基于西门子PLC电梯群控系统设计

西门子PLC在电梯群控系统中的应用摘 要本文介绍了PLC控制的四层电梯模型的构成、主要功能、PLC的I/O接口分配、PLC的编程方法及对电梯系统的程序设计等。通过对电梯控制系统的程序设计，实现了电梯的开关门控制以及在电梯运行方式下电梯的呼叫显示、上下行、起动、延时关门、平层、停靠开门、信号排队、顺向截梯和报警等控制功能。通过对软件程序的编译、硬件的连接以及电梯模型与PLC控制系统的联调，使得控制系统在电梯模型运行过程中直观的体现出来，实现了对电梯功能的控制。本次设计主要将可编程序控制器（PLC）和计算机应用到电梯的控制系统中去，以两台四层电梯为例来完成电梯PLC群控制系统的总体设计方案、组成及模块化程序设计。本课题的主要实现的功能：全集选控制、保持开门时间的自动控制、本层厅外开门、全自动状态下门开到位后会立即关门、开门按钮开门、 换站停靠、错误指令取消、接停靠、待梯时轿内照明和风扇自动断电、层楼显示字符设置、显示器、火灾紧急返回运行、超载保护、门缝防夹保护、双刹车保护。关键词：PLC 功能 群控 组态王 Application of Siemens PLC in the Elevator Group Control systemabstractThis paper introduces the PLC-controlled model of a five-story elevator，include its composition, main function, the I/O interface distribution of the PLC, the PLCs programming methods and procedures design of the elevator system. With procedures design of the elevator control system can achieve the elevator doors opening and closing control, and the elevaters indication under the call, moving from top to bottom, starting-up, delay closed, Ping layer, opening the door, making signals in the queue, close to the escalator and alarming control under the mode of the elevators operation mode. Through the process of compiling software, hardware connection and the conjunction of elevator model and the PLC control system, which makes the elevator control system model intuitive reflected in the course of operation and realized the elevaters functional control. The design mainly PLC (PLC) and computer application to the elevator control system, and to four-story elevator as an example to complete a single lift PLC program control system design, composition and modular program design . The main task of the transformation of the subject design : The Complete Works of select control, automatic control to maintain the opening hours of the hall floor to open the door, the automatic state under the door opened place immediately closed the door open button to open the door, the other stops here, the faulting instruction to cancel, then stop, when the car in question staircase lightingand fan automatic power-off, the floors character sets, monitors, fire emergency return to operation, overload protection,door anti-pinch protection,Dual brake protection.Keywords: PLC Function Group control KingView目 录第一章 绪论.11.1 论文的背景.11.2 系统的设计方案步骤.21.3 本设计的主要要求与内容.31.3.1 系统的设计主要要求下位机PLC部分.31.3.2 系统的设计主要要求上位机HMI部分.31.3.3 设计内容.31.4 本章小结.3第二章 变频器的原理与应用.4 2.1 变频器.42.1.1 变频器的基本结构.42.1.2 变频器的原理.42.1.3 变频器的选型.52.2 变频调速技术.62.2.1 变频调速的定义.62.2.2 变频调速的节能原理.72.3 变频调速系统控制.92.4 本章小结.9第三章 系统控制方案的设计及概述(下位机部分).103.1 PLC 原理及其应用.103.1.1 PLC简介和基本工作原理.103.1.2 PLC的特点及主要功能.113.1.3 PLC编程语言.133.1.4 PLC的编程软件介绍.143.2 硬件设计.143.2.1 PLC的选择.143.2.2 系统硬件的介绍及使用.143.2.3 PLC的I/O资源配置.163.2.4 PLC的硬件接线图和系统主电路原理图.183.2.5 系统硬件的安全保护措施.203.3 软件设计.20 3.3.1 系统的工作原理介绍.203.3.2 系统功能实现与介绍.23 3.3.2.1 两台PLC通信.23 3.3.2.2全集选控制.26 3.3.2.3 保持开门时间的自动控制.27 3.3.2.4 开门按钮和本层外呼叫开门.28 3.3.2.5 关门按钮关门.30 3.3.2.6 门缝防夹保护.31 3.3.2.7 换站停靠和故障报警. 32 3.3.2.8 错误指令取消. 33 3.3.2.9 待梯时桥箱内照明、风扇自动断电和得电.36 3.3.2.10 火灾紧急返回运行. 37 3.3.2.11 超载保护. 38 3.3.2.12 顺序截梯.393.4 本章小结.41第四章 组态王的设计及概述(上位机部分).424.1 组态王概述.424.1.1 绪言.424.1.2 组态王的特点和功能.424.1.3 组态王界面介绍.42 4.2 组态王与西门子PLC200的通信.43 4.3 组态王数据词典建立. 46 4.4 系统组态画面设计.47 4.4.1 系统工作原理.47 4.4.2 主画面.48 4.4.3 监控画面.50 4.4.4 控制画面.53 4.4.5 报警系统画面.534.5 本章小结.55结束语.56参考文献.57致谢.5860第一章 绪论1.1 论文的背景据统计，我国在用电梯34.6多万台，每年还以约5万6万台的速度增长。电梯服务中国已有100 多年历史，而我国在用电梯数量的快速增长却发生在改革开放以后，目前我国电梯技术水平已与世界同步。 100多年来，中国电梯行业的发展经历了以下几个阶段 ：对进口电梯的销售、安装、维保阶段(19001949年)，这一阶段我国电梯拥有量仅约1100多台；独立自主，艰苦研制、生产阶段（19501979年），这一阶段我国共生产、安装电梯约1万台；建立三资企业，行业快速发展阶段（自1980年至今），这一阶段我国共生产、安装电梯约40万台。目前，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。 2002年，中国电梯行业电梯年产量首次突破6万台。中国电梯行业自改革开放以来第3次发展浪潮正在掀起。第1次出现在19861988年，第2次出现在19951997年。随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。在许多交通设备中，电梯是自动化程度最高的先进设备的一种。以前的电梯主要采用单片机控制，其性能等各方面都不太完善，现在电梯控制系统多采用PLC，从电梯的性能、器件的灵活性及安全保障方面都有了很大的提高。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控制要求的，因此，电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。PLC已经成为现代工业控制的三大支柱之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序，具有远程通讯功能、易于计算机接口。能对模拟量进行控制，具备高速计数与控制等高性能模块等优异功能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数器继电器等组成的传统的继电接触器控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业得到广泛应用。PLC的应用广度和深度已经成为衡量一个国家工业先进水平的重要标志之一。现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备。电梯的存在使得每幢高层建筑的交通更为便利。电梯控制技术的发展主要经历了三个阶段：继电器控制阶段，微机控制阶段，现场总线控制阶段。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。随着经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。电梯是现代高层建筑的垂直交通工具，其设计要求稳定性、安全性及高。随着人们生活水平的不断提高,对电梯的要求的也相应提高，电梯得到了快速发展。1.2 系统的设计方案步骤本课题采用以下的设计方案：1：首先需要用通信电缆连接两台PLC，并且写入指令使其能够进行通信。2：把两台电梯模块分别连接到PLC，并且对两台PLC进行主从编号。3：为两台PLC写程序，并且输入到对应的PLC当中。4：实际的调试程序，使程序能够达到控制要求。5：用组态王为电梯群控系统做监控系统，并且能够控制。1.3 本设计的主要要求与内容1.3.1 系统的设计主要要求下位机PLC部分1、 控制程序主要有以下的部分：发生什么应急情况时（如火灾）实现直接置底、电梯发生超载时不关门并且发出警告声音、电梯的呼叫登记和复位按错的呼叫、电梯的上下运行、电梯的开门、电梯的关门、箱内电灯的开关、箱内风扇的开关、防夹人保护、刹车保护。2、步进电机实现电梯是上升和下降。1.3.2 系统的设计主要要求上位机HMI部分1、设置主画面：在主画面中设置一个密码和帐号，实现输入帐号和密码只能查看监视画面，并且可以直接退出监控程序。2、设置监控画面：只能看到电梯的运行状态，并且可以输入帐号和密码可以进入电梯的控制界面。3、设置控制界面：能够对电梯群控系统进行完全的控制，并且可以进入报警窗口，从而对整个系统的运行情况进行监控。4：每个界面当中都有时钟的显示。1.3.3 设计内容1、 进行门限位、平层限位、防门夹、防冲顶限位等传感器的选择、防停电保护制动刹车电机和电梯吊机的选择；2、进行PLC选型及I/O分配；3、编写下位机PLC控制程序；4、编写上位机组态王程序，并且进行调试。 1.4 本章小结本章主要介绍了本次设计的主要结构，从群控电梯系统的历史背景出发，讲述了本课题的主要设计思路，整个系统的主要设计方案，系统的主要组成部分以及各部分的设计内容及控制要求，最后简单描述了一下本课题的设计内容及实施步骤。第二章 变频器的原理与应用变频调速技术近年来发展很快，变频器在节约电能的同时可以减少排放、降低能耗，理解并掌握变频器的控制具有十分重要的现实意义，而且现在越来越多的工业控制场合选用PLC和变频器用于电机的调速控制。2.1 变频器2.1.1 变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备。变频器的基本构成如图2-1所示，其主电路主要由整流电路、直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。图2-1 变频器的基本结构框图2.1.2 变频器的原理变频器可分为间接变频器和直接变频器两大类。间接变频器先将工频交流电源整流成电压大小可控的直流，再经过逆变器变换成可变频率交流，由此也称交直交变频器；直接变频器则将工频交流一次性变换成可变频率交流，故可称交交变频器。目前以间接变频器应用较为广泛。本文所述变频器也属于这一类。按照电压、频率的控制方式，交直交变频器有三种结构形式：(1)可控整流器调压、逆变器调频方式。如图2-2(a)所示：其调压与调频功能分别在两个环节上实现，由控制电路协调配合，故结构简单、控制方便。由于装置输入环节采用可控整流，当低频低压运行时，移相触发角U很大，致使输入功率因数低下，此外逆变器多用晶闸管型，每周换流2次的逆变器，器件开关频率低输出谐波成分大，当然，可控器件如IGBT的出现使得PWM控制成为可能，可以大大的改善其工作性能，但成本较高。(2)不控整流器整流、斩波器调压、逆变器调频方式。如图2-2(b)所示：由于采用二极管整流，使输入功率因数提高。由于输出逆变环节功率器件采用晶闸管，仍有输出谐波成分大的弊病。(3)不控整流器整流、脉宽调制型(PWM)逆变器同时实现调压调频方式。如图2-2(c)所示。此时除装置输入功率因数高，又因采用高开关频率的逆变器，输出谐波很小，性能优良。(a)(b)(c)图2-2交-直-交变频器结构图2.1.3 变频器的选型在交流调速系统设计中，在保证系统指标的前提下，应以系统结构简单、成本低、技术成熟、维护工作量小为目标来选择最佳的系统配置，应克服追求高新技术的系统配置，减少造成投资高、维护工作量大、复杂的技术储备型设计。在工程扩建和技术改造选用变频装置的原则是，根据负载及工艺条件确定变频装置的控制算法，在保证系统的技术指标前提下尽可能减少工程投资。根据实际运行经验可按照以下原则设计以保证高的性能价格比：(1)按负载类型选择调速装置。负载变化时通常希望速度变化越小，系统工作越稳定越好，所以大多数负载希望静态速度误差越小，机械特性越硬越好。但也存在某些负载要求较软的机械特性如电车、电梯等负载，当负载超重时为安全起见要求其速度自动地慢下来。(2)考虑调速经济性，优先考虑设备投资，从两方面考虑。一方面在符合系统调速要求条件下选择合适类型的调速装置，如风机、水泵等的一般性节能调速尚可考虑选用一般的V/F型SPMW(正弦脉宽调制)通用型变频器，毋需选择矢量控制或直接转矩控制变频器。在要求启动转矩大或调速特性要求高的场合，应选用矢量或直接转矩控制型变频器。在某些要求测量运转设备扭力矩的场合，选直接转矩控制的变频器就非常合适，因为该类型变频器可以直接测出其输出的转矩作为测量参数输出。另一方面应考虑设备性能价格比，在价格相近时应选择性能更优异的变频器。还应考虑调速系统的故障率，包括电动机本身、生产机械因调速系统故障而停工、修理，由此引起的损失往往超过调速装置本身价格的若干倍。在选择变频器型号时，应充分考虑变频器的性能和可靠性，单纯考虑变频器价格是片面的。根据系统综合考虑因素和学校的实际因素，本课题选择西门子MM440型变频器。2.2 变频调速技术2.2.1 变频调速的定义由于异步电动机的转速表达式为：n=n0（1-s）=60f0(1-s)p （2-1）其中f0为定子电压频率，P为电动机极对数，s为转差率，n0为异步电动机的同步转速。根据上式，即异步电动机的转速n=60fl/p(1-s)，当极对数P不变时，电动机转子转速n与定子电源频率fl成正比，因此连续地改变供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电动机的转速，这种调速方法称为变频调速。它具有较好的调速性能，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法。2.2.2 变频调速的节能原理在电动机调速时，一个重要的因素是希望保持每极磁通量为不变额定值。磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；磁通太大，又会使铁芯饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。对于直流电阻，励磁系统是独立的，只要对电枢反应的补偿合适，保持中不变是容易做到的。对于交流异步电机，磁通是由定子和转子磁势合成产生的，怎样才能保证磁通恒定呢?我们知道，异步电动机定子绕组每相感应电势为：El=4.44flNkW11 （2-2）Ul=IlZl+El （2-3）式中： El气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V；f1定子电源的频率，单位为Hz；N定子每相绕组的串联匝数；kW1绕组因数；1每极气隙中的磁通量；U1电机外加电压；I1电机定子电流；Z1电机定子阻抗。如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子外加电压为： UlEl=4.44flNkWl1 （2-4）从上式可以看出，若定子端电压Ul不变，则随着fl的升高，气隙磁通1将减小。电机转矩为：T=Ct1I2COS2 （2-5）式中： I2转子电流；COS2转子电路功率因数：Ct转矩常数。从电机转矩公式可看出1的减小势必会导致电机允许输出转矩下降，使电机的利用率降低，同时，电机的最大转矩也将降低，严重时会使电机堵转。若维持定子端电压Ul不变，而减小fl，则1增加，将造成磁路过饱和，励磁电流增加，铁心过热，这是不允许的。为此在调频的同时需改变定子电压Ul，以维持气隙磁通1不变。根据Ul和fl的不同比例关系，将有不同的变频调速方式。2.2.3 参数设计：1.参数设计的原则：减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环比例系数宜小些，而积分时间常数宜大些；提高了运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击；零速一般设计为0Hz，速抱闸功能将影响舒适感；变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌数据直接输入。2.变频器自学习功能的应用方法为了使变频器工作在最佳状态，在完成参数设置后，需使变频器对所驱动的电动机进行自学习，而616G5就具有曳引机参数自学习的功能，其方法是：将曳引机制动轮与电机轴脱离，使电动机处于空载状态，然后启动电动机，让变频器自动识别并存储电动机有关参数，变频器将根据识别到的结果调整控制算法中的有关参数。显然，这一组自学习到的参数，是和变频器匹配的最佳参数，使变频器能对该电动机进行最佳控制。3.变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行计算。设电梯曳引机电机功率为P1，电梯运行速度为V，电梯自重为W1电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为g，变频器功率为P。在最大载重下，电梯上升所需曳引功率P2由式(3-1)计算： （3-1）式中，为摩擦力；电机功率，变频器功率P应接近电机功率，相对于留有安全裕量，可取 P=1.5 （3-2）其中，k=0.02，=2000Kg，=1000Kg，=2400Kg，g=9.8m/s， V=1.5m/s由式（3-1）得P2=（6009.81089.8）1.510.4kW；又有式（3-2）得P=1.5=15.6KW。由于采用变频调速，效率高。依照计算结果选1.5倍裕量，取变频器容量为15kW。4.变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能。带有逆变功能的变频调速装置通过逆变器虽然能够将再生能量回馈电网，但成本太高，采用能耗制动方式通过制动单元将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果，能耗制动电阻的大小应使制动电流Iz的值不超过变频器额定电流的一半，即： （3-3） =2513/35.528.9() （3-4）其中为额定情况下变频器的直流母线电压，取30。由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率。即： =0.45132/303.5kw （3-5）最后，选用的制动电阻为R=30，功率为P=3.5kW的电阻。2.3 变频调速系统控制本课题采用的变频调速系统框图如图2-3所示。图2-3 本课题变频调速系统框图2.4 本章小结本章主要介绍了变频调速技术的相关知识，以及文中所需变频器的选择，还包括变频调速控制系统的总体结构，为下一步的设计打下了坚实的理论基础。第三章 系统控制方案的设计及概述(下位机部分)3.1 PLC 原理及其应用3.1.1 PLC简介和基本工作原理可编程控制器（PLC）是一种数字操作的电子系统，以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术，专为在工业环境下应用而设计的工业自动控制装置。PLC 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、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，面向控制过程和用户，并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，实时性好，信号处理时间短，速度快，可靠性高，编程方便，系统配置简单灵活，控制系统采用模块化结构，安装简单，维修方便，性价比高。可编程控制器主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口、通信接口以及电源等部分组成，可编程控制器的基本组成如图 3-1 所示。图3-1 PLC的基本组成(1) 中央处理器：PLC 的核心部分，包括微处理器和控制接口电路。微处理器是 PLC 的运算和控制中心，实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分工作。控制接口电路是微处理器与主机内部其他单元进行联系的部件，主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配以及中断管理等功能。 (2) 存储器用来存储系统程序和用户程序，包括系统程序存储器和用户程序存储器。 (3) 输入/输出单元是可编程控制器的 CPU 和现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。PLC 通过 I/O 模块与工业现场相联系，通过 I/O 接口可以检测被控对象或被控生产过程的各种参数。I/O 单元主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入以及模拟量输出等。 (4) 通信接口用于 PLC 之间、PLC 与远程 I/O 之间、PLC 与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将 PLC 接入以太网或用于点对点通信等。 (5) 电源单元为 PLC 提供电源，一般采用开关电源，输入电压范围宽，体积小，抗干扰性能好。 PLC以循环扫描方式工作，按顺序对内部的各种任务进行查询、判断和执行，工作过程如图3- 2所示。图3-2 PLC工作过程3.1.2 PLC的特点及主要功能1、配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，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。2、可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。硬件方面：(1)隔离，在微处理与I0电路之间采用光电隔离减少外部干扰源对PLC的影响。(2)滤波，对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，减少高频干扰。且有些模块还设置了连锁保护、自诊断电路等。软件方面：(1)设置故障检测与诊断程序。(2)当软故障条件出现时，立即把状态重要信息存入指定存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作，以防止存储器信息被冲掉。这样，一旦外界调节正常后，便可以恢复故障发生前的状态，恢复原来的工作。3、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周期大为缩短，同时维护变得容易起来。更重要的是可以使同一设备经过改变程序改变生产过程。4、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（A）和数字量（D）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。5、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。6、扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出单元（即I/O扩展单元）来增加输入输出点数，也可以通过附加各种功能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。7、远程I/O功能远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。8、通信联网功能通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与PLC之间连接、PLC与上位计算机的连接等，实现I/O控制或数据交换，以完成较大规模的系统控制。9、监控功能监控功能是指PLC能监视系统各部分的运行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、计数器等设置值或强制I/O状态。3.1.3 PLC编程语言编程语言是PLC的重要组成部分，PLC为用户提供了完整的编程语言，以适应编制用户程序的需要。PLC提供的编程语言通常有以下几种：梯形图、语句表和功能块图等。梯形图(LAD)语言最接近于继电器接触器控制系统中的电气控制原理图，是应用最多的一种编程语言，与计算机语言相比，梯形图可以看作是PLC的高级语言，几乎不用去考虑系统内部的结构原理和硬件逻辑，因此，它很容易被一般的电气工程设计和运行维护人员所接受。语句表(STL)语言类似于计算机的汇编语言，特别适合于来自计算机领域的工程人员，它使用指令助记符创建用户程序，属于面向机器硬件的语言。功能块图(FBD)是使用像电子电路的各种门电路，加上输入、输出，通过一定的逻辑连接方式来完成控制逻辑，它也可以把函数和功能块连接到电路中，完成各种复杂的功能和计算。所以，通过比较，本课题采用梯形图对系统进行设计更为合理。3.1.4 PLC的编程软件介绍本课题采用西门子公司提供的STEP7_MICRO/WIN V4.0编程软件它是用于S7系列PLC进行编程、调试的全新软件，它是在国际标准IEC1131- 3的基础上建立的，可以用LAD、STL和FBD来编程。通过STEP 7编程软件，不仅可以非常方便的使用梯形图和语句表等形式进行离线编程，经过编译后通过转接电缆直接下载入PLC的内存中执行，而且在调试运行时，还可以在线监视程序中各个输入输出或状态点的通断状况，给调试工作也带来极大的方便。STEP7软件的一个特点是调试功能很强大，不仅能在线读取数据，而且能在线修改过程数据，对于调试大型复杂控制程序非常有效。STEP7软件还附带一些控制程序模块，如PID调节模块，这些模块可以从主控制程序中直接调用，实现不同的功能。3.2 硬件设计3.2.1 PLC的选择根据系统的控制要求及复杂程度，对所需要的I/O口要进行初步的估算。PLC的输入输出点数是有限的，在设计一个PLC控制系统时可能遇到其I/O口的点数问题，可以选择I/O点数较多的PLC或增加扩展单元。根据控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等方面考虑，选择两台西门子S7-200系列PLC作为此电梯群控系统的控制主机。此电梯群控系统主电梯总共有21个数字输入，19个数字量输出，1个模拟量输入，根据I/O点数和程序容量和控制的要求，又因为需要接的是交流负载，所以选用继电器输出型的PLC，再根据学校的实际情况，选择两台CPU 224XP继电器输出型的PLC作为该控制系统的主机，在这个控制系统中，从PLC主控制单元总共有22个数字输入，17个数字量输出，1个模拟量输入，从控制单元总共有16个数字输入，11个数字量输出，1个模拟量输入。根据I/O点数和数字输入/输出扩展模块选用两个EM223(16点输入16点输出分别接在主从PLC后面。3.2.2 系统硬件的介绍及使用系统硬件主要有：1 ）两台PLC控制器224XP以及两台扩展模块EM223；3）两根根通信电缆 2） 装有组态王6.53的电脑；3 ）西门子变频器MM440 2台；4） 两个个红外对射传感器、两个个压力传感器、八个限位传感器、两个防冲顶传感器、两个下限位传感器；5 ）两台YJ250A曳引机；下面简要介绍一下系统中的主要硬件：1、数字量输入输出模块EM223EM223扩展模块具有以下特性。（1） 具有漏极/源型16点I/O输入，固态16点I/O输出（2）输入电压范围，最大连续电压30V DC，额定电压24V DC（4mA），逻辑1信号最小是15V DC（2.5mA），逻辑0最大是5V DC（1mA）。（3）输入8点500V AC 光隔离。（4）输入最大延迟时间4.5 ms。（5）输入屏蔽电缆最大500米，非屏蔽电缆最大300米。（6）输出电压允许范围20.428.8V DC，额定电压24V DC 。（7）输出最大电流逻辑1信号20V DC。（8）输出屏蔽电缆500m，非皮比电缆150米。（9）输出延迟off到on最大延迟50us，on到off最大延迟200us。（10）输出采用500VAC光隔离。EM223与PLC主机连接时，不需要进行特殊设置，只要将扩展模块的排线插入到主机的扩展槽上即可，需要注意的是扩展模块的位置顺序决定了I/O地址编号。2、人际界面组态王组态王具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 3、西门子变频器MM440MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。3.2.3 PLC的I/O资源配置1 主PLC的I/O分配（1）数字量输入部分在这个控制系统中，输入量共22个输入点，如表3-1所示。表3-1 数字量输入地址分配表序号名 称输入点序号名 称输入点1一层平层I0.012三楼外呼上行I1.32二层平层I0.113三楼外呼下行I1.43三层平层I0.214四楼外呼下行I1.54四层平层I0.315手动开门I2.05内呼一楼I0.416手动关门I2.16内呼二楼I0.517开门限位I2.27内呼三楼I0.618关门限位I2.38内呼四楼I0.719电梯上升极限位I2.49一层外呼上行I1.020电梯下降极限位I2.510二层外呼上行I1.121火灾置位按钮I2.611二楼外呼下行I1.222防夹开关I2.7（2） 模拟量输入部分由于需要输入一个压力传感器所采集的数据，具体分配如表3-2所示。表3-2 模拟量输入地址分配表输入地址输入设备AIW0压力传感器（3） 数字量输出部分该控制系统的输出共18个输出点，其分配情况如表3-3所示。序号名 称输出点序号名 称输出点1电机上行Q0.010三楼外呼上行指示Q2.32电机下行Q0.111三楼外呼下行指示Q2.43内呼一