PLC电梯控制毕业设计.pdf

河南科技大学 毕业论文说明书毕业论文说明书 机电一体化工程 机电一体化工程 地市 三门峡职业技术学院 准考证号 120110100507 姓名 陈晨 河南省高等教育自学考试 2 高等教育自学考试 毕业设计任务书 题目电梯控制与 PLC 本环节自 2011 年 3 月 20 日起至 2011 年 5 月 20 日止 进行地点三门峡职业技术学院 内容要求 层次分明 文理通畅 数据可靠 文字简 练 说明透彻 理论正确 推理严谨 指导教师 任慧娟 批准日期 2011 年 5 月 20 日 3 高等教育自学考试 毕业设计指导老师意见书 意见 指导老师职称年月日 4 高等教育自学考试 毕业设计评阅意见书 意见 评阅老师职称年月日 5 高等教育自学考试 毕业设计答辩成绩评定书 评语 成绩总评 答辩委员会主任 答辩小组组长 答辩小组成员 年月日 6 四层电梯的 PLC 控制 摘 要 在现代社会和经济活动中 计算机技术 自动控制技术和电力电子技 术得到了迅速的发展 电梯已经成为城市物质文明的一种标志 特别是在 高层建筑中 电梯是不可缺少的垂直运输设备 随着高层建筑飞速发展的 今天 电梯行业也随之进入了新的发展时期 电梯控制技术已经发展到了调 频调压调速 其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制 其许多功能是 传统的继电器控制系统无法实现的 本设计针对我国电梯业的现状 将可编程序控制器 PLC 应用于四层电 梯进行逻辑控制 通过合理的选择和设计 不但提高了电梯可靠性 可维 护性以及灵活性 同时延长了使用寿命 缩短了电梯的开发周期 并提高 了电梯的控制水平 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 本文所设计的电梯与传统的电梯相比 在运行上具有良好的舒 适感 在生活中可以节约电能 取得了良好的经济效益和社会效益 达到 了理想的目的 该电梯控制系统具有指层 厅召唤 选层选向 手动和自 动等功能 具有集选控制的特点 在介绍电梯基本结构的基础上 深入分析了电梯的工作原理 阐述了 PLC 的优点及特点 重点分析了电梯的硬件设计和软件设计 研究并提出 了基于 PLC 电梯控制系统设计的实现方案 最后对本论文的研究内容进行 了总结与展望 关键词变频器 PLC 控制 变频调速 7 Four storey Elevator PLC Control ABSTRACT In the modern social and economic activities computer technology automatic control technology and power electronic technology has been rapid development the lift has become a symbol of urban material Especially in the high rise building the elevator is not a lack of vertical transportation equipment With the rapid development of high rise buildings of today the lift industry also has entered a new period of development elevator control technology has been developed to the FM speed regulator the logic control by the PLC to replace the original relay control many of its functions traditional relay control system can not be achieved The design for the status quo of China s elevator industry will be a programmable logic controller PLC used for four storey elevator control logic through the rational selection and design not only to improve the reliability of the elevator maintainability and flexibility while extending the of life and shorten the development cycle of the elevator and the elevator control to raise the level of the elevator operation to improve the comfort so that the lift to reach a more satisfactory control effect In this paper the design of the elevator by the elevator when compared with the traditional in the run with good comfort in life can save energy and achieved good economic and social benefits to achieve the desired purpose The elevator control system has a mean layer the Office of calls to the layer selected manual and automatic functions with a set of features to control the election In introducing the basic structure of the lift on the basis of the depth analysisoftheworkingprincipleoftheelevator onthemeritsand characteristics of PLC the focus of an analysis of the lift hardware design and software design research and PLC based control system designed to lift the 8 achievement of the program Finally the study of this thesis are summarized and prospects Keywordselevator PLC control VVVF inverter 9 目录 前言 11 第 1 章绪论 13 1 1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 13 1 1 1 电梯继电器控制系统的优点 13 1 1 2 电梯继电器控制的缺点 13 1 2 PLC 及在电梯控制中的应用特点 13 1 2 1PLC 简介及其特点 13 1 2 2 PLC 控制电梯的逻辑关系 16 1 2 3 PLC 控制电梯的优点 16 1 3 电梯变频调速控制的特点 17 第 2 章 PLC 控制系统硬件设计 18 2 1 四层电梯主电路 18 2 1 1 四层电梯驱动电机 18 2 1 2 plc 外部接线图 18 2 2 1 I O 点数的估算 19 2 2 2 输入 输出的分配 20 2 2 3 机型的选择 21 2 3 编码器与 PLC 的连接 21 2 4 系统结构框图 22 第 3 章软件设计 24 3 1 四层电梯梯形图 24 3 1 1 外召唤信号登记及消除 27 3 1 2 内指令信号登记及消除 28 3 1 3 电梯的平层信号及处理 29 3 1 4 选层定向及反向截梯 30 3 1 5 内指令外召唤信号的保持 32 3 1 6 各楼层停车信号 33 3 1 7 自动开关门 34 3 2 STL 语句表 35 10 第 4 章软硬件的调试 39 4 1 组态王 6 5 的简介 39 4 2 四层电梯在组态王中的仿真调试 40 结论 43 谢 辞 44 参考文献 45 11 前 言 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具 多层厂 房和多层仓库需要有货梯 高层住宅需要有住宅梯 百货大楼和宾馆需要有 客梯 自动扶梯 在现代社会 电梯已像汽车 轮船一样 成为人类不可缺 少的交通运输工具 据统计 美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具 的人数 当今世界 电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一 追溯电梯这种升降设备的历史 据说它起源于公元前 236 年的古希腊 当时有个叫阿基米德的人设计出 人力驱动的卷筒式卷扬机 1858 年 以蒸汽机为动力的客梯 在美国出现 继而又在英国出现水压梯 1889 年 美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力 这才出现名副其实 的电梯 并使电梯趋于实用化 1900 年还出现了第一台自动扶梯 1949 年 出现了群控电梯 首批 4 6 台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用 1955 年出现了小型计算机 真空管 控制电梯 1962 年美国出现了速度达 8 米 秒的超高速电梯 1963 年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电 梯 1967 年可控硅应用于电梯 使电梯的拖动系统筒化 性能提高 1971 年集成电路被应用于电梯 第二年又出现了数控电梯 1976 年微处理机开 始用于电梯 使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期 实际上 电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的 而呼 叫是随机的 电梯实际上是一个人机交互式的控制系统 单纯用顺序控制 或逻辑控制是不能满足要求的 因此 电梯控制系统应采用随机逻辑控制 方式控制 目前电梯的控制普遍采用两种控制方式 一是采用微机作为信 号控制单元 完成电梯的信号采集 运行状态和功能的设定 实现电梯的 自动调度和集选运行功能 拖动控制则由变频器来完成 第二种控制方式 用可编程控制器 PLC 取代微机实现信号集选控制 从控制方式和性能上 来说 这两种方式并没有太大的区别 国内厂家大多采用答二种方式 其 原因在于用 PLC 控制有许多优点 1 可靠性高 由于采取了一系类的 PLC 高可靠性的措施 PLC 的平均无故障时间 MTBF 一般可达 3 5 万小时 而且 PLC 的环境适应性也很强 它能在工业环境下可靠地工作 2 编程简 单 PLC 最常用的编程语言是梯形图语言 这种编程语言形象直观 容易 掌握 不需要专门的计算机知识 便于广大现场工程技术人员掌握 当工 作流程需要改变时 可以现场改变程序 使用方便 灵活 3 体积小 结 构紧凑 安装 维修方便 PLC 的体积小 重量轻 便于安装 一般 PLC 都具有自诊断 故障报警 故障种类显示等功能 12 可编程控制器不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实 时控制要求 同时也照顾到现场电气维护人员的技能和习惯 摈弃了微机 常用的计算机编程语言的表达方式 独具风格地形成一套以继电器梯形图 为基础的形象编程语言和模块化的软件结构 使用户程序的编制清晰直观 方便易学 调试和查错都很容易 用户买到所需要的 PLC 后 只需按说明 书或提示 做少量的安装接线和用户程序的编制工作 就可以灵活而方便 地将 PLC 应用于生产实践 而且用户程序的编制 修改和调试都不需要具 有专门的计算机编程语言知识 PLC 现在已经成为现代工业控制三大支柱 PLC CAD CAM ROBOT 之一 以其可靠性 逻辑功能强 体积小 可在 线修改控制程序 具有远程通信联网功能 易与计算机接口 能对模拟量 进行控制 具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能 日益取代有大 量中间继电器 时间继电器 记数继电器等组成的继电 接触控制系统 在 机械 化工 石油 冶金 轻工 电子 纺织 食品 交通等各行各业都 得到广泛的应用 总之 电梯的控制是比较复杂的 在计算机诞生前的几十年里 继电 器控制系统为电梯控制的发展起到了巨大的作用 然而其控制性能与自身 的功能已经无法满足与适应电梯控制的要求和发展 与 PLC 相比较 存在 质的差别 电梯使用继电接触器控制的时代 很难设计出质量优良的电梯 控制系统 而现在 可编程控制器的使用为电梯的控制提供了更广阔的空 间 PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备 使得它的体积大大减 小 功能不断完善 过程的控制更平稳 可靠 抗干扰性能增强 机械与 电气部件被机结合在一个设备内 把仪表 电子和计算机的功能综合在一 起 因此它已成为电梯运行中的关键技术 13 第 1 章 绪论 1 1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 1 1 1 电梯继电器控制系统的优点 1 所有控制功能及信号处理均有硬件实现 线路直观 易于理解和 掌握 适合于一般技术人员和技术工人所掌握 2 系统的保养 维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具 仪 器 3 大部分电器均为常用控制电器 更换方便 价格较便宜 4 多年来我国一直生产这类电梯 技术成熟 已经形成系列化产品 技术资料图纸齐全 熟悉 掌握的人员较多 1 1 2 电梯继电器控制的缺点 1 系统触点繁多 接线线路复杂 且触点容易烧坏磨损 造成接触 不良 因而故障率较高 2 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能 使系 统的控制功能不易增加 技术水平难以提高 3 电磁机构及触点动作速度比较慢 机械和电磁惯性大 系统控制精 度难以提高 4 系统结构庞大 能耗较高 机械动作噪音大 5 由于线路复杂 易出现故障 因而保养维修工作量大 费用高 而且检查故障困难 费时费工 总之 电梯继电器控制系统故障率高 大大降低了电梯的可靠性和安 全性 经常造成停梯 给乘客人员带来不便和惊扰 且电梯一旦发生冲顶 或蹲底 不但会造成电梯机械部件损坏 还可能出现人身事故 所以目前 电梯的继电器控制已经很少使用了 1 2 PLC 及在电梯控制中的应用特点 1 2 1 PLC 简介及其特点 PLC 即可编程控制器 Programmable logic Controller 是指以计算 机 技 术 为 基 础 的 新 型 工 业 控 制 装 置 在 1987 年 国 际 电 工 委 员 会 International Electrical Committee 颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 14 做了如下定义 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller 中文全称为可编程逻 辑控制器 定义是 一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而 设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运 算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模 拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装 置 它采用可以编制程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺 序运算 计时 计数和算术运算等操作的指令 并能通过数字式或模拟式 的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 PLC 及其有关的外围设 备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩展其功能的原则而 设计 PLC 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 近年来 PLC 的功能单 元大量涌现 使 PLC 渗透到了位置控制 温度控制 CNC 等各种工业控制 中 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展 使用 PLC 组成各种 控制系统变得非常容易 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 为不熟悉电子电路 不懂计算机原理和汇 编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门 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 15 批量的生产场合 5 体积小 重量轻 能耗低 以超小型 PLC 为例 新近出产的品种底部尺寸小于 100mm 重量小于 150g 功耗仅数瓦 由于体积小很容易装入机械内部 是实现机电一体化 的理想控制设备 PLC 的应用领域 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机 械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况 大致可归纳为如下几类 1 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电器电路 实 现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及 自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组合机床 磨床 包装生 产线 电镀流水线等 2 模拟量控制 在工业生产过程当中 有许多连续变化的量 如温度 压力 流量 液位和速度等都是模拟量 为了使可编程控制器处理模拟量 必须实现模 拟量 Analog 和数字量 Digital 之间的 A D 转换及 D A 转换 PLC 厂 家都生产配套的 A D 和 D A 转换模块 使可编程控制器用于模拟量控制 3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来说 早期 直接用于开关量 I O 模块连接位置传感器和执行机构 现在一般使用专用 的运动控制模块 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模 块 世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能 广泛用于各种 机械 机床 机器人 电梯等场合 4 过程控制 过程控制是指对温度 压力 流量等模拟量的闭环控制 作为工业控 制计算机 PLC 能编制各种各样的控制算法程序 完成闭环控制 PID 调节 是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法 大中型 PLC 都有 PID 模块 目前许多小型 PLC 也具有此功能模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子 程序 过程控制在冶金 化工 热处理 锅炉控制等场合有非常广泛的应 用 5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算 含矩阵运算 函数运算 逻辑运算 数据传 16 送 数据转换 排序 查表 位操作等功能 可以完成数据的采集 分析 及处理 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较 完成一定的控制 操作 也可以利用通信功能传送到别的智能装置 或将它们打印制表 数 据处理一般用于大型控制系统 如无人控制的柔性制造系统 6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信 随着计算机 控制的发展 工厂自动化网络发展得很快 各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的 通信功能 纷纷推出各自的网络系统 新近生产的 PLC 都具有通信接口 通信非常方便 1 2 2 PLC 控制电梯的逻辑关系 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 2 3 PLC 控制电梯的优点 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 PLC 在电梯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能 由于 PLC 具有逻辑运算 计数和定时以及数据输入输出的功能 在电梯控制过 程中 各种逻辑开关控制与 PLC 很好的结合 很好的实现了对电梯的控制 本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对四层电梯的控制 形成电梯控制系统 电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成 传统的电气控制 系统采用的继电器逻辑控制由于触点多 故障率高 可靠性差 体积大等 缺点 正逐渐被淘汰 目前电梯设计使用可编程控制器 PLC 要求功能 变化灵活 编程简单 故障少 噪音低 维修保养方便 节能省工 抗干 扰能力强 控制箱占地面积少 当乘员进入电梯 按下楼层按钮 电梯门 17 自动关闭后 控制系统进行下列运作 根据轿厢所处位置及乘员所处层 数 判定轿厢运行方向 保证轿厢平层时减速 将轿厢停在选定的楼层上 同时 根据楼层的呼叫 顺路停车 自动开关门 另外在轿厢内外均要有 信号灯显示电梯运行方向及楼层数 1 3 电梯变频调速控制的特点 MM440 是西门子公司生产的通用型矢量变频器 它性能稳定 质量可 靠 功能齐全 在电梯行业首次使用 可编程序控制器 PLC 和 MM440 变频器之间的通讯可有两种方式 一种 是串行通讯 采用串行通讯只需一根双芯屏蔽电缆西门子专用 它大大减少 了布线的数量 无须重新布线即可更改控制功能 可以通过串行接口设置 和修改变频器的参数 还可以连续对变频器的特性进行监视和控制另一种 是并行通讯 图中所示为端子控制端子 1 8 10 16 17 为输入控制端子 19 25 为输出控制端子然后定义每个端子的功能并且通过操纵面板设定其参数如 P701 2 为上行 P702 1 为下行 P1001 48 为正常运行频率 P1002 2 为爬行 频率等即 PLC 通过逻辑分析后发出控制信号如正转反转高速中速点动爬 行等信号给变频器变频器接受指令并且按照预先设定好的曲线拖动轿厢正 常运行另外变频器还发出信息如零速变频器是否故障抱闸等信号给 PLC 使其参加 PLC 的逻辑运算以保证电梯的安全运行 另外变频器上还安装了编码器模板这使得这种通用型 MM440 可以接 成闭环速度反馈控制方式与无传感器矢量控制 SLVC 和变压 变频 V F 相 比这种控制方式具有以下优点 1 零速时仍然具有额定转矩的负载能力 2 速度控制的精度 3 速度控制和转矩控制的动态性能得到改善 通过我们的现场试验这种变频器完全可以用到电梯控制系统中且运行 良好而且它还有一个其它变频器所没有的优点就是进行电机参数自学习时 电机的轴不转动这样曳引机可在带负载的情况下也能进行自学习而不必像 其它变频器那样必须把轿厢吊起使曳引机脱离负载后才能自学习这样给电 梯的安装改造带来很大方便 18 第 2 章 PLC 控制系统硬件设计 2 1 四层电梯主电路 2 1 1 四层电梯曳引电机及门电机电路图 根据设计要求 本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示 图中 M1 M2 为曳引电机和门电机 交流接触器 KM1 KM4 通过控制两台电动机的运 行来控制轿厢和厅门 从而进行对电梯的控制 FR1 FR2 为起过载保护作用 的热继电器 用于电梯运行过载时断开主电路 FU1 为熔断器 起过电流保 护作用 2 1 2 plc 外部接线图 本设计的 PLC 外部接线图如图所示 CPU226CN 的传感器电源 24V DC 可 以输出 600mA 电流 通过核算在本设计中 PLC 容量完全满足要求 CPU226CN 的输出继电器触点容量为 2A 电压范围为 5 30V DC 或 5 250V AC 19 plc 外部接线图 2 2 I 0 点数的分配及机型的选择 2 2 1 I O 点数的估算 采用 PLC 构成四层简易电梯电气控制系统 电梯的上 下行由一台电 动机拖动 电动机正转为电梯上升 反转为下降 一层有上升呼叫按钮 K1 和指示灯 H1 二层有上升呼叫按钮 K2 和指示灯 H2 以及下降呼叫按钮 K4 20 和指示灯 H4 三层有上升呼叫按钮 K3 和指示灯 H3 以及下降呼叫按钮 K5 和指示灯 H5 四层有下降呼叫按钮 K6 和指示灯 H6 一至四层有到位行程 开关 SQ1 SQ4 电梯内有一至四层呼叫按钮 K10 K7 和指示灯 H10 H7 电梯开门和关门按钮 SB5 和 SB6 电梯开门和关门分别通过电磁铁 KM3 和 KM4 控制 关门到位由行程开关 ST1 检测 开门到位由行程开关 ST2 检测 轿厢上行和下行由接触器 KM1 和 KM2 控制 并有上行记忆和下行记忆两路 指示灯 综上所述 输入点共有 14 个 输出点共有 16 个 可编程控制器 S7 200 的 CPU226 输入 输出点数为 24 16 足以满 足要求 2 2 2 输入 输出的分配如下 该系统占用 PLC 的 30 个 I O 口 14 个输入点 16 个输出点 具体的 I O 分配如下图所示 序号名称输入点 序号名称输出点 0一层平层I0 00电梯上行记忆Q0 0 1二层平层I0 11电梯下行记忆Q0 1 2三层平层I0 22电机正转Q0 2 3四层平层I0 33电机反转Q0 3 4内呼一楼I0 44内呼一楼指示Q0 4 5内呼二楼I0 55内呼二楼指示Q0 5 6内呼三楼I0 66内呼三楼指示Q0 6 7内呼四楼I0 77内呼四楼指示Q0 7 8一层外呼上行I1 08一层外呼上行指示Q1 0 9二层外呼上行I1 19二层外呼上行指示Q1 1 10三楼外呼上行I1 210三楼外呼上行指示Q1 2 11二楼外呼下行I1 311二楼外呼下行指示Q1 3 12三楼外呼下行I1 412三楼外呼下行指示Q1 4 13四楼外呼下行I1 513四楼外呼下行指示Q1 5 14手动开门I2 014门电机正转Q1 6 15手动关门I2 115门电机反转Q1 7 16开门限位I2 2 17关门限位I2 3 18电梯上升极限位I2 4 19电梯下降极限位I2 5 21 2 2 3机型的选择 SIMATIC S7 200 系列 PLC 及其编程软件 STEP 7 Micro WIN 32 SIMATIC 小型 S7 200 系列 PLC 适用于各行各业 各种场合中的检测 监测 及控制的自动化 S7 200 系列的强大功能使其无论在独立运行中 或相连 成网络皆能实现复杂控制功能 S7 200 系列出色表现在以下几个方面 极高的可靠性 极丰富的指令 集 易于掌握 便捷的操作 丰富的内置集成功能 实时特性 强劲的通 讯能力 丰富的扩展模块等 S7 200 系列在集散自动化系统中充分发挥其 强大功能 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控 制 应用领域极为广泛 覆盖所有与自动检测 自动化控制有关的工业及 民用领域 包括各种机床 机械 电力设施 民用设施 环境保护设备等 等 STEP 7 Micro WIN 32 是西门子公司专门为 S7 200 系列 PLC 设计在个 人计算机 Windows 操作系统下运行的编程软件 它的功能强大 使用方便 简单易学 可用梯形图 LAD 语句表 STL 和功能块图三种编程语言 编制程序 不同的编程语言编制的程序可以相互转换 STEP 7 Micro WIN 32 提供两套指令集 即 SIMATIC 指令集 S7 200 方式 和国际标准指令集 IEC1131 3 方式 程序编制完成之后 利用 PLC 与计算机专用的 PC PPI 电缆传送程序至 PLC 2 3 编码器与 PLC 的连接 1 THPLC DT 型四层电梯实验教学模型一台 2 安装了 V3 2 STEP 7 MicroWIN 编程软件的计算机一台 3 PC PPI 编程电缆一根 4 PLC 主机一台 西门子自配 应选用 40 点机型 输入口大于 20 点 输出口大于 14 点 22 2 4 系统结构框图 电梯开关门流程图电梯开关门流程图 23 电梯上升下降流程图电梯上升下降流程图 24 第三章系统软件设计 3 1 四层电梯梯形图 PLC 的编程语言 PLC 程序是 PLC 指令的有序集合 PLC 运行程序就是按一定的顺序 执 行这集合中的一条条指令 指令是指示 PLC 动作的文字代码或图形符号 使 用的编程语言不同 这些文字代码和图形符号就不相同 但从本质上来讲 指令的实质都是二进制机器码 同普通的计算机一样 PLC 的编程软件通过 编译系统把 PLC 程序编译成机器代码 PLC 提供了功能较为完整的编程语言 以适应 PLC 在工业环境中的应 用 利用 PLC 的编程语言 按照不同的控制要求编制不同的控制程序 这相 当于设计和改变继电器控制的硬件接线 也就是所谓的 可编程序 PLC 的编程语言一般有五种 顺序功能图 Sequential Function Chart 梯 形图 Ladder Diagram 功能块图 Function Block Diagram 指令表 Instruction List 和结构文本 Structured Text 其中 顺序功能图 SFC 梯形图 LD 功 能块图 FBD 是图形编程语言 指令表 IL 和结构文本 ST 是文字语言 梯形 图 LD 是目前使用最广泛的 PLC 图形编程语言 梯形图与继电器控制系统的 电路图相似 比较易于掌握 程序表达清楚 本系统 PLC 程序的编制采用梯形图语言 编程软件为 STEP 7 该软 件能够完成制作程序 对可编程控制器 CPU 的写入 读出 监控程序运行 调试程序 PLC 错误诊断等一系列功能 STEP 7 概述 STEP 7 是用于 SIMATIC 可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包 它是 SIMATIC 工业软件的组成部分 有下列版本的 STEP 7 标准软件包 用于 SIMATIC S7 200 上简单单站应用的 STEP 7 Micro DOS 和 STEP 7 Micro WIN 用 于 使 用 带 有 各 种 功 能 的 SIMATIC S7 300 ST 400 SIMATIC M7 300 M7 400 和 SIMATIC C 7 的 STEP 7 可通过选择 SIMATIC 工业软件中的软件产品进行扩展 为功能模板和通讯处理器赋值参数 强制和多处理器模式 全局数据通讯 25 使用通讯功能块的事件驱动数据传送 组态连接 STEP7 编程软件允许结构化用户程序 可以将程序分解为单个的自成体 系的程序部分从而使大规模的程序更容易理解 可以对单个的程序部分进行 标准化程序组织简化 修改更容易系统的调试也容易了许多在 7s 用户程序中 可以使用如下几种不同类型的块 组织块 OB 是操作系统和用户程序的接口它们由操作系统调用 并控制 循环和中断驱动程序的执行 以及可编程控制器如何启动 它们还处理对错 误的响应组织块决定各个程序部分执行的顺序用于循环程序处理的组织块 OB1 的优先级最高 操作系统循环调用 OB1 并用这个调用启动用户程序的循 环执行 功能 FC 属于用户自己编程的块功能是 无存储区 的逻辑块 FC 的 临时变量存储在局域数据堆栈中 当 FC 执行结束后 这些数据就丢失了 功能块 FB 属于用户自己编程的块功能块是具有 存储功能 的块 用数据块作为功能块的存储器 背景数据块 传递给 FB 的参数和静态变量存 在背景数据块中 背景数据块 背景 DB 在每次功能块调用时都要分配一块给 这次调用 用于传递参数 系统功能块 SFB 和系统功能 SFC 是 STEP7为用户提供的己编程好的程 序的块 经过测试集成在 CPU 中的功能程序库 SFB 作为操作系统的一部分 并不占用程序空间 是具有存储能力的块 它需要一个背景数据块 并须将 此块作为程序的一部分安装到 CPU 中 程序设计常用方法 在工程中 对 PLC 应用程序的设计有多种方法 这些方法的使用 也因 各个设计人员的技术水平和喜好有较大的差异 现将常用的几种应用程序的 设计方法简要介绍如下 1 经验设计法 经验设计法也叫凑试法 在掌握一些典型控制环节和电路设计的基础 上 根据被控对象对控制系统的具体要求 凭经验进行选择 组合 这种方 法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的 可以收到快速 简单的效 果 经验设计法的具体步骤如下 1 确定输入 输出电器 2 确定输入和输出点的个数 选择 PLC 机型 进行 I O 分配 3 做出系统动作工程流程图 4 选择 PLC 指令并编写程序 26 5 编写其它控制控制要求的程序 6 将各个环节编写的程序合理地联系起来 即得到一个满足控制要 求的程序 2 逻辑设计法 工业电气控制线路中 有很多是通过继电器等电器元件来实现的 而继 电器 交流接触器的触点都只有两种状态即 断开和闭合 因此用 0 和 1 两种取值的逻辑代数设计电气控制线路是完全可以的 该方法法是根 据数字电子技术中的逻辑设计法进行 PLC 程序的设计 它使用逻辑表达式描 述问题 在得出逻辑表达式后 根据逻辑表达式画出梯形图 3 顺序控制法 对那些按动作的先后顺序进行控制的系统 非常适合使用顺序控制设计 法进行编程 顺序控制法规律性很强 虽然编程相当长 但程序结构清晰 可读性 在用顺序控制设计法编程时 功能图是很重要的工具 功能图能够 清楚地表现出系统各工作步的功能 步与步之间的转换顺序及其转换条件 功能图由流程步 有向线段 转移和动作组成 在使用时它有一些使用 规则 具体如下 步于步之间必须用转移隔开 转移与转移之间必须用步隔开 转移和步之间用有向线段连接 正常画顺序功能图的方向是从上向下或 则从左向右 按照正常顺序画图时 有向线段可以不加箭头 否则必须加箭 头 一个顺序功能图中至少有一个出初始步 27 3 1 1 外召唤信号登记及消除 厅外召唤指令具有登记指示 到层取消 28 3 1 2 内指令信号登记及消除 点动内呼按钮 信号登记显示 到层信号取消 本系统设一楼为基站 两分钟内无任何操作 电梯自动返回一楼 29 3 1 3 电梯的平层信号处理 30 3 1 4 选层定向及反向截梯 轿厢上行 31 轿厢下行 32 3 1 5 内指令外召唤信号的保持 轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号 用于在有乘坐需要的楼层停 车 并自动或手动执行开关门操作 开关门执行一次之后 信号取消 使 电梯能够继续响应其他乘坐信号 33 3 1 6 各楼层停车信号 34 3 1 7 自动开关门 如梯形图所示 电梯到层停车后 延时 2s 开门 5s 自动关门 并设有 手动开门按扭和关 门按钮 可实现即 时开关门 35 3 2 四层电梯 STL 语句表 TITLE PROGRAM COMMENTS Network 1 四楼下呼 LDI1 5 OQ1 5 ANM4 3 Q1 5 Network 2 三楼上呼 LDI1 2 OQ1 2 LDNM4 2 OQ0 3 ALD Q1 2 Network 3 三楼下呼 LDI1 4 OQ1 4 LDNM4 2 OQ0 2 ALD Q1 4 Network 4 二楼上呼 LDI1 1 OQ1 1 LDNM4 1 OQ0 3 ALD Q1 1 Network 5 二楼下呼 LDI1 3 OQ1 3 LDNM4 1 OQ0 2 ALD Q1 3 Network 6 一楼上呼 LDI1 0 OQ1 0 ANM4 0 Q1 0 Network 7 电梯内呼一楼 OQ0 4 OT40 ANM4 0 Q0 4 Network 8 电梯内呼二楼 LDI0 5 OQ0 5 ANM4 1 Q0 5 Network 9 电梯内呼三楼 LDI0 6 OQ0 6 ANM4 2 Q0 6 Network 10 电梯内呼四楼 LDI0 7 OQ0 7 ANM4 3 Q0 7 Network 11 二分钟内无操作自 动返回一楼 Network Comment LDNQ0 2 ANQ0 3 ANM4 0 TONT40 1200 Network 12 平层信号 LDI0 0 OM4 0 ANI0 1 ANI0 2 ANI0 3 M4 0 Network 13 LDI0 1 OM4 1 ANI0 0 ANI0 2 ANI0 3 M4 1 Network 14 LDI0 2 OM4 2 ANI0 0 ANI0 1 36 LDI0 4 OQ0 4 OT40 ANM4 0 Q0 4 Network 8 电梯内呼二楼 LDI0 5 OQ0 5 ANM4 1 Q0 5 Network 9 电梯内呼三楼 LDI0 6 OQ0 6 ANM4 2 Q0 6 Network 10 电梯内呼四楼 LDI0 7 OQ0 7 ANM4 3 Q0 7 Network 11 二分钟内无操作 自动返回一楼 Network Comment LDNQ0 2 ANQ0 3 ANM4 0 TONT40 1200 Network 12 平层信号 LDI0 0 OM4 0 ANI0 1 ANI0 2 ANI0 3 M4 0 Network 13 LDI0 1 OM4 1 ANI0 0 ANI0 2 ANI0 3 M4 1 Network 14 LDI0 2 OM4 2 ANI0 1 ANI0 3 M4 2 Network 15 LDI0 3 OM4 3 ANI0 0 ANI0 1 ANI0 2 M4 3 Network 16 轿厢在一楼时上行 信号 LDQ0 5 OQ0 6 OQ0 7 OQ1 1 OQ1 2 OQ1 5 OQ1 4 OQ1 3 AM4 0 M2 2 Network 17 轿厢在二楼时上行 信号 LDQ0 6 OQ0 7 OQ1 5 OQ1 4 OQ1 2 AM4 1 M2 3 Network 18 轿厢在三楼时上行 信号 LDQ1 5 OQ0 7 AM4 2 M2 4 Network 19 轿厢上行信号 LDM2 2 OM2 3 OM2 4 M2 0 Network 20 轿厢上行 LDQ0 0 ONM2 1 37 ANI0 0 ANI2 4 ANM0 0 ANQ1 7 Q0 2 Network 21 轿厢上行记忆信号 LDQ0 2 OQ0 0 ANQ0 3 ANI0 3 Q0 0 Network 22 轿厢在四楼时下行信号 LDQ0 4 OQ0 5 OQ0 6 OQ1 0 OQ1 1 OQ1 2 OQ1 3 OQ1 4 AM4 3 M2 5 Network 23 轿厢在三楼时下行信号 LDQ0 4 OQ0 5 OQ1 0 OQ1 1 OQ1 3 AM4 2 M2 6 Network 24 轿厢在二楼时下行信号 LDQ0 4 OQ1 0 AM4 1 M2 7 Network 25 轿厢下行信号 LDM2 5 OM2 6 OM2 7 M2 1 Network 26 轿厢下行 LDQ0 1 ONM2 0 AM2 1 ANI2 5 ANM0 0 ANQ1 7 Q0 3 Network 27 轿厢下行记忆信 号 LDQ0 3 OQ0 1 ANQ0 2 ANI0 0 Q0 1 Network 28 轿厢外呼梯信号保持 LDQ1 0 OM1 0 ANM1 6 M1 0 Network 29 LDQ1 1 ANQ0 3 OM1 1 ANM1 6 M1 1 Network 30 LDQ1 2 ANQ0 3 OM1 2 ANM1 6 M1 2 Network 31 LDQ1 3 ANQ0 2 OM1 3 ANM1 6 M1 3 Network 32 LDQ1 4 ANQ0 2 OM1 4 ANM1 6 M1 4 Network 33 LDQ1 5 OM1 5 ANM1 6 M1 5 38 ANQ0 2 Network 34 轿厢内呼梯信号保持 LDQ0 4 OM0 4 ANM1 6 M0 4 Network 35 LDQ0 5 OM0 5 ANM1 6 M0 5 Network 36 LDQ0 6 OM0 6 ANM1 6 M0 6 Network 37 LDQ0 7 OM0 7 ANM1 6 M0 7 Network 38 各楼层停车信号 LDM0 4 OM1 0 ANM1 6 AM4 0 M2 4 Network 39 LDM0 5 OM1 1 OM1 3 ANM1 6 AM4 1 M2 5 Network 40 LDM0 6 OM1 2 OM1 4 ANM1 6 AM4 2 M2 6 Network 41 LDM0 7 OM1 5 AM4 3 M2 7 Network 42 手动及自动开门 LDI2 0 OQ1 6 OT37 OM4 4 ANM0 1 ANQ1 7 ANI2 2 Q1 6 Network 43 LDM2 4 OM2 5 OM2 6 OM2 7 LPS ANQ1 6 TONT37 20 LPP M0 0 Network 44 手动及自动关门 LDI2 1 OQ1 7 OT38 ANQ1 6 ANI2 3 Q1 7 Network 45 LDI2 2 TONT38 50 Network 46 LDQ0 2 OQ0 3 ANM1 6 M0 1 Network 47 保持信号的取消 LDQ1 7 M1 6 Network 48 电梯外呼信号的开 门信号 LDI1 0 AM4 0 LDI1 1 OI1 3 39 ANM1 6 AM4 1 OLD LDI1 2 OI1 4 AM4 2 OLD LDI1 5 AM4 3 OLD M4 4 第 4 章 软硬件的调试 4 1 组态王 6 5 的简介 组态王是北京亚控科技发展有限公司开发的一个集成人机界面 HMI 系统和监控管理系统的工业上位监控软件 可与可编程控制器 PLC 智 能模块 板卡智能仪表 远程数据采集装置 RTV 等多种外部设备进行 通讯 组态王 6 5 采用最新的 JAVA 2 核心技术 功能更丰富 操作更简单 整个企业的自动化监控将以一个门户网站的形式呈现给使用者 并且不同 工作职责的使用者使用各自的授权口令完成各自的操作 这包括现场的操 作者可以完成设备的起停 中控室的工程师可以完成工艺参数的整定 办 公室的决策者可以实时掌握生产成本 设备利用率及产量等数据 组态王 6 5 的 Internet 功能逼真再现场画面 使您在任何时间任何地点均可实时掌 控企业每一个生产细节得以实现 现场的流程画面 过程数据 趋势曲线 生产报表 支持报表打印和数据下载 操作记录和报警等均轻松浏览 画 面改进 1 支持大画面 导航图 用户可以制作任意大小的画面 利用滚动条 和导航图控制画面显示内容 绘制 移动 选择图素时 画面自动跟踪滚 动 2 方便的变量替换 可以单独替换某个画面中的变量 也可以在画面 中任意选中的图素范围内进行变量替换 3 自定义