西门子s7200系列plc在电梯控制中的应用.docx
《西门子s7200系列plc在电梯控制中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《西门子s7200系列plc在电梯控制中的应用.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
西门子s7200系列plc在电梯控制中的应用
西门子s7-200系列plc在电梯控制中的应用
摘要
本设计的主要目的是通过PLC控制电梯的运行，了解一般PLC控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。
PLC设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
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。
与此同时，人们对电梯的性能要求也越来越高，比如可靠性，操作方便，舒适性，低噪音，低能耗等等。
随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速发展，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代替原来的继电器控制。
采用PLC对电梯进行控制，通过合理的选择和设计，能够有效的提高电梯的控制水平，极大地改善了电梯运行的舒适感，使电梯的控制达到了比较理想的控制效果。
本设计在介绍电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的运行原理和控制原理，重点分析了电梯系统设计中如何用PLC实现控制系统并编制控制程序，研究了PLC电梯控制系统的实现方案，针对这些问题对电梯系统进行了设计.采用PLC进行逻辑控制。
设计采用了西门子S7-200系列的PLC控制三层电梯的上下层，包括对PLC硬件的设计，软件设计，和其他设备的选择，还有原理分析等。
通过本次设计掌握电梯的实际运行以及PLC的基本原理和控制过程，并且完成简单的梯形图设计，WINCC组态软件的使用等。
使电梯能达到起动，停止运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作等指令信号进行管理和控制功能。
设计用到了西门子step7microwin，wincc，pcAccess等软件。
step7microwin用来设计系统的控制程序完成控制要求。
Wincc软件是西门子公司研发的监控软件，通过监控画面来控制现场设备的运行和监测设备是否正常运转。
关键词：
WINCC；step7microwin；三层电梯
Abstract
ThemainpurposeofthedesignofproductionequipmentbyaPLCcontrolsystemdesignpractice,PLCcontrolsystemtounderstandthegeneraldesignprocess,designrequirements,shouldbecompletedworkingonanddesign。
Reviewbythedesignalsohelpstoconsolidatetheknowledgelearnedinthepast,toachieveflexibleapplicationofthepurposeof。
PLCmustbedesignedtomeettheproductionrequirementsofequipmentandproductiontechnology，Thus,designersmustunderstandtheuseoffacilitiesbefore,structure,operationalrequirementsandprocess,inthisprocessthewholeconceptinthedesignwork.。
Plchasmanyadvantages:
highreliability,stronganti-interference;programmingmethodissimpleandintuitive;smallsize,lowenergyconsumption,lightweightHardwarepackageiscomplete,theusereasytouse,adaptable;systemdesign，installation,commissioningworkless;maintenanceworkloadissmall,easymaintenance;interfacemodulefeaturesastrongvariety.
Elevatorasaverticaltransport,takealargenumberofpassengersandcargotransport,itsroleiscrucialinthebuilding.Atthesametime,peopleontheelevator'sperformancerequirementshavebecomemoresophisticated,suchasreliability,easyoperation,comfort,lownoise,lowpowerandsoon.Aspeopleincreasetheirdemands,thelifthasbeenrapiddevelopment,itstechnologyhasbeendevelopedtodragfrequencyspeedregulator,thelogiccontrolalsoreplacetherelaysbythePLCcontrol.WithPLCcontroloftheelevator,throughtherationalselectionanddesign,caneffectivelyimprovethelevelofcontrolelevator,elevatoroperationhasgreatlyimprovedthecomfort,sothattheelevatorcontroltoachieveamoresatisfactorycontroleffect.Thisdesignintroducesthebasicstructureoftheliftbasedontheprinciplesdescribedelevatoroperationandcontroltheory,focusingonanalysisofhowtheliftsystemdesignandpreparationofthecontrolsystemPLCcontrolprogramofthePLCElevatorControlSystemprogramfortheseissuesontheelevatorsystemisdesigned.usingPLClogiccontrol.
Designedbys7200controlonthelowerthreelifts,includingthePLChardwaredesign,softwaredesign,andotherequipmentselection,aswellasprinciplesofanalysis。
ThroughthisdesigntheactualoperationoftheliftcontrolandthebasicprinciplesofPLCandcontrolprocess,andcompleteasimpleladderdesign,WINCCconfigurationsoftwareandsoon.Anelevatortoreachstart,stoprunningdirection,floordisplay,floorstandcall,sedanchairboxmanipulationcommandstomanageandcontrolsignal.
DesignusedintheSiemensstep7microwin,wincc,pcAccessothersoftware.step7microwincontrolproceduresusedtodesignthesystemtocompletecontrolrequirements.WinccsoftwareismonitoringsoftwaredevelopedbySiemens,bymonitoringthescreentocontroltheoperationoffielddevicesandmonitoringequipmentareoperatingproperly.
Keywords:
WINCC；step7microwin;threelifts;
绪论
以三层电梯的运行为背景，利用PLC控制技术，对整个控制系统进行了自动控制系统设计。
针对本工程的特点和性能要求，采用了西门子S7-200系列的PLC作为系统控制器。
该型号的PLC有良好性价比，同时提供了良好的开发平台以及大量的相关参考资料，在小型PLC控制系统中得到了广泛的应用。
对于电梯的整个运行系统的控制是这样实现的：
如要使停于1层或2层的轿厢上升至3层停，则需按SB7或SB3按钮。
如要使停于3层或2层的厢下降至1层停，则需按SB4或SB1按钮。
如要使停于1层的轿厢上升至2层停，则需按SB5或SB6或SB2按钮。
如要使停于3层的轿厢下降至2层停，则同样需按SB5或SB6或SB2按钮。
如要使停于1层的轿厢上升至2层暂停，继续上升至3层停，则需按SB6或SB2，同时按SB7或SB3来实现。
如要使停于1层的轿厢上升至3层暂停，转而下降至2层停。
则需按SB5，同时按SB7或SB3。
如要使停于3层的厢下降至2层停，继续下降至1层停。
则需按SB5或SB2，同时按SB7或SB3。
如要使停于2层的轿厢上升至3层停，则需按先按SB7或SB3，接着按SB4或SB1。
如要使停于2层的轿厢下降至1层停，则需按先按SB4或SB1，接着按SB7或SB3。
本设计用到的编程软件有STEP7MICROWIN、PCACCESS、WINCC，其中STEP7MICROWIN是下位机编程软件，它编好的控制程序需要下载到PLC中运行的，也就是所说的用户控制程序，STEP7MICROWIN这款软件为可编程控制器的功能编程实现提供了非常简单的编程方法，尤其它提供的梯形图变成方法与实际的继电器控制电路及其的相似，这可以将实际与编程结合起来，很容易掌握它的编程方法。
PCACCESS提供了变量的连接方法，它可以将STEP7-MICROWIN中的变量通过变量的建立，导入到WINCC中用，这样就可以实现在WINCC中对工艺过程的一些信号的控制。
WINCC是西门子公司一项最成功软件，它提供给用户编辑用户界面的许多的组态画面，而且还提供了一些函数来对一些按钮的操作，最终实现对工艺过程的集中监控与控制的功能。
第一章电梯工艺情况介绍
1.1控制要求
①当轿厢停于1层或2层时，按SB7或SB3，则轿厢上升至3层停。
②当轿厢停于3层或2层时，按SB4或SB1，则轿厢下降至1层停。
③当轿厢停于1层时，若按SB5或SB6或SB2，则轿厢上升至2层停。
④当轿厢停于3层时，若按SB5或SB6或SB2，则轿厢下降至2层停。
⑤当轿厢停于1层时，若按SB6或SB2，同时按SB7或SB3，则轿厢上升至2层暂停，继续上升至3层停。
⑥当轿厢停于1层时，若按SB5，同时按SB7或SB3，则轿厢上升至3层暂停，转而下降至2层停。
⑦当轿厢停于3层时，若按SB5或SB2，同时按SB7或SB3，则轿厢下降至2层暂停，继续下降至1层停。
⑧当轿厢停于2层时，若先按SB7或SB3，接着按SB4或SB1，则轿厢上升至3层停。
⑨当轿厢停于2层时，若先按SB4或SB1，接着按SB7或SB3，则轿厢下降
至1层停。
图1电梯控制示意图
1.2I/O分配
输入输出点数的分配情况见表1：
表1输入输出点数分配
输入
WINCC中的控制变量
内呼一层SB1
I0.1
M15.0
内呼二层SB2
I0.2
M15.1
内呼三层SB3
I0.3
M15.2
一层上呼SB4
I0.4
M15.3
二层下呼SB5
I0.5
M15.4
二层上呼SB6
I0.6
M15.5
三层下呼SB7
I0.7
M15.6
一层到位开关SQ1
I1.0
M15.7
二层到位开关SQ2
I1.1
M16.1
三层到位开关SQ3
I1.2
M16.0
输出
一层指示灯E1
Q0.1
二层指示灯E2
Q0.2
三层指示灯E3
Q0.3
一层呼叫灯E4
Q0.4
二层向下呼叫灯E5
Q0.5
二层向上呼叫灯E6
Q0.6
三层呼叫灯E7
Q0.7
轿厢下降KM1
Q1.0
轿厢上升KM2
Q1.1
第二章控制系统的硬件与软件介绍
2.1组成PLC硬件的模块
⑴主控模块：
CPU、存储器、通信接口。
⑵输入/输出模块：
开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块等。
⑶电源模块：
将交流电源转换成CPU等需要的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心。
图2CPU模块
2.2各个模块的功能
⑴电源模块：
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。
PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
⑵CPU:
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。
CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。
这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。
CPU的功能有以下一些：
从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
⑶具体作用：
①执行、接收、存储用户程序的操作指令。
②以扫描方式接收来自输入单元的数据和状态信息，并存入相应数据存储区。
③执行监控程序和用户程序。
④相应外部设备（编程器、打印机等）的请求。
输入/输出模块：
CPU与工业生产现场的桥梁。
工业生产过程的控制变量：
温度、压力、液位、速度、电压、开关量、继电器状态等。
开关量通常是指TTL标准电平的二进制信号。
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。
接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。
PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
2.3硬件电路图的连接
在PLC控制中分为输入电路和输出电路，这两个电路分别起着不同的作用：
输入电路（I）：
对被控对象进行检测、采集、转换和输入。
输出电路（O）:
接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。
在PLC控制中硬件的输入/输出连接有两种变量分别是数字量模拟量，其中数字量又叫做开关量，下面分别是它们硬件连接的电路图。
图3开关量电路图
图4模拟量电路图
2.4PLC下位机编程软件
PLC下位机编程软件是STEP7MICROWINV4.0，在它里面编程是可以用梯形图（LAD），语句表（STL）,功能块（FBD），本设计中采用的是梯形图编程设计，其中梯形图的设计概念和电气控制原理中的继电器控制原理是比较相近的，在PLC编程中的常开触点与PLC中的常开触点的意义是一样的。
所以很容易理解与掌握。
2.5PLC的上位机编程
PLC上位机编程采用的是WINCC编程，WINCC是西门子公司出产的一项功能强大的用户界面设计软件，能够对用户界面的集中设计与集中管理。
_WinCC使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。
无论是单用户系统，还是冗余多服务器/多用户系统，WinCC均是最佳选择。
通过ActiveX，OPC，SQL等标准接口，WinCC可以非常方便地与其它软件进行通讯。
第三章控制系统程序设计
3.1模块外形结构及各型号CPU模块的基本功能
S7-200系列的CPU模块外形结构如图5所示。
图5CPU模块外形结构
CPU模块结构紧凑，布局合理，使用方便。
上端子排包括输出和电源接口，下端子排为输入接口，在面板上有I/O指示灯指示I/O的接通或关断状态。
S7-22X系列PLC有5种CPU模块，各个模块的技术指标和各个CPU特有的技术指标见表2。
表2各个模块及CPU特有的技术指标
特性
CPU221
CPU222
CPU224
CPU224XP
CPU226
外形尺寸/mm
90×80×62
90×80×62
120.5×80×62
140×80×62
190×80×62
功耗/W
4W
4W
8W
8W
11W
本机数字量I/O数量
6/4
8/6
14/10
14/10
24/16
本机模拟量I/O数量
0
0
0
2/1
0
允许扩展模块数量
0
2
7
7
7
允许扩展智能模块数量
0
2
7
7
7
高速计数器数量
单相频率
两相频率
4
4个30kHz
2个20kHz
4
4个30kHz
2个20kHz
6
6个30kHz
4个20kHz
6
4个30kHz
2个200kHz
3个20kHz
1个100kHz
6
6个30kHz
4个20kHz
脉冲输出频率
2个
20kHz（DC）
2个
20kHz（DC）
2个
20kHz（DC）
2个
100kHz（DC）
2个
20kHz（DC）
模拟电位器个数
1个8位分辨率
1个8位分辨率
1个8位分辨率
2个8位分辨率
2个8位分辨率
脉冲捕捉输入/个
6
8
14
14
24
程序空间/B
2048
2048
4096
6144
4096
数据空间/B
1024
1024
2560
5120
2560
RS-485通信接口数/个
1
1
1
2
2
每网络最大连接站数/个
126
126
126
126
126
实数运算时间/指令/u
100～400
100～400
100～400
100～400
100～400
指令执行速度/us
0.37
0.37
0.37
0.37
0.37
+5V扩展I/O模块
电源/mA
0
340
660
660
1000
其中CPU221无拓展功能，使用于小点数的微型控制器。
CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强的功能的控制器，CPU224XP和CPU226使用于复杂的中小行控制系统。
S7-200CPU的指令功能强大，有传送、比较、移位、循环移位、产生补码、调用子程序、脉冲宽度调制、脉冲序列输出、跳转、数字转换、算数运算、字逻辑运算、浮点数运算、开平方、三角函数和PID控制指令等，采用主控程序最多8级子程序和中断程序的程序结构，用户可使用1—255ms的定时中断。
用户程序可设三级口令保护，监控定时器（看门狗）的定时时间为300ms。
CPU能力是PLC重要的性能质变，也是机型选择时首要考虑的问题。
实际上I/O点数，响应速度，软件功能都属于CPU的能力。
PLC的CPU还包括：
①处理器的个数。
②CPU储存器的性能。
③中间标志，计时器和计数器的能力。
④其他的性能参数。
⑤扩展能力。
3.2主控模块的选择
表3主控模块的选择
主控模块的选择
I/O点数：
是PLC的一个简单明了的性能参数，也是应用设计的最直接的参数。
响应速度：
一是PLC程序的语句处理时间，二是PLC的扫描周期。
指令系统：
是面向工程技术人员的语言，其差异主要表现在指令的表达方式和指令的完整性上。
机型选择的其他考虑：
性能价格比，设备的统一考虑，技术支持等。
处理器的个数：
CPU存储器的性能：
中间标志、计时器和计数器的能力
扩展能力：
这里选择的CPU模块是CPU226,这是目前性能最好的模块，多使用于复杂的中小型控制系统。
数字量模块的参数见表4：
表4数字量模块参数
数字量模块型号
EM221
EM222
EM223
输入点数
8点
无
4/8/16点
输出点数
无
8点
4/8/16点
隔离组点数
4点
4点
4点
输入电压
24VDC
30VDC（最大）
输出电压
20.4V～28.8VDC或
20V～250VAC
20.4V～28.8VDC或
5V～30VDC、5V～250VAC
电缆长度（隔离/不隔离）
300/500m
150/500m
300/500m
数字量模块型号
EM221
EM222
EM223
输出类型
DC输出/继电器输出
DC输出/继电器输出
电能消耗（+5VDC）
30mA
50mA
40mA/100mA/160mA
这里选择数字量模块型号为EM223。
本次设计没有用到模拟量I/O模块。
3.3本次设计的流程图为
图6流程图
3.4PLC的程序设计方法
⑴经验设计法：
在PLC发展的初期，沿用了设计继电器电路图的方法来设计梯形图。
即在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。
有时需要多次反复地调试和修改梯形图，不断地增加中间编程元件和辅助触点，最后才能得到一个较为满意的结果。
经验设计法也叫试凑法。
⑵逻辑设计法：
逻辑设计方法是根据数字电子技术中的逻辑设计方法进行PLC程序的设计。
该方法使用逻辑表达式描述实际问题。
在得出逻辑表达式后根据逻辑表达画梯形图，或者直接用逻辑表达式写助记符程序。
该方法在纯粹的条件控制系统中，非常好用。
因为纯粹的条件控制系统相当于组合逻辑电路，逻辑表达式书写单。
但是在和时间有关的控制系统中，就显得复杂。
因为，这时的控制问题就相当于顺序逻辑问题，不仅要考虑条件，还要考虑时间。
⑶时序图设计法：
如果PLC各输出信号的状态变化有一定的时间顺序，可用时序法设计程序。
因为在画出各输出信号的时序图后，容易理顺各状态转换的时刻和转换的条件，从而建立清晰的设计思路。
⑷顺序控制设计法：
所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。
顺序控制设计法又称步进控制设计法
综合对比了这四种方法，因为我们曾经学习过继电器，所以选择经验设计法。
3.5软件的具体设计
双击桌面上的
图标就会出现STEP7MICROWIN编程软件的主界面，如下图所示
图7STEP7MICROWIN编
升级会员 