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基于虚拟电梯模型的电梯性能分析 电梯是典型的控制对象。目前，电线控制主要采用电线控制系统。在电梯控制系统的工程设计中,首先要经过控制系统逻辑关系的设计编程,然后进行运行试验测试,取得满意效果后才能投入实际系统中使用。但是,由于受到场地、经费等诸多客观条件的限制,直接使用实际电梯对象进行控制测试是不现实的。为此,需要应用和现场相一致的PLC控制设备与具有相应功能的虚拟对象相结合的方式搭建电梯控制运行的测试平台,这样既可在实验室里进行控制系统软件的早期开发,同时又可以进行控制算法的优化设计和测试。应用力控监控组态软件构建虚拟电梯模型,通过调用力控组态软件的通信接口,实现了Twincat 软PLC与虚拟电梯模型间的实时数据交互,实现了控制器软PLC与虚拟电梯模型集成的目的。这种新型测试平台改变了以往实物实验测试平台的运行模式,可以实现全虚拟运行。 1 基于电梯逻辑控制中关键结构平层开关的设计 应用力控组态软件对三层电梯进行虚拟建模来模拟电梯运行逻辑。为使模型简单可靠,在电梯建模时略去了和电梯逻辑控制关系不太密切的电梯结构,以实现电梯逻辑控制中关键结构平层开关的设计并用动画形式表达模型的运行状态。 1.1 电梯模型的建立 对于垂直运行的电梯,其结构主要由曳引机、巷道、对重装置、安全装置、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。电梯的控制主要是召梯、选层、减速、平层停站、开门、关门。但在建模时,为使模型简化并突出主要功能,在电梯模型中略去了曳引机、对重装置、安全装置等,重点设计了各层的外呼请求按钮,轿厢内请求按钮,开关门按钮和各层的平层开关等主要功能。其中电梯的运行界面如图1。 其中,右侧的数字,表示轿厢内的操作面板;操作面板由进入轿厅的乘客控制,通过选择按钮输入选层要求,并由字体颜色改变来显示。此外,在轿箱内的操作面板上方还设置了开门和关门按钮。 1.2 plc和电梯模型的输出接口 为真实模拟电梯的运行,首先把基本的输入输出信号进行定义,再设计基本的限位开关,然后进行基本的动画设计,最后进行通讯设置,以实现软PLC和电梯模型的联合运行。 1.2.1 集团软件的实时数据库设计 虚拟电梯的具体I/O点分配如表1。 1.2.2 平层开关动作与否更合理 虚拟电梯位置模拟可以通过电梯轿厢的位置坐标来实现,所以平层开关的动作与否应该通过轿厢当前位置坐标与楼层坐标对比后得到。其具体设计脚本如下: 1.2.3 实时监控 动画连接即建立画面与数据库变量的对应关系,使静态画面动作,达到模拟真实情况.以轿厢为例,当软PLC采集到虚拟模型的呼梯命令,运行控制程序,引起实时数据库中控制变量UP/DOWN变化,然后执行相应上升/下降命令,实现轿厢上行/下行。电梯门的开闭和相关请求按钮响应等也须经过动画连接,最后达到虚拟电梯运行的动画效果。 轿厢的上下移动是通过对轿厢坐标的运算来实现的,对于轿厢上下移动控制是由up和down两个变量来控制的。其具体脚本程序设计如下: 程序执行时间间隔为100 ms。 1.3 三楼虚拟单元模型的群体控制扩展 电梯群控模型只需要按上述方法再设计一个同样的电梯模型,然后两电梯模型的外呼请求信号共用即可。其界面如图2所示。 2 新型控制技术 电梯控制仿真系统采用德国Beckhoff的TwinCAT软PLC与力控组态软件实现系统的设计。软PLC 技术是一种基于PC并遵循IEC61131—3编程标准的新型控制技术,与传统硬PLC 相比,为用户提供了更多的开放性,以及强大的网络通讯能力和更强的数据处理能力,是目前工业自动化领域研究的热点之一。 其步骤为:先对电梯的各种不同状态进行划分;然后把具有相同性质的状态进行合并并考虑每一种状态的状态转移情况;最后对力控组态软件与倍福软PLC两者的通信进行设置,则由电梯的状态转移图和力控组态软件与软PLC两者的关联就可以快速且正确地设计电梯的控制程序。 2.1 顺路服务控制 1) 自动响应各层楼召唤信号(含上呼唤和下呼唤)。 2) 自动响应轿厢内服务指令信号。 3) 控制遵循顺路服务原则。 4) 自动开门。 5) 延时关门。 6) 待服务超时后自动下1楼等待。 2.2 增设电梯正常使用状态 由于电梯在底层和顶层的控制规律非常相似,所以对一层和三层进行集中处理。当电梯在一层或三层时如果一二层有请求或一二层有内选且电梯关门到位,电梯此时就可以下行;当电梯在一层或三层时如果二层三层有请求或二层三层有内选且电梯此时关门到位,电梯此时就可以上行。当电梯在一层或三层时如果内选一楼三楼或一楼三楼有请求时,电梯此时停靠开门。具体状态转移图如图3所示。 二层由于在中间位置,可能上行或下行,所以要对二层进行单独的状态转移分析。当电梯在二层时,如果三层无请求一层有内选且二层关门到位或一层有请求且当前服务方向为下行时,电梯下行。如果三层