PLC交流双速电梯电气控制设计

PLC交流双速电梯电气控制设计 毕业设计论文题目PLC交流双速电梯电气控制设计专业名称机电一体化学生姓名指导老师毕业时间2011年7月 摘 要电梯是一种比较复杂的机电综合产品，电梯技术的发展与现代科学息息相关。在电梯的各种种类中，集选控制电梯既可以实现有司机操作也可实现无司机操作，是一种高度动控制的电梯。在集选控制电梯中，这篇文章是关于三层楼交流双速电梯的PLC电气控制系统的设计。 交流双速电梯的电气控制系统主要采用了可编程控制器PLC技术。PLC技术是用微处理器实现的许多电子是继电气、定时器和计数器的组合体，采用电气操作人员习惯的梯形图式编程，直观易懂。交流电动机特别是鼠笼式异步电动机具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠，维护方便，惯性小，动态响应好，以及易于向高压、高速和大功率方向发展等优点，故在设计中采用了鼠笼式电机变极调速技术。虽然交流双速电梯舒适感不是太好，但具有结构紧凑、维护简单的特点，又采用开环控制方式，线路简单，价格较低。关键词: PLC；电梯；交流双速；电气控制；继电器目 录摘要.2第一章PLC的基本知识.41.1、PLC定义.41.2、PLC产生和发展.41.3PLC分类 51.4PLC组成和基本工作原理 61.5PLC的基本特点 9第二章 交流双速电梯控制系统的简介 102.1双速电梯控制的简介102.2交流双速电梯系统的结构102.3交流双速电梯系统的工作原理11第三章 组态软件的基础知识121.1 什么是组态组态软件 121.2 组态组态软件的整体结构 131.3 组态组态软件的功能和特点 151.4 组态组态软件的工作方式17第四章、交流双速电梯控制系统184.1控制功能要求 184.2交流双速电梯系统硬件设计 184.3系统组态软件设计22第五章 电梯模拟控制系统275.1设备连接.285.2创建控制工程.295.3绘制电梯实验监控界面.29参考文献第1章 PLC的基本知识1.1 PLC的定义 PLC是可编程序控制器（Programmable Logical Controller）的英文缩写，20世纪70年代诞生于美国。1987年2月，国际电工委员会（IEC）通过了对它的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算数操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入，输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计的。”但是，PLC只是一台没有键盘，没有显示器，没有硬盘。但有很多输入，输出电路，配有借口，可在工业现场实时使用的，模块化，小型化的特殊计算机。1.2 PLC的产生和发展世界上公认的第一台可编程控制器(Programmable Logic Controller简称PLC)是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代中期以来，随着超大规模集成电路技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机化PLC得到了惊人的发展。随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示技术的发展，PLC 向过程控制方向发展。1.3PLC的分类1.3.1.按I/O点数分类（1） 小型机 ：I/O点数在256点以下，以开关量控制为主，主要功能为逻辑运算、顺序控制、定时、计数和移位，还具有少量模拟量处理能力和一定的网络通信能力，用户程序存储器容量在4K字以下。（2） 中型机：I/O点数在2562048点之间，在强大的开关量控制基础上，大大增强了模拟量处理能力、算术运算能力和网络通信能力，用户程序存储器容量达到4K32K字。（3） 大型机：I/O点数在2048点以上，功能更加完善，性能已经与工业控制计算机相当，具有强大的运算功能、控制功能、调节功能、联网通信功能、监视功能、记录打印功能、冗余控制功能，用户程序存储器容量达到32K字以上。 1.3.2.按结构形式分类1.整体式：将PLC的基本组成部件CPU板、存储器板、输入板、输出板、电源板等紧凑地安装在一个标准机壳内，构成一个整体，组成PLC的基本单元(主机)或扩展单元。小型PLC一般采用整体式结构，如SIEMENS公司的S7-200系列PLC。2.模块式：将PLC的组成部件都制做成等宽、等高、不等长的标准模块，如CPU模块、存储器模块、输入/输出模块、电源模块和各种功能模块，用户可根据实际需要灵活配置。中、大型PLC多采用模块式结构，如SIEMENS公司的S7-00和S7-400系列PLC。3.分散式：将PLC的CPU模块、存储器模块、电源模块集中放置在控制室，将输入模块、输出模块分散放置在各工作站，由通信口进行通信连接，由CPU集中指挥。 1.3.3.按生产厂家分类 目前在全世界范围内，PLC的生产厂家约150家，每个厂家生产的PLC各不相同，但是都自成系列，指令和外设向上兼容。目前全球最大的5家PLC生产厂家是SIEMENS公司、A-B公司、AEG-SCHNEIDER公司、MITSUBISHI公司、OMRON公司。当前主流的PLC产品有SIEMENS公司的S7系列、A-B公司的PLC-5系列、MITSUBISHI公司的FX系列、OMRON公司的C系列等。1.4PLC的组成和基本工作原理PLC是以微处理器为核心的计算机控制系统，虽然PLC的种类很多，功能和指令都存在差异，但其组成和基本原理也都大致相同。本控制系统采用的是西门子生产的S7200，S7200采用的是整体式结构。从大的方面来分PLC可以分为两大部分即硬件和组态软件。1.4.1PLC的硬件组成PLC的硬件系统一般主要由中央处理器，输入/输出接口，I/O扩展接口，编程器接口，编程器和电源等组成。图1：PLC的一般结构1.主机单元 又称为CPU，是PLC的核心部分，它的主要任务是运算和控制功能。S7200的主机单元包括CPU2I/O扩展单元扩展单元是指主机单元的I/O点数不能满足控制要求时，通过I/O扩展接口增加的I/O模块。 用户可以根据需要扩展各种I/O模块，扩展单元的数量和能够实际使用的I/O点数是由多种因素决定的。（4）输入输出组件（I/0模块）I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。（5）编程器编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用组态软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。（7）电源PLC的外部工作电源一般是交流电源，也有直流电源。外部工作电源为交流电的PLC，其内部开断电源为PLC的CPU，存储器等电路提供的5V，12V，24V，等直流电源，使PLC正常工作。1.4.2PLC的工作原理S7-200的工作模式 S7-200有STOP、RUN、TERM三种工作模式，通过工作模式选择开关切换，发光二极管显示当前工作模式。 工作模式选择开关如果设置在STOP或TERM位置，则S7-200上电时自动进入STOP工作模式；如果开关设置在RUN位置，则S7-200上电时自动进入RUN工作模式在RUN工作模式下，S7-200的工作过程是周期性顺序扫描和集中批处理。扫描周期依次为输入处理、执行程序、处理通讯请求、CPU自诊断、输出处理5个阶段，如下图所示。图2：PLC的工作阶段1.5 PLC的特点：PLC是一种工业控制系统，在结构，性能，功能及编程语言都有其独特的特点。在结构上，具有模块化，其基本的控制输入，输出和特殊功能处理模块等。有利于维护，且有很好的扩展功能。且体积小，重量轻，结构紧凑，便于安装。在性能上，可靠性高。PLC的寿命长，通过良好的整机结构设计，元器件的选择，抗干扰技术的使用，先进技术采用，同时配有严格的制造工艺，使PLC可以可靠地工作。在功能上，可以进行逻辑控制，闭环过程控制，位置控制，数据采集控制，多PLC分布式控制等功能。适用于机械，冶金，化工，轻工等行业的工程领域，通用性强。在编程上，PLC有多种编程语言，如梯形图（LAD），语句表（STL），功能块图语言（FBD）等。本程序的编写，用的是梯形图，下面对其做一详细的介绍：梯形图按逻辑关系可分成梯级或网络段，简称段，程序执行时按段扫描。 LAD图形指令有3个基本形式：触点，线圈，指令盒。触点表示输入条件，线圈表示输出结果，指令盒代表较复杂功能的附加指令。第2章 交流双速电梯控制系统的简介2.1 电梯控制系统的简介交流双速电梯，其调速方法是采用改变牵引电动机的极对数，采用两种不同极对数的绕组，其中级数少的称为高速绕组，级数多的称为低速速绕组。高速绕组用于电梯的启动及稳速运行，低速绕组用于电梯的制动及维修。交流双速电梯结构简单、价格较低、使用与维护都比较方便，对其进行必要的改造后，可改善牵引电动机调速不够平滑、舒适感较差等确点。所以在有些场合，交流双速电梯仍可以满足使用者的要求。2.2 交流双速电梯系统的结构交流双速电梯控制系统不论是按照控制方式还是组成结构的分类，电梯的组成结构都基本相同，主要包括电力拖动系统、导向系统、门系统、电气控制系统、安全保护系统和重量平衡系统。1. 电力拖动系统电力拖动系统包括拖动电动机、供电系统、调速装置等。电力系统的作用是对电梯作调速控制。拖动电机是电梯系统的动力源，直接控制电梯的上升和下降，可根据实际情况选择电动机，本次设计选用的是交流双速电机。供电系统是为电动机提供电源的装置。调速装置时对电动机进行调速控制的。2. 导向系统导向系统有导轨、导轨架和导靴等组成，它的作用是限制电梯厢和重物的加速运动，使他们只能在导轨方向上运动。3. 门系统门系统由电梯厢门、开门系统、联动机构和门锁组成。电梯厢门设置在电梯的入口处，由门扇、门导轨架等组成。开门系统设置在电梯厢上，控制电梯箱门的开关和闭合。联动系统设置在电梯厢上，控制电梯门在开关和闭合时其它结构的动作。4. 电气控制系统电梯控制系统包括操作系统、显示单元、控制电气柜、平整器和选层器等。操作系统包括厢内的数字按钮、开关门按钮和每层的上行和下行按钮，还有电梯运行方式的选择按钮。控制电气柜被安装在电梯控制的机房中。选层器用于指示和反馈电梯厢的位置，决定电梯的运行方向和发出减速信号。5. 安全保护系统安全保护系统包括机械和电子的各类保护系统，保护电梯安全运行。机械方面有起超速保护的限速器，起防冲顶的防撞底层的缓冲器，还有切断电源的极限保护等。电气方面的保护主要在组态软件设计中涉及。6. 重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重块和对重架组成，对重将平衡电梯厢自重和部分额定载重。重量补偿装置时补偿高层电梯中电梯厢对重物与对重侧钢丝长度变化对电梯平衡设计影响的装置。2.3 交流双速电梯系统的工作原理当电梯停靠在某一楼层后，乘客进入电梯内，只需要按下想前往的楼层按钮，电梯在PLC的控制下根据所在楼层和目标楼层决定上行还是下行，然后自动关门，自动启动电机，前往目标楼层。同时也要处理各个楼层的召唤信号，对符合条件的楼层自动停靠、开门。如没有信号，则停靠在最后的楼层并关门等待信号。交流双速电机调速控制线路如图所示。电梯启动时，首先接通上行或上行的接触器（SK或XK），同时接通快速接触器KK，这样电梯就快速启动了。为了减小电梯启动的加速度，接触器K2断开，将电抗接入电路，当电动机转速达到一定数值后，闭合K2将电抗短路。电机减速时，先断开KK,闭合MK，为了降低在减速过程中的加速度，接触器K1断开接入电抗，在电机的转速降到一定值后，K1闭合，电机将逐渐减速到停止。本次设计就采用这种控制方式。 图3：交流双速电梯调速控制线路示意图 第三章 组态软件的基础知识3.1.1 什么是组态组态软件(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows 平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows 95/98/Me/NT/2000 等操作系统。 为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。 具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。目前， 组态组态软件已经成功推出了 通用版组态组态软件、WWW 网络版组态组态软件和E 嵌入版组态组态软件。三类产品风格相同，功能各异，三者完美结合，融为一体，形成了整个工业监控系统的从设备采集、工作站数据处理和控制、上位机网络管理和web 浏览的所有功能，很好的实现了自动控制一体化的功能。3.1.2 组态组态软件的系统构成 组态软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具组态软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。（1）组态组态软件的整体结构 组态组态软件（以下简称）由“ 组态环境”和“ 运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。组态环境：组态生成应用系统组态结果数据库运行环境：解释执行组态结果 组态组态软件（以下简称）由“ 组态环境”和“ 运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。图4：组态环境和运行环境的关系（2） 组态组态软件介绍 组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序Set.exe 支持，其存放于 目录的Program 子目录中。用户在 组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg 的工程文件，又称为组态结果数据库，其与 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。 运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序Run.exe 支持，其存放于 目录的Program 子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。组态组态软件五大组成部分 组态组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。􀁺 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。􀁺 设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。􀁺 用户窗口：本窗口主要用于设置工程中的人机交互界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。􀁺 实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。􀁺 运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。MCGS 工控组态软件主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略菜单设计设置工程属性添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件3.1.3 组态组态软件的功能和特点与国内外同类产品相比， 组态组态软件具有以下特点：􀁺 （1） 全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。􀁺 （2）庞大的标准图形库、完备的绘图工具、22种不同形式的渐进色填充功能以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的丰富多样、精美的工程画面。（3） 组态组态软件不仅增添了在运行环境下支持图形的旋转功能，使您的工程更加生动、逼真，而且在组态环境下也可以对图形进行任意角度的旋转，使您轻松完成难度较大的图形组态工作。􀁺 （4）位图构件主要用于显示静态图像，位图构件不仅可以显示标准的Windows位图文件（即BMP文件），还增加了允许装载其它各种格式图片的功能； （5）全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。􀁺 （6）通用性强，支持目前绝大多数硬件设备，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。􀁺 （7）封装性好（易学易用），工控组态组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），简单易学的类Basic脚本语言与丰富的策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。􀁺 （8）强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。􀁺 （9）方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。􀁺 （10）完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，还提供了工程密码、锁定组态软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。􀁺 （11）强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。􀁺 （12）良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展组态组态软件的功能，并与其他组态组态软件、MIS系统或自行开发的组态软件进行连接。􀁺 （13）延续性强，用组态组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成组态软件的更新和升级；􀁺 （14）采用PLC可编程逻辑控制器工业自动控制装置，它拥有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便，所以它有更能适用恶劣工业环境的能力和它的高可靠性；（15） nTouch系列触模屏作为一种新型的人机界面，是专门面向PLC应用的，功能强大，使用方便，而且应用非常广泛，日益成为现代工业必不可少的设备之一；􀁺 （16）提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制3.1.4 组态组态软件的工作方式􀁺 1.如何与设备进行通讯：通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。􀁺 2.如何产生动画效果：为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，称之为动画连接。􀁺 3.如何实施远程多机监控：提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时，可利用提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套工控组态组态软件。把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。􀁺 4.如何对工程运行流程实施有效控制：开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。第四章 交流双速电梯控制系统的总体设计上一面介绍了电梯的工作原理及组成，根据其功能要求，本节将介绍电梯系统的总设计。交流双速电梯控制系统的设计主要包括两个方面：一个是机械结构的设计；一个是电气控制系统的设计。机械结构的设计主要包括整个箱体的设计，电动机的位置，各滑轮的位置，电气柜的位置，各种传感器的位置，以及电气线路的位置；电气部分的设计主要包括各种输入/输出信号的线路排列，PLC主机和其他模块的位置，线路的保护设计，以及其他相关器件的位置及布线。4.1控制功能要求电梯由安装在各楼层厅门口的上升和下降呼叫按钮进行呼叫操纵电梯的运行方向，电梯厢内设有楼层选择按钮，用以选择停靠的楼层。设有楼层指示灯用来显现当前所在楼层。接收PLC程序指令，能判断电梯时上行还是下行，到达指定楼层能自动开门，到达指定楼层后能根据下一指令再次判断。如此循环，如果没有指令就停在上一指令的目的楼层。4.2交流双速电梯系统硬件设计4.2.1 PLC的选型根据电梯控制系统功能的要求，从经济性、实用性和可靠性等方面考虑，采用西门子S7-200系列的PLC作为系统的控制器。在本次系统中，需要19点数字输入，12和数字输出量，根据此，本系统选用CPU226作为控制主机。CPU226具有以下特征：（1）具有24输入/16输出共计40各I/O点数。（2）可连接7个I/O扩展单元，最大扩展至248个数字I/O点或35路模拟I/O。（3）具有13KB的程序和数据存储区。（4）具有6个独立的30KHZ高速脉冲计数器和2路独立的20KHZ高速脉冲输出。（5）具有PID控制器。（6）具有2个RS485通信/编程口。（7）具有多点接口MPI通信协议和点对点PPI通信协议。（8）具有自由通信口，I/O端子排可以整体拆卸。4.2.2 PLC的I/O口分配根据交流双速电梯控制系统的功能要求，对PLC进行I/O分配，具体如下：1. 输入部分输入点部分主要是根据电梯控制按钮进行分类的，共计19点，其中超重报警采用不进PLC的压力传感器报警装置，具体分配如下表所示。表1 输入量地址分配信号名称所接外部元件内部地址压力传感器压力传感器不进PLC运行/维修按钮按钮I0.0楼层1上行按钮按钮I0.1楼层2上行按钮按钮I0.2楼层2下行按钮按钮I0.3楼层3下行按钮按钮I0.4楼层1上层限位器限位器I0.5楼层2上层限位器限位器I0.6楼层2下层限位器限位器I0.7楼层3下层限位器限位器I1.0上顶层限位器限位器I1.1门区限位器限位器I1.2下底层限位器限位器I1.3开门到位限位器限位器I1.4关门到位限位器限位器I1.5楼层1选择按钮按钮I1.6楼层2选择按钮按钮I1.7楼层3选择按钮按钮I2.0开门按钮按钮I2.1关门按钮按钮I2.22. 输出部分本系统的输出设备主要有各种继电器、电动机和一些指示灯装置，共计12点，具体分配如下表所示。表2 输出量地址分配信号名称元件内部地址超重报警指示灯/声音报警器不进PLC上行继电器继电器Q0.0下行继电器继电器Q0.1快速运行继电器继电器Q0.2慢速运行继电器继电器Q0.3楼层1指示灯指示灯Q0.4楼层2指示灯指示灯Q0.5楼层3指示灯指示灯Q1.0上行指示灯指示灯Q1.1下行指示灯指示灯Q1.2开门继电器继电器Q1.3关门继电器继电器Q1.4停车继电器继电器Q1.54.2.3 PLC外部接线图根据电梯控制系统的功能要求和I/O口的分配的情况，设计出交流双速电梯控制系统的PLC控制部分的硬件连接图，如下图所示。图4：PLC控制系统的硬件连接图注意：PLC实际接线时，还应该考虑到以下几个问题：（1） 应有电源输入线，通常为220V、50HZ交流电源，允许电源电压有一定的浮动范围。并且必须有保护装置。若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在PLC的电源输入端加装带屏蔽的隔离变压器和低通滤波器。（2）PLC应单独接地，不要和其他电器元件公用接地线，接地面积应大于2mm，并应尽可能靠近PLC.(3)PLC输出端接有线圈和电磁阀等感性元件时必须加保护电路，例如并联阻容吸收回路（对于交流电源）或续流二极管（对于支流电源）4.2.4 系统其它硬件配置在控制系统中除了PLC核心设配外，还需要一些设配作为输入和输出控制，才能完成控制要求，例如，各种限位开关、按钮、指示灯等。1.限位器在这个控制系统中，使用了各种限位器，只要是对厢体的运行进行控制和定位，同时还对厢门的开和关进行控制。限位器在电梯安装调试时，安装在适当的位置，当电梯运行到适当位置是，该位置的限位器闭合，通过PLC内部程序的运算控制来完成电梯速度的切换和门区的定位。2.各种按钮在本系统中用到了众多按钮来选择运行状态，其中旋转按钮用来选择运行/维修状态的，其余的用触点式按钮，即按下接通，松开复位。3.传感器传感器的作用是为了保证电梯的安全运行，防止超重。本系统的超重传感器采用不进PLC的安装方法，通过采集厢体下的压力，把压力转换为电压来接通报警指示灯和报警器，传感器和关门继电器采用互和开关。如果电梯超重则无法关门，无法上下运行。4.指示灯在本系统中，采用二极管灯作显示装置，可现实所在楼层的显示和运行状态的显示。超重报警采用声光报警，选用既可以发出闪烁信号，又可以发出蜂鸣声的指示灯。4.3 系统组态软件设计以上主要介绍的是系统的硬件设计，下面介绍组态软件部分的设计，根据本控制系统的控制要求，硬件部分的设计情况以及I/O的分配，进行组态软件编程设计。本设计采用西门子专用的STEP7编程组态软件。4.3.1 系统控制流程图在组态软件设计中，应首先按照控制功能要求做出流程框图，然后按照不同的功能编写不同的功能模块，交流双速电梯控制系统的流程图如图？所示。图4-？ ？图4.3.2 画梯形图图4-？ ？图根据本控制系统的控制要求，硬件部分的设计情况以及I/O的分配，以及控制流程图进行组态软件编程设计，系统各部分梯形图如？所示。1.电梯运行/维修状态选择程序图4-？ ？图图4-？ ？图图4-？ 语句表第五章 电梯的模拟控制本文利用组态组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备.添加西门子S7200PLC。正确设置其属性。正确设置组态组态软件中数据变量设备通道的连接,即可实现PLC与组态组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态组态软件的需求响应相结合,使电脑对PLC发出的信号有响应。在组态组态软件的用户窗口中,制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性,使设置的控件按照真实的情况动作,检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。 组态组态软件主要包括系统组态、数据库组态、图形界面组态、报警监视、日志处理、趋势曲线(实时曲线和历史曲线) 、报表组态等部分。此次的设计主要是系统组态和图形界面组态部分,本系统组态流程图如图4。图4： 组态流程图5.1设备连接使用组态组态软件和PLC通讯之前，必须保证通讯连接正确首先要使用西门子标准PCPPI电缆通讯：使用PC/PPI电缆进行同时时，必须保证PC/PPI上的DIP开关、上位机组态软件，PLC中的设置一致。使用通用RS232/485转换器连接和一台PLC进行通讯：即RS485的A+（DATA+）与PLC9针端口的第3脚连接，B-（DATA-）与PLC9针端口的第8脚连接。在设备组态窗口中，创建一个串口通讯父设备，在父设备下面创建一个S7-200 PPI子设备，在子设备属性对话框中，按下帮助按钮，可以弹出S7-200的使用帮助，按照S7-200 PPI驱动中的帮助，设置串口通讯父设备的串口号和波特率，以及子设备的地址号，以本地通讯方式与S7-200设备建立通讯连接，然后按照S7-200中的帮助进行硬件连接，如果组态和连接全部正确，在通讯测试页中，可以看到通讯成功标志。如果通讯不成功，可以按照S7-200驱动的帮助，排除错误。串行通信是 PLC设备与计算机之间通常采用的通信方式。直接用串行通信电缆把设备接到计算机的串口上。串行通信方式使用标准 RS-232 通信协议。设计方法是进入到组态环境，选择公共数据源：本地，连接方式选择通过串口，端口号指的是本计算机使用的计算机端口，地址是服务器端配置的地址。启动串口客户端程序，选择菜单文件配置串口，进入到串口配置：需要指定串口的通讯参数，与服务器端保持一致!对服务器端进行配置，在提供服务的计算机上，配置串口参数和地址。5.2创建控制工程在组态平台上，在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，创建“三层电梯监控”工程项目。在组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0” 选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：三层电梯监控；将“窗口标题”改为：三层电梯监控；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。 5.3绘制四层电梯实验监控界面。为了快速构图和组态，系统内部提供了常用的图元、图符、动画构件对象，称为系统图形对象。单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，利用组态工具，绘制电梯监控界面。绘制的界面如下所示。图5：电梯监控界面（1）定义数据变量实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。（2）数据对象列表根据电梯的控制要求和I/O口的分配，定义的数据对象如下表所示。表3：数据对象列表名称类型注释名称类型注释S1开关型一层内呼叫S2开关型二层内呼叫S3开关型三层内呼叫D3开关型三层下呼D2开关型二层下呼U1开关型一层上呼U2开关型二层上呼DOWN开关型下降指示UP开关型上升标志L1开关型一层指示L2开关型二层指示L3开关型三层指示F1LEFT数值型一层门关F2LEFT数值型二层门关F3LEFT数值型三层门关F1flag开关型一层门关标志F2flag开关型二层门关标志F3flag开关型三层门关标志将开关型变量的基本属性中的对象初值设置为0,数值型变量的属性设置：以F1LEFT 为例，基本属性中的对象初值设置为100，最小值为0，最大值为100，其它变量的设置与其相似。（3）动画连接由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。1指示灯的属性设置在用户窗口中，双击三层电梯PLC 实验监控窗口进入，选中一层内选指示图标并双击，弹出单元属性设置窗口。再弹出单元属性设置窗口中的表达式栏右击选择该指示灯所要连接的数据对象。2轿厢属性的设置双击界面中表示电梯上升下降的轿厢，弹出属性设置窗口，在表达式一栏中连接上升下降组。 （4） 编制循环策略在“运行策略”中，双击“循环策略”进入，双击图标进入“策略属性设置”，把“循环时间”设为：100ms，按“确定”。双击进入脚本程序编辑环境，程序如下：if L1=1 and UP=0 and F1flag=1 and F1LEFT0 then F1LEFT=F1LEFT-3if UP=1 and L1=1 and F1LEFT0 then F2LEFT=F2LEFT-3if (UP=1 and L2=1) or (DOWN=1 and L2=1) and F2LEFT0 then F3LEFT=F3LEFT-3if(UP=1 and L3=1) or (DOWN=1 and L3=1) and F3LEFT-150) or (SL3=1 or UP3=1 or DN3=1) and 厢体-300) or (SL4=1 or DN4=1) and 厢体-450) and (F1LEFT=100 and F2LEFT=100 and F3LEFT=100) and UP=1 then 厢体=厢体-1 / 移动块（厢体）上升控制if (SL3=1 or DN3=1 or UP3=1) and厢体 -300) or (SL2=1 or DN2=1 or UP2=1) and 厢体-150) or (SL1=1 or UP1=1) and 厢体=100 and F3LEFT=100 and F4LEFT=100) and DOWN=1 then厢体=jiaoxiang+1 / 移动块（厢体）上升控制按“确认”退出，完成脚本程序编写。在菜单项“文件”中选“进入运行环境”或直接按“F5”或直接按工具条中图标，都可以进入运行环境。参考文献1 徐国林. PLC应用技术M. 北京：机械工业出版社，2007.2 宋伯生，陈东旭. PLC应用及实验教程M. 北京：机械工业出版社，2006.3 常斗南，李全利.可编程控制器原理及工程应用M. 北京：电子工业出版社，2006.4 王玉中，电气控制及PLC应用技术M. 郑州：河南科学技术出版社，2008.5 王永华，现代电气控制及PLC应用技术M. 北京：北京航空航天大学出版社，2003.6 陈立定，电气控制与可编程序控制器的原理及应用M. 北京：机械工业出版社，2004.7 宋伯生，PLC编程应用指南M. 北京：机械工业出版社，2006.8 胡学林，可编程控制器教程基础篇. 北京：电子工业出版社，2003.30