基于西门子s7-200plc的四层电梯及组态监控的设计

基于西门子s7-200plc的四层电梯及组态监控的设计内容摘要：

C 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。 ③ PLC 有较高的易操作性 ，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。 ④ PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。 采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 ⑤ 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。 ⑥ PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。 例如，采用软件滤波；软件自诊断；简化 编程语言等。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 6 ⑵ 易操作 ① 操作方便。 对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。 大多数 PLC 采用编程器进行输入和更改的操作。 ② 编程方便。 PLC 有多种程序设计语言可供使用。 对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。 ③ 维修方便。 PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。 当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位 ，以便维修。 ⑶ 灵活性高 ① 编程的灵活性。 PLC 采用的编程语言有梯形图、助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。 编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 ② 扩展的灵活性。 PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。 它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 ③ 操作的灵活性。 操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。 课题 的 目的、 意义 以 前 ，我国住宅楼电梯大部分是采用继电器控制的，由于控制线路复杂、体积大、故障率高而且难于维护，使电梯难以达到安全、稳定、可靠的 基本要求，事故时有发生。 鉴于继电器控制存在着上述的种种弊端， 将 PLC 应用于电梯控制，收到了良好效果。 可编程控制器应用于电梯控制， 用软件编程替代原有继电器硬件布线控制，使控制系统具有了极大的柔性和通用性。 同时，由于 PLC 功能齐全、应用灵活，能够满足电梯控制的要求而且具有抗干扰性能强、操作方便、维护简单等特点，使得系统可靠性大大提高。 因此，本系统采用 西门子公司的小型 PLC 系列 S7－ 200中的 STEP7Micro/ 编程软件。 随着计算机技术、控制技术和网络技术的发展，现在的电梯 系统都倾向于采用先进、实用、可靠的 PLC 来进行控制，这样能 提高电梯系统的经济性、可靠性及可维护性。 在工业自动化领域中，自动化设备的应用很多都离不开监控系统。 使用监控系沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 7 统对工业自动化生产过程实施监控，即使不深入现场，也能了解设备状况，分析设备问题，并且能够记录设备的各种信息。 另外，还能及时发现问题并解决，从而完善生产的环节。 因此，本系统 就是 采用 MCGS 组态监控软件 进行监控 ， 此软件 操作简单，可视性好， 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、功能全面的 监控系统。 在现实生活中， 操作者 还可通过以太网或其它办公信息网络等对电梯 设备进行在线监控，从而达到远程维护的目的 ，这样既节省人力和财力，又能及时发现问题并解决。 主要研究内容 本次设计主要 是 利用 可编程序控制器（ PLC）控制一个四层电梯， 首先进行硬件设计，包括 CPU 处理模块、扩展模块、资源分配以及外部接线等，然后 在硬件设计的基础上， 选用西门子公司 的 STEP7－ Micro/ 编程软件 进行了设计，设计出系统的程序流程图及梯形图程 序，并对系统进行了分析和调试， 实现了电 梯的自动 控制。 并且用 上位机 MCGS 组态软件进行 监控 ， 检验 电梯 PLC 控制系统的运行情况， 从而 达到对电梯的监视控制。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 8 2 电梯系统 总体设计 电梯 的 外部 结构 及控制要求 图 电梯外部结构 由上图可知， 电梯由安装在各楼层电梯口的上升 、 下降呼叫按钮，电梯轿厢内楼层选择按钮，上升下降指示，各楼层到位行程开关组成。 当 电梯在上升的过程中只响应向上的呼叫，在下降 的过程中只响应向下的呼叫，电梯向上或向下的呼叫执行完成后再执行反向呼叫。 另外 电梯 还具有楼层显示、呼叫记忆、内选呼叫指示等功能。 本系统设计的 电梯 达到如下 要求 ： 行车方向由内选信号决定 ， 顺向优先执行 ；行车途中如遇呼梯信号时 ， 顺向截车 ， 反向不截车 ； 内选信号、呼梯信号具有记忆功能 ， 执行后解除 ； 内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均有 信号灯指沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 9 示 ；楼层显示灯亮表示轿厢停于该层，灯灭表示电梯 离开该层 ； 无 呼梯 时 ， 5S内没有人呼梯，电梯停止运行 ； 行车时不能手动开门或本层呼梯开门 ， 开门不能行车。 方案选择 系统总 体逻辑框图 ，如 图 所示。 图 系统总体逻辑框图 硬件方案的确定 PLC 种类 繁多，虽然功能和指令不尽相同，但结构与工作原理则大同小异。 通常 PLC 由主机、输入 /输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 根据 此次 电梯控制系统的要求，我选用了德国 西门子 公司 推出的 小型PLC 系列 S7200，它具有可靠性高、体积小、扩展方便，使用灵活的特点。 此系统为多点输入、 多点输出， CPU 选择 224 系列 ，扩展 模块选用 EM223。 软件方案的确定 本系统 选用 STEP7Micro/ 版编程软件，是因为它比以往的编程软件功能更新、更强， 支持 32 位的 Windows9 Windows9 Windows NT、 Windows XP使用环境 ， 并且具有 易于操作， 界面一致性好， 简单易学 的特点。 使用该软件时需要一根连到计算机串行通讯口的 PC/PPI 电缆，其通讯参数的配置可以在安装软件结束时或在运行时进行。 现场信号 小型 S7200 扩 展模块EM223 组态监控 电梯 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 10 监控系统的确定 MCGS(Monitor and Control Generated System，通用监控系统 )是一套用于快速构造和生成 计算机 监控系统的组态软件，能够在 Windows 平台上运行。 另外， MCGS充分利用 windows 图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，在自动化领域有着更广泛的应用。 因 比以往使 用专用机开发的工业控制系统更具通用性， 所以 选用 MCGS 组态软件 制作人机对话界面， 检验电梯 PLC 控制系统的运行情况。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 11 3 电梯系统 硬件 的 设计 PLC 结构及工作原理 PLC 的基本结构 ： 一般 PLC 分为箱体式和模块式两种。 但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC 有一块 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。 对模块式 PLC 有 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。 无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进 行扩展与组合。 PLC 的基本结构框图如图 所示。 图 PLC 基本结构框图 PLC 的 工作原理 ： 当 PLC 运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但 CPU 不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。 由于 CPU 的运算处理速度很快，所以从宏观上来看， PLC 外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。 这种串行工作过程称为 PLC 的扫描工作方式。 用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下 ，按程序存储顺序的先后逐条执行用户程序，直到程序结束。 然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。 如图 ： PLC采用集中采样，集中输出的工作方式，减少了外界干扰的影响。 沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 12 图 PLC扫描 工作 原理图 PLC工作过程分三个阶段进行，即 输入采样、程序执行和输出刷新。 以下详细叙述 PLC三个阶段的工作过程： PLC在输入采样阶段： 以扫描方式依次地读入信号的通 /断状态，并将它们存入存储器输入暂存区的相应单元内，这部分存储区也特别地称为输入映像区。 在读输入结束后， PLC转入用户程序执行阶段。 PLC 在程 序执行阶段： 按照先后顺序扫描执行每条指令，从输入映像存储区中读取输入状态，根据用户程序进行逻辑运算，将不断得到运算结果，而运算得到的结果是将其对应地先存入输出暂存区（输出映象区）的相应单元中，直到用户程序全部被执行完。 本扫描周期内的程序执行阶段结束后， PLC 转入写输出阶段。 输出刷新阶段：当所有的指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器等）输出，驱动相应输出设备工作。 在此期间 PLC 根据输出映像区中的对应状态刷新所有的输出锁存电路，再经隔离驱动到输出端子 ，向外界输出控制信号，这才是 PLC 的实际输出。 为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令， PLC 在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。 每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和 CPU 等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者沈阳航空工业学院北方科技学院毕业设计（论文） 13 一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。 此时， PLC 立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。 诊断结束后，如没发现故障， PLC 将继续往下扫描，检查 是否有编程器等的通信请求。 如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。 处理完通信后， PLC 继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。 然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。 PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作。 系统的 CPU 处理模块 基本 CPU 单元选用的是 CPU224，性能如下： 2048 程序存储器； 2048 数据存储器； 14 点输入， 10 点输出；可扩展 7 个模块 ； 128 个定时器； 128 个计数器； 4 个硬件中断、 1 个定时器中断；实时时钟；高速计数器；可利用 PPI 协议或自由口进行通信。 由于 CPU224 的输入和输出点不能满足设计的要求，因此还添加了扩展模块 ，扩展模块 选用的 是 EM223 继电器型 ， 性能如下：输入电压 24V； 8 点 输入 、 8 点输出 ； 额定负载电压 24VDC/24V～ 230V AC； 允许范围 ～ 30V DC/20～ 250V AC；输出电压 L177。 每组电流总和 8A； I/O 端子 可拆卸 ； 背板总线消耗电流 80mA；功耗 3W。 系统的 端口分配及功能表 对于 PLC 电梯控制系统的输入、输出点 必须进行合理的配置。 基本的输入显示功能有 ：一层内选指示、二层内选指示、三层内选指示、四层内选指示、一层上呼指示、二层上呼指示、三层上呼指示、二层下呼指示、三层下呼指示、四层下呼指示、一层楼层指示、二层楼层指示、三层楼层指示、四层楼层指示、 低脉冲按钮、直线启动按钮 共 16 个点。 基本的输 出 显示功能有：一层内选指示、二。