基于s7-300的电梯控制系统论文

基于s7-300的电梯控制系统论文内容摘要：

数字量输入模块（ DI），数字量输出模块（ DO），模拟量输入模块（ AI），模拟量输出模块（ AO），在本论文中，主要应用 DI 与 DO 模块。 本文中根据 I/O 点选择一个 32 路的数字量输入模块和一个 32 路的输出模块。 接口模块（ IM）：用于连接主机架和扩展机架。 一般工业上常用 IM1532 作为分站通过 PROFIBUSDP 与主站进行通讯。 在分站中， IM 模块位于分站的第二个槽。 图 为 ET200 的分站，包含各种输入输出模块。 在本文中并不需要扩展机架，所以该模块在本文中不需要选型。 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 7 页 共 28 页 图 22 ET200 的分站图 功能模块（ FM）：用于计数、定位和闭环控制系统。 通讯模块（ CP）：用于 PLC 之间， PLC 与计算机和其他智能设备之间的通信。 S7300 在机架上的排列如图 23 图 23 S7300 模块在机架上的排列 本文的 PLC 模块选择如表 21 模块名称 模块型号 订货号 电源模块 PS 307 5A 6ES7 3071EA000AA0 CPU模块 CPU 312 6ES7 3121AD100AB0 数字量输入模块 DI32xDC24V 6ES7 3211BL002AA0 数字量输出模块 DO32xDC24V/ 6ES7 3221BL000AA0 表 21 第 4 节 S7300 软件系统介绍 STEP7 的安装与使用 STEP7 是西门子的编程软件，也称为西门子的标准工具。 STEP7 用于对整个控制系统（包括 PLC、 I/O、 HML、驱动装置和通信网络等）进行组态、编程和监吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 8 页 共 28 页 控。 它具有以下功能： 组态硬件，即在机架中放置模块，为模块分配地址和配置模块的参数。 组态通信连接，定义通信伙伴和连接特性。 使用编程语言编写用户程序。 下载和调试用户程序，启动、维护、文件建档、运行和故障诊断等功能。 在本文中安装的 STEP7 版本为 ,安装该软件中应该注意的几个问题： 安装西门子的软件 时可能会出现“ ssf 文件错误”的信息，这是安装包的文件夹为中文，更改为英文名称即可。 包括之后安装 PLCSIM 和 WINCC 的时候同样适用。 如果在安装过程中出现“ Please sestart Windows before installing new programs” (安装新程序前请重新启动 Windows)，这时需要删除注册表中相应的键值，位于HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Control\SessionManger，在右边栏里找到 PendingFileRenameOperations，将其删除。 就可以不需要重新启动系统就可以安装软件了。 西门子自动化软件的安装顺序。 用户必须先安装 STEP，再安装上位机组态软件 WINCC。 PLCSIM 的安装与使用 S7PLCSIM 是西门子公司开发的可编程控制器模拟软件，它在 Step7 集成状态下实现无硬件模拟，也可以与 Step7 环境下实现上位机监控模拟。 本文中安装的 PLCSIM 版本为。 WINCC 的安装与使用 WINCC 是一款上位机的过程监控软件，在安装 WINCC 前需要 SQL 数据 库系统作为前置条件，本文中安装的 WINCC 版本为 V6_SP3，数据库系统为SIMATIC_SQL_SP3。 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 9 页 共 28 页 第 3 章、基于 S7300 的电梯控制系统设计 第 1 节 总体设计 控制系统的目标 根据提出的电梯控制要求，绘制控制流程图，分配 I/O 点、通过 SIMATIC manger 完成硬件组态，利用梯形图（ LAD）编写程序实现电梯控制，通过 PLCSIM实现模拟调试。 实现 WINCC 组态软件与 PLCSIM 模拟的 PLC 进行通讯，并通过 WINCC 对电梯控制系统进行控制。 控制系统的方案 根据控制系统实现的总体目标，电梯控制系统的总体结构图如图 ，电梯系统主要实现电梯外部呼叫信号、内部呼叫信号的检测和电梯的上行、下行以及相关操作的外部显示输出。 利用 S7300 编写程序来完成对电梯的控制要求，并且利用 WINCC 与 PLC 之间的通讯以及组态画面来实现对电梯控制系统的监控。 当电梯有外部呼叫信号或者是内部呼叫信号时，能够通过 PLC 来响应控制，并且同时在上位机的监控画面上显示电梯的运行状况。 W I N C C 监 控系 统S 7 3 0 0电 梯 系 统M P I 通 讯硬 接 线 接 入 输 入 输出 模 块图 3 . 1 电 梯 控 制 系 统 的 总 体 结 构 图 第 2 节 S7300 电梯控制系统的总体介绍 电梯控制的要求 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 10 页 共 28 页 （ 1）首先在开始的时候，电梯处在任意的一层。 （ 2）当有外部呼叫信号时，电梯响应该外部呼叫信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时 5S 后自动关门。 （ 3）当有内部呼叫信号时，电梯响应内部呼叫信号，到达该楼层时，电梯停止运行，电梯门打开，延时 5S 后自动关门。 （ 4）当电梯运行过程中，电梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外部呼叫信号均不响应，但如果反方向外部呼叫信号前方向无其他内部、外部呼叫信号时，则电梯响应该外部呼叫信号，但是不影响二层向下的外部呼叫信号。 同时，如 果电梯到达三层，如果四层没有任何呼叫信号，则电梯可以响应三层向下外部呼叫信号。 例如：电梯到达三楼，如果这时二层向下信号发出，电梯向下运行，这时再按四层向下信号则无反应。 （ 5）电梯具有最远反向外部呼叫响应功能。 例如：电梯在一层，而同时有二层向下外部呼叫信号，三层向下外部呼叫信号，四层向下外部呼叫信号，则电梯优先去四层响应四层向下外部呼叫信号，即电梯首先到达四层口开门，等用户进入后再下降至三楼，直至到一楼。 （ 6）电梯没有到达平层或者运行过程中，开门按钮和关门按钮都不起作用。 电梯到达平层并且停止运行后，按开门 按钮电梯门打开，按关门按钮电梯门关闭。 I/O 点数的分配 电梯逻辑控制的核心是 PLC，哪些信号需要输入到 PLC，而 PLC 又需要驱动哪一些负载，以及采用何种编程方式，这些都会影响到内部 I/O 点数的分配，因此 I/O 点数的分配是设计整个 PLC 电梯控制系统首先需要规划的问题，输入输出分配表如表 31。 序号 名称 输入点 序号 名称 输出 点 1 一层内部呼叫 1 一层内部呼指示 2 二层内部呼叫 2 二层内部呼指示 3 三层内部呼叫 3 三层内部呼 指示 4 四层内部呼叫 4 四层内部呼指示 5 一层外部呼叫向上 5 一层外部呼叫向上指示 6 二层外部呼叫向下 6 二层外部呼叫向下指示 7 二层外部呼叫向上 7 二层外部呼叫向上指示 8 三层外部呼叫向下 8 三层外部呼叫向下指示 9 三层外部呼叫向上 9 三层外部呼叫向上指示 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 11 页 共 28 页 10 四层外部呼叫向下 10 四层外部呼叫向下指示 11 开门 开关 11 电梯上行 12 关门开关 12 电梯下行 13 一层平层 13 门电机开 14 二层平层 14 门电机关 15 三层平层 15 电梯上行指示 16 四层平层 16 电梯下行指示 17 开门限位 18 关门限位 19 电梯上升极限位 20 电梯下降极限位 表 31 地址分配 电梯系统流 程图 按照控制要求先画出程序流程图（如图 ）。 电梯完成一次呼叫任务响应的步骤分以下几步： 电梯检测到轿厢内或轿厢外的呼叫信号后将此楼层与轿厢所在楼层的信号进行比较，然后选择运行方向。 电梯开始启动，通过直流电动机拖动轿厢运动，直到到达目标层。 平层之后，经过开门，开至开门限位，再经过一定延时后关门。 继续响应其他呼叫，进行下一次的呼叫任务响应。 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 12 页 共 28 页 初 始 化是 否 外 部 呼 叫 是 否 内 部 呼 叫目 标 与 本 层 是 否 同 层选 择 运 行 方 向运 行监 测 楼 层是 否 目 标 层总 开 关 是 否 断 开开 始停 止等 待否否是否是是是是否否 图 32 电梯控制系统流程图 第 3 节 电梯控制系统的 PLC 程序设计 硬件 组态的设计 英语单词“ Configuring”（配置、设置）一般翻译为“组态”。 集成在 STEP7中的硬件组态工具 HW Config 用于自动化工程使用的硬件进行配置和参数设置。 硬件组态的任务就是在 STEP7 中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统，组态的模块和实际的模块的插槽位置、型号、订货号和固件版本号应完全相同。 硬件组态还包括生成网络、生成网络中各个站点和它们的模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数赋值。 硬件组态包括下列内容： 1）系统组态：从硬件目录中选择机架，将模块分配给机架中的插槽。 用接口 模块连接多机架系统的各个机架。 对于网络控制系统，需要生成网络和网络上的站点。 在本文中只需要一个机架，所以不需要接口模块来扩展机架。 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 13 页 共 28 页 2） CPU 的参数设置：设置 CPU 模块的多种属性，例如启动特性、扫描监视时间等，设置的数据储存在 CPU 的系统数据中。 如果没有特殊要求，可以使用默认的参数。 3）模块的参数设置：定义模块所有的可调整参数。 组态的参数下载后， CPU之外的其他模块的参数一般保存在 CPU 中。 在 PLC 启动时， CPU 自动地向其他模块传送设置的参数，因此在更换 CPU 之外的模块后不需要重新对它们组态和下载组态信息。 本文中，系统的硬件组态步骤： （ 1）首先新建一个 S7300 的站点，然后双击 Hardware（硬件组态）图标，进入硬件组态窗口。 （ 2）选择 rack（机架），生成机架，在机架上放置相应的模块。 （ 3）根据先前所选择的模块，依次添加相应型号的电源模块， CPU 模块，数字量输入模块和数字量输出模块，并对相应的参数进行修改。 （ 4）保存硬件组态配置，并将它下载到 PLC 中。 本系统的硬件组态如图 33。 图 33 硬件组态 STEP7 符号表生成 为了将输入、输出各个地址都标注出每一个变量的含义，用 符号表生成输入、输出地址，符号表如图 34。 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 14 页 共 28 页 图 34 符号表 厢门开关的控制程序 厢门作为电梯的一个重要组成部分，厢门的开关需要较高的安全性和控制条件，厢门的开门条件根据每一层具体情况来控制。 在二层和三层时需要具体考虑各个信号，对于想要到达该楼层的内部呼叫信号可以立即响应开门，对于外部呼叫信号会根据控制要求来判断是否允许。 例如用户在二层外部按向下按钮，只有二层向下运行响应允许并且电梯到达该楼层，厢门才可以打开，这就满足了控制要求中的第 5 条。 而开门复位的条件是开门到限位和关门按钮按下时。 （厢门开关的控制程序为图 35） 厢门关门的条件限制条件是只要求关门请求、或者开门后 3 秒，这两个条件任意一个即可关门。 吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 15 页 共 28 页 图 35 厢门打开的程序图 电梯指示灯的控制程序 电梯指示灯就是电梯外部内部对电梯状态的一种表示，采用指示灯显示，可以标识出电梯的运行方向还有楼层位置，另外还可以在 WINCC 组态界面上查看电吉林大学远程教育 13届本科生毕业论文（设计） 第 16 页 共 28 页 梯的运行状态。 按照上面所说的控制要求，电梯各层内部呼叫指示灯，在相应内部呼叫按钮按钮按下时候点亮，到达该层并且门电机打开后熄灭。 各楼层的外部呼叫指示灯点亮的条件也是相应外部呼叫按钮按下 ，而熄灭的条件是满足响应、到达该楼层和门电机打开这三个条件的并。 响应允许标志是根据前面所提到的控制要求指定的，比如二层外部呼叫向下指示灯的响应的允许标志只有在以下两种情况之下为导通： （ 1）电梯向下运行。 （ 2）电梯上行但是三、四层没有任何请求并且二层没有外部呼叫向上的请求。 图 36 为电梯二层外部呼叫向下允许标志 图 37 二层外部呼叫向下指示灯点亮程序 电梯外部还有电梯向。