基于工业以太网EPA现场总线控制系统的组态控制设计Word文件下载.docx

1、关键词：电梯；EPA；编程；组态；控制AbstractLift the most commonly used as a modern high-rise building vertical transportation, social activities are widely used in every corner, how to ensure reliable operation of each elevator can have a lift to improve property management and the key to technological progress. Qu

2、ality elevator control system functions directly from the decision and control system software and directly determines the quality control system operation. In this paper based on Industrial Ethernet （EPA） field bus control system configuration of the analog design of elevator control the entire pro

3、cess. In the first part of the background and significance of the subject made a clear statement, followed by the EPA based on field bus control system design and configuration control design used in all the necessary hardware and software facilities to do a certain amount of description, and then d

4、esigned based on Industrial Ethernet （EPA） field bus control system simulation, elevator control, the final design and implementation of simulation using the configuration of the elevator control. Programming system uses PLC_Config by PEC series of modules on the simulation of the elevator control t

5、o simulate the elevator up and running. Configuration design is the use of force control ForceControl6.1, power control is the emergence of the configuration software of the earlier one. In recent years, power control has been considerable development, the latest version of the configuration softwar

6、e in functionality, features, ease of use, openness, and I / O-driven number have been greatly improved.Keywords: elevator; EPA; programming; configuration; control第一章 绪论1.1基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统的研究背景及意义1.1.1 研究背景及意义现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。电梯的存在使得每幢高层建筑的交通更为便利。此次设计是通过基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统对模拟电梯进行组态控制设计，基于

7、工业以太网（EPA）现场总线控制系统主要用于工业控制系统中控制方案的开发、现场设备的控制以及对现场设备运行情况的实时监控，目前已经成功应用于石油、化工、机械、冶金等工业领域。随着计算机、通信、网络等信息技术的发展，信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市场，而随着自动化控制技术的进一步发展，需要建立包含从工业现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台，建立以工业网络技术为基础的企业信息化系统。当前，在企业的不同网络层次间传送的数据信息已变得越来越复杂，对工业网络的开放性、互连性、带宽等方面提出了更高的要求。EPA即是建立在此基础上的工业现场设备开放网络平台，通过该平台，

8、不仅可以使工业现场设备（如现场控制器、变送器、执行机构等）实现基于以太网的通信，而且可以使工业现场设备层网络不游离于主流通信技术之外，并与主流通信技术同步发展，同时，用以太网现场设备层到控制层、管理层等所有层次网络的“E网到底”，实现工业企业综合自动化系统各层次的信息无缝集成，推动工业企业的技术改造和提升、加快信息化改造进程。基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统，具有很好的通信可行性； EPA系统应用行业广泛，具有广阔的推广应用前景； 促进了我国工业数据通信方面的研究，改变了跟踪研究的现状;改变了现场总线技术开发难度大、技术要求高、难以产业化，市场化的局面，推动了我国工业自动化仪表与控制系

9、统产品的研究开发。1.1.2 创新之处EPA实时以太网，是一种全新的适用于工业现场设备的开放性实时以太网标准，EPA将大量成熟的IT技术应用于工业控制系统，利用高效、稳定、标准的以太网和UDP/IP协议的确定性通信调度策略，为适用于现场设备的实时工作建立了一种全新的标准。以太网和现场总线都有各自的优点和特点, 现在的自动控制系统即采用了现场总线来加强现场设备控制稳定、可靠、安全性, 又采用了以太网技术,以便更容易与其他系统实现数据, 信息交流共享, 并更好的实现HMI 即人机界面的操作性, 所以怎么合理的搭配以太网和现场总线, 结合实际情况规划工程网络结构, 不但能提高整个系统的稳定性、可靠性

10、, 并且能节省大量的工程成本,而且使以后的维护等方面更加容易。1.2电梯控制设计的要求1.2.1设计目的：基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统，使用组态设计，实现对模拟电梯的控制。1.2.2 设计要求：1.基于工业以太网（EPA）现场总线控制系统，构建EPA现场总线控制系统；2.组态EtherNet/IP；3添加I/O模块及设备网络扫描系统；4.离线/在线组态设备网；5.实现对模拟交通灯的控制；6.编写组态过程说明书。1.2.3 控制要求：电梯为四层四站有司机驾驶客梯，轿厢行走由滑块动作示意，开门动作由信号灯指示示意。 电梯控制逻辑关系如下：1）行车方向由内选信号决定,顺向优先执行；2）行

11、车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车；3）内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除；4）内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示；5）停层时可延时自动开门、手动开门、（关门过程中）本层顺向呼梯开门；6）有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车；7）无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车；8）行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。1.3 电梯的简介1.3.1 电梯的起源人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的

12、升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。尽管升降工具被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852 年世界第一台安全升降机诞生。1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第1台安全升降机。1857年3年23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界上第一台客运升降机。1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降

13、机问世。1878年，奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第1台水压式乘客升降机。1889年12月，奥的斯公司在纽约的第玛瑞斯特大楼成功安装了1台直接连接式升降机。这是以直流电动机为动力的世界第1台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。1.3.2 电梯的定义与分类2003年2月19日国务院颁布了特种设备安全监察条例，明确规定电梯是特种设备，并对电梯的含义做了叙述：“电梯是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运行的梯级（踏板）进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。这种对电梯的论述，被称作广义电梯概念，既包括上下运送人、货物的升降式电梯，也包括用于水平或倾斜输送乘客的自动人

14、行道（英语Passenger Conveyor）和自动扶梯（英语Escalator）。现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。电梯的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。目前，电梯行业及社会上对电梯的分类大致有以下几种：（1）按用途分： 乘客电梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、观

15、光电梯、其他专用电梯。（2）按额定速度分： 低速梯，常指低于1.00m/s速度的电梯；中速梯，常指速度1.002.00m/s的电梯。高速梯，常指速度大于2.00m/s的电梯。超高速梯，速度超过5.00m/s的电梯。（3）按拖动方式分：交流电梯、直流电梯、液压电梯、齿轮齿条式电梯、螺旋式电梯。（4）按控制方式分：手柄操纵控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、向下集选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯、智能控制电梯。其他分类方式还有：按电梯有无司机分类等。1.3.3 电梯电气控制发展1857年美国人OTIS发明出真正意义上的电梯。从此以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气

16、控制技术是否，主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器控制。PLC是可编程控制器的简称，它是一种用于自动控制的专用微机，实质上属于微机控制方式，但可编程控制器具有其自身的特点：（1）PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，能在较恶

17、劣的各种环境里工作，可靠性高。（2）PLC将CPU、存储器、1/0接口等做成一体，使用方便，扩展容易。目前在国产电梯及中低档的客梯广泛采用了PLC控制系统，特别适合在用电梯的技术改造和控制器开发。1.3.4 电梯的国内外发展状况在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。作为建筑的中枢神经，电梯起着不可或缺的作用，电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的组成部分。一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。在全球经济持续低迷的情况下，我国国民经济仍然

18、以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。上世纪80年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。总趋势是上升的，目自口进入了“第三次浪潮”，2004年总产量超过了8万台，而且目前还没有减速的迹象。从1949年建国以来全国共生产安装了6l万多台电梯。尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。全世界平均1000人有l台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加70万台。到那时候，全国在用电梯将达到130万台，每年仅报废更新就需要6万台。到2005年，中国电梯的年产量达到135万台，与1980年相比，25年增长

19、了59倍，产量每年平均增长178%。2005年安装验收电梯124465台，截至05年底，我国的在用电梯总数已达651794台。如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台!我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等13家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了74%。先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。目前国内市场需要

20、的电梯产品，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。自1985年我国参加了国际标准化组织ISOTCl78以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。中国电梯在亚洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达l万台左右，约占亚洲市场的1/50，一些合资

21、企业在出口创汇方面也做出了贡献。当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51。其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成走电梯家族中新的组成部分。1.4 EPA的简介EPA是Ethernet for Plant Automation的缩写，它是Ethernet、TCP/IP等商用计算机通

22、信领域的主流技术直接应用于工业控制现场设备间的通信，并在此基础上，建立的应用于工业现场设备间通信的开放网络通信平台。其是一种全新的适用于工业现场设备的开放性实时以太网标准，将大量成熟的IT技术应用于工业控制系统，利用高效、稳定、标准的以太网和UDP/IP协议的确定性通信调度策略，为适用于现场设备的实时工作建立了一种全新的标准。1.4.1 EPA的起源在当前多种现场总线并存、无法统一的形势下，以以太网和无线技术为代表的商用COTS（Commercial-Off-The-Shelf）技术在工业企业综合自动化系统中的信息管理层、监控层网络得到了广泛应用，并有直接向下延伸，应用于工业测量与控制系统的现

23、场设备层网络的趋势,即所谓的“E（Ethernet）到底。EPA的提出背景用于工业测量与控制系统的EPA系统结构与通信规范EPA System Architecture and communication Specification for use in industrial control and measurement system Ethernet for Plant Automation标准是一种用于工业自动化系统的实时动态网络通讯协议。该协议是在国家“863”计划支持下，由浙大中控、浙江大学和中国科学院沈阳自动化研究所、重庆邮电学院、大连理工大学、清华大学等单位的科技人员联合制定的。

24、1.4.2 EPA控制系统它是一种分布式系统，它利用ISO/IEC8802-3、IEEE802.11、IEEE802.15等协议定义的网络，将分布在现场的若干个设备、小系统以及控制/监视设备连接起来，使所有设备一起运作，共同完成工业生产过程和操作中的测量和控制。EPA控制系统可以用于工业自动化控制环境。同时EPA系统结构提供了一个系统框架，用于描述若干个设备如何连接起来，它们之间如何进行通信、如何交换数据和如何组态。图1.1 EPA控制系统结构图1.4.3 EPA取得的成果2003年通过了以中科院自动化领域首席院士孙家广院士为首的专家验收.EPA原理样机EPA标准制定”入选“2004年度工控及

25、自动化领域十大新闻” IEC国际标准、声明远播1.4.4 EPA的特点1.4.4.1 确定性通信EPA系统中，根据通信关系，将控制现场划分为若干个控制区域，每个区域通过一个EPA网桥互相分隔，将本区域内设备间的通信流量限制在本区域内；不同控制区域间的通信由EPA网桥进行转发；在一个控制区域内，每个EPA设备按事先组态的分时发送原则向网络上发送数据，由此避免了碰撞，保证了EPA设备间通信的确定性和实时性。1.4.4.2 “E”网到底EPA是应用于工业现场设备间通信的开放网络技术，采用分段化系统结构和确定性通信调度控制策略，解决了以太网通信的不确定性问题，使以太网、无线局域网、蓝牙等广泛应用于工业

26、企业管理层、过程监控层网络的COTS（Commercial Off-The-Shelf）技术直接应用于变送器、执行机构、远程I/O、现场控制器等现场设备间的通信。采用EPA网络，可以实现工业企业综合自动化智能工厂系统中从底层的现场设备层到上层的控制层、管理层的通信网络平台基于以太网技术的统一，即所谓的E（Ethernet）网到底。采用EPA，可实现工业企业智能工厂中垂直和水平两个方向的信息无缝集成。通过EPA网络通信平台提供的实时数据通信服务，来自不同厂商的现场智能设备和应用程序可以实现信息透明互访和互可操作。采用EPA网络，可以实现智能工厂中从管理层、控制层直至现场设备层等所有网络层基于以太

27、网的信息无缝集成，用户可以在世界的任何地方通过其访问权限，直接通过常用的工具或软件（而不是专用软件）访问智能工厂中的任何一个设备。利用EPA开放网络平台，可以实现传统控制系统（如DCS、PLC）与基于EPA的现场总线控制系统FCS之间的信息无缝集成，使得工业现场设备中的大量控制和非控制信息能够无缝地传递到制造执行层和企业管理层系统，通过信息集成创新技术、数据综合利用技术、数据增值挖掘技术等，对工业企业生产全过程实现高效智能化管理。1.4.4.3 互可操作与传统的4-20mA标准不同，工业数据通信网络不仅要解决信号的互通和互连，更需要解决信息的互通问题，即信息的互相识别、互相理解和互可操作。所谓

28、信号的互通，即两个需要互相通信的设备所采用的通信介质、信号类型、信号大小、信号的输入/输出匹配等几方面的参数符合同一标准，即物理层标准。在此基础上，采用统一的数据链路层协议，不同的设备就能连接在同一网络上实现互连。1.4.4.4 开放性EPA标准完全兼容IEEE802.3、IEEE802.10、IEEE802.11、IEEE802.15以及UDP（TCP）/IP等协议，采用UDP协议传输EPA协议报文，以减少协议处理时间，提高报文传输的实时性。为确保EPA系统运行的可靠性，EPA标准中还针对工业现场应用环境，增加了媒体接口选择规范与线缆安装导则。商用通信线缆（如五类双绞线、同轴线缆、光纤等）均

29、可应用于EPA系统中，但必须满足工业现场应用环境的可靠性要求，如使用屏蔽双绞线代替非屏蔽双绞线。EPA网络支持其他以太网/无线局域网/蓝牙上的其他协议（如FTP、HTTP、SOAP，以及MODBUS、ProfiNet、Ethernet/IP协议）报文的并行传输。这样，IT领域的一切适用技术、资源和优势均可以在EPA系统中得以继承。1.4.4.5 分层的安全策略对于采用以太网等技术所带来的网络安全问题，EPA标准规定了从企业信息管理层、过程监控层和现场设备层三个层次，采用分层化的网络安全管理措施。EPA现场设备采用特定的网络安全管理功能块，对其接收到的任何报文进行访问权限、访问密码等的检测，使只

30、有合法的报文才能得到处理，其他非法报文将直接予以丢弃，避免了非法报文的干扰。在过程监控层，采用EPA网络对不同微网段进行逻辑隔离，以防止非法报文流量干扰EPA网络的正常通信，占用网络带宽资源。对于来自于互联网上的远程访问，则采用EPA代理服务器以及各种可用的信息网络安全管理措施，以防止远程非法访问。1.4.4.6 冗余EPA支持网络冗余、链路冗余和设备冗余，并规定了相应的故障检测和故障恢复措施，如设备冗余信息的发布、冗余状态的管理、备份的自动切换等。1.4.5 EPA的研究现状制定了国家标准用于工业测量与控制系统的EPA通信标准，在此基础上形成的 65C/357/NP正式成为国际标准PAS文件IEC/PAS 62409，专家认为“EPA标准”是我国第一个具有自主知识产权的现场总线标准，改变了我国现场总线技术和产品开发一直所处的跟踪研究现状，实现了我国在自动控制领域国际标准零的突破。1.4.6 EPA的发展方向纵观当今工业以太网的发展趋势和市场需求，未来以太网有以下