基于S7—300与WinCC 的电梯控制系统设计.doc

广西工学院 毕业设计 论文 说明书毕业设计 论文 说明书 课题名称课题名称 基于 S7 300 与 WinCC 的 电梯控制系统设计 格式不对 中 英文 系 别 电子信息与控制工程系 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2010 年 5 月 15 广西工学院 2009 届毕业论文 基于 PIC 多路信号处理系统设 计 第 页 摘要 在高层建筑不断兴起的今天 电梯已成为人类不可缺少的运输工具 目前 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 本文采用 PLC 进行控制 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 本文介绍了利用 S7 300 实现的一个五层电梯的控制系统 检验 电梯 PLC 控制系统的运行情况 利用 WinCC 监控系统的运行 达到方便 直观的效果 且易于系统的维护 实践证明 PLC 可编程控制器和 WinCC 组态软件结合有利于 PLC 控 制系统的设计 检测 具有良好的应用价值 关键词 PLC S7 300 WinCC 五层电梯 广西工学院 2009 届毕业论文 基于 PIC 多路信号处理系统设 计 第 I 页 Abstract In today s high rise buildings continue to rise the lift has become an indispensable means of transport in the human At present most residential buildings elevator control relay is used as control circuit complex bulky and difficult to maintain high failure rate so that the lift difficult to achieve security stability reliable basic requirements of accidents Given the existence of relay control all these drawbacks this paper adopts PLC control As the PLC fully functional application flexibility to meet the requirements of elevator control but also has strong anti interference performance convenient operation simple maintenance etc makes the system reliability are increased This paper describes programming S7 300 for a five story elevator control system PLC control system test elevator operation Using WinCC and control system interface for convenience visual effects and easy system maintenance Proved PLC programmable controller and the combination of the WinCC configuration software design of PLC control systems detection has a good value Key words PLC S7 300 WinCC five elevator control system 广西工学院 2009 届毕业论文 基于 PIC 多路信号处理系统设 计 第 II 页 目目 录录 1 1 绪绪 论论 1 1 1 2 研究的意义 2 1 3 研究的重点 难点及创新点 2 1 3 1 研究重点 2 1 3 2 研究难点 2 1 3 3 创新点 3 2 2 在哪在哪 2 1 1 PLC 的特点 4 2 1 2 PLC 的工作原理 4 2 2 S7 系列 PLC 的简介 7 2 2 1 S7 300 的概述 7 2 2 2 S7 300 的组成部件 7 2 2 3 I O 模块地址的确定 8 2 3 STEP 7 编程软件简介 10 2 3 1 STEP 7 的编程功能 10 2 3 2 STEP 7 的硬件组态与诊断功能 10 3 3 五层电梯控制系统的设计五层电梯控制系统的设计 1111 3 1 电梯控制要求 11 3 1 1 电梯控制过程 11 3 1 2 电梯控制系统总体流程图 12 3 2 控制界面的设计 12 3 2 1 WinCC 界面设计 13 3 2 2 组态界面通讯设置 16 3 3 系统程序设计 17 3 3 1 硬件初始化与组态设置 17 3 3 2 系统程序的编辑 18 4 4 综合调试综合调试 2323 4 1 程序的载入 23 4 2 系统界面监控 25 结束语结束语 3030 致谢致谢 3131 附录附录 3333 附录 1 WINCC 控制界面 33 附录 2 控制系统梯形图 34 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 0 页 1 绪 论 随着社会的不断发展 楼房越来越高 而电梯成为了高层楼房的必须设备 电梯从手柄 开关操纵电梯 按钮控制电梯发展到了现在的群控电梯 为高层运输做出了不可磨灭的贡献 进入九十年代 随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用 人们对电梯的安全性 可靠性 的要求越来越高 继电器控制的弱点就越来越明显 可编程序控制器 PLC 是根据顺序逻辑控 制的需要而发展起来的 是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置 鉴于其种 种优点 目前 电梯的继电器控制方式已逐渐被 PLC 控制代替 同时 由于电机交流变频调 速技术的发展电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速 因此 PLC 控制 技术加变频调速已成为现代电梯行业的一个热点 1 1 历史背景 电梯 elevator lift moving staircase 一种以电动机为动力的垂直升降机 装有箱 状吊舱 用于多层建筑乘人或载运货物 也有台阶式 踏步板装在履带上连续运行 俗称扶梯 1854 年 在纽约水晶宫举行的世界博览会上 美国人伊莱沙 格雷夫斯 奥的斯第一次向 世人展示了他的发明 他站在装满货物的升降梯平台上 命令助手将平台拉升到观众都能看得 到的高度 然后发出信号 令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳 令人惊讶的是 升降梯并 没有坠毁 而是牢牢地固定在半空中 奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用 一 切安全 先生们 站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意 谁也不会想 到 这就是人类历史上第一部安全升降梯 1889 年 12 月 美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯 它采用直流电动机为动力 通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索 悬挂并升降轿厢 1892 年 美国奥的斯公司开始采用 按钮操纵装置 取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式 为操纵方式现代化开了先河 中国最早的一部电梯出现在上海 是由美国奥的斯公司于 1901 年安装的 1932 年由美国 奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着 1951 年 党中央提出要在天安 门安装一台由我国自行制造的电梯 天津从庆生电机厂荣接此任 四个月后不辱使命 顺利地 完成了任务 十一届三中全会后 沐浴着改革开放的春风 我国电梯业进入了高速发展的时期 如今 在我国任何一个城市 电梯都在被广泛应用着 电梯给人们的生活带来了便利 也为我 国现代化建设的加速发展提供了强大的保障 值得哈尔滨市民感到光荣的是 我们还拥有着国内为数不多运行着的老式电梯 那种现在 只能在老电影中出现的 像笼子一样的 手拉门的老电梯 让人们仿佛回到了那个神秘的年代 浮想联翩 而且这个有着 100 年历史的古老电梯也成了外地旅游观光者一定不应错过的景观 坐在上面随着古老的电梯扶摇直上 一种历史感和怀旧感一定会油然而生 生活在继续 科技在发展 电梯也在进步 电梯的材质由黑白到彩色 样式由直式到斜式 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 1 页 在操纵控制方面更是步步出新 手柄开关操纵 按钮控制 信号控制 集选控制 人机对话等 多台电梯还出现了并联控制 智能群控 双层轿箱电梯展示出节省井道空间 提升运输能力的 优势 变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间 不同外形的扇形 三角形 半棱形 圆 形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭 一个半世纪的风风雨雨 翻天覆地的是历史 的变迁 永恒不变的是电梯提升现代人生活质量的承诺 1 2 研究的意义 在高层建筑不断兴起的今天 电梯已成为人类不可缺少的运输工具 目前 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 进 行将 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 此外 电梯的拖动技术已经发展到了调频调压调速 通过合理的选择 和设计 提高电梯的控制水平 并改善了电梯运行的舒适感 使电梯达到了较为理想的控制效 果 1 3 研究的重点 难点及创新点 这个不应该这样写 简单介绍一下研究内 容就行了 1 3 1 研究重点 电梯的运行方式可分为上行和下行两种方式 电梯在上行过程中 某楼层有呼叫产生时可分为两种情况 1 呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下 则电梯应在完成前一指令之前先上 行至该层 完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作 2 呼叫层处于电梯当前运行层之下 则电梯在完成前一指令之前不响应该指令 直至电 梯重新处于待命状态为止 电梯在下行过程中 某楼层有呼叫产生时可分为两种情况 1 呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上 则电梯应在完成前一指令之前先下 行至该层 完成该层呼叫后再由近至远的完成其他各个呼叫动作 2 呼叫层处于电梯当前运行层之上 则电梯在完成前一指令之前不响应该指令 直至电 梯重新处于待命状态为止 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 2 页 1 3 2 研究难点 为了电梯运行的平稳与舒适 采用变频器对电机进行速度反馈控制 使电梯速度变化平滑 开车后速度缓慢提升至运行速度 运行一段时间 再由运行速度缓慢降低为零停车 1 3 3 创新点 采用 PLC 控制代替继电器控制 PLC 控制实质上属于计算机控制方式 PLC 控制具有可靠 性高 易操作 维修 编程简单 灵活性强等特点 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 3 页 2 PLC 系统简介 2 1 PLC 的基本概念 随着微处理器 计算机和数字通信技术的飞速发展 计数机控制已经广泛地应用在几乎 所有的工业领域 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应 生产出小批量 多品种 多规格 低成本和高质量的产品 为了满足这一要求 生产设备和自动化生产线的控制系统必 须具有极高的可靠性和灵活性 可编程控制器正式顺应这一要求出现的 它是以微处理器为基 础的通用工业控制装置 可编程控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 它的应用面广 功能强大 使用方便 已经成为当代工业自动化的主要支柱之一 在工业生产的所有领域得到广泛的使用 2 1 1 PLC 的特点 PLC 出现后就受到普遍的重视 其应用发展也十分迅速 原因在于与现有的各种工业自动 化控制方式相比 它有一系列手用户欢迎的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术 采用严格 的生产工艺制造 内部电路采取了先进的抗干扰技术 具有很高的可靠性 2 配套齐全 功能完善 适用性强 PLC 发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 可以用于各种规模的工 业控制场合 除了逻辑处理功能以外 现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力 可用于各种数 字控制领域 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机 是面向工矿企业的工控设备 它接口容易 编程语言易于 为工程技术人员接受 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近 只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能 4 系统的设计 建造工作量小 维护方便 容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑 大大减少了控制设备外部的接线 使控制系统设计及建造 的周期大为缩短 同时维护也变得容易起来 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过 程成为可能 这很适合多品种 小批量的生产场合 2 1 2 PLC 的工作原理 早期 PLC 主要用于替代由继电器接触器组成的控制装置 它们的外部功能与控制过程基本 相同 但两者的内部组成 控制手段 运行方式是截然不同的 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 4 页 1 PLC 的工作方式 PLC 采用周期循环扫描 集中属于输出的工作方式 图 2 1 是 PLC 控制流程框图 上电后 CPU 在系统程序的监控程序的监督控制下先进行内部处理 包括硬件初始化 I O 模块配置检 查 停电保持范围设定及其他初始化处理 一旦进入正常运行状态就采用周期循环方式执行用 户程序 如图 2 2 所示 一个扫描周期分三个阶段进行 即输入采用 用户程序执行和输出刷 新 三个阶段周期重复循环执行 各阶段的工作内容与特点如下 1 输入采样阶段 PLC 以扫描方式依次读入所有输入状态和数据 并将它们存入 I O 映 像区中相应的存储单元内 此时输入映像寄存器内容被刷新 此后关闭输入通道 紧接转入用 户程序执行阶段 图 2 1 PLC 控制流程图 C PU N Y STO P R U N N Y 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 5 页 图 2 2 PLC 用户程序扫描工作过程 2 用户程序执行阶段 CPU 按自上而下 自左而右顺序扫描用户程序 逐句执行各条指 令或者根据控制线路的逻辑运算结果确定某些特殊功能指令执行与否 只有输入的开关量 X 接点状态和输入的数据始终不变 但内部原件映像寄存器内容不断被刷新 对该区域存 储单元的操作既有写又有读 对应的内部器件的状态 接点 或数据也随之变化 并且与其在 程序中的位置有关 如图 2 3 梯形图和波形图所示 a 梯形图 b 波形图 Y102 Y100 Y10 Y103 Y103 Y102 Y100 Y101 X10 Y100 Y101 Y102 Y103 T 2T T 2T T T T T TT 1 X0 X1 X2 Y0 M 0 3 5 2 X0 Y0 X 4 Y0 Y1 Y2 6 Y 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 6 页 图 2 3 梯形图与线圈响应波形图 3 输出刷新阶段 所有程序执行完毕 CPU 将 I O 映像区内所有需输出的状态和数据一次 传送到输出锁存电路 再经隔离 功率放大电路去驱动外部负载 2 2 S7 系列 PLC 的简介 西门子公司的 PLC 产品有 SIMATIC S7 M7 和 C7 等几大系列 S7 系列是传统意义的 PLC 产品 其中的 S7 200 是针对低性能要求的小型 PLC S7 300 是针对低性能要求的模块式中小 型 PLC 最多可以扩展 32 个模块 根据本次课题的要求 选用 S7 300 系列 2 2 1 S7 300 的概述 S7 300 是模块化的中小型 PLC 见图 2 4 适用于中等性能的控制要求 S7 300 的 CPU 模块 简称为 CPU 都有一个编程用的 RS 485 接口 有些接口还有 PROFIBUS DP 接 口或 PtP 串行通信接口 可以建立一个 MPI 多点接口 网络或 DP 网络 图 2 4 S7 300 控制器 1 电源模块 2 后备电池 3 24V DC 连接器 4 模式开关 5 状态和故障指示灯 6 存储器卡 CPU 313 以上 7 MPI 多点接口 8 前连接器 9 前盖 2 2 2 S7 300 的组成部件 S7 300 PLC 是模块式的 PLC 它由以下几部分组成 1 中央处单元 CPU 各种 PLC 有不同的性能 例如有的 CPU 集成有数据量和模拟量输入 输出点 有的 CPU 集 成有 PROFIBUS DP 等通信接口 2 负载电源模块 PS 负载电源模块用于将 AC220V 电源转换为 DC24V 电源 共 CPU 和 I O 模块使用 额定输出 电流有 2A 5A 和 10A 3 种 过载时模块上的 LED 闪烁 3 信号模块 SM 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 7 页 信号模块是数字量输入 输出模块和模拟量输入 输出模块的总称 它们使不同的过程信号 电压或电流与 PLC 内部的信号电平匹配 信号模块主要有数字量输入模块 SM321 和数字量输出 模块 SM322 模拟量输入模块 SM331 和模拟量输出模块 SM332 4 通信处理器 CP 通信处理器用于 PLC 之间 PLC 与计算机和其他智能设备之间的通信 可以将 PLC 接入 PROFIBUS DP AS i 和工业以太网 或用于实现点对点通信等 通信处理器可以减轻 CPU 处理 通信的负担 并减少用户对通信的编程工作 5 接口模块 IM 接口模块用于多机架配置时连接主机架 CR 和扩展机架 ER S7 300 通过分布式的主机架 和 3 个扩展机架 最多可以配置 32 个信号模块 功能模块和通信处理器 2 2 3 I O 模块地址的确定 S7 300 的开关量地址由地址标识符 地址的字节部分和位部分组成 一个字节由 0 7 这 8 位组成 地址标识符 I 表示输入 Q 表示输出 M 表示存储器位 S7 300 的信号模块的字节 地址与模块所在的机架号和槽号有关 位地址与信号线接在模块上的哪一个端子有关 对于数 字量模块 从 0 号机架的 4 号槽开始 每一槽位分配槽位 4B 4 个字节 的地址 相当于 32 个 I O 点 见表 2 1 根据本次设计的要求 I O 分配表如下所示 见表 2 2 表 2 1 I O 模块的字节地址 槽 号 机架号模块类型 4567891011 数字量 0 34 78 1112 1516 1920 2324 2728 31 0 模拟量256 271272 287288 303304 319320 335336 351352 367368 383 数字量32 3536 3940 4344 4748 5152 5556 5960 63 1 模拟量384 399400 415416 431432 447448 463464 479480 495496 511 数字量64 6768 7172 7576 7980 8384 8788 9192 95 2 模拟量512 527528 543544 559560 575576 591592 607608 623624 639 数字量96 99100 103104 107108 111112 115116 119120 123124 127 3 模拟量640 655656 671672 687688 703704 719720 735736 751752 767 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 8 页 表 2 2 I O 分配表 这个表应放到后面项目设计的内容中 说明对应 PLC 地址说明对应 PLC 地址 外部 1 层上呼叫按钮I0 0内部 2 层呼叫灯Q10 1 外部 2 层上呼叫按钮I0 1内部 3 层呼叫灯Q10 2 外部 2 层下呼叫按钮I0 2内部 4 层呼叫灯Q10 3 外部 3 层上呼叫按钮I0 3内部 5 层呼叫灯Q10 4 外部 3 层下呼叫按钮I0 4外部 1 层上呼叫灯Q8 0 外部 4 层上呼叫按钮I0 5外部 2 层上呼叫灯Q8 1 外部 4 层下呼叫按钮I0 6外部 2 层下呼叫灯Q8 2 外部 5 层下呼叫按钮I0 7外部 3 层上呼叫灯Q8 3 1 层行程开关I1 0外部 3 层下呼叫灯Q8 4 2 层行程开关I1 1外部 4 层上呼叫灯Q8 5 3 层行程开关I1 2外部 4 层下呼叫灯Q8 6 4 层行程开关I1 3外部 5 层下呼叫灯Q8 7 5 层行程开关I1 41 层位灯Q9 0 内部 1 层呼叫按钮I2 02 层位灯Q9 1 内部 2 层呼叫按钮I2 13 层位灯Q9 2 内部 3 层呼叫按钮I2 24 层位灯Q9 3 内部 4 层呼叫按钮I2 35 层位灯Q9 4 内部 5 层呼叫按钮I2 4电梯上升Q11 2 开门按钮I3 0电梯下降Q11 3 关门按钮I3 1上升指示灯Q11 4 开门行程开关I3 2下降指示灯Q11 5 关门行程开关I3 3电梯开门Q11 0 内部 1 层呼叫灯Q10 0电梯关门Q11 1 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 9 页 2 3 STEP 7 编程软件简介 STEP 7 编程软件用于 SIMATIC S7 M7 C7 和基于 PC 的 WinAC 是供它们编程 监控和 参数设置的标准工具 本书对 STEP 7 操作的描述 都是基于 STEP 7 V5 2 版的 为了在个人 计算机上使用 STEP 7 应配置 MPI 通信卡或 PC MPI 通信适配器 将计算机连接到 MPI 或 PROFIBUS 网络 来下载和上载 PLC 的用户程序和组态数据 2 3 1 STEP 7 的编程功能 1 编程语言 STEP 7 的标准版只配置了 3 中基本的编程语言 梯形图 LAD 功能块图 FBD 和语 句表 STL 有鼠标拖放 复制和粘贴功能 STEP 7 专业版的编程语言包括 S7 SCL 结构化 控制语言 S7 GRAPH 顺序功能图语言 S7 HiGraph 和 CFC 2 符号表编辑器 STEP 7 用符号表编辑器工具管理所有的全局变量 用于定义符号名称 数据类型和全局 变量的注释 使用这一工具生成的符号表可供所有应用程序使用 所有工具自动识别系统参数 的变化 3 增强的测试和服务功能 测试功能和服务功能包括设置断点 强制输入和输出 多 CPU 运行 仅限于 S7 400 重 新布线 先是交叉参考表 状态功能 直接下载和调试块 同时监测几块的状态 2 3 2 STEP 7 的硬件组态与诊断功能 1 硬件组态 1 系统组态 从目录中选择硬件机架 并将所选模块分配给机架中希望的插槽 2 CPU 的参数设置 可以设置 CPU 模块的多种属性 3 模块的参数设置 用户可以在屏幕上定义所有硬件模块的可调整参数 2 通信组态 1 连接的组态和显示 2 设置用 MPI 或 PROFIBUS DP 连接的设备之间的周期性数据传送的参数 选择通信的 参与者 3 设置用 MPI PROFIBUS 或工业以太网实现的事件驱动的数据传输 包括定义通信 链路 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 10 页 3 五层电梯控制系统的设计 3 1 电梯控制要求 在该控制系统中 电梯按照如下要求进行控制 1 接受每个呼叫按钮 包括内部和外部的呼叫 的呼叫命令 并做出相应的响应 2 电梯停在某一层时 此时按动该层的呼叫按钮 则相当于的出打开电梯门命令 进行开门 的动作过程 若此时电梯的轿箱不在该层 则等到电梯关门后 按照不换向原则控制电梯向上 或向下运行 3 电梯运行的不换向原则是指电梯优先响应不改变现在电梯运行方向的呼叫 直到这些命令 全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫 4 电梯在每一层都有一个行程开关 当电梯碰到某层行程开关时 表示电梯已经到达该层 5 当按动某个呼叫按钮后 呼叫指示灯亮并保持 直到电梯响应该呼叫为止 6 当电梯停在某层时 在内部按动开门按钮 则电梯门打开 按动电梯内部的关门按钮 则 电梯门关闭 但在电梯先进期间电梯门是不能被打开的 7 当电梯运行到某层后 相应层指示灯亮 直到电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变 3 1 1 电梯控制过程 1 电梯的初始状态 电梯位于 1 层待命 各层显示器都被初始化 电梯处于以下状态 1 各层呼叫灯均不亮 2 电梯内部及外部各楼层显示器显示均为 1 3 电梯内部及外部各层电梯门均关 2 电梯在运行过程中 1 按下某层呼叫按钮 1 5 层 后 该层呼叫灯亮 电梯响应该层呼叫 2 电梯下行或上行至该层 3 各楼层显示随着电梯移动而改变 各层指示灯也随之而变 4 运行中电梯门始终关闭 到达指定层时 门才打开 5 在电梯运行过程中 支持其他呼叫 3 电梯运行后状态 在到达指定楼层后 电梯会继续待命 直至新命令产生 1 电梯在到达指定楼层后 电梯门会自动打开 经一段延时自动关闭 在此过程中 支持 手动开门或关门 2 各楼层显示值为该层所在位置 且上行与下行指示灯均灭 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 11 页 3 1 2 电梯控制系统总体流程图 拖动系统 楼层位置信号 厅门召唤轿内指令 显示 PLC 选向程序 图 3 1 系统流程图 3 2 控制界面的设计 工业监控组态软件WinCC Windows Control Center 是一个集成的人机界面 HMI 系统和监 控管理 SCADA 系统 它是结合西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软 件功能的产物 WinCC是Windows环境下面向对象的32位工业监控组态软件 它适合任何自动化 控制系统 WinCC组态软件集成了图形技术 人机界面技术 数据库技术 控制技术 网络与通讯技 术等 使控制系统开发人员不必依靠某种具体专业的计算机语言 只需通过可视化的组态方式 就可以完成监控软件设计 降低了监控画面开发的难度 组态软件拥有丰富的工具箱 图形库 和操作向导 使开发人员避免了软件设计中许多重复性的开发工作 可提高开发效率 缩短开 发周期 WinCC已经成为监控系统主要的软件开发工具之一 WinCC提供各种PLC的驱动软件 因此使PLC与上位机的通讯变得非常容易 如果用户把 WinCC和STEP 7结合在一起使用 结果更是大幅度降低了工程时间 因为在STEP 7中配置的变 量表可以在与WinCC连接时过程WinCC的过程编程直接使用 WinCC软件是适合监控级应用的软件 它是一个 开放的 HMI软件 可在任何标准的PC机 上运行 各系统集成商可用WinCC作为其系统扩展的基础 通过开放性接口开发自己的应用软 件 wincc完全支持分布式系统结构 它的设计适合于广泛的应用 可以连接到存在的自动化 环境中 有大量的通讯接口 全面的过程信息和数据处理 Wincc基本系统是很多应用程序的核心 它包含以下九大部件 1 变量管理器 Tag Management 管理 WINCC 中所使用的外部变量 内部变量和通讯驱动 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 12 页 程序 2 图形编辑器 Graphics Designer 设计各种图形画面 3 报警记录 Alarm Logging 采集和归档报警消息 4 变量归档 Tag Logging 处理测量值 并长期存储所记录的过程值 5 报表编辑器 Report Designer 提供许多标准的报表 也可以设计各种格式的报表 并 可以按照预定的时间进行打印 6 全局脚本 Global S cript 7 文本库 Text Library 编辑不同语言版本下的文本消息 8 用户管理器 User Administrator 分配 管理和监控拥护对组态和运行系统的访问权 限 9 交叉索引表 Cross Reference 搜索在画面 函数 归档和消息中所使用的变量 函数 OLE 对象和 ActiveX 控件 3 2 1 WinCC 界面设计 1 建立一个新项目 第一次运行 WinCC 时 出现一个对话框 选择建立新项目的类型包括以下三种 单用户项 目 多用户项目 客户机项目 选择 单用户项目 并单击 确定 按钮 如下图 3 2 示 图 3 2 WinCC 资源管理器 对话框 2 创建新项目 在 创建新项目 对话框中输入 dianti 作为项目名 并为项目选择一个项目路径 如下 图 3 3 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 13 页 图 3 3 创建新项目 对话框 3 添加驱动程序 添加驱动程序的步骤如下 在 WinCC 项目管理器的浏览窗口中 右击 变量管理 从快捷菜单中选择 添加新的驱 动程序 菜单项 打开 添加新的驱动程序 对话框 选择 SIMATIC S7 Protocol Suite chn 单击 打开 按钮 将添加此驱动程序到所组态的 WinCC 项目中 图 3 4 添加新的驱动程序 对话框 4 建立过程变量 单击 变量管理 SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE MPI 前面的 展开各自节点 右 击出现的节点 PLC1 在快捷菜单中选择 新建变量 菜单项 在 变量属性 对话框中给变量 命名 并选择数据类型 必须给过程变量分配一个在 PLC 中的对应地址 地址类型与通讯对象 相关 单击地址域旁边的 选择 按钮 打开 地址属性 对话框 在过程变量的 地址属性 对话框中 选择数据列表框中过程变量所对应的存储区域 地址列表框和编辑框用于选择详细 地址信息 单击 确定 按钮 关闭 地址属性 对话框 单击 确定 按钮 关闭 变量属 性 对话框 如图 3 5 所示 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 14 页 图 3 5 建立过程变量 对话框 选择 WINCC 项目管理器的图形编辑器 在它的右边数据窗口显示该项目下的所有画面名称 右击任一画面 弹出的快捷菜单包含的菜单项有 打开画面 重命名画面 删除画面 定义画面为启动画面 和 属性 如图 3 6 所示 图 3 6 图形编辑器 对话框 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 15 页 根据设计要求 监控界面采用 WinCC6 0 进行编辑 电梯内部包括 1 个楼层显示灯 开门 按钮 关门按钮 1 层到 5 层的五个呼叫按钮以及电梯的上升和下降状态指示灯 在电梯外部 1 层有一个上呼叫按钮 5 层有一个下呼叫按钮 2 层到 4 层有上 下呼叫按钮各一个 每个呼 叫按钮内都有一个相应的楼层指示灯 用来表示该呼叫是否得到响应 设计监控界面如图 3 7 所示 图 3 7 系统监控界面 3 2 2 组态界面通讯设置 在 WINCC 项目管理器中右击 MPI 选择 属性 在弹出的 连接属性 对话框中选 择 属性 选项 在 连接参数 对话框中设置参数 具体如图 3 8 图 3 9 所示 图 3 8 连接属性 对话框 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 16 页 图 3 9 设定连接参数 3 3 系统程序设计 3 3 1 硬件初始化与组态设置 在 SIMATIC 300 Station 双击 MPI 1 进入 NetProk 窗口就可以对通信配置了 设置好 后如下图 3 10 所示 图 3 10 通信连接 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 17 页 在 SIMATIC Manager 中新建工程 选中工程名插入 SIMATIC 300 Station 双击 Hardware 进入 HW CONFIG 窗口就可以对硬件进行配置了 全部保存后 硬件配置完毕 设置完后的 HW Config SIMATIC 300 1 的窗口如下图 3 11 所示 图 3 11S7 300 的硬件组态 3 3 2 系统程序的编辑 在块 Block 中 完成程序的设计 根据本课题的要求在 OB1 中完成 本设计为了能更直观 阅读程序 本课题采用 LAD 语言进行编程 编程界面如图 3 12 所示 图 3 12S7 300 的程序编辑界面 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 18 页 程序编辑如下 1 5 层楼的内呼叫灯程序 电梯内部的五个呼叫按钮 指定的是电梯的运行目标 因此在 电梯未到达指定目标时 该层呼叫灯应一直有显示 因此输出时就使用 SR 触发器 当电梯到 达指定楼层时 呼叫灯灭掉 以一层内呼叫灯为例 程序如图 3 13 所示 图 3 13 一层内呼叫灯程序 2 电梯内的楼层显示器 是以电梯是否碰到行程开关来决定的 显示器同样有保持特性 另外要替换某一显示器的值 需要电梯接触到其上层或下层的行程开关 以二层显示器为例 如图 3 14 所示 图 3 14 二层显示器程序 3 电梯内的电梯升降显示器 升降显示器的状态共有 3 种 显示上升 显示下降 或都 不显示 另外 无论上升还是下降 都与电梯的呼叫有密切关系 上升包括了从第一层到第五 层的上升运动 下降也是同样如此 以第一层升降显示器为例 如图 3 15 所示 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 19 页 图 3 15 第一层上升显示器程序 4 电梯到达楼层后的停止 在电梯外部有上升呼叫和下降呼叫 当呼叫方向与电梯运行 相同时 电梯才能停止 以向下呼叫停止为例 程序如图 3 16 所示 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 20 页 图 3 16 向下呼叫停止程序 5 电梯的开 关门 只有当电梯既不上升也不下降时才能进行开门 无论电梯的上升停 止或下降停止 只要 M0 0 或 M0 1 有一个接通 电梯经过延时后都会自动开门 如果电梯停在 某一层 按下该层的外部呼叫也会接通 M0 0 或 M0 1 电梯也会开门 以开门为例 程序如 图 3 17 所示 图 3 17 电梯开门程序 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 21 页 6 电梯外部呼叫 与内部呼叫是类似的 一个呼叫灯的接通对应于相应的外部呼叫接通 其关闭条件为相应行程开关闭合 相应升降指示灯闭合 另外 外部呼叫同样的保持特性 故 也使用 SR 触发器 特别要指出的是第一 第五层的呼叫是单向的 故其关闭条件也相应变为 行程开关闭合 AND 电梯升降断开 以第一层为例 程序如图 3 18 所示 图 3 18 第一层外部呼叫程序 7 电梯的上升与下降 电梯的升降编程与电梯的的升降指示灯编程类似 但也有一些不 同 设电梯从 1 层到 5 层上升 由于电梯在第一层 此时构成电梯上升的因素包括 2 层上 下 呼叫 3 层上 下呼叫 4 层上 下呼叫 5 层下呼叫 内 2 层呼叫灯 内 3 层呼叫灯 内 4 层呼 叫灯 内 5 层呼叫灯 这 11 种条件对于电梯的上升是一种逻辑 OR 的关系 而这些条件的 产生前提条件则是电梯此时在 1 层 即 1 层位灯亮 电梯由 2 层上升到 5 层 3 层上升到 5 层 4 层上升到 5 层的编程思路与 1 层上升到 5 层相似 不同之处是上升条件同某层位灯逻辑 AND 运算之后还应排除电梯下降指示的情况 以电梯从 1 层上升到 5 层为例 程序如图 3 19 所示 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 22 页 图 3 19 电梯从 1 层上升到 5 层程序 4 4 综综合调试合调试 4 1 程序的载入 1 在程序调试之前 首先点击 SETP7 的 SIMATIC Manager 工具条中的 Simulation On Of 按钮 窗口中自动出现 CPU 视图对象 与此同时自动建立了 STEP7 与仿真 CPU 的连 接 图 4 1STEP7 与仿真 CPU 连接 2 下载硬件组态 在 SIMATIC Manager 中 选择工程 选择 PLC Clear Reset 可以清 除原来的配置信息 把开关拨到 STOP 再转到 RUN 位置 则 CPU 开始运行 在 HW CONFIG 窗口中 选择 save and compile 选择 PLC DownLoad 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 23 页 图 4 2 下载硬件组态 3 将程序下载到 PLC 中 在 SIMATIC Manager 中 选中工程 选择 PLC Clear Reset 可以清除原来的配置信息 之后选择 PLC Download 就可以将整个程序下载到 PLC 中了 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 24 页 图 4 3 程序下载到 PLC 4 2 系统界面监控 在 PLC 与 WinCC 连接好 各个参数设置好之后进行调试 以下是调试结果 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 25 页 以下是 1 层上升到 5 层过程中到达 3 层的界面 如图 4 4 所示 图 4 4 系统监控界面一 写清楚具体内容 下同 在电梯内部按下第五层的呼叫按钮 内五层呼叫显示灯亮 相对应的程序如图 4 5 所示 图 4 5 内五层呼叫显示程序 从 1 楼上升到 5 层时 电梯处于上升状态 上升显示灯亮 相对应的程序如图 4 5 所示 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 26 页 图 4 6 上升楼层显示程序 电梯上升到第 3 层楼时 3 层位灯亮 程序如图 4 7 所示 图 4 7 三层位灯程序 相对应于如图 4 4 所示的界面 电梯从 1 层上升到 5 层 按下第 5 层的呼叫按钮 内 5 层 呼显示灯 Q10 4 接通 显示灯亮 电梯到达第 3 层时 第 3 层限位开关接通 3 层位灯 Q9 2 接 通 3 层位灯亮 此是电梯处于上升状态 上升楼层显示 Q11 4 接通 上升显示灯亮 仿真器 监控界面如图 4 8 所示 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 27 页 图 4 8 仿真器监控界面一 电梯到达第 5 层后 电梯开门 开门显示灯亮 此时的系统监控界面如图 4 9 所示 图 4 9 系统监控界面二 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 28 页 电梯到达第 5 层时 定时 3 秒后 电梯开门 开门显示灯亮 相对应的程序如图 4 10 所示 图 4 10 电梯开门程序 电梯到达第五层时 5 层位灯亮 对应的程序如图 4 11 所示 图 4 11 五层位灯程序 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 29 页 相对应于如图 4 4 所示的界面 电梯到达指定楼层第 5 层时 电梯开门 开门显示灯 Q11 0 接通 开门灯亮 到达第 5 层时 第 5 层限位开关接通 五层位灯 Q9 4 接通 五层位灯 亮 仿真器监控界面如图 4 12 所示 图 4 12 仿真器监控界面二 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 30 页 结束语 时间如歌 岁月如梭 经过短短两个月地学习和奋战 在指导老师的指导和同学的帮助下 克服重重困难 不断的学习和思考 最终完成了本次毕业设计任务 本设计是对大学四年所学 知识的理解 深入和综合运用 也是对自己自学能力 接受新知识能力 应用所学知识能力的 考验 更是考研了我的动手能力 让我明白了学习是一个长期积累的过程 同时是一个增长知 识面的过程 要坚持学习 善于学习 全面提高自己 坚持理论与实践相结合 在设计的过程 中 有许多知识是以前没学过的 也无法在课本上找到答案 只能通过自己去查资料 这让我 掌握了查阅资料的方法 在此设计中 通过亲自动手动脑 提高了我的实践和独立思考的能力 也体会到了专研创新的乐趣 本设计是基于西门子 S7 300 系列 PLC 采用 WinCC 设计作为控制系统的监测界面 使用 STEP 7 实现控制系统的程序编程 通过 WinCC 界面与控制系统程序的连接 实现了五层电梯控 制的基本要求 本设计展示了 PLC 对系统控制的优越性 灵活性和使用简单方便的一面 可以 看出 PLC 对未来工业自动化生产将会作出巨大的贡献 设计所使用的组态王在各种场合应用也 是十分广泛的 比如说 军事观察室 生化科学研究室 各种观察和监测的领域等 STEP 7 编 程软件是一种经常用于控制系统程序设计的编程软件 其编程功能相当强大 应用十分广泛 基于 PLC 的控制系统在工业控制领域运用越来越广 功能也越来越强 价格便宜 体积小 抗干扰能力强 稳定性强 是今后在工业控制领域发展的优势 广西工学院 2010 届毕业论文 基于 S7 300 与 WinCC 的电梯控制系统设计 第 31 页 致谢 在整个毕业设计的过程中 尽管遇到了许多困难 然而 在老师的指导和同学的帮助下 顺利地完成了本次设计 首先 我要衷心地感谢本次毕业设计的指导老师 在整个设计过程中 给我精心的指导和全力的帮助 指导老师为我提供了许多毕业设计有关资料的网站和参考书 还定期检查毕业设计的进展 给我提出了许多宝贵意见 使我能够顺利完成本设计 同时也非 常感谢身边同学对我无私的帮助 与我共同讨论并克服遇到的各种困难 解决过程中出现的各 种问题 时间如流水 大学四年的生活即将画上一个圆满的句号 借此机会感谢在大学期间在 学习 生活 工作等方面所有帮助过我的老师