电梯的PLC控制系统设计毕业论文.doc

毕业论文(设计) 题 目 电梯的PLC控制系统设计院 系 信息与控制学院 专 业 电气工程与自动化学生姓名 王振旺 学 号 20081340045 指导教师 杨春霞 职 称 教授 二 一二 年 五 月 二十八日目 录1.引言22.电梯的相关概述22.1 电梯的起源及发展22.2 电梯的基本结构42.3电梯的电力拖动系统42.3.1 电力拖动系统的功能42.3.2 常见的电力拖动方式42.4 电梯的控制系统43. 可编程控制器PLC53.1 PLC的产生和发展53.2 PLC的构成63.3 PLC 的工作原理73.4 PLC的I/0系统93.5 PLC特点93.6 PLC发展趋势104.电梯PLC控制系统的硬件设计104.1 I/O分配104.2 五层电梯的控制要求105.电梯PLC控制系统的软件设计115.1 PLC梯形图介绍115.2用STEP7编写程序115.2.1创建S7项目125.2.2插入SIMATIC 300工作站135.2.3硬件组态135.2.4编辑符号表135.2.5程序编辑145.3用PLCSIM调试程序235.3.1调试前的准备235.3.2在仿真环境下调试程序246电梯的监控运行326.1组态王介绍326.2电梯PLC控制系统的组态仿真326.2.1图形界面的设计326.2.2设备配置，构造数据库336.2.3建立动画连接346.2.4运行和调试347.总结37I电梯的PLC控制系统设计王振旺南京信息工程大学电气工程与自动化专业，南京210044摘要：作为一种高效的运输设备，电梯在现代生活中扮演越来越重要的角色。本文介绍了电梯的设计、结构组成与工作原理,可编程控制器的组成及工作原理。并采用西门子S7-300系列PLC设计五层电梯自动控制系统。设计了输入、输出点的分布，以及硬、软件部分。运用组态王软件组态了电梯监控系统，仿真实现电梯系统的监控运行。关键词：电梯控制；系统接线；梯形图1.引言电梯适用于高层建筑的人和货物的运输，人们的工作和生活离不开它。它以电动机牵引进行垂直运动，通过轿厢的上下运动来运输人和货物。现代建筑行业的发展，也对电梯的质量提出了更高的要求，电梯质量的好坏很大程度上取决于它的控制系统的优劣。继电器控制的电梯曾经是近代电梯的主流，复杂的接线加之高故障率使得继电器控制电梯越来越难达到现代电梯的运行要求。在此背景下，PLC控制系统应运而生。PLC 是现代生产控制中的新型工业控制器，它在可靠性和技术先进性上都有较大提升，因此，PLC在现代电梯控制系统设计中得到了充分的应用，电梯控制也由传统的继电器控制转变为具有更高适用性的PLC控制上，这已成为现代电梯发展的趋势。本文以西门子公司的S7-300 PLC为控制器来进行电梯控制系统设计。2.电梯的相关概述2.1 电梯的起源及发展 电梯是人民生产生活里重要的运输工具，在人们日常生活的日常生活中扮演越来越重要的角色。在公元前236年，来自古希腊的阿基米德发明了卷筒式卷扬机，虽然是人力驱动，但现代人还是把此卷扬机称为现代电梯的鼻祖。到了公元1765年，瓦特成功地将蒸汽机带到人类社会，直到1858年，美国的科学家们才将蒸汽机应用到工业生产控制中，在不断实践基础上研制出蒸汽动力的电梯。十几年后，英国发明家阿姆斯特朗改进了前人发明的蒸汽动力电梯，发明出水压梯。水压梯的优越性远超蒸汽梯，因而逐渐替代了蒸汽梯在人类生活所扮演的角色。后来的液压梯进一步发展，变为直接柱塞式和侧柱塞式两种结构。这种液压电梯至今仍然影响现代电梯1。在20世纪初，美国奥的斯电梯公司首先使用直流电动机作为动力，生产出以槽轮式驱动的直流电梯，这类电梯才能真正称为现代电梯。当时的直流电梯，主要是通过用改变电枢回路中串接的的电阻值来控制电梯调速。到了20世纪初，电梯的电动机开始由直流电动机转为交流感应电动机。刚开始应用的交流电动机是单速的，并不能满足电梯的运行基本要求。直到交流双速电动机的应用，才真正实现交流电动机与电梯的匹配。随着社会的快速发展，建筑物都向着高层化方向发展。更高的楼层意味着电梯要在电梯要在静态和动态特性方面有更高的要求。交流电动机在现实下体现出其不适应性，渐渐不能满足现代电梯的越来越高的控制要求。尤其是在调速性能方面，交流电动机的不足很明显，在这种情况下，人们后来引进了发电机-电动机组调速系统，替代了原先的交流电动机调速，基本达到了电梯调速的控制要求。第二次世界大战后，美国电梯业的快速发展也促进了世界电梯业的发展。到了20世纪80年代，电梯控制技术进一步发展，进入新阶段。电梯设计中引入固体功率器件，同时更广泛地应用微机技术，发展出了新一代电梯调速系统交流变频调速（VVVF）系统。日本在这套系统的基础上，率先开发出了2米每秒以上的高速电梯。之后，中、低速交流调速电梯也都采用这套调速系统。因此，交流变频调速技术被认为电梯行业的当代技术。当前，在电梯电力拖动当面，除了大容量电梯还采用直流拖到系统外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流1。 时至今日，电梯已进入了全面发展新时期。国际上无机房电梯已经经过了四代，第一代无机房电梯出现在意大利，当时的欧洲为了能更好地保护古建筑，并且实现与液压电梯的竞争，因此才开发无机房电梯。发展到了第二代后，电梯的主机由原来的跨井道设置转变为全部进入井道；之后的第三代发展为上置式机房，上置式即为主机主要放置在导轨上；到了第四代之后，无机房电梯的主机在由放置在导轨上转为主要搁置于导轨顶部。 前两代无机房电梯由于安全性低，满足不了要求，目前在电梯生产中已经被淘汰。而第三代无机房电梯是两代无机房电梯的升级和优化，性能也远远由于前两代，因而得到广泛应用。但第三代电梯也有不少缺点，例如噪音大，安全隐患也未完全排除，所以这才促使第四代电梯的产生。在第三代电梯发展至第四代的过程中，主要的产品是OTIS，OTIS与之前的三代无机房电梯在使用的主机上有显著区别，三代电梯使用能节省顶层空间的轴式马达，但是最终顶层高度还不能最小；轴式马达的另外一个缺点是这类轴式马达不能真正起到节能的作用。 在此背景下发展成的第四代无机房电梯首先解决了前几代电梯的安全隐患问题，其次解决电梯系统的共鸣问题，最后是能满足主机生产商的主机性能要求，所以第四代无机房电梯是目前世界上最先进的无机房电梯。2.2 电梯的基本结构电梯是机与电紧密结合的复杂产品，所有电梯都是有两部分组成，即机械部分与电气部分，但从空间上一般划分以下部分：（1）机房部分：包括电源开关、曳引机、控制柜、选层器、导向轮、减速器、限速器、极限开关、制动抱闸装置、机座等；（2）井道部分：包括导轨、导轨支架、对重装置、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、层楼显示装置等；（3）层站部分：包括层门、呼梯装置、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等；（4）轿厢部分：包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯及报警装置等2。2.3电梯的电力拖动系统2.3.1 电力拖动系统的功能电力拖动系统有五大功能，它们分别为：（1）在将电梯拖动过程中，能够自由随意控制电梯的起与停；（2）拖动电梯过程要平稳且停靠准确；（3）拖动系统遵循耗能低、效率高的原则；（4）电梯运行过程中无噪声、污染小（5）拖动系统易于维修、可靠性强2。2.3.2 常见的电力拖动方式随着科技的快速发展和人们生活水平的不断提高，电梯的电力拖动方式也在不断被改进，先进的拖动技术不断被技术人员应于于电梯拖动中。人们的日常生活离不开电梯，电梯技术的不断改进也使人们的生活更加便捷安全。目前我国的电梯的电力拖动方式主要有轿厢升降运动的电力拖动方式和轿门及门厅开关运动的电力拖动方式两种。2.4 电梯的控制系统设计电梯控制系统的关键在于控制。在电梯发展进程中，人们都在努力寻找更完善的电梯控制方式，电梯控制的完善将在很大程度上决定电梯系统的好坏，是电梯系统优劣的重要标准。电梯控制的对象主要是电梯拖动系统和电梯逻辑系统。电梯拖动系统中的交流电动机结构简单且易维护。交流电动机拖动系统由于是使用开环控制，虽然原理简单但其稳定性舒适性都较差，只是用于货运电梯，一般不用在载人电梯上。为解决交流电动机的这类缺陷，技术人员将涡流制动、能耗制动等技术用于电梯控制中，从而能够使电梯稳定性和舒适性提升。 电梯的逻辑控制按照电梯控制系统组成划分，可以分为继电器逻辑控制、PLC可编程控制、微机控制。传统的继电器控制系统只能完成既定的逻辑控制，定时和计数功能，即只能进行开关量的控制，线路复杂、故障率高、维护困难、控制装置体积大，因而适应性差；由于PLC主要是利用先进的计算机技术，它的各项功能是通过计算机软件来实现的。PLC是专为工业控制设计的，而微型计算机是为科学计算、数据处理等设计的，由于使用对象和环境不同，PLC更易适应工程现场的温度湿度，因为PLC的抗干扰能力更强,良好的适应性使得PLC控制电梯称为主流。因而，在现代电梯控制中，PLC已经成为电梯电气控制的主流。3. 可编程控制器PLC3.1 PLC的产生和发展美国电气制造商协会（NEMA）对PLC做如下定义：PLC是一种带有指令存储器、数字、或模拟量输入、输出（I/O）接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能，面向机器或生产过程的自动控制装置3。可编程程序控制器是随着科学技术的进步与生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，而产生、发展起来的一种新型工业控制装置3。世界上第一台新型控制器是由美国数字设备公司（DEC）在1969年率先开发出来的，并称之为“可编程序逻辑控制器”。早期的PLC硬件主要为分立元器件与小规模集成电路，指令系统、软件功能较简单，一般只能进行逻辑处理，但计算机的内部结构得到了简化，可靠性提高。进入20世纪后80年代，微处理器开始与PLC结合，这使PLC的功能得到增强，PLC的运行速度加快，同时更加可靠，而且还简化的编程，方便故障检测。20世纪80年代至90年代中期，PLC迎来了自己发展的巅峰期，其运算能力和接口能力都已相当成熟，在这个阶段，PLC在过程控制领域的某些方面甚至超过了DCS系统，逐渐占领了DCS系统的市场； 20世纪末期，PLC在工业控制中发挥越来越重要的作用，应用越来越广泛，此时的PLC基于应用和实践的基础研制出很多特殊功能的应用模块，这些模块方便了PLC与其他工业设备的接口配套4。现代PLC的强大应用能力，已经使得它成为现代工控的重要支柱。3.2 PLC的构成PLC硬件组成见图1所示，其中CPU模块是电梯的核心，PLC内部是通过总线连接5。输入模块CPU模块通信接口输出模块电源模块 接口模块其他设备其他PLC计算机扩展机架接触器电磁阀指示灯电源通信网络按钮选择开关限位开关电源图1 PLC构成结构图3.3 PLC 的工作原理PLC这一电子部件主体是电机，它主要是由继电器、输入端口、输出端口组成。PLC外部驱动对应其输入继电器；输出继电器则主要是由输出触点组成。此外，PLC内部的定时器、计时器等都是通过常开常闭触点来实现控制。PLC的工作主要由三部分完成，输入部分、控制部分和输出部分。PLC的输入通过PLC内部的控制部分来控制输出。输入部分主要对应控制系统的开关量。PLC的输入端口直接与这些输入量相连接，继而产生响应的输入信号。控制部分是用户根据控制要求进行的程序的设计编排，编写好的PLC程序可以存储在特定存储器中，PLC内部的CPU调用这些程序，从而实现控制并输出响应的输出信号。输出部分对应系统的继电器等，它们与PLC的输出端子相连，输出结果并显示。如图2所示，PLC 工作是循环扫描的形式。使用者先将程序导入CPU中，即进行输入处理；CPU逐条执行程序语句，即进行程序执行；执行完最后一句输出，即进行输出处理。之后再返回第一句。如此循环执行，直至整个程序结束。整个循环过程又被称作一个扫描周期，扫描周期主要由两个阶段。第一阶段是I / O刷新，在这个阶段，CPU读取PLC的输入，之后每次再重载入PLC输入变量，再输出新结果，并将其存储在内存中。第二阶段就是程序执行阶段，执行储存在CPU内部的程序，并按相应要求进行输出。由于PLC的工作是遵循循环扫描的运行模式，PLC自身的运行速度将会受到扫描周期的影响，扫描周期过长，则PLC处理大程序的时候显得过慢，严重阻碍的PLC的控制性能。而扫描周期长短的决定因素主要由下面三点决定：CPU 执行编程指令的速度，执行指令所需时间以及指令数量，即所编写的程序段大小。慢速控制系统对响应速度的要求不是很高，即使扫描周期长，也不会明显体现出PLC的处理速度慢的情况；但是对于快速控制系统，应对响应时间有着具体的要求，这就要求编程人员精指令的顺序，尽量精简程序，以此减少扫描周期对系统响应速度的影响。电源ON内部处理输入处理（输入传送、远程I/O）CPU运行方式？执行自诊断处理程序PLC正常？致命错误？存放自诊断错误结果CPU强制为STOP通信服务（外设、CPU、总线服务）更新时钟、特殊寄存器执行程序Y NNYSTOPRUN上电处理扫描过程 出错处理图2 PLC工作原理流程图3.4 PLC的I/0系统 （1）I/O响应时间：是指从PLC有输入信号到PLC输出新结果所需的时间，系统的I/O响应时间是可变的4。（2）I/0寻址方式：不论使用者选取的是单元式PLC还是模块式PLC，都必须将设定好的输入输出端口与PLC的I/O映像确立对应的关系，这种对应关系所对应的方式称为I/O寻址方式。I/O寻址方式有以下三种：固定的I/O寻址方式、开关设定的I/O寻址方式、用软件来设定的I/O寻址方式4。3.5 PLC特点(1)硬件的可靠性。PLC主要应用于工业设备，工作环境严酷，对PLC的质量要求很高。质量上乘的 PLC 能在强噪声、强电磁干扰、机械振动、湿度温度都很极端的环境中正常运行。在PLC硬件制作中，使用的都是优质器件，在选材后，通过安排布局和布置系统结构并适当加固，使它结构更稳定，此外，PLC制作工艺也很讲究，焊接拼装都有很高的标准，而且对PLC内部电路的处理都是高要求。4。（2）编程简单，使用方便。微机控制中的汇编语言编程难于理解，不易掌握，要求技术人员了解计算机编程。PLC 采用“自然语言”编程，直观易懂，便于技术人员的掌握。例如，PLC中的梯形图编程语言，即LAD图编程，梯形图清晰直观，便于理解，符合大众的看图习惯和绘图规则，易于电气技术人员掌握和应用。 （3）接线简单，通用性好。 PLC 接线是PLC的输入输出端口与外界器件接口的连接，传统继电器控制接线繁琐，不易拆装，PLC的接线是可以随着连接设备的具体执行要求的改变而改变，这样可以更适用，PLC的通用性好就体现在这。此外，在PLC的某一模块坏了之后，技术人员可以随时更换此模块，不会影响整个PLC工作。 （4）可连接为控制网络系统。PLC 连接网络系统高效且稳定。一种是低速传输网络，通信方式为主从通信方式，传输速率较低，几千波特至上万波特，传输距离为 5002500m；另一种是高速传输网络，通信方式是令牌通信，传输速率很高，1M10Mbps，传输距离为 5001000m，网上结点可达 1024 个。这两种方式可以互接，并共同连接PLC或者计算机，从而构成规模更大的局部网络6。（5）易于安装，便于维护。 PLC 具有安装简单，结构稳定的优点，PLC体积普遍较小，因而能装在空间较小的地方，通过编程指令的编写，技术人员可以PLC具体故障的报告，且维修时只需要插入响应模块即可，因此可以很方便的对故障处进行维修。3.6 PLC发展趋势虽然PLC的产生时间较晚，但是计算机和工业控制技术的发展，使得PLC也在不断改进，其发展趋势如下：(1)向功能智能化、设计专业化方向发展(2)向产品微型化、计算高速化、高性能方向发展;(3)有统一标准的程序; (4)与其他工业控制产品更加融合;(5)通信联网能力增强7。4.电梯PLC控制系统的硬件设计4.1 I/O分配控制系统的硬件主要分为两部分，即输入和输出。对于五层电梯系统来说，有23个输入口和20个输出口。输入口包括：一个启动按钮，五个行程开关，五个内呼按钮，八个外呼按钮，开关门按钮，以及开门到位关门到位这两个输入信号。输出口包括：五个楼层指示灯，五个内呼指示灯，八个外呼指示灯，电梯的上行下行指示灯。4.2 五层电梯的控制要求电梯模型共有五层，每一层均有轿厢所在楼层的指示灯显示。每层的楼厅均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯，轿厢内有内呼按钮。电梯对所在楼层情况和各种呼叫信号进行综合分析，从而决定自首运动情况。电梯具体控制要求如下：（1）电梯初始状态可以在任意一层。（2）当乘客外呼电梯时，电梯要运行至给楼层，停止并延时两秒开门，开门到位后，延时五秒后自动关门。（3）当乘客内呼电梯时，电梯运行至该楼层，电梯停止运行，门打开，延时五秒后自动关门止运行，门打开，延时五秒后自动关门。（4）在电梯运行过程中，电梯上升（或下降），下降（或上升）的信号全部屏蔽。（5）电梯正在运行时，开关门按钮都无效。电梯到达指定楼层停止运行后，按开门按钮电梯开门，按关门按钮电梯关门。5.电梯PLC控制系统的软件设计5.1 PLC梯形图介绍 梯形图语言（LAD）是一种图形语言，通俗易懂，应用广泛。梯形图类似传统电路图，延续了传统的读图习惯。梯形图排列顺序为自上而下、自左向右，左边的竖线叫做左母线，右边也有对应的右母线，然后按照要求进行触点（触点代表输入信号）的编排，最后以线圈（线圈代表输出信号）结束。触点和线圈组成网络。5.2用STEP7编写程序STEP7是用于S7-300/400PLC程序编程的软件。设计步骤一般分为两种，一种是先创建项目，先进行硬件的组态设计，之后创建程序并下载程序调试。另一种是创建项目后，先进行程序的创建，再硬件组态，最后下载程序调试，此处我选择的第一种设计步骤。图3所示为设计步骤示意图。设计自动化任务解决方案创建一个项目硬件组态创建程序硬件组态下载程序到CPU并调试创建程序选项一选项二 图3 自动化系统设计流程5.2.1创建S7项目点击左上角文件新建，进入CPU对话框，在对话框中输入项目名称，然后点击确定，完成项目的新建。创建过程如图4所示：图4 创建项目5.2.2插入SIMATIC 300工作站在项目中，工作站代表了PLC的硬件结构，并包含有用于组态和给各个模块进行参数分配的数据。如图5所示，在菜单栏中点击插入，选择SIMATIC 300站点，然后点击该站点即可完成SIMATIC 300工作站的插入。图5 插入SIMATIC工作站5.2.3硬件组态硬件组态，就是使用虚拟构造一个PLC，然后对其进行硬件配置7。所配置的数据以后可以通过下载传送到PLC。点击管理器中的图标SIMATIC 300（1），然后再点击硬件这一图标，则可以打开硬件配置窗口。双击SIMATIC 300下的RACK-300子目录下的Rail图标插入一个S7-300机架。建立导轨后，点击一号槽位，先插入电源模块，展开PS-300子目录，双击PS 307 2A模块，一号槽位只能放电源模块。选中二号槽位，在硬件目录内展开CPU-300下的CPU 313C子目录，选择6ES7 313-5BE01-OABO。3号位不需要放置连接模块，保持空缺。点击四号槽位，在硬件目录内展开SM-300板块，选中AI/AO-300下的SM334 AI4/A028/8Bit（订货号为6ES7 334-0CE01-0AA0），此模块由于已经存在输入和输出两种模块，故五号位不需要再插入输出模块。硬件组态好画面如图6所示。图6 在导轨中硬件组态5.2.4编辑符号表符号表示符号地址，在数据库中可以被调用。在项目管理器的S7程序（1）文件夹内，双击符号图标，即可打开符号表编辑器。定义相应的符号名、符号地址和数据类型，定义好的符号表如图7所示。图7 符号表5.2.5程序编辑在项目管理器的块文件夹内，双击程序块（如OB、FB、FC）图标，即可打开LAD/STL/FBD编辑器窗口，如图8所示。图8 程序编辑窗口在编辑器窗口添加FC1、FC2、FC3、FC4、FC5、FC6六个功能，整个系统由七个部分组成组成。OB1里编写的是启动程序，在点击启动按钮后，整个电梯即会进入运行状态。FC1里编写了楼层指示程序，指示电梯的当前位置，且位置指示灯也会亮。FC2为电梯内呼功能，乘客进入轿厢后，按下某一层的内呼按钮，电梯运行至内呼楼层。FC3表示门厅外呼功能，即乘客在门厅呼叫，电梯会移至乘客所在楼层并开门。FC4为电梯定向功能，电梯会根据电梯自身所在楼层以及内呼外呼信号来判断移动方向是上行还是下行。FC5表示开关门控制，此功能可以控制电梯的开门和关门情况。FC6表示电梯的运行，电梯准备好后，运行至指定楼层。运用STEP7编辑五层电梯LAD程序：(1)OB1（启动程序）：OB1为组织块，它是CPU的主循环，也是STEP7程序的主干8。如果PLC中编写程序比较简单，可以在OB1内编辑整个程序。此例中OB1中编写的是启动程序，点击启动后，电梯各个功能进入准备执行阶段，条件满足即可执行功能。梯形图见图9所示。图9 电梯启动梯形图（2）FC1（楼层指示程序）：FC1中编写的是楼层指示梯形图，电梯有五层，每层都有楼层指示灯，用以指示电梯楼层位置。以电梯一层为例，电梯在一层，电梯在一层指示灯会亮。梯形图见图10、图11。图10电梯在一楼梯形图图11 电梯在一楼指示灯（3）FC2（电梯内呼）：乘客在轿厢内呼叫电梯称作内呼。如图12、图13所示，是电梯内呼梯形图。电梯轿厢内共有五个内呼按钮。乘客按下内呼按钮后，内呼指示灯要亮，但电梯到达目标楼层后，内呼指示灯要熄灭。图12一楼内呼梯形图图13 一楼内呼指示灯（4）FC3（电梯外呼）：乘客在门厅呼叫电梯称为外呼。五层电梯外呼可分为三类，一楼只能向上呼，二楼三楼四楼有上呼和下呼两个方向，五楼只能向下呼。如图14、图15、图16、图17所示，分别为一楼外呼上、二楼外呼上、二楼外呼下、五楼外呼下梯形图。图14 一楼外呼上图15 二楼外呼上图16 二楼外呼下图17 五楼外呼下(5)FC4（电梯的定向）：电梯在一楼只有上行一个方向，二楼、三楼、四楼有两种运行方向，五楼只有下行一个方向。以一楼为例来说明电梯上行方向的确定，图18-a、图18-b、图18-c是电梯在一楼的上行方向确定梯形图，图19是电梯最终确定向上运行的梯形图，图20是上行指示灯的梯形图；以五楼为例来说明电梯下行方向的确定，图21-a、图21-b、图21-c是电梯在五楼的下行方向确定梯形图，图22是电梯最终确定向下运行的梯形图，图23是电梯下行指示灯的梯形图。图18-a电梯在一楼的上行方向确定图18-b电梯在一楼的上行方向确定图18-c电梯在一楼上行方向确定图19上行方向确定图20 上行指示灯图21-a电梯在五楼的下行方向确定图21-b电梯在五楼的下行方向确定图21-c电梯在五楼的下行方向确定图22下行方向确定图23下行指示灯(6)FC5（电梯开关门）：当电梯停止运行且停在楼层固定位置后，电梯延时2S自动开门。当开门到位后，自动开门继电器复位，电梯延时5秒自动关门。关门到位后，电梯的关门继电器也复位。图24、图25是电梯开门梯形图，图26是开门定时器复位，图27、图28是电梯关门梯形图，图29是电梯关门定时器复位。图24 自动开门定时器图25 电梯开门图26 自动开门定时器复位图27 自动关门定时器启动图28 电梯关门图29自动关门定时器复位（7）FC6（电梯的运行）：电梯关门到位且满足上行方向条件后，电梯上行。下行也同理。图30为电梯上行梯形图。在电梯关门到位后，如果电梯上行方向也确定了，那么电梯就启动上行继电器上行。电梯下行同理。图30 电梯上行5.3用PLCSIM调试程序PLCSIM是一个PLC的仿真软件，它能够在PG/PC上模拟S7-300、S7-400系列CPU的运行。在SIMATIC Manager中可以像对真实的硬件一样，对模拟CPU进行程序下载、测试和故障诊断9。我们运用PLCSIM来对上述的梯形图进行仿真调试，以初步判断编写的程序是否有错，并在此基础上进行优化补充，从而使梯形图程序更能满足控制要求。5.3.1调试前的准备在进行调试前，首先要将程序及硬件组态信息等下载到PLC的CPU中。首先，在下载之前，程序必须完成编译正确；其次，CPU必须处于STOP或RUN-P工作模式下。在完成上述准备后，启动SIMATIC管理器，如果未连接PLC进行仿真调试，则在SIMATIC管理器中打开项目，单击仿真按钮，启动PLCSIM仿真程序，将CPU工作模式开关切换到STOP模式，在项目窗口中选中要下载的工作站SIMATIC 300(1),单击下载按钮将整个S7-300下载到PLC10。调试即调试程序，通过调节插入的输入量IB和输出量QB实现控制的。图32为仿真界面。进入仿真界面，首先插入足够的输入变量IB、输出变量QB以及中间继电器和定时器,IB的插入地址为0、1、2、3，QB插入地址为4、5、6、7。图31 PLCSIM 仿真界面打开OB1程序，点击监视按钮，激活监视状态，再将仿真界面的CPU模式开关转换为RUN模式，开始运行程序，处于绿色实线表示程序可运行，蓝色虚线表示程序不可运行11。5.3.2在仿真环境下调试程序图32为电梯启动后运行的梯形图程序。勾选I0.0,则会看到下图运行画面，即点击了启动按钮后，电梯进入运行状态，电梯的六个功能进入准备运行阶段。图32电梯启动梯形图现假定一名乘客在一楼想去四楼，由于电梯在一楼，先勾选I0.1，即点击一楼行程开关，则看到“电梯在一楼”有能流通过。同时电梯在一楼指示灯也亮，即电梯此时在一楼。图33 电梯在一楼由于电梯在一楼，启动自动开门定时器，电梯开门，如图34、图35所示。乘客进入电梯后，按下四楼内呼按钮，即勾选I2.3，“四楼内呼”中的输出有能流通过，且四楼内呼指示亮，如图36所示。此时乘客是由一楼上行到四楼，电梯上行方向确定，如图37-a、图37-b所示。图34 自动开门定时器启动图35 电梯开门图36 乘客内呼四楼图37-a 一楼至四楼上行方向确定图37-b 一楼至四楼上行方向的确定电梯到达四楼过程中，电梯经过二楼，所以点击二楼行程开关，此时电梯在一楼指示灯熄灭（同理，后面的二楼三楼指示灯也是会及时灭），如图38所示。图38 电梯一楼指示灯熄灭电梯到达四楼后，自动开门定时器启动，电梯开门 ，如图39、图40 所示。开门到位后，开门继电器断开，自动开门定时器复位，同时关门定时器动作，电梯关门。如图41、图42所示。关门到位后，自动关门定时器复位，如图43所示。图39自动开门定时器动作图40 电梯开门图41 自动开门定时器复位，自动关门定时器动作图42 自动关门图43 自动关门定时器复位此时电梯在四楼，若二楼有另一乘客要去五楼，则勾选I1.1，即二楼外呼上有输入，表明乘客按了二楼外呼上按钮，如图44所示。电梯此时是由四楼到二楼，运动方向为下行，如图45-a、45-b所示。电梯到达二楼后，电梯开门,如图46、47所示。此时二楼的乘客进入电梯，电梯关门，如图48、49所示。之后乘客在轿厢内点击五楼内呼按钮，五楼内呼指示灯亮，如图50。此时电梯由二楼到五楼，上行方向确定，如图51-a、51-b所示。之后电梯启动，上行到五楼,电梯开门，如图52、53、54所示。图44 二楼有外呼图45-a电梯在四楼下行方向确定图45-b 电梯在四楼下行方向确定图46自动开门定时器动作图47 电梯开门图48 电梯关门图49 关门定时器复位图50 乘客五楼内呼图51-a电梯在二楼上行方向确定图51-b 电梯在二楼下行方向确定图52 电梯上行电梯到五楼后，自动开门定时器启动，然后自动开门。如图53、54所示。图53自动定时器动作图54 电梯在五楼开门6电梯的监控运行6.1组态王介绍组态王软件，是一种工业控制仿真软件13。它的优点众多，适应性适用性都很强，结构扩展方便，程序易于开发。通常组建好的系统可以划分为三部分，分别为控制层、监控层、管理层。其中监控层在中间，下面连着控制层，上面连着管理层，它不但具有实时监控现场的功能，还在自动控制系统中完成传达指令、开发组态中起作用。组态软件提供了可共试验者监控的画面，给试验者实时现场监控带来方便。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，由设计者设计所需的控制画面，并通过动画连接来组态仿真，从而实现控制设备的状态显示，可便利的生成各种报表14。6.2电梯PLC控制系统的组态仿真 6.2.1图形界面的设计 使用组态王工程管理器新建一个组态工程后，进入组态王工程浏览器，创建如图55所示的组态画面。图55五层电梯组态设计画面6.2.2设备配置，构造数据库 首先配置好设备，如图56所示。设备根据S7-300的符号表在数据词典中定义组态画面中要涉及的输入输出量，从而构造出组态仿真所需的数据库15，如图57所示。图56 设备配置图57数据词典6.2.3建立动画连接 以I00启动按钮为例，点击I00所对应的连接单位，弹出对话窗口后，在变量名一栏选择I00，即可完成相应的动画连接，图58为I00动画连接的画面。图58动画连接6.2.4运行和调试运行组态王后，在开发系统界面中右击切换到运行系统VIEW，运行五层电梯的监控系统。同时，将PLC的运行模式由STOP转为RUN16。现假设一楼有一名乘客要去四楼，此时电梯在一楼。按下启动按钮、一楼行程开关，则会看到启动按钮指示灯、一楼指示灯亮。乘客开门进入电梯。如图59所示。图59电梯在一楼开门乘客进入电梯后，选择四楼内呼按钮，四楼内呼指示灯亮。按下关门到位，电梯上行，上行指示灯亮，如图60所示。电梯上行，到达四楼后电梯开门，按下开门到位按钮，乘客离开电梯。如图61所示。图60乘客在一楼内呼四楼图61电梯到达四楼开门此时另一名乘客在二楼，想去五楼。按下二楼外呼上按钮后，由于此时电梯在四楼，所以在关门到位后电梯下行，如图62所示。电梯下行至二楼后，电梯门打开，乘客进入电梯，如图63所示。图62二楼乘客外呼四楼图63电梯下至二楼开门在轿厢内，乘客按下五楼内呼按钮，五楼内呼指示灯亮。在关门到位后，电梯上行，上行指示灯亮，如图64所示。上行至五楼后，电梯到站，自动开门，乘客到站出门，如图65所示。图64电梯从二楼上至五楼图65 电梯上行至五楼开门7.总结本系统以西门子PLCS7-300为核心，利用PLC的强大控制功能，实现对五层电梯系统的模拟控制，并在程序调整无误的情况下，应用组态王6.53进行组态仿真，形象地表现出五层电梯系统的运行过程。在此控制系统设计中，梯形图是最核心的要素。梯形图可以体现五层电梯的运行过程，梯形图的设计必须基于五层电梯的控制要求。通过PLCSIM仿真软件进行仿真调试以及组态王的组态仿真，体现出此PLC控制系统在适应性、准确性、可靠性上都能满足最初设计要求，表明该设计方案是可行的。 由于PLC具有接线简单、编程直观、扩展容易的特点17，当需要设计更高层电梯系统时，硬件接线上相应加上输入输出信号，原来接线不变，软件上只需在此设计基础上加上相应功能，即可设计出更高层电梯的控制系统，这体现出PLC强大的应用和适应能力。但PLC的发展之路仍然漫长，PLC需要向高速化、专业化方向发展，并不断完善自身功能，与其他工控软件更加融合。参考文献： 1 张汉杰 王锡仲 朱学莉 现代电梯控制技术 哈尔滨工业大学出版社 20012 李惠昇 电梯控制技术 机械工业出版社 20083 张运刚 宋小春 郭武强 从入门到精通西门子S7-300/400PLC技术与应用 人民邮电出版社 20074 胡健 西门子S7-300PLC应用教程 机械工业出版社 20075 龚仲华 S7300/400系列PLC应用技术 人民邮电出版社 2011 6 巫莉 电气控制与PLC应用 中国电力出版社 2008 7 冯太合 陈宇驹 西门子S7300系列PLC及应用软件STEP7 华南理工大学出版社 20048 刘锴 周海深入浅出 西门子S7300PLC北京航空航天大学出版社 20049 杨长能 可编程控制器的基础及应用 重庆大学出版社 199910 从谦 PLC技术及应用 机械工业出版社 2002.5511 Ricardo Gudwin , Godmide , Marico (1988) A Fuzzy Elevator Group Controller With Linear Context Adaptation IEEE World Congress On Computational Intelligence. 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