《2023基于PLC的电梯群控系统设计研究【论文8200字】》.docx

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1、基于P1C的电梯群控系统设计研究目录1绪论21.1 研究背景及意义21.2 国内外研究现状22电梯的概念及其群控控制算法的分类32.1 电梯的概念及分类32.1.1 电梯的概念32.1.2 电梯的分类42.2 群控电梯控制算法的分类42.2.1 专家系统算法42.2.2 模糊控制算法42.2.3 神经网络算法52.2.4 蚁群算法53基于模糊控制算法的电梯群控系统的研究53.1 .关于模糊理论的发展53.2 模糊控制算法在电梯群控中所运用的原理63.3 隶属度函数73.4 利用模糊技术进行电梯群控的原理分析74电梯群控中的硬件部分84.1 关于P1C的介绍84.2 P1C在电梯中的控制84.4

2、 电梯的运行94.5 I/O地址与分配94.6 P1C软件设计115模糊控制算法的优化155.1 评价函数的确定155.2 设置权系数的规则165.3 模糊输入量的计算16总结和展望17参考文献171绪论1.1 研究背景及意义随着当今科技的发展，人们逐渐奔向小康社会，世界人口的日趋渐长，衣食住行一直都是人们着重所关心的话题。人口增长，导致住房面积的大幅减小，因此高楼大厦便接踵而至，至此电梯便成为了我们所常见的交通工具之一。就目前而言,在电梯控制系统中，我们最常用的控制系统有继电器控制系统、P1C控制系统和微机控制系统三种。继电器控制系统的缺点是可靠性能差而且控制繁琐，所以慢慢的被其他控制系统所

3、淘汰。而微机控制系统更为智能，但是它的结构相当复杂，抗干扰能力差。而P1C控制系统编程简洁，方便修改和维护，造假成本低，所以采用P1C控制系统对电梯群进行控制。对于住宅区或者办公人数很多的楼层而言，电梯的需求量就会增多，电梯为人们的生活和工作提供了方便，但现在的人生活压力巨大，人心浮躁，难免就会没有耐心去候梯,因此优P1C智能群控电梯系统就成为了本次设计的主要方向。由于国内很多电梯还是处于并联的状态，所以当有楼层出现呼叫信号时，就会发生空载或者中途停留问题，从而导致能源损失与乘客候梯时间增长。1.2 国内外研究现状中国最早的一部电梯出现在上海，它是由美国的奥的斯公司在1901年安装的。1951

4、年我国要在天安门安装一台国产电梯，完全是由我国自己生产的电梯。改革开放后,国民经济水平提高,我国电梯业也进入了高速发展的时期。现如今，我国是使用电梯的大国，但起步较晚，同时，不断的改革创新与引进技术的灵活运用使我国的电梯行业得到了飞速的发展。在解放之前，我国的电梯都是引进国外的，但到了20世纪70年代我国已成功研制出了高速直流集选控制电梯和群控制电梯。周普亮提出了永磁同步电梯在电机技术中的应用,其采用永磁同步结构,它通过向电枢绕组供直流电来实现带负载零速停车，从而不用通过抱闸进行机械制动，大大提高了电梯的安全性能。近年来我国建筑行业的投资比例逐步僧加，因此在建筑行业的带动下，电梯的需求量也日趋

5、增加。我国的电梯需求量从2011年的37万台增加到2018年的94万台，预计今年我国的电梯需求量将上涨至110万台左右。我国近几年每年同比增速在8-9%之间。需求量增长图见I-Io图1-1中国电梯统计图2电梯的概念及其群控控制算法的分类2.1 电梯的概念及分类2.1.1 电梯的概念电梯的含义是一种以电动机作为动力，并含有垂直轿厢的垂直升降机械，多用作高层建筑的载人或运输货物。也有一些台阶式电梯，踏步板装在履带上连续运行，多用于间隔楼层，例：商城、医院等。一种服务于规定楼层的升降设备。垂直升降电梯的轿厢必须运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15。的刚性导轨之间。轿厢的尺寸和形式要便于人们的出行或装

6、卸货物。通常我们不管其驱动方20112023年中国电梯需求量1202011201220132014201520162017201820192023式，并将电梯作为垂直运输工具的统称。简单的理解就是一种常见的交通工具,用来载人或载物。电梯作为一种复杂高科技产物,其内部结构离不开机电一体化,将电梯同“人”作比较，机械部分就是人的躯体，电器部分是人的神经。但按照电梯的功能和系统分类可以更直观的反映电梯的特点。2.1.2 电梯的分类按作用分类1、乘客电梯。2、载货电梯。3、客货两用电梯。4、病床电梯。5、杂物电梯。该方法最为常见，所以是最为普遍的一种分类方式。按照速度分类目前电梯的额定运行速度正有所提

7、高，所以按照速度划分为：1、低速电梯这种电梯额定速度075ms02、中速电梯这种电梯额定速度1m/$一2.5mso3、高速电梯这种电梯额定速度2.5ms-4ms4、超高速电梯这种电梯额定速度4ms0按照拖动电动机的类型分类为：1交流电梯。采用交流电动机拖动的电梯。该拖动的电梯又可分为单、双速拖动，通常以改变电动机的极对数来实现调速。调压拖动，对电动机的电源电压进行调整，从而实现调压调速。2直流电梯。这一类的电梯使用直流电机进行拖动。因为这种调速方便与加减速特性好，所以曾被广泛运用，但后来逐渐被节约能源的调速拖动所取代。2.2 群控电梯控制算法的分类2.2.1 专家系统算法在电梯群控中会有大量不

8、确定和不完整的变量信息，电梯群控系统是一个复杂的非线性系统，这个复杂的非线性系统却没有准确的数学模型进行描述。而专家系统正好可以处理这一系列的问题，比如这一类问题的知识表示、使用和获取方法等。专家系统具有启发性,它是利用专家的知识、经验等进行启发式的推理，从而对解决电梯群控有很大的作用。基于专家系统控制的群控电梯就是运用专家的知识和经验建立规则，通过这种规则，在群控电梯运行系统中，选取最优路线，从而减少乘客的长时间侯梯和其运行时间。2.2.2 模糊控制算法模糊逻辑是一种用来处理带有模糊不清的一类问题,利用数学和逻辑建立的规则来解决这类问题，正好符合电梯群控中出现各种各样的不确定因素。模糊控制的

9、基本方法是人类专家对特定的被控对象（如电梯群控）或过程的控制策略总结成一系列以“IF（条件）THEN（作用）”产生的形式表示的控制规则，由模糊推理得到模糊控制集，作用于电梯群控系统，处理系统在模糊控制电梯中语言表达上的不确定信息。2.2.3 神经网络算法专家系统和模糊控制算法在电梯群控系统中的最大优点就是提高了其服务质量和利用效率。但是它也有一种致命缺点，就是当客流量变化时，系统无法适应这种变化，从而无法达到服务最优化。这些缺点无法通过学习来完善，所以引出的问题有：当我们所模拟的建筑物实际情况和专家系统所预测的不一致时，那么基于此预测的规则就不能达到预期的结果。系统的性能是基于专家系统的，所以

10、有一定的局限性。而要调整模糊隶属度函数更困难，其中要做很多很多的仿真，一旦这些规则运用到电梯群控中，当需要修改时，则必须需要人工进行修改，工作量巨大。2.2.4 蚁群算法蚁群算法是一种由蚂蚁寻径而得出的仿生类算法。即一只蚂蚁从巢穴出发去觅食时，他们总是可以选择最优的路线，从而节省很多时间。蚂蚁从巢穴出发,经过许多节点（每个节点都可通往觅食地点），它们会在路径上释放一种信息素，这种信息素是它们彼此交流的信号，然后在下一只蚂蚁赶到时，它会选择另一个没有节点的路径释放信息素，直到蚂蚁覆盖完所有节点所对应的路径，而它们释放信息素还有一个原则,就是路径越长,留有的信息素浓度就会越低,久而久之，只有路径短

11、的那一个节点的信息素浓度会越来越高，而其他路则会没有蚂蚁去试探路径，从而就会选择这种最短的距离。3基于模糊控制算法的电梯群控系统的研究3.1关于模糊理论的发展最早提出的模糊理论是遭受到很多人的质疑的，他们认为这是一种伪科学，不符合客观事实，但是随着后来慢慢的研究与试验，大量数据充分的应证了模糊理论的正确性，人们就着重与模糊理论的研究，在应用上更是取得了很多经典的成果，包括有：模糊控制稳定性实验，对模糊模型进行辨识，专家系统和语言处理等。模糊控制技术是一种计算机控制技术数字控制技术，其基础是模糊数学，控制器为模糊控制器，核心为模糊控制器模。模糊控制原理如下图所示：图3-1为模糊控制器原理3.2

12、模糊控制算法在电梯群控中所运用的原理模糊控制技术在电梯控制系统中具有高度优越性的特点。因为电梯群控系统中最常见的便是含有许多模糊、不完整的信息，而这些时刻变化、模糊不清的信息需要通过模糊集来表达描述。现有的计算机无法接收这些模糊的信息，但可以用模糊逻辑进行推理，故而能模仿人的推理能力，简化许多复杂问题。模糊控制方法主要有以下优点：1、模糊控制完全是按照操作人员的经验来进行对系统的控制，该方法和以往不同，并不需要建立模型，可以很方便的解决不确定性系统的一些问题。2、模糊控制具有较强的健壮性，使系统不易崩溃、死机。3、在离线状态下计算得到的控制查询表可以提高控制电梯系统的实时性。4、模糊控制的机理

13、符合人对过程控制的正常逻辑和思维。模糊控制电梯可以大大缩短平均候梯时间，完全优于常规电梯群控系统。但是由于模糊控制不同于神经网络算法，本身是不具备学习功能的，许多规则没有定性化，所以还是要依赖与专家系统的启发式知识，这样会造成系统无法跟上建筑交通的变化，从而无法完成对控制电梯的最优调度。3.3 隶属度函数在模糊理论中，通常利用隶属函数反映某一确定量隶属于另一种语言的模糊程度，故称为隶属度。确定量模糊化为模糊量要根据工程师的经验，虽是由人的主观决定，但一定不能忽略一些基本规则。隶属函数是一种用来表达模糊集合的数学工具。为了描述元素X对U上的一个模糊集合的隶属(从属)关系时，都有一个数A(x)(0

14、t1)与之对应，则称A为U上的模糊集,A(x)称为X对A的隶属度。当X的数值在U中变动时，A(X)为国数，称为A的隶属函数。当隶属度函数A(X)越接近于1,表示的含义为X属于A的程度越高，A(X)越接近于。表示X属于A的程度越低。用取值于区间O,1的隶属函数A(X)表征X属于A的程度高低，这样描述模糊性问题比起经典集合论更为合理。隶属度属于模糊评价函数里的概念:模糊综合评价是对受多种因素影响的事物做出全面评价的一种十分有效的多因素决策方法,其特点是评价结果不是绝对地肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示。而电梯群控时会出现各种模糊不清的状况，刚好可以统计成一个模糊集合进行表示，可以很好的解决电梯

15、群控时出现的各种问题。3.4 利用模糊技术进行电梯群控的原理分析主要研究5个控制目标：、轿雇拥挤度(CRD)、平均乘梯时间(ART)、系统能量损耗(EPC)模糊逻辑的交电梯控制图3-2基于模糊技术的电梯控制原理图该单元是进行信号接收和待处理，分别由三部分信号：1、轿厢呼叫。2、厅层呼叫。3、上下行信号。该单元是将乘客的交通情况采用模糊推理，选择出最适合于本次唤梯的最优交通模式。该单元通过将单元中接收的数据作为模糊逻辑的输入,最后根据模糊规则来得到具体的输出量。经过前两个单元的共同决策，最终派出最合适于本次召唤的电梯。4电梯群控中的硬件部分4.1 关于P1C的介绍P1C的全称为Programmab1e1ogicContro11er,中文翻译为可编程逻辑控制器。可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为:电源、中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口电路、功能模块和通信模块组成。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。对每个程序，