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洛阳理工学院毕业设计（论文）8层升降电梯PLC控制实现摘要随着我国经济的告诉发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术应经进入一个崭新的时代，而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，其拖动技术已经发展到了调频调压调速，其逻辑控制也由PLC代替了原来的继电器控制。本文的目的是实现升降电梯的PLC控制。PLC选用欧姆龙公司的CJ1M-CPU22型PLC，其优点是结构小巧，I/O端口模块化，可随设计任意增加输入、输出端口数量，还具有内置I/O端口。为了精确控制电梯的运行，设计中使用了电梯专用变频器——艾默生TD3100。控制方式选择端子多段速度控制方式，通过合理设置速度曲线，大大提高了电梯的运行舒适感和运行精度。本次设计的电梯系统达到了基本运行的要求，具有开关门、内外指令处理、选层定向和换速截梯等功能。关键词：电梯，控制系统，变频器，PLC1 洛阳理工学院毕业设计（论文）PLCcontroltoachieveeight-storyelevatorABSTRACTWiththedevelopmentoftheeconomy,microelectronictechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyhasbeendevelopingrapidly.TheACfrequencyconvertertechnologyhasalsocometoanewera.Thedragtechnologyofelevator,whichservesasverticaltransportationofmodernhigh-risebuilding,hascometothestageoffrequencymodulationSpeedregulating,itsoriginalRelaycontrolhasalsobeenreplacedbyPLC.ThepresentresearchintendstorealizePLCcontrolofanelevator.Featuredcompactstructure,I/Oportmodular,Flexibleinputandoutputportnumberandbuilt-inI/Oports,CJ1M-CPU22ofOMRONisadoptedinourdesign.EmersonTD3100specializedelevatorfrequencyconverterisappliedtoaccuratelycontroltheoperationofelevators.Controlmodeismulti-terminalspeedcontrol.Bysettingareasonablespeedcurve,theoperationoftheliftandrunningprecisionisgreatlyimproved.Theelevatorsystemdesignedhasmetthebasicrunningrequirements,functionsdesignedaredoorswitch,insideandoutsidecommandprocessing,layerorientationandladder-for-speedcut-off.Keywords:elevator，controlsystem，frequencyconverter，PLC1 洛阳理工学院毕业设计（论文）目 录前 言1第一章绪论21.1电梯的起源和发展21.2电梯信号控制系统发展现状31.2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题41.2.2PLC及在电梯控制中的应用特点41.3本文的工作6第二章电梯的概述72.1电梯的定义72.2电梯的基本结构72.3电梯的控制要求10第三章变频器的选择及其参数设计123.1变频器的概况123.1.1通用变频器的发展123.1.2通用变频器的功率输出驱动技术动向133.2艾默生TD3100型变频器简介153.2.1卓越的控制性能153.2.2理想的电梯控制方式163.3TD3100的参数设计193.3.1有关电动机容量的计算193.3.2TD3100技术指标和规格193.3.3TD3100基本运行参数设置22第四章PLC的选择及其硬件的开发254.1PLC的定义和特点254.1.1PLC的定义254.1.2PLC的特点254.2PLC的主要功能和应用284.3PLC控制系统设计291 洛阳理工学院毕业设计（论文）4.3.1设计思想294.3.2PLC机型的选择和I/O点数的分配324.3.3端子控制多段速度运行模式原理33第五章软件系统的设计365.1软件流程图365.2开关门控制375.2.1开门控制375.2.2关门控制385.3其他问题39结 论44谢辞45参考文献46附 录48参考文献摘要48外文资料翻译501 洛阳理工学院毕业设计（论文）前 言进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点。PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，电梯采用了PLC控制，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化。另外可方便地增加或改变控制功能。也可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检测。随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。电动机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的使用范围及其他许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。本次设计的目的是实现电梯的PLC的控制，采用了PLC和变频器实现电梯的常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，利用艾默生TD3100型电梯专用变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。大大提高了电梯的控制水品，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。并通过楼层感应器检测电梯位置，提高了系统的可靠性和平层精度。该系统具有先进、可靠、稳定的特点。1 洛阳理工学院毕业设计（论文）第1章绪论1.1电梯的起源和发展随着科学技术和社会经济的发展，高层建筑已成为现代城市的标志。电梯作为垂直运输工具，承担着大量的人流和物流的输送，其作用在建筑物中至关重要。是现代都市生活中必不可少，且应用最为广泛的垂直交通运输工具。它起源于公元前236年的古希腊。当时阿基米德设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机，共制造出三台，安装在妮罗宫殿里。人们把这三台卷扬机看作是现代电梯的鼻祖。事实上，早在公元前，我们中国人的祖先和古埃及也都曾经使用这种人力卷扬机。在瓦特发明了蒸汽机之后，于1850年，在美国纽约市出现了世界第一台由亨利·沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机。1854年，在纽约水晶宫举办的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥蒂斯第一次向世人展示了他的发明—历史上第一部安全升降机。从那以后，升降机在全世界范围内得到了广泛应用。在此期间，英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。随着水压梯的发展，蒸汽梯也就被淘汰了。后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯。直到今天，液压梯仍在使用。1889年，美国奥的斯公司制造的由直流电动机通过蜗杆涡轮减速器带动卷筒卷绕绳索悬挂并升降轿厢的电动升降机，构成了现代电梯的鼻祖。为了解决乘客乘坐电梯的安全性和舒适感方面的问题，1892年，美国亨利·华特·列昂那得发明了调节电动机励磁场来调速的电动机—发电机电力驱动系统，使直流电动机的电力拖动构造有了重大发展。1900年，交流感应电动机被使用到电梯驱动以后，进一步简化了电梯的传动设备。以后由交流单速电动机发展到交流双速感应电动机。1903年，美国奥的斯在电梯传动机构中采用了曳引驱动代替卷筒方式，提高了电梯传动机械的通用性，同时也制造了有齿轮曳引高速电梯。这种电梯减少了转动设备，怎强了安全性能，成为目前电梯曳引传动的基本构造形式。在电梯控制技术方面，19496 洛阳理工学院毕业设计（论文）年开始应用电子技术，以后出现了电子器件与信息处理的分区控制系统，以后发展到大规模集成电路。由于电梯拖动技术从直流电动机驱动，到交流单速、交流双速电动机驱动，到交流调压调速（ACVV）控制，交流调压调频调速（VVVF）控制，使得电梯控制技术不断成熟，加上电子技术、电子计算机技术、自动控制技术在电梯中的广泛应用，使电梯运行的可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、减少噪声等方面都有了极大改善。70年代，特别是1973年以来，电梯控制柜的控制电路逐渐从模拟电路向数字化电路发展，数字技术显著提高了电梯的可靠性和运行精度。70年代末到80年代2初，高速无齿轮和有齿轮快速电梯都应用微机作为控制的主要部件，而且每部电梯使用的微机不止一部。80年代，大功率晶体管模块的问世以及微机和数字调节技术的不断成熟，人们利用PWM（脉宽调节）技术来控制换流器，实现对电梯中交流电动机进行调压调频（VVVF），达到线性调速的目的。自80年代中期，VVVF控制的电梯先后由美国奥的斯、日本三菱等公司相继开发并逐步推向市场。90年代，VVVF拖动系统得到较快发展，其许多技术、经济指标，明显优于其他电梯控制系统。1.2电梯信号控制系统发展现状近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展。一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。更新换代生产更新型的电梯。继电器组成的顺序控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程控制器（PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所取代。同时，由于电机交流变频器调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来的直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。因此，PLC控制技术加变频调速技术已成为现代电梯行业的一个热点。6 洛阳理工学院毕业设计（论文）1.2.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题1．电梯继电器控制系统的优点：(1)所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。(2)系统的保养，维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。(3)大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。(4)多年来我国一直生产这类电梯，技术较成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。2．电梯继电器控制系统存在的问题(1)系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。(2)普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不以增加，技术水平难以提高。(3)电磁机构及触电动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。(4)系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。(5)由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常制造停梯，给乘用人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶和冲底，造成人员和财产损失。1.2.2PLC及在电梯控制中的应用特点PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造。6 洛阳理工学院毕业设计（论文）目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其曳引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属于能耗调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找合适我国老式电梯改造方法具有十分重要的意义。电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的生活和工作日益紧密联系。PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展到计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。PLC是一种专门从事逻辑控制的微型计算机系统。由于PLC具有性能稳定、抗干扰能力强、设备配置灵活等特点。因此在工业控制方面得到了广泛的应用自80年代后期PLC引入我国电梯行业以来，由PLC组成的电梯控制系统被许多电梯制造厂家普遍采用，并形成了一系列的定型产品。在传统继电器系统的改造工程中，PLC系统一直是主流控制系统。电梯控制系统分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行是乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是对电梯安全可靠运行的关键。为了改善电梯的舒适感和运行的可靠性，现在都改为用PLC来控制电梯的运行，这样大大提高了电梯的性能。可编程控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠4性高、适应工业现场高温、冲击和振动等恶劣环境特点，已成为解决自动控制问题的最有效工具，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。PLC控制电梯的优点：a在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。b去掉选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。cPLC可实现故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。dPLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。e用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。6 洛阳理工学院毕业设计（论文）f更改控制方案是不需要改动硬件接线。1.3本文的工作综上所述，由于PLC作为新一代电梯控制工具具有以上优点，本次毕业设计就以八层电梯作为控制对象，以PLC作为工具对电梯控制系统进行了设计。在设计过程中，对八层电梯的硬件部分作分析，然后选择硬件。估算出I/O点数，画出连线图，然后在设计软件，写出控制系统的流程图，梯形图，写出语句。6 洛阳理工学院毕业设计（论文）第二章电梯的概述2.1电梯的定义根据国家标准《GB7024·I-86电梯名词术语》规定，电梯的定义：用电力拖动，具有乘客或载货轿厢，其运行于垂直的或与垂直方向倾斜不大于15°角度的两侧刚性导轨之间，运送乘客和（或）货物的固定设备。另外，国家标准GB7588-87《电梯制造与安装规范》，对电梯的技术含义做了如下叙述：电梯是服务于规定楼层的固定式提升设备，包括一个轿厢，轿厢的尺寸与结构形式可使乘客方便的进出，轿厢至少部分的在两根垂直的或与垂直方向成倾斜角小于15°的刚性导轨之间运行。从以上的两个条文可以理解电梯的含义：①电梯是有电力来驱（拖）动的。②电梯是沿着垂直方向运行的一种提升设备，可以是乘客，也可以是载货的。③轿厢要方便于乘客乘坐或承载货物。因此对于商场、车站等用的自动扶梯或自动人行道，按专业定义就不能称为电梯，当然他们也是电梯家族里的一个分支。2.2电梯的基本结构电梯是把机和电合成一体的大型复杂产品，其中的机械部分相当于人的躯体，电气部分相当于人的神经，两者不可分割，关系紧密。机与电的高度合一，使电梯成为现代科技的综合产品。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统、导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分有电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。电梯的基本结构如下图2-1所示(1)拽引系统9 洛阳理工学院毕业设计（论文）电梯拽引系统的功能是输出动力和专递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，联轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。(2)导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。(3)门系统门系统由轿厢们，层门，开门联动机构等组成。轿厢们设在轿厢入口，由门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层门的动力源。(4)轿厢轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件，它是由轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构,由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底、轿厢壁、轿厢顶以及照明通风设备、轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿7厢体空间的大小由额定载重量和额定载客数决定。(5)重量平衡系统电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，他的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。(6)电力拖动系统供电系统是为电机提供电源装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。(7)电气控制装置9 洛阳理工学院毕业设计（论文）电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和门厅的召唤箱按钮来操纵电梯运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一层的停靠站时，欲使轿厢地坎与门厅地坎达到同一平面的操作。位置显示装置，是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和门厅的指示灯，门厅指示灯还用箭头指示电梯运行的方向。图2-1电梯总体结构解剖图9 洛阳理工学院毕业设计（论文）(7)电气控制装置电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和门厅的召唤箱按钮来操纵电梯运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一层的停靠站时，欲使轿厢地坎与门厅地坎达到同一平面的操作。位置显示装置，是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和门厅的指示灯，门厅指示灯还用箭头指示电梯运行的方向。(8)安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。2.3电梯的控制要求人们对现代电梯的自动化程度和智能化要求越来越高，可以有下列基本功能，这些功能有的是厂家作为标准功能配置在电梯上的，有的是按用户要求配置的。但是由于本次设计的时间有限，不可能实现下面的所有控制要求，只能实现其中的一些基本的控制要求。(1)司机操作。由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。(2)集选控制。集选控制是将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理的高度自动控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门启动运行，同向逐一问答，自动平层自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答，能自动应招服务。(3)下行集选。只在下行时具有集选功能，因此厅外只设下行召唤按钮，上行不能截梯。(4)独立操作。只通过轿内指令驶往特定楼层，转为特定楼层乘客提供服务，不应答其它层站和厅外召唤。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）(5)特别楼层优先控制。特别楼层有召唤时，电梯以最短时间应答。应答前往时，不理会轿内指令和其它召唤。到达该特别楼层后，该功能自动取消。(6)停梯操作。在夜间、周末或者假日，通过停梯开关使电梯停在制定楼层。停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节约能源。(7)满载控制。当轿内满载时，不响应厅外召唤。清除无效指令。清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。(8)开门时间自动控制。根据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况，自动调整开门时间。(9)按客流量控制开门时间。监视乘客的进出流量，使开门时间最短。(10)开门时间延长按钮。该按钮用于延长开门时间，使乘客顺利进出轿厢。(11)强迫关门。当门被阻挡超过一定时间后，发出警报信号，并以一定力量强行关门。(12)光电装置。用来监视乘客或货物的进出情况。(13)光幕感应装置。利用光幕感应效应，如关门时仍有乘客进出，则轿门未触及人体就能自动重新开门。(14)副操纵箱。在轿厢内左边设置副操纵箱，上面设有各楼层轿内指令按钮，便于乘客较拥挤时使用。(15)电子按钮。用手轻触按钮便完成门厅召唤或轿内指令登记工作。(16)灯光报站。电梯即将到达时，厅外灯光闪动，并有双音报站钟报站。(17)停电时紧急操作。当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。(18)火灾时紧急操作。发生火灾时，使电梯运行到指定楼层待机。(19)消防操作。当消防开关闭合时，是电梯自动返回基站，此时只能由消防员进行轿内操作。(20)故障检测。将故障记录在微机内存（一般可存入8～20个故障），并以数码显示故障性质。当故障超过一定数量时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。(21)故障重开门。因故障使电梯门不能关闭时，或者在关门的过程中又有乘客进入的时候，使门重新打开再试关闭。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）第三章变频器的选择及其参数设计随着变频器性能价格比的提高，交流变频调速已应用到许多领域，由于变频调速的诸多优点，使得交流变频调速在电梯行业也得到了广泛应用。目前有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，虽然价格相对较贵，但功能强大，使用灵活，智能化高，所以本次设计采用了艾默生公司TD3100电梯专用变频器3.1变频器的概况3.1.1通用变频器的发展上个世纪80年代初，通用变频器实现了商品化。在近20年的时间里，经历了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大发展过程。(1)容量不断扩大80年代初采用的BJT的PWM变频器实现了通用化，到了90年代初BJT通用变频器的容量达到了600KVA，且400KVA以下的已经实现系列化。前几年的主开关器件开始采用IGBT，仅三、四年的时间，IGBT变频器的单机容量已达到1800KVA，随着IGBT容量的扩大，通用变频器的容量也将随之扩大。(2)结构的小型化变频器主电路中功率电路的模块化，控制电路采用大规模集成电路（LSI）和全数字控制技术，结构设计上采用“平面安装技术”等一系列措施，促进了变频器电源装置的小型化。另外，一种混合式功率集成器件，采用厚薄膜混合集成技术，把功率电桥、驱动电路、检测电路、保护电路等封装在一起，构成可一种“智能电力模块”（IntelligentModule,IPM）这种器件属于绝缘金属基底结构，所以防电磁干扰能力强，保护电路和检测电路与功率开关间的距离尽可能小，因而保护迅速可靠，传感信号也十分迅速。(3)多功能和智能化58 洛阳理工学院毕业设计（论文）电力电子器件和控制技术的不断进步，使变频器向多功能化和高智能化方向发展。特别是微机的应用，为变频器多功能化和高性能化提供了可靠的保证。人们总结了交流调速气动控制的大量经验，并不断融入软件功能。日益丰富的软件功能能使通用变频器的多功能化和高性能化为用户提供了一种可能，即可以把原有生产机械的工艺水平“升级”，达到以往无法达到的境界，使其变成一种具有高度软件功能的新机种。8位、16位及32位CPU奠定了通用变频器全数字控制的基础。32位数字信号处理器（DigitalSignalProcessesr-DSP）的应用将通用变频器的性能提高一大步，实现了转矩控制，推出了“无跳闸功能”。目前，新一代变频器开始采用新的“精简指令集计算机”（ReduceInstructionSetComputer-RISC），将指令执行时间缩短到纳秒级。它是一种矢量（超标量）微处理器，其功能着重放在常用基本指令的执行效率上，舍弃了某些运算复杂而使用率不高的指令，省下他们所占用的硬件资源用于提高10基本的运算速度，达到了以“每秒上亿条指令”为单位来衡量运算速度的程度。(4)应用领域不断扩大通用变频器经历了模拟控制、数字控制、数模混合控制，直到全数字控制的演变，逐步地实现了多功能化和高性能化，进而使之对各类生产机械，各类生产工艺的适应性不断增强。最初通用变频器仅用于风机、泵类负载的节能调速和化纤工业中高速缠绕的多机协调运行等，到目前为止，其应用领域得到了相当的扩展。如搬运机械，从反抗性负载的搬运车辆、带式运输机到位能负载起重机、提升机、立体仓库、立体停车厂等都已经采用了通用变频器；金属加工机械，从各类切削机床到高速磨床乃至数控中心。加工中心超高速伺服机的精确位置控制都也应用通用变频器；在其它方面，如农用机械、食品机械、木工机械、印刷机械、各类家用电器甚至街心公园喷水池，可以说其应用范围相当广阔，并且还将继续扩大。3.1.2通用变频器的功率输出驱动技术动向采用变频器的调速传动技术，近年来取得了惊人的进步。从技术发展动向来看，大致有如下几个方面：1)IGBT的应用最近几年来，IGBT的应用正在迅速推进。其显著的特点是：开关频率高驱动电路简单。用于通用变频器时，有如下明显的效果：58 洛阳理工学院毕业设计（论文）(1)由于载波效率的提高（20KHz或更高），负载电动机的噪声明显减少，实现了低噪音传动。电动机的金属鸣响声因振动频率超过了人耳可感知的程度而“消失”。(2)同样由于载波频率的提高，使电动机的电流（特别是低速时的电流）波形更加趋于正弦波，因为减少了电动机转矩的脉动和电动机的损耗。(3)由于IGBT为电压驱动型，因而简化了驱动回路，使整个装置更加紧凑，可靠性提高，成本低。(4)主开关器件如何采用IPM，上述效果将更加明显。2)网侧变流器的PWM控制的变频器目前上市的绝大多数通用变频器，其网侧变流器不可控的二极管整流器。虽然控制简单，成本较低，但也有它的缺点。比如，网侧电流波形严重畸形，影响电网的功率因数，谐波损耗大，电动机制动时的再生能量无法回馈给电网等。现已开发出一种新型的采用PWM控制方式的自换相交流器，并成功的用作交流器中的网侧交流器。电气结构形式与逆变器完全相同，每个桥臂均由一个自关断器件和一个二极管反并联组成。其特点是：直流输出电压连续可调，输入电流（网侧电流）波形基本为正弦，功率因数可保持为1，并且能量可以双向流通。网侧变流器采用PWM控制交流器又称为“双PWM控制变频器”。这种再生能量回馈式高性能通用变频器，代表着另一个新的技术动向。它的大容量化，对于制动频繁的或可逆运行的生产设备十分有意义。但因其价位高、投资大，所以在某种程度上限制了它的发展速度。3)矢量控制变频器的通用化在造纸、轧钢等应用领域，要求精度高，响应快，一般性的通用变频器已经不能胜任，往往要采用矢量控制方案。但是矢量控制往往需要速度传感器，运算复杂、调整麻烦，对电动机的参数依赖性大。目前，国内正在努力使矢量控制变频器实现通用化。因此，对无速度传感器的矢量控制系统的理论研究和实用化的开发代表着另一个新的技术发展方向。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容。另外，由于电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯的节约用电日益受到重视。3.2艾默生TD3100型变频器简介图3-1TD3100外观图TD3100系列变频器是在TD3000系列高性能矢量控制通用变频器的基础上，综合多种国外电梯专用变频器的特点，采用双DSP+MCU结构和先进模块化设计的高性能、多功能矢量控制电梯专用变频器。使用功率等级7.5～30KW、最高速可达4.000m/s、最大楼层可到50层。3.2.1卓越的控制性能表3-1基本参数调速范围1：1000稳态控制精度0.05%最高速度额定转矩阶跃响应小于150ms低频转矩脉动10～300rpm时，小于10%低频启动转矩0rpm，10～300rpm时，200%额定转矩58 洛阳理工学院毕业设计（论文）图3-1变频器动态响应特性3.2.2理想的电梯控制方式传统的多段速度控制，由于通过控制速度和运行时间来控制距离，有如下不足之处：l1.运行效率低：平层时间一般在5秒以上。l2.平层精度不高：从平层运行到停止，产生随机误差。l3.S曲线参数设定不方便，影响电梯舒适感。ll4.调试不方便，减速命令的发送位置必须经过多次调试。TD3100能提供的多种优化控制方式：A.精确的距离控制：a)智能井道自学习功能通过运行井道自学习的程序，变频器将自动记忆每层的层高（脉冲数）。当由于楼层高度等原因导致计数脉冲多余65535时，变频器将自动生成分频系数，保证的准确性。b)增加平层距离调整参数，无论是单平层信号还是双平层信号，通过该参数可以精确修正因为平层插板长度引起的平层误差。c)58 洛阳理工学院毕业设计（论文）可以根据控制器等实际系统配置选择两种距离控制方式：给定目的楼层的距离控制：根据请求楼层信号，直接实现距离控制。给定停车请求的距离控制：变频器通过发送减速点通过信号，对控制器进行前方楼层的停车询问，根据控制器的应答实现距离控制。d)运行中完全根据目的楼层的距离，自动选择电梯的最高运行速度，即安全又高效率。图3-2距离控制运行曲线B.优化的速度控制：在传统的速度控制基础上，增加了灵活的S曲线设定计算功能，具有加加速度、减减速度设置及最大加速度S字设置，防止电梯起停冲击，增加电梯舒适度。速度控制的方式有多段速度控制、模拟给定控制及通讯速度控制等多种方式选择。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）F3.11:加速度F3.12：开始段急加速F3.13：结束段急加速图3-3S字调整示意说明图C.强迫减速运行控制：为了防止轿厢冲顶与蹲底，当电梯运行接近到上下端站，上强迫减速开关／下强迫减速开关动作时，如果检测到电梯实际运行速度大于设定强迫减速阀值（F7.11×F0.05），表明电梯未正常减速，变频器立即按强迫减速运行曲线减速至爬行速度，平层停车。图3-4强迫减速运行示意图58 洛阳理工学院毕业设计（论文）3.3TD3100的参数设计3.3.1有关电动机容量的计算电梯运行时的受力情况比较复杂，曳引电动机的容量一般可按如下静功率的经验公式计算：式中，N—点动机功率（KW）；（也称计算功率）—电梯平衡系数，载客电梯：0.45～0.5Q—电梯额定载重量（kg）η—电梯机械传动总效率；v—电梯额定速度（m/s）本次设计的电梯工作地点是八层居民公寓楼，额定载重量定为800kg,额定速度定为1.00m/s。则本次设计的曳引电动机的容量N=7.84kw。一般选择电机的额定功率总是略大于计算值。因为还需要考虑轿厢运行产生的附加阻力及满载轿厢启动等因素。故我选择与电动机相配套的变频器的容量为11KW，型号为TD3100-4T0110E。3.3.2TD3100技术指标和规格表3-2TD3100-4T0110E技术指标及规格项目TD3100-4T0110E输入额定电压、频率三相，380V/400V；50Hz/60Hz变动允许值电压，±20%，电压失衡率<3%；频率：±5%输出输出电压三相，0～380V/400V输出频率0Hz～400Hz58 洛阳理工学院毕业设计（论文）过载能力150%额定电流2分钟，180%额定电流10秒基本控制功能控制方式有PG矢量控制/无PG矢量控制速度设定数字设定（含多段速度设定）；上位机串行通讯；模拟设定速度控制精度无PG时±0.5%最高速度，有PG时±0.05%最高速度速度设定分辨率数字设定：0.001m/s；模拟设定：0.1%最高速度速度控制范围带PG闭环1：1000，不带PG闭环1：100运转命令给定面板给定；外部端子给定；通过串行通讯口由上位机给定电梯专用控制功能给定楼层的距离控制变频器根据设定的目的楼层，实现以距离为原则的直接停靠根据停车请求信号的距离控制变频器先接受控制板的快车运行命令启动运行，在运行中根据控制板的停车请求信号实现以距离为原则直接停靠速度控制变频器根据多段速/模拟速度设定运行转矩偏置变频器在启动时可以根据电梯轿厢的载重量信号（数字或模拟）输出预转矩，以防止电梯启动时的倒拉车；范围：J8150%～-150%额定转矩接触器抱闸控制根据电梯的运行逻辑控制接触器与抱闸，增加系统安全性预开门检测速度≤0.1m/s58 洛阳理工学院毕业设计（论文），且在门区减速时输出预开门信号，控制面板可根据此信号提前开门电梯运行次数记录记录电梯的运行次数，停电时保存，为电梯的维修保养提供依据蓄电池运行停电时，依靠蓄电池供电使电梯低速平层，运行时S曲线无效井道自学习运行专门为井道自学习设定的运行模式，记录每层的层高脉冲数检修运行专门为电梯检修时设定的运行模式，减速停车时S曲线无效正常加/减速度正常运行时的加/减速度，范围：0.020～9.999m/s2正常加/减速度变化率运行曲线的开始段与结束段的加/减速度变化率分别可设，范围：0.020～9.999m/s3检修减速度检修运行时的减速度，范围：0.020～9.999m/s2强迫减速度强迫减速运行时的减速度，范围：0.020～9.999m/s2控制输入输出信号PG电源12V，300mAPG信号推挽输入/开路集电极输入PG分频输出OA，OB正交，分频系数1～128，集电极开路输出，电流<100mA模拟电压/电流输入2路，0～J810VDC电压输入；AI2可选择电流输入，0～J820mA模拟控制输入2路，0～J820mA，输入内容可选数字控制输入上行、下行命令，使能信号、接触器反馈，上下平层信号，检修命令，自学习命令，停车请求，楼层设定指令普通可编程输入10路。楼层指令1～658 洛阳理工学院毕业设计（论文）；楼层初始化指令；多段速指令1～3；上/下强迫减速开关信号；距离控制使能；外部故障信号；抱闸反馈；开关量称重信号1～4可组合逻辑编程输入4路，输入逻辑代表的意义可编程集电极开路输出4路，输出内容可选接触器控制继电器输出1路，接触器的控制信号输出，触点容量：阻性，250VAC/3A，或30VDC/1A抱闸控制继电器输出1路，抱闸的控制信号输出，触点容量：阻性，250VAC/3A，或30VDC/1A可编程继电器输出1路，可编程输出，触点容量：阻性，250VAC/3A，或30VDC/1A故障报警继电器输出1路，触点容量：阻性，250VAC/3A，或30VDC/1ARS485通讯接口通讯控制；上位机监视调试安装方式壁挂式3.3.3TD3100基本运行参数设置图3-5S曲线参数示意图F3.00启动速度；F3.01启动速度保持时间；F3.02停车急减速；F3.11加速度；F3.12开始段急加速；F3.13结束段急加速；F3.14减速度；F3.15开始段急减速；58 洛阳理工学院毕业设计（论文）F3.16结束段急减速为了满足舒适感提高运输效率及正确平层要求，电梯的速度给定曲线是一个关键环节。人们对于速度变化的敏感度主要是加速度的变化率，舒适感就意味着要平滑的加速和减速。为了获得良好的舒适感，将电梯的起制动速度曲线设计成由两段抛物线（S曲线）及一段直线构成，而这一曲线形状的构成及改变，则是由加速度斜率及S曲线变化率决定的，加速斜率是以速度给定从0加速到1000转/分所需要的时间来定义的。其意义为加速度由0加速到1000转/秒2所需要的时间。因此通过改变启动加速时间可获得不同的起动曲线斜率。增大加速时间值起动曲线变缓，反之，起动曲线变急。而S曲线变化率的变化，也可通过改变S曲线起始、终了加速时间来实现。本次设计的变频器TD3100说明书给了S曲线参数设定参照值如下表：表3-3曲线参数设定参照表参数项经验值出厂设定疗养院、医院、公寓办公楼、银行F3.11（加速度）0.500～0.800m/s20.800～1.200m/s20.700m/s2F3.12（开始段急加速）0.500～0.800m/s320.800～1.200m/s30.700m/s3F3.13（结束段急加速）0.500～0.800m/s30.800～1.200m/s30.700m/s3F3.14（减速度）0.500～0.800m/s20.800～1.200m/s20.700m/s2F3.15（开始段急减速）0.500～0.800m/s30.800～1.200m/s30.900m/s3F3.16（结束段急减速）0.500～0.800m/s30.800～1.200m/s30.900m/s表3-4功能码设置表功能码名称设定值备注F0.02操作方式选择2选择端子速度控制F0.05电梯额定速度1.00m/sF0.06最大输出选择60.00HzF1.01电机类型选择0交流异步电动机F1.02电机功率11KWF1.03电机额定电压380V58 洛阳理工学院毕业设计（论文）F1.05电机额定频率50.00HzF2.00ASR比例增益11根据运行效果调整F2.01ASR积分时间11sF2.02ASR比例增益22F2.03ASR积分时间20.5sF2.04高频切换频率5HzF2.06电动转矩限定180.0%F2.07制动转矩限定180.0%F2.08预转矩选择2选择模拟转矩偏置F3.00启动速度0F3.01启动速度保持时间0F3.02停车急减速0.700m/s2F3.03多段速度00F3.04多段速度11.00m/sF3.05多段速度20.630m/s检修运行速度F3.11加速度0.700m/s2F3.12开始段急加速0.700m/s2F3.13结束段急加速度、0.700m/s2F3.14减速度0.700m/s2F3.15开始段急减速0.900m/s2F3.16结束段急减速0.900m/s2F5.00X1端子功能选择18RSTF5.05X6端子功能选择8MS1F5.06X7端子功能选择9MS258 洛阳理工学院毕业设计（论文）第四章PLC的选择及其硬件的开发4.1PLC的定义和特点4.1.1PLC的定义由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是很困难的。1980年PLC问世后，由美国电气制造商协会（NationalElectricManufacturerAssociation—NEMA）对PLC下过如下的定义：PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计算、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee—IEC）颁布了PLC标准草案，1985年提交了第二版，1987年的第三版对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子设备。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计算、计时和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其它顺序控制装置不同的特点。4.1.2PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些特点，如下：A可靠性。对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性，PLC的可靠性高表现在下列方面：1)与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：①PLC不需要大量的活动部件和电子元器件,58 洛阳理工学院毕业设计（论文）它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高②PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗长设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，是可靠性得到保证。③PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因而对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生误操作的失误，可靠性高。2)与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：①PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣错做环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。②在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先进的工艺制造流水线生产；对抗干扰屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护，存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。③在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。B易操作性。PLC的易操作性表现在下列三个方面：1)操作方便对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可以直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。2)编程方便PLC58 洛阳理工学院毕业设计（论文）有许多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解，所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于他们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用，并发挥更有效的功能特点。3)维修方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员技能的要求降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快的找到故障所在的部分，为迅速排除故障和修复节省了时间。C灵活性。PLC的灵活性表现在下列三方面：1)编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以编程。编程的方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用了软件连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬件设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性时继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量的替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和计算机集成过程控制系统（CIPS）中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。2)扩展的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出单元增加点数，可以通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统（DCS）或其它上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大的方便了用户。3)操作的灵活性操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制平台或控制屏等。4)机电一体化。为了使得工业生产过程的控制更平稳、更可靠，向优质高产低耗要效益，对过程控制设备和装置提出了机电一体化—仪表、电子、计算机综合的要求，而PLC58 洛阳理工学院毕业设计（论文）正是这一要求的产物，它是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强、机械与电气部件被有机的结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。因此，它已成为当今数控技术、工业机器人、过程流程控制等领域的主要控制设备。4.2PLC的主要功能和应用(1)开关逻辑和顺序控制这是PLC应用最广泛、最基本的场合。它的主要功能是完成开关逻辑运算和进行顺序逻辑控制，从而可以实现各种简单或十分复杂的控制要求。(2)模拟控制在工业生产过程中，有许多连续变化的物理量需要进行控制，如温度、压力、流量、液位等，这些都属于模拟量。为了实现工业领域对模拟量控制的广泛要求，目前大部分PLC产品都具备处理这类模拟量的功能。特别是在系统中模拟量控制点数不多，同时混有较多开关量时，PLC具有其他控制装置无法比拟的优势。另外某些PLC产品还提供了典型策略模块，如PID模块，从而可实现系统的PID等反馈或其他模拟量的控制运算。(3)定时控制PLC具有很强的定时、计数功能，它可以为用户提供数十甚至上百个定时与计数器。其定时时间间隔可以由用户加以设定。对于计数器，如果需要对于频率较高的信号进行技术，可以选择高速计数器。(4)数据处理新型PLC都具有数据处理的能力，他不仅能进行算术运算，数据传送，而且还能进行数据比较、数据转换、数据显示打印等功能，有些PLC还可以进行浮点运算、函数运算。(5)信号连锁系统信号连锁是安全生产所需的，在信号连锁系统中，采用高可靠性的PLC是安全生产的要求。对安全要求高的系统还可以采用多重的检出元件和连锁系统，而对其中的逻辑运算等，可采用冗余的PLC实现。(6)通信把PLC作为下位机，与上位机或同级的可编程控制器进行通信，完成数据的处理和信息的交换，实现对整个生产过程的信息控制和管理，因此PLC是实现工厂自动化的理想工业控制器。4.3PLC控制系统设计58 洛阳理工学院毕业设计（论文）电梯PLC的控制系统和其他类型的电梯控制系统一样主要是由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图4-1为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指曾器、门机、调速装置与主拖动系统等。图4-1电梯PLC控制系统的基本结构图系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。4.3.1设计思想(1)信号控制系统电梯信号控制基本有PLC软件实现。电梯信号控制系统如图4-2所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、检修）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、井道楼层感应器信号、开关门及限位信号、门区和平层信号等。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）图4-2电梯PLC信号控制系统框图(1)本次设计的电梯控制系统实现的功能a一台电机控制上升和下降。b各层设上/下呼叫开关（最顶层和起始层只设一组）。c电梯到位后具有手动或自动开门关门功能。d电梯内设有层楼指令键，开关门按键，警铃风扇及照明按键。e电梯内外设有方向指示灯。f待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客。g自动开门与提早关门，在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门；在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前实现关门动作。h按钮开门。在门正在关闭过程中或门关闭后但电梯未启动前，按下控制面板开门按钮，门将打开。i内指令记忆。当轿厢内控制面板上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能调整时间，自动确定运行方向。j自动定向。当轿厢内控制面板上，选层指令相对于电梯位置具有不同方向时，电梯应能按选入为主的原则，自动确定运行方向。k呼梯记忆与顺向截梯。电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）l自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。m自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在指定的时间内自动关闭轿厢照明。n自动返回基站。当电梯设有基站时，电梯在完成全部指令后，自动驶回基站，停机待客。(3)平层控制电梯的工作特点是频繁制动，为了提高工作效率、改善舒适度，要求电梯能平滑减速至速度为零时准确平层，即“无速停车抱闸”，不要出现爬行现象或低速抱闸，即直接停止，要做到这一点关键是准确发出减速信号，在接近层楼面时按距离精确的自动矫正速度给定曲线。本次设计采用平层传感器检测轿厢的位置，原理图如下：图4-3干簧感应器在U型槽两侧分别放置永久磁铁和干簧管。当没有隔磁板插入U型槽时，在磁场的作用下常闭触点2、3闭合,将隔磁板插入U型槽时永久磁铁磁场经空气隙和隔磁板构成闭合磁路，于是早在簧片弹性作用下，触点2、3断开，常开触点3、4闭合。这样可以根据电梯的控制要求，可以将感应器安装在轿厢上，将隔磁板固定在井道所需位置的轨道上。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）电梯确定是否能够应答新的召唤指令以及什么时候减速平层制动这都需要知道电梯当前的准确位置。一般的电梯系统的位置信号都是靠设置在井道中的位置开关来实现，如上面所述的干簧感应器，就是比较可靠，性能比较好的一种位置开关。在井道中对应每一层的适当位置安装一个干簧感应器，在轿厢运行过程中，当固定在轿厢上的隔磁板插入某楼层的干簧感应器时，该干簧管的常闭触点接通，表示电梯已经到达该楼层，并置位相应的状态继电器，直到隔磁板插入另一个楼层的干簧感应器。平层即是指停车时轿厢的底与门厅地面相平齐，一般有平层误差规定，如平层时两平面相差不能超过5mm，平层停车过程需要在轿厢底与停车楼层向平之前就开始，先是减速，然后才开始制动，减小冲击。本次设计中，电梯上行时，平层感应器首先插入隔磁板，发出停车信号，电梯开始减速，直到电机停转，变频器Y1端口发出电梯停止信号，并由PLC发出开门信号。4.3.2PLC机型的选择和I/O点数的分配本次设计是的PLC是题目给定的欧姆龙CJ1M-CPU22型，选择此型号PLC是因为它有10K的程序容量，适合本次设计的需求，而且I/O单元为320个，还可以继续扩展，并且拥有内置I/O。而电梯的工作环境假设为8层公寓楼。由于CJ1M的I/O单元是模块化的，可以随意扩展，所以I/O点数比较充裕，具体分配如下：表4-1I/O点数分配表输入部分000000～0000061～7层上召唤按钮000106关门开关000007～0000132～8层下召唤按钮000107急停开关000200～000207轿内楼层选择按钮000108上极限开关000208～000215楼层感应传感器000109下极限开关000100开门限位开关000110轿内检修向上运行按钮000101关门限位开关000111轿内检修向下运行按钮000102超载触点000112检修按钮000103警铃按钮000113电梯停止信号000104红外线传感器开关000114电梯运行信号000105开门开关000014总电源启动按钮58 洛阳理工学院毕业设计（论文）输出部分000300～0003061～7层上召唤信号指示灯000405平层停车继电器000307～0003132～8层下召唤信号指示灯000406普通运行信号继电器000400检修换速信号继电器000407变频器使能继电器000401上行接触器000408变频器复位继电器000402下行接触器000409上行指示灯000403开门继电器000410下行指示灯000404关门继电器000411警铃继电器内部辅助继电器120000～120007楼层位置信号通道120404上行顺截梯120100～120107轿内指令登记信号通道120405下行顺截梯120200～120207选层信号通道120406定向上信号通道120300～120307呼梯信号通道120407定向下信号通道120400本层开门中间信号120408平层中间继电器120401电梯运行状态120410检修定向上信号通道120402人员进出红外线信号通道120411检修定向下信号通道120403关门信号通道4.3.3端子控制多段速度运行模式原理运行时序说明：①变频器接受到从PLC发来的运行指令（FWD）和运行速度指令（MS1～MS3）时，输出接触器吸合指令(CR)。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）②变频器检测到接触器吸合（CSM）后，再经T1时间后，打开变频器，输出变频器运行信号（Y2）。③经过T2时间后，变频器输出释放抱闸的命令（BR），抱闸完全打开,若F2.08=0，则再经过T3时间，变频器开始按S曲线加速运行；在T3时间内变频器根据检测到的脉冲数计算启动转矩。④控制器切除速度指令后，变频器开始停车，当速度为0时，经T4时间，变频器输出抱闸关闭命令(BR)；同时输出电梯停车信号(Y1)，要求PLC切除运行命令。⑤PLC在接收到电梯停止信号后，经T5时间切除运行命令(FWD)，变频器封锁PWM后输出停机状态(Y2)。经T6时间，输出电流为0，变频器输出释放接触器命令(CR)，到此一次运行过称结束。图4-4多段速运行基本接线图表4-2多段速度运行端子含义ENA变频器的输入信号：使能(可接安全回路)RST变频器的输入信号：故障复位命令FWD变频器的输入信号：上行命令REV变频器的输入信号：下行命令MS1变频器的输入信号（X6）：多段速度指令158 洛阳理工学院毕业设计（论文）MS2变频器的输入信号（X7）：多段速度指令2MS3变频器的输入信号（X8）：多段速度指令3CRA-CRC变频器的输出信号：可与安全回路等串联控制接触器BRA-BRC变频器的输出信号：可与安全回路等串联控制抱闸CSM变频器的输入信号：可直接从接触器常开/常闭触点引入Y1变频器的输出信号：电梯停止Y2变频器的输出信号：运行中TA、TB、TC变频器的输出信号：报警输出图4-5多段速度运行时序图58 洛阳理工学院毕业设计（论文）第五章软件系统的设计5.1软件流程图图5-1程序流程图58 洛阳理工学院毕业设计（论文）5.2开关门控制5.2.1开门控制1.本层开门本层开门是指电梯在停车状态和非检修条件下，当轿厢所在楼层有上召唤且没有定下方向，或者下召唤而没有定上方向时，电梯自动开门。电梯本层开门的条件也可以简化为在停车状态下当轿厢所在层楼有厅外召唤时，电梯自动开门。如假设轿厢现停在二层，则120001为ON，当二层厅外有上召唤信号时000001为ON，在没有定下方向时，且停车状态下，120400为ON，发出本层开门控制信号。图5-2开门程序段2.开门控制及安全保护正常情况下，开门的条件有以下几种：本层开门、停车状态按轿内开门按钮、关门过程中有红外线检测信号（这种情况下将重新开门）、正常运行换速平层停车自动开门。如图5-3所示，开门到位后，若没有碰到开门限位开关，或限位开门失灵，则由于开门继电器吸合，门机会发生堵转，时间一长电机可能烧毁，造成损失。为此设计了门机保护程序，当开门动作时间超过了正常开门时间2-3秒后，通过定时器计时自动断开开门信号，停止开门。如果没有外界开门信号，即000105和120400为ON，则定时器TIM0000开始计时，当计时时间到，如果限位开关仍未动作，则通过TIM0000闭点断开000403，停止开门。并由TIM0000开点使定时器自锁，000403维持OFF。当有开门信号时000105或120400为ON，其闭点OFF，定时器复位，TIM0000闭点为ON，可再次进行开门控制。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）图5-3开门安全保护程序段5.2.2关门控制关门的条件有以下几种：停车状态下按关门按钮、自动关门时间到。图5-4关门程序段58 洛阳理工学院毕业设计（论文）停止关门或不关门的条件：关门到位碰到关门限位开关、有关门信号、开门继电器吸合、超载开关动作。如超载时，闭点000102为OFF，000404也为OFF，不能关门运行。在关门梯形图中也设置了关门安全保护，因为关门限位开关若不动作或失灵，同样容易将门电机烧毁。与开门过程保护一样，可在开始关门后通过定时器计时，超过正常关门时间，自动停止关门，以保护门电机。5.3其他问题（1）内指令外召唤信号的登记和消除内指令信号的处理包括信号登记，显示基本层（停车）消息。信号的登记采用了自锁原理，不论电梯上行或下行，当轿厢运行至有内指令的楼层时，均要换速停车，并消除登记信号，不需反向信号。将1～8层轿内指令按钮信号输入到PLC的000200～000207端子，120000～120007为1～8层楼位置信号，120100～120107为内指令登记信号。假如乘客到4层时，按下4层的内指令按钮，则000203为ON；若轿厢不在4层，则120003闭点为ON，所以120103为ON，信号被登记；当轿厢到4层时120003为OFF，起消号的作用。图5-5内指令信号登记程序段厅外召唤信号同样需要进行登记、显示本层停车信号，原理同内指令信号处理，将1～8层的外召唤指令按钮信号输入到PLC的000000～000013端子，120500～120506为上召唤指令登记信号，120600～120606为下召唤指令登记信号。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）图5-6外指令信号登记程序段（2）选层定向当电梯向某一方向运行时，只能响应同方向上的召唤命令，无论是内指令还是外指令，即顺向截车。当完成这方向上所有指令后，电梯才会响应相反方向的指令。图5-7顺向截梯程序段假设当电梯向上运行时，则000401为ON，那么上行顺截梯120404为ON，所有下行外召唤指令120600～120606均不能被登记，这样电梯就不会响应反向召唤，完成顺向截梯。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）图5-8定向指令程序段当电梯向上运行时，假定电梯在4楼，此时120003处于ON，那么120201～120203则不能起作用，只有高于4层的呼叫请求可以被应答，从而决定继续向上运行，直到完成4层以上的所有请求，才能向下运行。（3）检修运行启动检修运行模式后，电梯将不再对各层厅外召唤信号和轿内选层信号响应，检修按钮000112为ON，同时按下开门开关000105，否则无法检修运行。运行方向由000110和000111来确定，运行方式为点动运行。如需向上检修运行，检修员按下检修开关000112和开门开关000105，则120412开门检修信号通道为ON，按下000110，则120410检修定上信号通道为ON,那么000400检修换速继电器为ON，电梯切换为检修速度，开始向上运行。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）图5-9检修运行程序段（4）信号指示灯图5-10信号指示灯程序段当电梯向上运行或者向下运行时，可以在每层厅外安装运行方向指示灯，方便乘客了解电梯的运行方向。当电梯向上运行后，000401为闭合，则000409为ON，上行指示灯亮显示电梯向上运行。当乘客在任何一层按下厅外呼叫按钮，按钮上的指示灯应亮起，显示呼叫成功并等待电梯，当电梯到达这层，指示灯应熄灭。乘客按下2楼上召唤按钮，000001闭合，00030158 洛阳理工学院毕业设计（论文）为ON并自锁，指示灯亮起，当电梯运行到2层开门接客，120001为ON，000301断开，指示灯熄灭。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）结 论经过一个学期的研究工作，通过在图书馆查阅了有关资料，了解了电梯的起源和发展过程，并且加深了对电梯的运行电梯运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程序控制器在电梯控制系统中的运用。并且在所学知识的基础上，利用已有的电梯控制系统的设计，尝试了对电梯控制系统的研究。并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实，勤奋，严谨的工作态度，这对我以后的工作将会产生深远的影响。本次毕业设计达到了预定的设计目的，实现了升降电梯的PLC控制。通过PLC和电梯专用变频器实现了对电梯的智能控制，利用合理的设备选型、参数设置和软件设计，提高了电梯运行的可靠性，改善了电梯运行的舒适感，并节约了电能。本次设计的难点在于：①PLC对变频器的控制，开始想采用串口通讯实现PLC对变频器的控制，限于PLC的功能没有PC机强大以及知识所限，最后采用了端子控制技术，既简单又实用；②实现电梯的顺向截梯，电梯在向某方向运行时（上或下）按要求不去应答反方向的停车命令，只有同方向的命令才会应答。设计中还存在一些不足之处，例如：电梯系统的成本太高，电梯专用变频器的价格要高于通用变频器，该系统用于公寓使用费用过高；电梯系统只实现了运行的基本要求，其余的功能如照明、消防均为实现；本系统未经过实际调试，可能还有很多不足。所以，本次设计肯定还有很多不经如人意的地方，希望各位专家和老式指正。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）谢辞在这篇论文完成之际，我衷心的感谢我的指导老师雷老师。感谢老师在百忙之抽出时间来为我指导讲解，悉心指教，在我的系统设计，程序编程，论文撰写的过程中给我提出了许多宝贵的意见和建议，使我顺利的完成了所有的工作。并且得到其他几位老师的关心和帮助在此一并谨致谢忱。在即将离开学校之际，再次衷心感谢我院所有老师对我的帮助，谢谢你们为我的大学生活划上一个完满的句号！58 洛阳理工学院毕业设计（论文）参考文献[1]吴国政．电梯原理·使用·维修．北京：电子工业出版社，1999．[2]吴启红．变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书．北京：机械工业出版社，2007[3]艾默生网络能源有限公司．TD3100系列电梯专用变频器用户手册，2005[4]OMRON公司．CS/CJ系列可编程序控制器编程手册，2003[5]刘裁文．电梯控制系统．北京：机械工业出版社，1994[6]黄立培．变频器应用技术及电动机调速．北京：人民邮电出版社，1997[7]杨长能．可编程序控制器(PC)基础及应用．重庆：重庆大学出版社，1999[8]皮壮行．可编程控制器的系统设计与应用实例．北京：机械工业出版社，2000[9]王子文骆建华．电梯PLC控制策略及其程序设计．起重运输机械，2006，（7）：14～17[10]王恒升李丹峰龙迎春．PLC电梯控制系统设计．工业仪表与自动化装置，1999（6）：25～27[11]李胜多黄绪波于健东赵丽清刘艳芬．交流调速电梯PLC控制系统的设计．莱阳农学院学报（自然科学版），2006，23（1）：60～62[12]黄敏王成福．基于PLC的电梯控制系统．金华职业技术学院报，2001，（3）：20～21[13]施武生．优化I/O量的PLC电梯控制系统．电气传动自动化，2000，22（3）：42～44[14]YanruZhong,XiaofengGao,MeifaHuang,ElevatorcontrolsystemmodelingandPLCprogramgeneratingbasedonSIPN,SixthInternationalSymposiumonInstrumentationandControlTechnologyConference,2006,56～62[15]XiaolingYang,QunxiongZhu,HongXu,DesignandPracticeofanElevatorControlSystemBasedonPLC,PowerElectronicsandIntelligentTransportationSystem,2008,94～99[16]Darshil,Sagar,Rajiv,Pangaokar,S.A.,Sharma,V.K.,DevelopmentofaPLCBasedElevatorSystemwithColourSensingCapabilitiesforMaterialHandlinginIndustrialPlant,58 洛阳理工学院毕业设计（论文）PowerSystemTechnologyandIEEEPowerIndiaConference,2008,1～7[17]Osama,M,Abdul_Azim,O,Implementationandperformanceanalysisofanelevatorelectricmotordrivesystem,PowerSystemConference,2008,12:114～11858 洛阳理工学院毕业设计（论文）附 录参考文献摘要交流调速电梯PLC控制系统的设计李胜多，黄绪波，于健东，赵丽清，刘艳芬(莱阳农学院机电工程学院，山东青岛266109)摘要：本文介绍了交流调速电梯的工作过程、PLC控制系统的硬件和软件设计以及PLC和嵌入式MCGS组态软件在该控制系统中的应用。关键词：电梯；变频器；PLC嵌入式MCGS组态软件中圈分类号：TM571文献标识码：A文章编号：1001—3717(2006)01—0060—03基于PLC的电梯控制系统设计吴何谓1，付启胜2，刘海生1（1.襄樊学院机械工程系，湖北襄樊441053；2.中国人民解放军5713厂技术部，湖北襄樊441000）摘要：介绍以FX2N-80MRPLC为主控制器，结合N2-420变频器，采用集选控制的方式开发的一套交流变频调速的多层电梯控制系统。通过程序的设计与调试解决了以下问题：运行速度控制；定向和平层控制；门控制；内指令和外召唤信号的数字控制。关键词：电梯；PLC；梯形图；集选控制；变频器中图分类号：TH-39文献标识码：A文章编号：1002-6673（2006）03-131-03五层电梯PLC控制系统及组态模拟设计冯华勇(四川工程职业技术学院四川德阳618000)摘要：本文讲述了用西门子S7-200PLC编写了一个五层电梯的控制系统，利用Citect组态软件制作人机对话界面，检验电梯PLC58 洛阳理工学院毕业设计（论文）控制系统的运行情况。关键词：电梯控制；组态模拟；PLC中图分类号：TNTl0文献标识号：A基于PLC的电梯控制系统黄敏王成福（金华职业技术学院理工学院金华市321017）摘要：文章分析了PLC在电梯控制中的应用，并说明控制的过程和原理，介绍了一种利用按钮多组触头译码方式来减少PLC的I/O点数的方法。关键词：PLC；电梯；控制系统中图分类号：TM571.6文献标识码：A电梯PLC控制策略及其程序设计河北理工大学王子文骆建华摘要：指出了在PLC中采用了布尔逻辑实现电梯复杂控制功能的缺点，结合了电梯的控制要求和PLC的功能特点，开发出用PLC实现按人的思维、记忆和判断习惯控制电梯的控制策略，给出了其控制程序。该程序完全采用模块化结构，模块间耦合程度低；程序通用性强，适用于任何规模的电梯控制系统；程序逻辑简单，语句少，设计、调试、修改、阅读方便。关键词：控制策略；PLC；程序设计；电梯优化I/O量的PLC电梯控制系统施武生（广西大学电气工程学院广西南宁530004）摘要：在PLC电梯控制系统中，充分利用PLC内部资源，优化组合I/O量。在不影响系统性能的情况下，大大节省系统PLC的I/O量，使整个电梯控制系统成本降低，更加经济实用。该方法在其他领域的PLC控制系统中，具有推广价值。关键词：PLC；电梯；控制中图分类号：TM571.6文献标识码：C58 洛阳理工学院毕业设计（论文）外文资料翻译ImageScienceReviewInrecentyears,imageprocessingandrecognitiontechnologyhasdevelopedrapidly,nowpeoplehavebeenfullyawareofimageprocessingandrecognitiontechnologyistounderstandtheworldandanimportantmeansoftransformingtheworld.Currently,ithasbeenusedinmanyfields,21centuryinformationageanimportanthigh-techscienceandtechnology.1.ImageProcessingandRecognitionTechnologyImageistouseallkindsofobservingsystemsinvariousformsandmeansofobservationandaccesstotheobjectiveworld,directlyorindirectly,intheroleofahumaneyeandvisualperceptionoftheentity.Scientificresearchandstatisticsshowthatthehumanracefromtheoutsideworldtheinformationobtainedabout75percentcomesfromthevisualsystem,thatis,humanbeingsarethemostoftheinformationobtainedfromtheimage.Imageprocessingisanimportantextensionofhumanvisionmeansthatpeoplecanbearbitrarywavelengthmeasuredbytheimage.WithCTcanseeobjectswithinthefaultimagewiththecorrespondingtoolscanbeseenasthree-dimensionalimagesandpost-image.1964,theUnitedStatesinspaceexplorationshootthemoontoalargenumberofphotos,butbecauseofvariousenvironmentalfactors,thesephotosisnotveryclear,tothatend,theU.S.JetPropulsionLaboratory(JPL)ontheuseofcomputerimageprocessing,Photosofimportantinformationtoclearreproduction.Thisisthedooranimportantmilestoneinthedevelopmentoftechnology.Generallyspeaking,thedevelopmentofimageprocessingtechnologiesgenerallyexperiencedastart-upphase,theperiodofdevelopment,popularizationandapplicationofviewoffourstages.Start-upphasebeganinthe1960s,theimagegratingusedtoscanrevealedthatmostofatowel,its58 洛阳理工学院毕业设计（论文）mainframeprocessing.Duringthisperiod,duetothehighcostofimagestorage,processingequipmentcosts,thusitsuseofverynarrow.Inthe1970senteredaperiodofdevelopment,beganusinglarge,imageprocessingisgraduallyswitchingtorasterscandisplay,especiallyintheCTandsatelliteremotesensingimage,theimageprocessingtechnologydevelopmentplayedaverygoodFacilitatingrole.Bythe1980s,imageprocessingtechnologyintothepopularview,thispurchasehasbeenabletotakeoncomputergraphicsimageprocessingtasks.VLSLmakestheemergenceofmoreprocessingspeedgreatlyimproved,furtherreducingitscost,greatlypromotethepopularityofgraphicsimagingsystemsandapplications.20imagesinthe1990sistheperiodofpracticaltechnology,imageprocessingofthehugeamountofinformationontherequirementsofhighprocessingspeed.21stcenturytechnologytohigh-qualityimagesoftheareaofdevelopment,embodiedinthefollowingpoints:①high-resolution,highspeed,imageprocessingtechnologydevelopmentoftheultimategoalistoachievereal-timeimageprocessing,whichintheformationofamovingtarget,identificationAndonthetrackisofgreatsignificance:②three-dimensional,three-dimensionalinformationcoveredbythemostcompleteandrich,digitalholographictechnologywillhelptoachievethisobjective;②intelligent,anditspurposeistoachieveasmartimageformation,processing,recognitionandunderstanding.2.ImageprocessingandrecognitiontechnologyapplicationsAtpresent,imageprocessingandrecognitiontechnologythemainareasofbiomedicalapplications,documentprocessing,industrialinspection,robotvision,cargoinspection,zipcode,finance,publicsecurity,banking,machinery,transport,e-commerceandmultimediacommunicationnetworks,andotherfields.3.ImageprocessingandrecognitionDigitalimageprocessingandidentifyingtheknowledgedisciplinesinvolvedinaverywidevarietyofspecificways,theapplicationalsoverycommon,butresearchonthesubjectcanbedividedintothefollowingareas:58 洛阳理工学院毕业设计（论文）digitalimage,imagetransformation,imageenhancement,imagesegmentation.4.ImageRecognitionTechnologyRecognitionisnearly20yearstodevelopanewtypeofscienceandtechnology,tostudycertainobjectorprocess(collectivelyimages)andtheclassificationdescribedasthemaincontent.ImageRecognitionbythestudyawidevarietyofareas,itcanbeamedicalimageofthecancercellrecognition;machiningpartsandcomponentsintheidentification,classificationcanbeidentifiedinremotesensingimagestoidentifycrops,forests,lakesandmilitaryfacilities,andthejudgeofcropsGrowthisforecastharvestlevels;canbeaself-guidedcarinthepathrecognition;postalsystemofautomaticlettersorting;trafficcontrol,identificationofregulationsonvehicle,bankidentification,IDcardsandotheridentification.Theseimagesrecognitionofarethesubject.Overall,thestudy'smainproblemisclassificationissues.5.ImageProcessingInexaminingimages,thefirsttoreceivetheimageinformationonthepretreatment(beforeprocessing)filteredtointerference,noise,forgeometry,colorcorrection,andsoon.Thiswillimprovethesignaltonoiseratio;sometimesbecauseofweakinformation,isnotrecognized,hadtodealwithenhancements.Enhancetheroleistoprovideameetcertainrequirementsoftheimage,orimagestransform,ortocomputeranalysis.Andinordertofindimagesfromtheneedtoidentifythingshavetosplittheimage,thatis,positioningandseparation,separationofdifferentobjects.Togiveobserversaclearimage,butalsotheimageofgoodgovernance,thatis,rehabilitationtreatment,itisalreadydegradedtheimagetorebuildorrestoretheprocessinordertoimprovetheimagefidelity.Intheactualprocessing,becauseimageisverylargeamountofinformationinstorageandtransmission,butalsotheimagedatacompression.Theworkmustbecarriedoutbycomputer,thustoencodeandsoon.Theroleistheleastnumberofdigitalcoding(alsoknownasbits),saidmonochromeandcolorimageforamoreeffectivetransmissionandstorage.58 洛阳理工学院毕业设计（论文）Theaboveareconsideredimageprocessingareas.Therefore,imageprocessing,includingimagecoding,imageenhancement,imagecompression,imagerestoration,imagesegmentation,andsoon.Onthepartofimageprocessing,imageprocessing,themainpurposeistosolvetwoproblems:First,determinewhethertheimageneeded:anotheristodeterminewhatinformationis.6.ImageUnderstandingTheso-calledimageunderstandingisageneralterm.Theimageprocessingandimagerecognitionoftheultimategoalistomaketheimagedescribedandexplainedthatinordertounderstandwhatitisthefinalimage.Soitisinimageprocessingandimagerecognitiononthebasisofre-classificationunderthesyntacticstructureforanalysis,andinterpretationofimagestodescribeimages.Thusimageunderstanding,includingimageprocessing,imagerecognitionandanalysis.7.TherelationshipofImagerecognitionandimageprocessingandimageunderstandingAbovethatimageisageneraltermforunderstanding.Recognitionisasystem.Eachofthesepartsandthefrontpartofacertainrelationshipcanalsosaythereisafeedbackeffect,forexample,canbedividedinthepretreatmentofconduct.Inaddition,italwaysneedsthenecessaryinformationfromtheoutsideworld,sothateachpartcanworkeffectively.Forexample,accordingtotheactualimages,someneedtoadoptindealingwithwhatkindofpreprocessing,inrecognitionoftheneedtoseparatewhat,fromwhatkindoffeaturesandcharacteristicsofhowtotakeandhowtoclassify,tothenumberofsub-category,and,finally,toprovidethenecessarystructuralanalysisThestructureofinformation.Inthissystem,imagepre-processing,imagesegmentationforimageprocessing,imagefeatureextractionandimageclassificationofimagerecognitionandthesyntacticstructureofthecontentisseparatedfromimagetoimagethestructureofthisprocess;systemasawholereceivedTheresultisthe58 洛阳理工学院毕业设计（论文）descriptionandimageinterpretation.Whenanewobject(images)intothesystem,youcaninterpretthatwhatitis.8.MatlabTechnicalOverviewMatlabisMathworkswiththe1982launchofahigh-performancenumericalcomputingandvisualizationofmathematicalsoftware.AstheuseofcomputingandprogrammingMatlabconductedscientificcomputingideasandexpressionexactlythesame,sounlikeotherhigh-levellanguagelearning,suchasBasicandC,andsoon,asdifficulttograsp,withMatlabproceduresforthepreparationofthecalculusislikeapieceofpaperwithformulaAndsolvingproblems,isalsoknownascalculusscientific.Generalnumericalanalysis,matrixcomputing,digitalsignalprocessing,modelingandsystemcontrolandoptimizationapplications,andcollectapplicationsandgraphicsinauser-friendlyintegratedenvironment.Inthisenvironment,thesolutionoftheproblemrequired,userssimplysetoutmathematicalexpression,theresultwillbenumericalorgraphictoshow.MatlabisthemeaningofMatrixLaboratories(MATRIXLABORATORY),thebasicelementisnotdefineddimensionofthematrix.Matlabhassincecomeout.Matlabnumericalcalculationisthebasicunitcomplexarray(orarray),whichmakeshighMatlab"toquantify."Aftermorethan10yearsofrefinementandexpansion,ithasbecomethestandardlinearalgebracoursetools.Becausenodefinitionofanarrayofdimension,andgivesmatrixfunction,specialmatrixspecializedlibraryfunction,sothatinsolvingsuchassignalprocessing,modeling,systemidentification,controlandoptimizetheareasoftheissue,itGreatlysimple,efficient,convenientandotherseniorThisisunprecedentedlanguage.ManyAmericanuniversitieshaveinstalledalaboratoryMatlabforstudyandresearchpurposes.There,doctoralstudentsmustmasterthebasictools.Matlab,knownasincludedinthetoolboxapplicationofthevarioustoolstosolvetheproblem.KitisactuallyMatlabtoexpandtheapplicationofaseriesofMatlabfunctionitcanbeusedtosolvevariousdisciplines,includingsignalprocessing,imageprocessing,thecontrolsystemidentification,neuralnetworks.58 洛阳理工学院毕业设计（论文）WithMatlabversionofthecontinuallyescalating,thefunctionscontainedinthetoolboxandextensiveTherefore,theapplicationofmoreandmoreextensive,involvinganumericalanalysisofthetypesofengineersdonothavetobeatool.图像科学综述近几年来，图像处理与识别技术得到了迅速的发展，现在人们己充分认识到图像处理和识别技术是认识世界、改造世界的重要手段。目前它己应用于许多领域，成为2l世纪信息时代的一门重要的高新科学技术。1.图像处理与识别技术概述图像就是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼而产生视知觉的实体。科学研究和统计表明，人类从外界获得的信息约有75%来自于视觉系统，也就是说，人类的大部分信息都是从图像中获得的。图像处理是人类视觉延伸的重要手段，可以便人们看到任意波长上所测得的图像。例如，借助伽马相机、x光机，人们可以看到红外和超声图像：借助CT可看到物体内部的断层图像；借助相应工具可看到立体图像和剖视图像。1964年，美国在太空探索中拍回了大量月球照片，但是由于种种环境因素的影响，这些照片是非常不清晰的，为此，美国喷射推进实验室(JPL)使用计算机对图像进行处理，使照片中的重要信息得以清晰再现。这是这门技术发展的重要里程碑。此后，图像处理技术在空间研究方面得到广泛的应用。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）总体来说，图像处理技术的发展大致经历了初创期、发展期、普及期和实用化期4个阶段。初创期开始于20世纪60年代，当时的图像采用像素型光栅进行扫描显示，大多采用巾、大型机对其进行处理。在这一时期，由于图像存储成本高，处理设备造价高，因而其应用面很窄。20世纪70年代进入了发展期，开始大量采用中、小型机进行处理，图像处理也逐渐改用光栅扫描显示方式，特别是出现了CT和卫星遥感图像，对图像处理技术的发展起到了很好的促进作用。到了20世纪80年代，图像处理技术进入普及期，此时购微机已经能够担当起图形图像处理的任务。VLSL的出现更使得处理速度大大提高，其造价也进一步降低，极大地促进了图形图像系统的普及和应用。20世纪90年代是图像技术的实用化时期，图像处理的信息量巨大，对处理速度的要求极高。21世纪的图像技术要向高质量化方面发展，主要体现在以下几点：①高分辨率、高速度，图像处理技术发展的最终目标是要实现图像的实时处理，这在移动目标的生成、识别和跟踪上有着重要意义：②立体化，立体化所包括的信息最为完整和丰富，数字全息技术将有利于达到这个目的；②智能化，其目的是实现图像的智能生成、处理、识别和理解。2.图像处理与识别技术的应用领域目前，图像处理与识别技术的主要应用领域有生物医学、文件处理、工业检测、机器人视觉、货物检测、邮政编码、金融、公安、银行、机械、交通、电子商务和多媒体网络通信等领域。3.图像处理与识别数字图像处理和识别学科所涉及的知识非常广泛，具体的方法种类繁多，应用也极为普遍，但从学科研究内容上可以分为以下几个方面：图像数字化、图像变换、图像增强、图像分割、图像分析。4.图像识别技术图像识别是近20年来发展起来的一门新型技术科学，它以研究某些对象或过程（统称图像）的分类与描述为主要内容。图像识别所研究的领域十分广泛，它可以是医学图像中的癌细胞识别；机械加工中零部件的识别、分类；可以是认遥感图片中辨别农作物、森林、湖泊和军事设施，以及判断农作物的长势，预测收获量等；可以是自导引小车中的路径识别；邮政系统中自动分拣信函；交通管制、识别违章行驶的汽车牌照；银行的支票识别、身份证识别等。上述都是图像识别研究的课题。总体来说所研究的问题，主要是分类问题。5.图像处理58 洛阳理工学院毕业设计（论文）在研究图像时，首先要对获得的图像信息进行预处理（前处理）以滤去干扰、噪声，作几何、彩色校正等。这样可提高信噪比；有时由于信息微弱，无法辨识，还得进行增强处理。增强的作用，在于提供一个满足一定要求的图像，或对图像进行变换，以便人或计算机分析。并且为了从图像中找到需要识别的东西，还得对图像进行分割，也就是进行定位和分离，以分出不同的物体。为了给观察者以清晰的图像，还要对图像进行政善，即进行复原处理，它是把已经退化了图像加以重建或恢复的过程，以便改进图像的保真度。在实际处理中，由于图像信息量非常大，在存储及传送时，还要对图像信息进行压缩。上述工作必须用计算机进行，因而要进行编码等工作。编码的作用，是用最少数量的编码位(亦称比特)，表示单色和彩色图像，以便更有效地传输和存储。以上所述都属图像处理的范畴。因此，图像处理包括图像编码、图像增强、图像压缩、图像复原、图像分割等。对图像处理环节来说，输入是图像，输出也是图像。由图像处理的内容可见，图像处理的目的主要在于解决两个问题：一是判断图像中有无需要的信息：另一是确定这些信息是什么。6.图像理解所谓图像理解是一个总称。上述图像处理及图像识别的最终目的，就在于对图像作描述和解释，以便最终理解它是什么图像。所以它是在图像处理及图像识别的基础上，再根据分类作结构句法分析，去描述图像和解释图像。因而图像理解包括图像处理、图像识别和结构分析。对理解部分米说，输入是图像，输出则是图像的描述与解释。7.图像识别与图像处理及图像理解的关系上面说过，图像理解是一个总称。图像识别是一个系统。其中每一部分和其前面的一部分都有一定的关系，也可以说有一种反馈作用，例如分割可以在预处理中进行。并且，该系统不是孤立的，为了发挥其功能，它时时刻刻需要来自外界的必要信息，以便使每个部分能有效地工作。这些外界信息是指处理问题及解决问题的看法、设想、方法等。例如，根据实际图像，在处理部分需要采用什么样的预处理，在识别部分需要怎样分割，抽取什么样的特征及怎样抽取特征，怎样进行分类，要分多少类，以及最后提供结构分析所需的结构信息等。58 洛阳理工学院毕业设计（论文）在该系统中，图像预处理、图像分割为图像处理；图像特征提取和图像分类属图像识别；而结构句法分析涉及的内容则是从图像分割到图像结构分析这一过程；整个系统所得到的结果是图像的描述及解释。当某个新的对象（图像）送进系统时，就可以进行解释，说明它是什么。8.Matlab技术简介Matlab是Mathworks公司与1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件。被誉为“巨人肩上的工具”。由于使用Matlab编程运算与人进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习其它高级语言，如Basic和C等那样难于掌握，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，所以又被称为演算科学算法语言。一般数值分析、矩阵运算、数字信号处理、建模和系统控制和优化等应用程序，并集应用程序和图形于一个便于使用的集成环境中。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便以数值或图形方式显示出来。Matlab的含义是矩阵实验室(MATRIXLABORATORY)，主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是无须定义维数的矩阵。Matlab自问世以来，就是以数值计算称雄。Matlab进行数值计算的基本单位是复数数组(或称阵列)，这使得Matlab高度“向量化”。经过十几年的完善和扩充，它现已发展成为线性代数课程的标准工具。由于它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。美国许多大学的实验室都安装有Matlab供学习和研究之用。在那里，Matlab是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。Matlab中包括了被称作工具箱(TOOU玉OX)的各类应用问题的求解工具。工具箱实际上是对Matlab进行扩展应用的一系列Matlab函数(称为M文件)，它可用来求解各类学科的问题，包括信号处理、图象处理、控制系统辨识、神经网络等。随着Matlab版本的不断升级，其所含的工具箱的功能也越来越丰富，因此，应用范围也越来越广泛，成为涉及数值分析的各类工程师不可不用的工具。58
