基于WinCCPLC六层电梯实验仿真系统设计

基于WinCC的PLC六层电梯实验仿真系统BasedonWinCCPLCsixelevatorexperimentsimulationsystem摘 要PLC可编程控制器作为一种工业控制微型计算机,它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点,在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路,微型机技术和通讯技术的发展成果,逐步形成了具有多种优点和微型,中型,大型,超大型等各种规格的系列产品,应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。随着社会的不断发展,楼房越来越高,而电梯成为了高层楼房的必须设备。电梯从手柄开关操纵电梯、按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯,为高层运输做出了不可磨灭的贡献。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算,计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中,各种逻辑开关控制与PLC很好的结合,很好的实现了对的控制。关键词：PLC；电梯控制；升降51 / 56ABSTRACTPLC takes one industrial control microcomputer, it is convenient by its programming, simplicity of operator its merits and so on high controllability, obtained the widespread application particularly in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, the miniature machine technology and the mechanics of communication development achievement, formed gradually had many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, the ultra-large type and so on each kind of specifications serial products, applied to monitors between computers many control domain from the black-white control system. Along with societys unceasing development, the building is getting higher and higher, but the elevator became the high-level building to the equipment. The elevator from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to presents group control elevator, has made the indelible contribution for the high-level transportation. PLC mainly manifests in the elevator cuing controls application in its logical switch control function. Because PLC has the logic operation, counting and fixed time as well as data feeds output function. In the elevator rises and falls in the process, each logical switch control and the PLC very good union, very good have realized to the fluctuation the control.Keywords：ProgrammableLogicController；Liftcontrol；Fluctuation目 录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1电梯的基本结构11.2电梯的控制方式11.3电梯的主要功能2第2章工艺及控制方案设计42.1系统结构框图42.2设计方案与要求42.3设计分析5第3章选型及仪表柜的设计93.1硬件系统配置93.1.1硬件组态93.1.2PLC的I/O资源配置103.2仪表柜的设计113.2.1仪表柜部11第4章WinCC软件介绍与设计144.1工控组态软件WinCC144.2WinCC上的界面组态15第5章STEP7软件介绍及程序设计215.1 STEP7概述215.2仿真软件S7-PLCSIM225.3程序设计225.3.1编程涉及的部分指令225.4.2创建项目并编程：23第6章上下位机的通讯286.1WinCC站和s7300通讯方式286.1.1MPI通讯方式286.1.2工业以太网方式286.1.3TCP/IP以太网方式296.1.4PROFIBUS总线方式296.2WinCC和plc之的软件29第7章变频器的控制337.1变频器简介337.1.1变频器的基本原理337.1.2变频器的基本构成347.1.3变频器的接线、功能及参数设置347.1.4变频器的应用36结论39参考文献40附录A41致55第1章绪论随着社会的不断发展,楼房越来越高,而电梯成为了高层楼房的必须设备。它方便了人们的生活,节省了时间和体力。电梯是自动化程度和安全可靠性要求很高的设备,其电气构成比较复杂。电梯质量的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。PLC控制系统运行可靠、编程简单、维修方便、抗干扰性强,已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式。1.1电梯的基本结构电梯的基本结构有：1.曳引系统：由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。2.导向系统：由导轨、导靴和导轨架等组成。作用是限制轿厢和对重的活动自由度。使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。3.门系统：由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。4.桥厢：轿厢是用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。5.重量平衡系统：由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。6.电力拖动系统：由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、速度装置等组成。它的作用是对电梯实行速度控制。7.电气控制系统：由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成。它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。8.安全保护系统：包括机械和电气的各类保护系统,可保护电梯安全使用。1.2电梯的控制方式按操纵控制方式分,电梯可以分为以下几种：1.手柄开关操纵电梯：电梯司机在轿厢控制操纵盘手柄开关,实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。它要求轿厢门上装有透明玻璃窗口或使用栅栏轿门,井道壁上有层楼标记和平层标记,电梯司机根据这些标记判断楼层数以及控制电梯平层。2.信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有司机电梯。除具有自动平层,自动开门功能外,还具有轿厢命令等级、层站召唤等级、自动停层、顺向截停和自动换向等功能。司机只要将需要停站的层楼按钮逐一按下,再按下启动按钮,电梯就自动关门运行。在这中间,司机只需要操纵启动按钮,一直到预先登记的指令全部执行完毕。在运行中,电梯能被符合运动方向的层站召唤信号截停。采用这种控制方式的常为司机客梯。3.集选控制电梯：集选控制是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制电梯,它与信号控制的主要区别主要在于能实现无司机操纵。其主要特点是：把轿选层信号和各层外呼信号集合起来,自动决定上、下运行方向、顺向应答。这类电梯需要在轿厢上设置称重装置,以免电梯超载。轿门上需设有保护装置,防止乘客出、入轿厢时被轧伤。4.并联控制电梯：2-3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制,共用层外召唤按钮,电梯本身都具有集选功能。群控电梯是用微机来统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群程序控制、梯群智能控制等形式。1.3电梯的主要功能电梯要实现的主要功能有：1.司机操作：由司机关门启动电梯运行,由轿指令按钮选向,厅外召唤只能顺向截梯,自动平层。2.集选控制：集选控制是将轿厢指令和厅外召唤的各种功能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,同向逐一应答,自动平层,自动开门,顺向截梯,自动换反向应答,能自动应召服务。3.独立操作：指通过轿指令驶往特定楼层,专为特定楼层乘客提供服务,不应答其他层站和厅外召唤。4.特别楼层优先控制：特别楼层有呼唤时,电梯以最短的时间应答。应答前往时,不理会轿指令和其他召唤。到达该特别楼层后,该功能自动取消。5.停梯操作：在夜间、周末或假日,通过停梯开关使电梯停在指定楼层。停梯时,轿门关闭,照明、风扇断电,以利节电、安全。6.满载控制：当轿厢满载时,不响应厅外召唤。7.防止恶作剧功能：本功能防止因恶作剧而按下过多轿指令按钮导致异常情况。8.清除无效指令：清除所有与电梯运行方向不符的轿指令。9.开门时间自动控制：根据厅外召唤、轿指令的种类以及轿情况,自动调整开门时间。10.故障重开门：因故障使电梯门不能关闭时,使门重新打开再试关门。11.低速自救：当电梯在层间停止时,自动以低速驶向最近楼层停梯开门。12.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。13.故障检测：将故障记录在微机存,并以数码显示故障性质。当故障超过一定数值时,电梯便停止运行。只有排除故障,清除存记录后,电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。第2章工艺及控制方案设计2.1系统结构框图电梯控制系统的电气控制系统总体框图如图2-1所示,PLC为核心控制器,通过检测及各类输入信号,经过CPU的处理,输出给设备,完成相关设备的运行、停止、报警及调速控制。系统中的输入信号包括操作面板按钮的输入只要是WinCC的按钮输入、传感器的输入,以及相关数字量的输入,CPU对信号的处理主要为相应的逻辑关系的运算,PID调节等,调速主要是对变频器的控制。完成上述过程将全部的参数显示在上位机的WinCC画面中进行现场监控,例如,报警画面的监控。可以及时了解现场情况MPIWinCCStationPS3075ACPU313cSM321SM321各种现场输入与输出信号SM322SM322图2-1系统结构框图2.2设计方案与要求设计方案的选择：对于电梯的控制,选用继电-接触系统或可编程控制器来完成,但是二者有各自的特点。继电-接触系统：它的优点是线路直观,大部分电器均为常用电器,更换方便,价格较便宜。但是他触点繁多,线路复杂,电器的电磁机构及触点动作较慢,能耗高,机械动作噪音大,而且可靠性差。PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施,使用方便,扩展容易。它使用了梯形图和可编程指令,易于掌握。总之,PLC取代继电器-接触系统已经成为大的趋势。基于上述原因,我选择用可编程控制器来完成对电梯的控制。运动控制要求：电梯轿箱的控制要求选向：根据电梯各层选择外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼层位置决定电梯的运行方向。选层换速：指电梯能够根据轿箱所选层而决定运行方向,而且遵守或一直向上,或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。楼层位置的指示：选用了数码管显示的方法。由于FX2N系列已有部计数-译码驱动模块,所以只要外部加上LED七段显示管和电源就可以显示楼层了。电梯门的控制要求：要求当电梯平层的时候,电梯门自动打开,经过10秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况,电梯会因为光电开关的作用而自动开门。补充要求：出了上述两个要求以外,还要注意的一点就是备用电梯电机的使用,但曳引电机出现故障,备用电机将手动控制转入运行状态,避免因曳引惦记出故障而引发的不必要的麻烦。主电路的设计拖动电机主电路：主电路的设计,拖动电机的选择及原理：电梯的种类多种多样,按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯,交流调压调速电梯等等。在此次设计中,我将采用交流双速电机作为曳引电机,它的优点是简单、经济、更重要的是舒适感好。备用电机的选择：备用电机只要选择和曳引电机一样的型号即可。门电机主电路：门电机主电路的设计,门电机的选择及原理：只要满足功率要求,门电机选用一般三相异步电动机即可。如图中所示电动机的正反转来实现门的开关,采用星角降压启动,KS为速度继电器,用来对开关门到头时制动,防止轿厅门的损坏。2.3设计分析根据任务书本课题要求设计一个多层的电梯系统,现在固定为设计6层楼电梯,首先估算需要的I/O点,该控制系统的输入点和输出点主要有。门厅呼叫按钮：位于电梯厅门旁,除了顶层只有向下呼叫按钮和底层只有向上呼叫按钮以外,其余每层均有向上和向下2个呼叫按钮,共10个输入点。厢体呼叫按钮：位于电梯厢体,是电梯的选信号,每层电梯各对应一个按钮共6个输入点。平层检测信号的输入与输出：在每一楼层上均有平层信号检测,当电梯到达或者位于该层应被检测到,共6个输入点,同时外部有6个输出点显示所在楼层。运行状况显示输出：电梯上行、下行以及所在楼层各有1个外部输出点对应。根据输入/输出点数选择S7-300系列的PLC,S7-300可编程序控制器是模块化结构设计各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。输出楼层显示用LED灯,如图2-2所示： 图2-2数码管段位示例由上面I/O的估算对I/O资源进行配置如表2-1所示表2-1I/O与O/I地址分配信号名称地址号信号名称地址号上行1楼呼入信号I0.0上行1楼信号灯Q0.0上行2楼呼入信号I0.1上行2楼信号灯Q0.1下行2楼呼入信号I0.2下行2楼信号灯Q0.2上行3楼呼入信号I0.3上行3楼信号灯Q0.3下行3楼呼入信号I0.4下行3楼信号灯Q0.4上行4楼呼入信号I0.5上行4楼信号灯Q0.5下行4楼呼入信号I0.6下行4楼信号灯Q0.6上行5楼呼入信号I0.7上行5楼信号灯Q0.7下行5楼呼入信号I1.0下行5楼信号灯Q1.0下行6楼呼入信号I1.1下行6楼信号灯Q1.1厢楼层选择1I1.2厢楼层选择1指示灯Q1.2厢楼层选择2I1.3厢楼层选择2指示灯Q1.3厢楼层选择3I1.4厢楼层选择3指示灯Q1.4厢楼层选择4I1.5厢楼层选择4指示灯Q1.5厢楼层选择5I1.6厢楼层选择5指示灯Q1.6厢楼层选择6I1.7厢楼层选择6指示灯Q1.7开门按钮I2.0LED数字显示aQ2.0关门按钮I2.1LED数字显示bQ2.1报警I2.2LED数字显示cQ2.2楼层限位开关信号F1I2.3LED数字显示dQ2.3楼层限位开关信号F2I2.4LED数字显示eQ2.4楼层限位开关信号F3I2.5LED数字显示fQ2.5楼层限位开关信号F4I2.6LED数字显示eQ2.6楼层限位开关信号F5I2.7开门Q2.7楼层限位开关信号F6I3.0关门Q3.0梯门开限位I3.1电梯上行Q3.1梯门关限位I3.2电梯下行Q3.2开门条件M2.0电梯在1层显示灯Q3.3关门条件M2.1电梯在2层显示灯Q3.4电梯上行状态M2.2电梯在3层显示灯Q3.5电梯下行状态M2.3电梯在4层显示灯Q3.6电梯上行断电信号M100.0电梯在5层显示灯Q3.7电梯下行断电信号M100.1电梯在5层显示灯Q4.0程序流程图如图2-3:上电初始化等待是否外部呼叫是否厢体呼叫确认本层与目标层目标层与本层是否同层电梯选向电梯运行楼层检测是否目标层停止图2-3程序流程图第3章选型及仪表柜的设计3.1硬件系统配置3.1.1硬件组态S7-300PLC是模块化的组合结构,用户按照实际需求选取的各种模块可以直接安装在机架导轨上,通过背板总线机座把这些模块连接起来。在机架上安装模块的顺序是：在1号槽安装电源模块,2号槽安装CPU,然后安装I/O接口模块、功能模块、通信处理器、I/O信号模块。S7-300PLC系统配置分两种情况：1.装在一个机架上的S7-300PLC结构。装在一个机架上的S7-300PLC必须符合以下规定：1在CPU单元右边安装的信号模块不超过8个。2面板总线电流值的限制装在一个机架上的全部模块都要受到S7-300面板总线提供的总电流值的限制,对于CPU313C,32KB工作存；0.1ms/1000条指令；DI24/DO16；集成有AI5/AO2；3路脉冲输出；通道计数与测量增量型编码器24V；MPI连接器；多排最多可组态31个模块；固化程序V1.02、装在多个机架上的S7-300结构。1接口模块IM总是位于3号槽、第一信号模块的左边。2每个机架上不能超过8个信号模块SM、FM、CP,这些模块总是位于接口。3插入的模块数SM、FM、CP受到背板总线允许提供电流的限制,每个一排或每个机架总的电流消耗量不应超过1.2A。STEP7软件中的硬件组态就是模拟真实的PLC硬件系统,将电源、CPU和信号模块等设备安装到相应的机架上,并对PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程。用户在SIMATIC管理器中,利用菜单文件/新建建立新项目,具体步骤如下：1.执行菜单命令文件/新建,在打开的对话框中单击浏览按钮选择项目的存储位置,建立一个新项目名dt。2.单击确定按钮后,在SIMATIC管理器中,显示出一个新建立的项目名称。在新项目名上按鼠标右键选择插入新对象,可以看到这里供用户插入多种资源,包括300或400站、网络和程序等。这里选择插入一个SIMATIC300站。3.选择插入的300站,双击右侧窗口中包含的硬件图标,打开硬件组态窗口。这时,窗口中无任何容,需要逐一添加。4.首先在右侧的硬件目录SIMATIC300/RACK-300中双击Rail,一个模拟的机架框就出现在左侧的窗口中。在这个机架上,用户可以配置具体的模拟。首先在左侧视图中单击模块将要存放的位置,然后在右侧视图中双击选择的模块,或将选择的模块拖入存放的位置即可,如图3-1所示为配置机架和具体的模块。图3-1硬件组态S7-300模块有不同型号的CPU,以适应不同等级的控制系统。有的CPU上集成有I/O点,有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口,有的CPU上集成有PTP接口等。本系统选用的是CPU312。电源模块为S7-300PLC和需要DC24V的传感器/执行器供电。有直流供电电源和交流供电电流。额定输出电流有2A、5A或10A。电源模块除了给CPU模块提供电源外,还可以给输入/输出模块提供DC24V电源。本系统选用的是PS3075A的电源,模块输入和输出之间有可可靠的隔离,输出DC24V正常电压时,绿色LED亮；输出过载时LED闪烁；输出电流大于8A时,电压跌落,跌落后自动恢复。输出短路时输出电压消失,短路消失后电压自动恢复。由于本系统有28输入、33输出、DI两个、DO两个。故选2个DI16xDC24V和一个DO32xDC24V/0.5A、一个DO16xDC24V/0.5A系统硬件组态完成。3.1.2PLC的I/O资源配置S7-300PLC的信号模块能插在每个机架的第411槽里,这样就给每块信号模块确定了一个具体的模块起始地址,该地址取决于它所在的槽和机架。S7-300的最大配置的各I/O模块的编址方法,实际PLC系统应根据控制对象及控制要求选取模块,并将机架数量和槽位号相应缩减。数字量I/O编址S7-300的数字量地址由地址标识符、地址的字节部分和位部分组成。一个字节由07这8位组成。地址标识符I表示输入,Q表示输出,M表示存储器位。例如I3.2是一个数字量输入地址,小数点前面的3是地址的字节部分,小数点后2表示这个输入点是3号字节中的第二位。数字量除了按位寻址外,还可以按字节、字和双字寻址。以组成字和双字的第一字节的地址作为字和双字的地址。S7-300的信号模块的字节地址与模块所在的机架号和槽号有关,与位地址和信号线接在模块上的哪一个端子有关。对于数字量模块,从0号机架的4号槽开始,每个槽位分配4B4个字节的地址,相当于32个I/O点。最多可能有32个数字量模块,共占用32*4B=128B。3.2仪表柜的设计3.2.1仪表柜部1所有电器元件及附件,均应固定安装在支架或底板上,不得悬吊在电器及连线上。接线面每个元件的附近有标牌,标注应与图纸相符。除元件本身附有供填写的标志牌外,标志牌不得固定在元件本体上。如图3-2所示图3-2柜电源模块2一次配线应尽量选用矩形铜母线,当用矩形母线难以加工时或电流小于等于100A可选用绝缘导线。接地铜母排的截面面积电柜进线母排单相截面面积1/2接地母排与接地端子。如图3-3所示图3-3电子排3二次线的连接包括螺栓连接、插接、焊接等均应牢固可靠,线束应横平、竖直,配置坚牢,层次分明,整齐美观。同一合同的相同元件走线方式应一致。如图3-4图3-432路开关4.柜体任意两个金属零部件通过螺钉连接时如有绝缘层均应采用相应规格的接地垫圈,并注意将垫圈齿面接触零件表面,以保证保护电路的连续性。5.当需要外部接线时,其接线端子及元件接点距结构底部距离不得小于200mm,且应为连接电缆提供必要的空间提高柜体屏蔽功能,如需要外部接线,出线时,需加电磁屏蔽衬垫,柜体孔缝要求为求缝长或孔径小于/10100。如果需要在电柜开通风窗口,交错排列的孔或高频率分布的网格比狭缝好,因为狭缝会在电柜中传导高频信号。柜体与柜门之间的走线,必须加护套,否则容易损坏绝缘层。如图3-5所示图3-5电子柜正面图第4章WinCC软件介绍与设计4.1工控组态软件WinCCWinCC是视窗控制中心WindowsControlCenter的简称,它是数据采集监控系统SCADA的软件平台工具,是工业应用软件的一个组成部分。它具有丰富的设置选项,使用方式灵活,功能强大。运用组态软件模拟S7-300/400PLC的CPU中用户程序的执行过程,可以在开发阶段发现和排除错误,提高调试效率。因为一方面S7-300/400的硬件价格较高,另一方面具体的控制对象体积大、价值贵、结构复杂,一般的单位和个人都很难配备较为齐全的实验装置。采用组态软件的过程监控画面,配合S7-PLCSIM仿真软件,可以生动形象地表现控制对象的控制过程,是学习S7-300/400PLC的编程和调试的有力工具。WinCCV6.0采用标准MicrosoftSQLServer2000数据库进行生产数据的归档,同时具有Web浏览器功能,可以在办公室看到生产过程的动态画面,能实现对工业控制系统中的各种资源进行配置和编辑,处理数据报警和系统报警,存储历史数据并支持历史数据的查询,完成各类报表的生成和打印输出,从而更好地调度指挥生产WinCC提供了所有与PLC系统的通讯通道。作为标准,WinCC支持所有连接SIMATICS5,S7系列控制器的通讯通道,还包括PROFIBUS-DP,DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。使用WinCC6.0组态软件调试程序的步骤：用户程序的调试是通过过程画面来完成的。图形编辑器是用于创建过程画面并使其动态化的编辑器。图形编辑器的对象选项板包含了在过程画面中频繁出现使用的不同类型的对象,它包括标准和控件个选项卡。样式选项板允许快速更改线型、线粗细、线端样式和填充图案。下面是用WinCCV6.0配合S7-PLCSIM调试程序的步骤：1.在STEP7编程软件中生成项目,编写用户程序。2.在WinCC组态软件中生成项目,组态变量,建立和编辑反映用户程序工作过程的过程画面。3.点击STEP7的SIMATIC管理器工具条中的图标,打开S7-PLCSIM窗口,将程序下载到仿真PLC中。4.建立WinCC与S7-PLCSIM的通讯连接。5.用过程画面中的控制按钮来起停控制系统,通过观察过程画面的对象工作情况,检查用户程序是否能正确执行。4.2WinCC上的界面组态在WinCC监控界面中,主要应该包括：6层电梯模型图以及电梯到达该层的显示灯；6个楼层的外呼信号；厢体部的选信号；楼梯上行、下行输出显示灯和该楼层的外部数码管楼层显示灯。满足的工作要：在工作过程中,当电梯上行、下行以及到达某一楼层时,外部显示灯及数码管显示灯会监测到电梯的运行情况；当操作人员想要改变电梯运行情况时,可以直接在上位机的监控界面中使用鼠标左键操作界面中的外呼按钮和选按钮,使电梯自动运行到指定楼层。为了达到上述设计要求,需要对按钮控制器件和输出显示器件进行一定的设置。对控制按钮的设置主要是使其能够用鼠标左键来控制,当鼠标按下时相当于对PLC相应的存区置1,所以可以在WinCC中将按钮按下时的控制信号1直接到PLC中一部存储区；数码管显示灯主要显示的是电梯运行过程中所在的楼层。按照以上方法在WinCC上组态完毕各个楼层的外部显示灯、控制按钮以及数码管显示灯。具体实现步骤：启动WinCC,建立新的WinCC项目,如图4-1所示：图4-1 在WinCC中建立电梯系统项目在变量管理中右键击选择添加新的PLC驱动程序,选择支持S7协议的通信驱动程序SIMATICS7ProtocolSuite.chn添加到变量管理器如图4-2所示：图4-2 添加S7协议的通信驱动程序在MPI下右击,选择新驱动程序的连接,添加一个名为PLC1的新连接。如图4-3所示：4-3 添加PLC1的新连接右击PLC1选择属性,打开连接属性如图4-4所示。点击属性按钮打开连接参数标签。在连接标签中指定PLC的DP地址和已在STEP7中组态好的CPU的插槽号,如图4-5所示,完成WinCC与PLC间通过MPI通讯口的连接设置。图4-4 连接属性图4-5 连接参数设置在WinCC浏览器窗口,打开图形编辑器,如图4-6所示,创建电梯控制系统过程画面。图4-6 图形编辑器界面创建画面过程中,选择视图-库,可以打开WinCC置图库,如图4-7所示：图4-7 WinCC中的图库创建电梯控制系统过程画面。完成控制对象的过程画面.组态控制对象的动态属性。如图4-8所示：图4-8 WinCC监控界面按照表4-1在WinCC上组态完毕各个楼层的外部显示装置以及控制按钮。下图是WinCC上对各个按钮的详细说明。表4-1 WinCC的外部变量名称类型参数说明电梯上行二进制变量M2.3上行状态显示电梯下行二进制变量M2.4下行状态显示关门信号二进制变量M2.1关门按钮开门信号二进制变量M2.0开门按钮上行1楼呼入信号二进制变量I0.01楼上行召唤按钮上行2楼呼入信号二进制变量I0.12楼上行召唤按钮下行2楼呼入信号二进制变量I0.22楼下行召唤按钮上行3楼呼入信号二进制变量I0.33楼上行召唤按钮下行3楼呼入信号二进制变量I0.43楼下行召唤按钮上行4楼呼入信号二进制变量I0.54楼上行召唤按钮下行4楼呼入信号二进制变量I0.64楼下行召唤按钮上行5楼呼入信号二进制变量I0.75楼上行召唤按钮下行5楼呼入信号二进制变量I1.05楼下行召唤按钮下行6楼呼入信号二进制变量I1.16楼下行召唤按钮厢楼层选择1二进制变量I1.2面板1楼选择按钮厢楼层选择2二进制变量I1.3面板2楼选择按钮厢楼层选择3二进制变量I1.4面板3楼选择按钮厢楼层选择4二进制变量I1.5面板4楼选择按钮厢楼层选择5二进制变量I1.6面板5楼选择按钮厢楼层选择6二进制变量I1.7面板6楼选择按钮对控制按钮的设置主要是使其能够用鼠标左键来控制,当鼠标按下时相当于对PLC相应的存区置1,所以可以在WinCC中将按钮按下时的控制信号1直接到PLC中一部存储区；WinCC中各个显示器件和按钮所需的外部变量都要与PLC中的各个存储区精确地对应起来。至此,完成了基于WinCC组态软件的电梯控制系统设计。利用S7-300PLC完成对电梯控制系统的设计,通过WinCC来组态人机界面,建立WinCC与PLC的通信连接,完成对控制系统的监控。PLC与计算机的联网通信应用越来越广泛,它综合了计算机和PLC的长处,计算机作为上位机提供良好的人机界面,进行系统的监控和管理,作为基础级的PLC执行可靠有效的分散控制。利用工控组态软件WinCC实现PLC与计算机通信的方法简单易行,大大缩短了设计周期,且系统的兼容性较好,可靠性高,能适应大规模控制系统的要求,其在现代工业自动化控制领域有着良好的应用前景。第5章STEP7软件介绍及程序设计5.1 STEP7概述STEP7编程软件适用于SIMATICS7、C7、M7和基于PC的WinCC,是供它们编程、监控和设置参数的标准工具。STEP7是通过项目的方式来管理自动化系统,其功能包括硬件组态、参数设置、网络组态、通信连接、创建符号、编程、组态消息和操作员监控变量、启动和运行维护、监视、诊断、文档创建和归档等。STEP7标准软件包符合面向图形和对象的Windows操作原则,可运行在Windows2000、WindowsXP、WindowsServer2003下,为适应不同的应用对象,可选择不同的版本。STEP7标准软件包的功能和组成如图5-1所示。STEP7标准软件包符号编辑器SIMATIC管理器NETPRO通信组态硬件组态编程语言LAD/FBD/STL硬件诊断图5-1 STEP7标准软件包1.SIMATIC管理器可浏览SIMATICS7、M7、C7的所有工具软件和数据。2.符号编辑器管理所有的全局变量,用于定义符号名称、数据类型和全局变量的注释。3.通信组态包括组态的连接和显示、定义MPI或PROFIBUSDP设备之间由时间或事件驱动的数据传输、定义事件驱动的数据、用编程语言对所选通信块进行参数设置。4.硬件组态用于对硬件设备进行配置和参数设置。包括系统组态选择机架、给各个槽位分配模块、自动生成I/O地址、CPU参数设置如启动特性、扫描监视时间和模块参数设置用于定义硬件模块的可调整参数。5.编程语言可以是梯形图语言、功能块图语言和语句表语言。6.硬件诊断工具为用户提供自动化系统的状态,可快速浏览CPU的数据以及用户程序运行中的故障原因,也可用图形方式显示硬件配置,例如,模块的一般信息和状态、显示模块故障、显示诊断缓冲区信息等。在S7系列PLC中,用户程序是由块组成的。构成用户程序的块包括：组织块、功能块、功能、数据块、系统功能块、系统功能。组织块OB是操作系统和用户程序之间的界面。操作系统只调用组织块,其他的程序块需要通过用户程序中的指令调用,操作系统才会加以处理扫描。其中最主要的组织块是OB1,这是操作系统自动做循环扫描的唯一的一个块。其他的组织块包括启动组织块和各种中断组织块,均由操作系统在特定条件下调用,用户不可以用简单的指令调用组织块。功能FC和功能块FB是用户程序中的主要逻辑操作块。主要的控制、运算、操作等均由FC和FB来完成。组织块负责安排FC和FB的调用条件和调用顺序。系统功能块SFB和系统功能SFC本质上就是FB和FC,只是它们的作者是西门子公司。SFB和SFC通常用于完成一些通用的功能,如读写实时时钟、设置参数、数据通信等。数据块DB用于记录数据。在数据块中只有数据没有程序。但数据块占用程序容量。按使用方法,数据块可分为全局共享数据和背景伴随数据块两种。5.2仿真软件S7-PLCSIM仿真软件包S7-PLCSIM可以在PG/PC上仿真S7-300/400PLC。把程序下载到仿真PLC中运行,以后的监控/测试均在一台真正的S7PLC中的监控/测试一样。安装了仿真软件,则在SIMATICManager窗口的工具条上响应的图标就会发亮。仿真PLC启动后,PG/PC与PLC的所有连接均自动指向仿真PLC。也就是说,仿真启动后,在STEP7中的下载、上载、监控等操作都指向仿真PLC。5.3程序设计5.3.1编程涉及的部分指令1.RS复位置位触发器和SR置位复位触发器RSSRQSRSRQ图5-2 RS触发器图5-3 SR触发器如果在R端输入的信号状态为1,在S端输入的信号状态为0,则RS复位。相反,如果在R端输入信号状态为0,在S端输入的信号状态为1则RS置位。如果在两个输入端RLO均为1,则顺序优先,触发器置位。在指定,RS首先执行复位指令,然后执行置位指令。以使该地址保持置位状态程序扫描剩余时间。2.S_ODT接通延时S5定时器S_ODTSQTVBIRBCD图5-4 接通延时S5定时器S_ODT接通延时S5定时器用于在起动输入端上出现上升沿时,起动指定的定时器。为了起动定时器,信号变化总是必要的,只要S输入端的信号状态为1,则定时器就按输入端TV上设定的时间间隔继续运行。当时间已经结束,未出现错误并且S输入端上的信号状态仍为1,则输出Q的信号状态为1。当定时器正在运行时,如果S输入端的信号状态从1变为0,则定时器停止运行。此时,输出Q的信号状态为0。5.4.2创建项目并编程：打开SIMATICManager,系统会自动弹出新建项目向导如图5-5,也可以通过选择菜单文件/新建项目向导打开。图5-5 创建项目向导创建时可以选择CPU类型,如图5-6所示：图5-6 创建项目创建项目电梯控制系统,在项目的根接点下插入一个SIMATIC300站点,如图5-7所示。在右边窗口可以看到硬件的图标。图5-7 插入工作站点双击硬件图标,就可以打开硬件组态界面,在主机架中插入电源模块PS3075A,输入模块SM321；输出模块SM332,通讯CP模块等,如图5-8所示。在组态过程中,STEP7可以自动检查配置的正确性。当硬件目录中的一个模块被选中时,机架中允许插入该模块的槽会变成绿色,而不允许该模块插入的槽颜色无变化。将选中的模块拖到不能插入该模块的槽时,会提示不能插入的原因。图5-8 硬件组态双击机架中的CPU,打开CPU属性对话框,如图5-9所示,在这里可以根据需要配置CPU的各类参数。图5-9 CPU参数配置硬件组态完成后。保存一下,在SIMATICManager浏览器右边选择块,右边窗口显示出各个功能块。组织块OB是操作系统和用户程序之间的界面。其中OB1是最重要的组织块,这是操作系统自动做循环扫描的唯一的一个块。图5-10 组织块界面双击OB1可以打开编程界面,如图4-12所示。如果想插入块,可以通过窗口上方的插入菜单,选择S7块,插入功能块、组织块等。图5-11 编程界面第6章上下位机的通讯6.1WinCC站和s7300通讯方式西门子WinCC站和s7300/400plc之间进行数据通讯的方法主要有：MPI、工业以太网方式、TCP/IP以太网、PROFIBUS总线方式。6.1.1MPI通讯方式通过MPI方式实现WinCC与s7300/400plc之间数据通讯,要在WinCC计算机安装s7通讯驱动,然后在对应输入符号即可。6.1.2工业以太网方式通过工业以太网方式实现WinCC与s7300/400plc之间数据通讯,要在WinCC计算机站中使用相应的cp通讯处理器卡。根据所使用的cp通讯处理器卡不同,又可将分为HARDNET和SOFTNET方式两种。其中HARDNET方式是在计算机中采用具有独立CPU的cp1613卡,计算机CPU免于处理通讯任务,而SOFTNET方式是在计算机中采用没有独立CPU的cp1612卡,由计算机的CPU处理所有的通讯任务。其典型的网络连接示意图见图6-1所示：图6-1 通过工业以太网的连接示意图用于s7300系列plc工业以太网通讯的通讯处理器有：cp343-1、cp343-1it、cp343-1；用于s7400系列plc工业以太网通讯的通讯处理器有：cp443-1、cp443-1it；用于工控机的通讯处理器有：集成CPU的cp1613、cp1612；用于编程器的通讯处理器的cp1512、cp1515。6.1.3TCP/IP以太网方式通过以太网方式实现WinCC与s7-300/400plc之间数据通讯,也要在WinCC计算机站中使用相应的cp通讯处理器卡。同样使用工业以太网实现通讯连接,但是数据通讯时使用TCP/IP协议作为传输协议。其网络连接与工业以太网方式相同。6.1.4PROFIBUS总线方式通过PROFIBUS方式实现WinCC与s7300/400plc之间数据通讯的连接,要在WinCC计算机站中使用相应的cp5613通讯处理器卡。在s7300/400plc模块端可以使用CPU的PROFIBUS接口或在模块上配置cp443-5通讯处理器。其典型的网络连接示意图见图6-2所示。图6-2 通过PROFIBUS的通讯连接示意图用于s7-300系列PROFIBUS通讯的通讯处理器有：cp342-5、cp342-5fo集成光纤接口、cp343-5；用于s7-400系列PROFIBUS通讯的通讯处理器有：cp443-5基本型、cp443-5扩展型、im467、im467-fo集成光纤接口；用于工控机pci插槽的通讯处理器有：集成CPU的cp5613、cp5613fo集成光纤接口、cp5614、cp5614fo集成光纤接口和无CPU的cp5611；用于编程器的通讯处理器的cp5511、cp5512。6.2WinCC和plc之的软件建立了WinCC工作站与s7300/400plc之间数据通讯的硬件连接后,还要在软件方面对连接进行配置。下面以MPI方式为了进行说明。首先,为了实现MPI连接,要在WinCC站安装驱动程序,如图6-3所示图6-3 安装驱动程序然后选择SIMATICS7PROTOCOLSUITEsuite.chn点击打开如图6-4所示图6-4 安装驱动双击SIMATICS7PROTOCOLSUITE进入下界面,如图6-5所示图6-5 再双击MPI进入以下界面,如图6-6所示图6-6设置dt的属性如图6-7、6-8所示：图6-7图6-8 新建变量输入相应的地址即可,如图6-9所示：图6-9第7章变频器的控制7.1变频器简介7.1.1变频器的基本原理在交流异步电动机的诸多调速方法中,变频调速的性能最好,调速围大,静态稳定性好,运行效率高。采用通用变频器对交流异步电动机进行调速控制,由于使用方便,可靠性高,并且经济效益显著,所以这种方案逐步得到可推广。有电动机的基本知识可知,异步电动机的同步转速,即旋转磁场的转速为n1=60f1/p式中n1同步转速r/min；f1定子频率Hz；P磁极对数。而异步电动机轴的转速为N=n1=60f1/p式中s异步电动机的转差率s=n1-n/n1。可见,改变异步电动机的宫殿频率就可以改变其同步转速,实现调速运行。对异步电动机进行调速控制时,希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱,铁心利用不充分,同样的转子电流下,电磁转矩小,电动机的负载能力下降。磁通太强,则电动机处于过励磁状态,使励磁电流过大,限制了定子电流的负载分量。为使电动机不过热,则电动机的负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通主磁通使由定、转子的合成磁动势产生的,下面说明怎样才能使气隙磁通量保持恒定。由电动机理论可知,三相异步电动机定子每相电动势的有效值为E1=4.44f1n1k式中E1定子每相有气隙磁通量感应的电动势的方均根式V；f1定子频率；N1定子相绕组有效匝数；K每极磁通量wb。由上式可见,k的值是由E1和f1共同决定的,对E1和f1进行适当控制,就可以是气隙磁通k保持定值不变。异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变定子电压和频率,即必须通过变频装置获得电压和频率均可调的供电电源,实现所谓的VVVF调速控制。7.1.2变频器的基本构成变频器的发展已有数十年的历史,在变频器的发展过程中曾出现过多种类型的变频器。目前,成为市场主流的通用变频器基本上有着如图7-1图所示的变频器部电路基本结构。图7-1变频器部电路基本结构7.1.3变频器的接线、功能及参数设置（1） 变频器主要电路及控制电路的接线1） 使用变频器的注意事项。为了操作者与设备的安全,使用变频器是应注意以下事项。必须将设备安装在诸如金属框架或不可燃的材料上。不要将装置置于可燃性材料附近。运输期间不要抓提外壳。避免使诸如金属屑等异物进入装置。请勿安装、使用损坏的或缺少不见的变频器。必须在连线钱安装装置。连线钱一定要确认电源是否已经断开。严禁将交流电源连接到输出端子U/T1V/T2W/T3上。要确认此设备的额定电压与电源电压是否符合。在每次接通输入电源前,都要安装好盖板。勿用湿手操作开关。在变频器电源接通时,甚至在变频器停止工作时,勿接触变频器的端子,否则会由于电容未完全放电而导致电击。变频器可以方便地设定为由低速到高速运行。起动运行前,确定电动机和设备的速度允许围,否则可能会损坏电动机和设备。在老师的指导下方可通电试验。2） VFO型变频器外围的接线。控制电路的接线如图7-2所示。变频器端子的配置见表7-1图7-2控制电路的接线表7-1变频器端子的配置端子NO.端子功能关联数据1频率设定用电位器连接端子+5VP092频率设定模拟信号的输入端子P0931.2.3.49输入信号的共用端子4多功能模拟信号的输入端子+5VP58.595运行/停止,正传运行信号的输入端子P086正传/反转,反转运行信号的输入端子P087多功能控制信号sw1的输入端子P19.20.218多功能控制信号sw2的输入端子PWM控制的频率切换用输入端子P19-21P22-249多功能控制信号sw2的输入端子PWM控制时的PWM信号输入端子P19-21P22-2410开路式集电极输出端子C：集电极P2511开路式集电极输出端子E：发射极P25A继电器接点输出端子NO：出厂配置P26B继电器接点输出端子NO：出厂配置P26C继电器接点输出端子COMP267.1.4变频器的应用下面我们MICROMASTER440变频器为例具体说明一下具体的应用。1.MICROMASTER440的外观如图7-3所示图7-3MICROMASTER4402.MICROMASTER440在电梯上的应用我们控制变频器的方法是开关量控制,首先我们了解一下440的控制面板如图7-4所示：图7-4图7-5是控制面板的按钮的使用说明书图7-53.MICROMASTER440具体操作1频率设定值P1000首先,按住P键当界面显示时停止按键。然后按键直到显示P1000,再按P键,进入参数访问显示数字为0,按调到数字3固定频率设定,按P确定数字,最后按P返回标准的变频器显示。2命令源P0700首先,按住P键当界面显示时停止按键。然后按键直到显示P0700,再按P键,进入参数访问显示数字为0,按调到数字2由端子排输入,按P确定数字,最后按P返回标准的变频器显示。4.程序操作端子对应如图7-6所示图7-6当端子5为高电平时,电机正转,端子6被复位。反之当端子6为高电平时,电机反转,端子5被复位。端子8、16、17为固定频率的输入,我们只需要三个频率,所以我们只接了8、16。当端子8为低电平、端子16为高电平时,即0、1时我们设定固定频率为15hz。当端子8为高电平、端子16为低电平时,即1、0时我们设定固定频率为30hz。当端子8高电平,端子6为高电平时,即1.1时我们设定固定频率为45hz。结 论这次的课题设计是在学习了可编程控制器教程基础篇的基础上,利用STEP7和S7-PLCSIM以及WinCC软件来完成一个电梯控制系统的设计仿真,在此过程中,再次回顾复习了可编程控制器教程的基本容,并阅读学习了STEP7和WinCC的相关教程。同时阅读了一些可编程控制器系统开发的实例来学习、模仿、借鉴相关的开发思想、方法等。在本次设计开发过程中还取得了以下一