 内存，有效提升系统性能；具备 4 个 USB 3.0 接口。3.2 数据采集卡选型第一步，选择接口方式。 数据采集卡的接口方式是指该卡与 PC 连接的总线方式，或者该卡提供的接口方式。常见的接口方式有 PCI、 Compact PCI、USB、PCMCIA、CAN、 无线、网卡；还有较老式的方式如串口 UART/LPT/SPI、并口 COM、ISA/EISA、PC/AT。 从数据传输可靠和速度角度考虑， 首选 PCI 总线接口方式。在工业领域，为了达到 99.9999999%的数据可靠性，需要选择 Compact PCI 总线接口方式，常有 3U 和 5U 两种物理形式。 USB 总线由于支持即插即用，传输速度快，携带方便等优点，成为未来的发展方向。 PCMCIA 是便携式电脑和设备中的标准接口,所以有一定的市场。 无线技术的飞速发展,数据传输速度不断发展,给数据采集卡提供了更加方便快捷的移动传输方式。通常的传输协议有:红外 IRDA,蓝牙 BLUETOOTH,NFC,GPRS,WLAN,3G,HSPDA 等等. GPRS 方式传输现在有很大的市场。第二步，确定输入和输出指标。 这些指标有输入和输出的模拟量精度和速率,输入和输出的数字量电平和要求,输入和输出的数字传输协议方式. 模拟量采样有高精度和高速率两个方向,有的将二者结合起来,属于较高要求. 数字量有 TTL,CMOS,高压电平等,特殊场合,需要光电隔离,ESD,EMI 保护. 传输协议通常为 UART,也有并行方式。第三步，选