Автоматическая система управления процессом передвижения пассажирского лифта

Автоматическая система управления процессом передвижения пассажирского лифта

Курсовой проект

по дисциплине

«Комплексная автоматизация технологических процессов»

Автоматическая система управления процессом передвижения пассажирского лифта

2009

План

Введение краткий обзор существующих автоматизированных ситема управления (в том числе патентная информация) глубина патентной информации 5 лет. 4

1. Анализ технологического процесса как объекта управления. 8

1.1 Описание технологического процесса технологического оборудования. 8

1.2 Технологические схемы процесса и оборудования. 10

1.3. Классификация и перечень технологических переменных анализ взаимодействия между технологическими процессами. 12

1.4. Классификация и перечень измеряемых переменных состояния, определение требуемой точности измерения переменных технологического процесса. Определение условий работы измерительных устройств. 13

1.5 Классификация и перечень управляющих воздействий определение требуемой точности управления ТП. Определение условий работы силовых регулирующих устройств. 14

1.6 Определение основных требований к ведению технологического процесса, формулирование критерия качества и цели управления. 14

2. Разработка и выбор элементов АСУ ТП. 17

2.1 Разработка общих алгоритмов функционирования АСУ технологическим процессом. Блок схемы алгоритмов и их описания. 17

2.2 Функциональная структура системы управления ТП описание функциональных блоков системы. 21

2.3 Определение уровней управления ТП и архитектуры верхнего уровня АСУ. 22

2.4 Блок схемы аппаратных средств уровней системы. Выбор аппаратных средств на всех уровнях управления. Вариант принципиальной схемы соединения между аппаратными блоками системы. 25

2.5 Выбор общего и специального программного обеспечения на всех уровнях АСУ ТП. 26

2.6 Принципы обмена информацией между уровнями системы. Выбор интерфейсных устройств и протоколов обмена. 26

3. Математическое моделирование системы управления технологическим процессом. 27

3.1 Выбор среды моделирования и разработка математической модели технологического процесса и технологического оборудования с исполнительными электроприводами. 27

3.2 Структура и параметрический синтез регуляторов системы управления ТП. 35

3.3 Компьютерное моделирование алгоритмов управления. Графическое представление результатов моделирования. 43

Заключение. 46

Литература. 47

Введение краткий обзор существующих автоматизированных ситема управления (в том числе патентная информация) глубина патентной информации 5 лет

Сегодня уже трудно представить себе российский город без работающего вертикального транспорта. Для огромного количества людей нормальная работа лифтового хозяйства является синонимом нормальной жизни. Качественная работа лифтов и подъемных механизмов и их надежность остается одним из ключевых аспектов в деле обеспечения безопасности жилых и общественных зданий, поэтому необходимо непрерывное развитие и модернизация лифтового оборудования.

Лифт - механизм вертикального транспорта, предназначенный для транспортировки пассажиров и грузов в жилых и производственных помещениях. Широкое распростронение использования лифтового электропривода в промышленности и в повседневной жизни, определяет лифт как наиболее распространненый вид вертикального транспорта.

Наблюдаемая в последнее время тенденция к повышению этажности зданий в городах, а также к комфорту передвижения в лифтах ведёт к усложнению систем управления процессом передвижения. Благодаря развитию современных микропроцессорных систем управления данные задачи успешно решаются в настоящее время.

Современный лифт - это сложное электромеханическое устройство, работающее в полуавтоматическом режиме по установленной программе. Программа работы лифта определяется дейтсвиями пассажиров, местонахождением и положением (свободна или занята) кабины и регламентируется при помощи системы управления лифтом.

Система управления лифтом должна решать задачи безопасного и комфортного передвижения пасажиров. Передвижение должно осуществяться с допустимым ускорением, требуемой скоростью и отсутствие ощутимых рывков. Для выполнения приведённых требований необходимо получать информацию о положении и скорости движения кабины с помощью различных датчиков.

Большое внимание необходимо уделить вопросу безопасности передвижения в случаях пожаров и землятресений, обрыва канатов, срабатывания ловителей.

Современные тенденции развития электропривода лебёдки и лифтового оборудования направлены в сторону отказа от машинного помещения и создания автономной конструкции лифта. То есть лифт содержит в себе все механизмы предвижения включая лебёдку.

Так патент №2352514 выданный фирме Коне Корпорейшн в 21.01.2004 содержит следующее описание:

Изобретение касается лифта, который предпочтительно выполнен без машинного отделения. Лебедка лифта взаимодействует с подъемными канатами посредством канатоведущего шкива, при этом указанные канаты имеют несущую часть, сплетенную из стальной проволоки круглого и/или некруглого поперечного сечения, и удерживают противовес и кабину лифта, перемещающиеся по своим направляющим. Вес лебедки не более составляет приблизительно 1/5 веса номинальной нагрузки лифта. Внешний диаметр канатоведущего шкива, приводимого в действие лебедкой лифта, составляет не более приблизительно 250 мм, а кабина лифта и противовес подвешены с использованием нескольких проходов подъемного каната. Изобретение позволяет уменьшить размеры и/или вес ли

Также следует отметить немаловажную роль способности системы управления остановить кабину с точностью на заданном уровне. Патент № 2202508 выданный Лаврову В.В. 20.03.2005, описывающий способ точной остановки пола кабины лифта на уровне посадочной площадки.

Изобретение относится к лифтостроению, в частности к способам, обеспечивающим точность остановок кабин пассажирских лифтов. Способ точной остановки пола кабины лифта на уровне посадочной площадки заключается в том, что система управления лифтом вырабатывает команды, подаваемые на исполнительное устройство, которым является тормоз лебедки, используя сигналы, поступающие от датчиков в шахте для затормаживания объекта регулирования лифта, фиксирует с помощью измерительного элемента положение кабины лифта и по результатам измерения вырабатывает команду на обеспечение воздействия исполнительного механизма на объект регулирования. При этом объектом регулирования, на который оказывает воздействие исполнительный элемент, является пол кабины, совмещенный с ее порогом и отделенный от этой кабины, а воздействие упомянутого исполнительного механизма, размещенного на самой кабине, осуществляется с возможностью выравнивания уровня пола кабины с уровнем порога дверей шахты выбранной посадочной площадки и происходит при неподвижной кабине лифта за время, не превышающее времени открытия дверей кабины и шахты на выбранной посадочной площадке при получении соответствующего сигнала измерительного элемента. Сигнал на время включения исполнительного механизма, определяющий расстояние, на которое необходимо переместить пол кабины, вырабатывается устройством сравнения, которое сопоставляет сигнал с измерительного элемента с сигналом, записанным в запоминающем устройстве и характеризующим точное местоположение порога дверей шахты выбранной посадочной площадки, и сигналом с датчиков-ограничителей, контролирующих высоту подъема пола. Изобретение обеспечивает повышение точности остановки кабины относительно посадочной площадки

В настоящее время в нашей стране стоит проблема замены устаревшего лифтового оборудования. Замены редукторного электропривода с релейно-контакторной системой управления. Целесообразно использовать существующего шахтного оборудования и проводки, произвести замену лишь системы управления и приводные механизмы дверей и лебёдки лифта.

Также следует обратить внимание на использование системы управления не только для модернизации существующего лифтового оборудования, но и использование в новом строительстве.

Отсюда следует, что использование для модернизации существующего оборудования линейных двигателей или расположения электропривода на кабине лифта будет требовать существенных денежных затрат. Поэтому следует обратить внимание на безредукторный электропривод. Исключение из конструкции лифтовой лебёдки редуктора и использование в качестве приводного двигателя высокомоментный асинхронный электродвигатель позволит решить задачу модернизации с наименьшими затратами.

Развитие высокомоментных двигателей позволило отказаться от использования дорогостоящего редуктора. Что позволило уменьшить шумы, улучшить согласованние с инерцией нагрузки и снизить стоимость системы электропривода лебёдки для лифтов различной конструкции.

Прямой (безредукторный) привод означает отсутствие элементов передачи мощности между двигателем и приводимой во вращение нагрузкой, что, в свою очередь, дает преимущества перемещения с высокой динамикой практически без люфта и превосходную жесткость при статических/динамических нагрузках.

1. Анализ технологического процесса как объекта управления

1.1 Описание технологического процесса технологического оборудования

Описание технологического процесса и оборудования

Основными частями лифта являются: лебёдка, кабина, противовес, направляющие для кабины и противовеса, двери шахты, ограничитель скорости, тяговые канаты и канат ограничителя скорости, узлы и детали приямка, электрооборудование и электроразводка. Основные параметры технической характеристики лифта: номинальная грузоподъёмность кг, масса противовеса кг, масса пустой кабины кг, номинальная скорость . Лифт двенадцатиэтажного дома плюс этаж технического обслуживания. Расстояние между этажами 3м. Расчетная работа электропривода пуск раз в 3 минуты, 20 раз за час.Погрешность останова .

Рисунок 1 - Кинематическая схема лифта

Кинематическая схема лифта представлена на рисунке 1. Лифт имеет полиспастную подвеску с кратностью полиспаста 2, при которой тяговые канаты 1, сходящие с канатоведущего шкива 2, огибает полиспастный блок 3 на кабине 4 и противовесе 5 и крепятся к верхнему перекрытию шахты в машинном помещении.

Перемещение кабины и противовеса по направляющим осуществляется лебёдкой 6, установленной в машинном помещении, с помощью тяговых канатов 1. Там же размещены ограничители скорости, контроллер, вводное устройство. Лифт комплектуется специализированным контроллером.

При нажатии кнопки вызывного аппарата в электроаппаратуру управления лифтом подается электрический импульс (вызов). Если кабина находится на остановке, с которой поступил вызов, открываются двери кабины и шахты на данной остановке. Если кабина в другом месте, подается команда на её движение. В обмотку электродвигателя лебёдки и катушки электромагнитных тормозов подаётся напряжение, тормоза отпускают, и ротор электродвигателя приходит в движение.

При подходе кабины к требуемой посадочной площадке система управления лифтом по сигналу датчиков точной остановки переключает электродвигатель лебёдки на работу с пониженной частотой вращения ротора. Скорость движения кабины снижается, подаётся команда на остановку, и в момент, когда порог кабины совмещается с уровнем порога двери шахты, кабина останавливается, вступает в действие тормоз, включается в работу привод дверей, и двери кабины и шахты открываются. На лифте с системой управления от контроллера происходит бесступенчатое регулирование частоты вращения ротора двигателя посредством системы частотного регулирования, что обеспечивает плавные остановку и пуск кабины.

При нажатии кнопки приказа на панели управления, расположенной в кабине, закрываются двери кабины и шахты, кабина отправляется на посадочную площадку, кнопка приказа которой нажата.

После прибытия на требуемую посадочную площадку и выхода пассажиров двери закрываются, кабина стоит до тех пор, пока не будет нажата кнопка любого вызывного аппарата.

Движение кабины возможно только при исправности всех блокировочных и предохранительных устройств. Срабатывание любого предохранительного устройства приводит к размыканию цепи управления и остановке кабины.

1.2 Технологические схемы процесса и оборудования

Технологическая схема оборудования

Основу конструкции лифта составляет механизм подъёма на основе применения лебёдки с канатной системой передачи движения кабине.

Пассажиры перемещаются в специально-оборудованной кабине с закрываемыми дверями, которые имеют блокировочные устройства, исключающими возможность движения при открытых створках.

Для центрирования кабины и противовеса в горизонтальной плоскости и исключения поперечного раскачивания во время движения, применяются направляющие, устанавливаемые на всю высоту шахты лифта.

Направляющие обеспечивают возможность торможения кабины (противовеса) ловителями при аварийном превышении скорости и удерживают её до момента снятия с ловителей.

Пространство, в котором перемещается кабина и противовес ограждается на полную высоту и называется шахтой.

Помещение, в котором устанавливается подъёмная лебёдка и другое необходимое оборудование, называется машинным помещением.

Часть шахты, расположенная ниже уровня нижней посадочной площадки, образует приямок, в котором размещаются упоры или буферы, ограничивающие ход кабины (противовеса) вниз и останавливающие с допустимым ускорением замедления.

Для предотвращения аварийного падения кабины (противовеса) лифт оборудуется автоматической системой включения ловителей от ограничителя скорости, срабатывающей при аварийном превышении скорости.

Ловители устанавливаются по боковым сторонам каркаса кабины (противовеса) и приводятся в действие канатом, охватывающим шкив ограничителя скорости.

В приямке устанавливается натяжное устройство ограничителя скорости.

Станция управления работой лифта. приборы и аппараты находятся в машинном помещении.

Соединение электрического оборудования кабины со станцией управления обеспечивается посредством подвесного кабеля и жгута проводов, смонтированного в шахте.

Датчики замедления, шунты датчика точной остановки и устройства контроля шахтных дверей также устанавливаются в шахте.

На рисунке 2 представлена схема размещения оборудования лифта. Лебёдка и шкаф управления располагаются в лифтовом помещении, закрытом от проникновения посторонних лиц.

Рисунок 2 - Технологическая схема оборудования

Основная плата управления установлена в шкафу контроллера. Последовательная линия передачи данных подразделяется на каналы кабины и шахты. Канал кабины, к которому подключена клеммная коробка кабины, представляет собой подвесной кабель. На рисунке 2 приняты следующие обозначения: 1 - шкаф контроллера, 2 - позиционный индикатор, 3 - этажные кнопки, 4 - датчик положения кабины.

1.3 Классификация и перечень технологических переменных анализ взаимодействия между технологическими процессами

При управлении пассажирским лифтом система управления отслеживает и контролирует скорость передвижения кабины, положении кабины в шахте, загрузку кабины. В данном случаем технологическими переменными можно назвать изменяющуюся загрузку лифта и положение кабины. Так как кабина подвешена на металлических тросах обладающих конечной жесткостью, меняющейся в зависимости от положения кабины (чем ближе кабина к машинному помещению, тем больше жёсткость и наоборот), а также механическая система лифта является трёхмассовой. Из перечисленного следует, что взаимодействие технологических переменных и технологическим процессом передвижение кабины носит сложный характер и требует подробного изучения.

В зависимости от поступивших вызовов и приказов происходит управления оборудованием лифта по заданной программе.

Основными параметрами технической характеристики лифта являются: грузоподъёмность, скорость движения и высота подъема кабины. Они регламентируются Государственными Стандартами ГОСТ 22011-95 Лифты пассажирские и грузовые[1].

1.4 Классификация и перечень измеряемых переменных состояния, определение требуемой точности измерения переменных технологического процесса. Определение условий работы измерительных устройств

Практически все переменные состояния связаны с электроприводом лебёдки, перечислим основные из них:

меняющийся вес кабины в зависимости от количества пассажиров, следовательно меняющийся момент нагрузки на электроприводе лебёдки.

Положение кабины в шахте лифта, следовательно угол поворота шкива.

Изменяющиеся токи и напряжения на двигателе, которые поступают в систему управления преобразованными с помощью координатных преобразователей, для выработки управляющих воздействий на двигатель.

Скорость передвижения кабины - скорость вращения привода лифта.

Следовательно можно сделать вывод - для управления передвижением лифта необходимо управлять описанными выше переменными состояниями.

Основными требованиями к технологическому процессу передвижения лифта является движение с требуемой скоростью (1 м/с), ограничение ускорения (), и остановка кабины на уровне этажа (). По ГОСТ 22011-95 точность измерения ускорения и скорости должна укладываться в пределы . За измерение положения кабины отвечают датчики расположенные в шахте лифта, необходимо согласовать их расположение с требуемой точностью останова кабины.

Условия работы измерительных устройств определяются ограничением температуры эксплуатации оборудования.

1.5 Классификация и перечень управляющих воздействий определение требуемой точности управления ТП. Определение условий работы силовых регулирующих устройств

Основные управляющие воздействия вырабатывает микропроцессорная система управления. Это задающие воздействия на используемые регуляторы. Но в конечном счёте управляющие воздействия направлены на управление двигателем с помощью изменения частоты питающего напряжения и самого напряжения.

Преобразователем управляет логический контроллер обрабатывающий поступающие сигналы с постов вызовов и приказов на передвижение кабины лифта.

Также логическим контроллером выдаются сигналы на закрытие-открытие дверей кабины. Сигналы об случившейся аварии и сигнализация случившегося на пульте диспетчера.

Условия работы силовых регулирующих устройств: температура от 0 до +40 градусов.

1.6 Определение основных требований к ведению технологического процесса, формулирование критерия качества и цели управления

Основными задачами управления является обеспечение безопасного и комфортного передвижения в кабине лифта и произведение останова на требуемом уровне.

Критерии качества:

Плавность движения. По нормам ПУБЭЛ максимальная величина ускорения (замедления) кабины в нормальных эксплуатационных режимах для пассажирских лифтов не должна превышать .

При посадке кабины на ловители или буфер в аварийных ситуациях допускается ускорение до .

Эффект физиологического воздействия ускорений существенно зависит от времени их действия. Так, при времени действия ускорений менее , человеческий организм удовлетворительно переносит ускорения около . Поэтому ПУБЭЛ допускает кратковременное превышение ускорений замедления кабины.

Комфортабельность условий перевозки пассажиров определяется минимальной величиной времени ожидания лифта на посадочной площадке, плавностью и точностью остановки, отсутствием шума и вибраций в кабине, наличием хорошей вентиляции салона и достаточной освещённости.

Улучшение комфортабельности способствует красивая отделка кабины с хорошо продуманной гаммой цветов, создающей эффект увеличения объёма салона кабины.

Снижение уровня электромагнитных помех может быть гарантировано хорошим качеством экранировки источников помех электрооборудования лифта и установкой высокочастотных фильтров во вводном устройстве электрической силовой цепи лифта.

Также необходимо сформулировать основные требования к электроприводу лифтов:

надежность в работе, обеспечение безопасности при пользовании лифтовой установкой;

малошумность

Страницы: 1, 2