基于西門子s7-200plc的四層電梯及組態(tài)監(jiān)控的設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 殊單元來提高 PLC 的控制能力。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 ⑻ 遠程 I/O 功能 過程 I/O 功能是指通過過程 I/O 單元將分散在遠距離的各種輸入，輸出設(shè)備與PLC 主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號，傳出輸出信號。 ⑼ 通訊聯(lián)網(wǎng)功能 通訊聯(lián)網(wǎng)功能是 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)， PLC 與上位計算機的連接等，實現(xiàn)遠程 I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成系統(tǒng)規(guī)模較大的復(fù)雜控制。 ⑽ 監(jiān)控功能 監(jiān)控功能是指 PLC 能監(jiān)視系統(tǒng)各部分運行狀態(tài)和進程，以系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動中止運行。也可在線調(diào)整，修改控制程序中定時器，計數(shù)器等到設(shè)事實上值或強制 I/O 狀態(tài)。 PLC 的主要特點 PLC 之所以能迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，是因為它具有以下特點： ⑴ 可靠性高 ① PLC 不需要大量的活動元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。 ② PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計。 ③ PLC 有較高的易操作性 ，它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不易發(fā)生操作的錯誤。 ④ PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言，編程出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計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 的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波；軟件自診斷；簡化 編程語言等。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 ⑵ 易操作 ① 操作方便 。 對 PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù) PLC 采用編程器進行輸入和更改的操作。 ② 編程方便。 PLC 有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。 ③ 維修方便。 PLC 具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位 ，以便維修。 ⑶ 靈活性高 ① 編程的靈活性。 PLC 采用的編程語言有梯形圖、助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。 ② 擴展的靈活性。 PLC 的擴展靈活性是它的一個重要特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應(yīng)用和控制范圍的擴展。 ③ 操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。 課題 的 目的、 意義 以 前 ，我國住宅樓電梯大部分是采用繼電器控制的，由于控制線路復(fù)雜、體積大、故障率高而且難于維護，使電梯難以達到安全、穩(wěn)定、可靠的 基本要求，事故時有發(fā)生。鑒于繼電器控制存在著上述的種種弊端， 將 PLC 應(yīng)用于電梯控制，收到了良好效果。可編程控制器應(yīng)用于電梯控制， 用軟件編程替代原有繼電器硬件布線控制，使控制系統(tǒng)具有了極大的柔性和通用性。同時，由于 PLC 功能齊全、應(yīng)用靈活，能夠滿足電梯控制的要求而且具有抗干擾性能強、操作方便、維護簡單等特點，使得系統(tǒng)可靠性大大提高 。因此，本系統(tǒng)采用 西門子公司的小型 PLC 系列 S7－ 200中的 STEP7Micro/ 編程軟件。 隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的電梯 系統(tǒng)都傾向于采用先進、實用、可靠的 PLC 來進行控制，這樣能 提高電梯系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可靠性及可維護性。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，自動化設(shè)備的應(yīng)用很多都離不開監(jiān)控系統(tǒng)。使用監(jiān)控系沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 統(tǒng)對工業(yè)自動化生產(chǎn)過程實施監(jiān)控，即使不深入現(xiàn)場，也能了解設(shè)備狀況，分析設(shè)備問題，并且能夠記錄設(shè)備的各種信息。 另外，還能及時發(fā)現(xiàn)問題并解決，從而完善生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。 因此，本系統(tǒng) 就是 采用 MCGS 組態(tài)監(jiān)控軟件 進行監(jiān)控 ， 此軟件 操作簡單，可視性好， 無須具 備計 算機編程的知識，就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定、功能全面的 監(jiān)控系統(tǒng)。 在現(xiàn)實生活中， 操作者 還可通過以太網(wǎng)或其它辦公信息網(wǎng)絡(luò)等對電梯 設(shè)備進行在線監(jiān)控，從而達到遠程維護的目的 ，這樣既節(jié)省人力和財力，又能及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。 主要研究內(nèi)容 本次設(shè)計主要 是 利用 可編程序控制器（ PLC）控制一個四層電梯， 首先進行硬件設(shè)計，包括 CPU 處理模塊、擴展模塊、資源分配以及外部接線等，然后 在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上， 選用西門子公司 的 STEP7－ Micro/ 編程軟件 進行了設(shè)計，設(shè)計出系統(tǒng)的程序流程圖及梯形圖程 序，并對系統(tǒng)進行了分析和調(diào)試， 實現(xiàn)了電 梯的自動 控制。 并且用 上位機 MCGS 組態(tài)軟件進行 監(jiān)控 ， 檢驗 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的運行情況， 從而 達到對電梯的監(jiān)視控制 。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 2 電梯系統(tǒng) 總體設(shè)計 電梯 的 外部 結(jié)構(gòu) 及控制要求 圖 電梯外部結(jié)構(gòu) 由上圖可知， 電梯由安裝在各樓層電梯口的上升 、 下降呼叫按鈕，電梯轎廂內(nèi)樓層選擇按鈕，上升下降指示，各樓層到位行程開關(guān)組成。當(dāng) 電梯在上升的過程中只響應(yīng)向上的呼叫，在下降 的過程中只響應(yīng)向下的呼叫，電梯向上或向下的呼叫執(zhí)行完成后再執(zhí)行反向呼叫。 另外 電梯 還具有樓層顯示、呼叫記憶、內(nèi)選呼叫指示等功能。 本系統(tǒng)設(shè)計的 電梯 達到如下 要求 ： 行車方向由內(nèi)選信號決定 ， 順向優(yōu)先執(zhí)行 ；行車途中如遇呼梯信號時 ， 順向截車 ， 反向不截車 ； 內(nèi)選信號、呼梯信號具有記憶功能 ， 執(zhí)行后解除 ； 內(nèi)選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均有 信號燈指沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 示 ；樓層顯示燈亮表示轎廂停于該層，燈滅表示電梯 離開該層 ； 無 呼梯 時 ， 5S內(nèi)沒有人呼梯，電梯停止運行 ； 行車時不能手動開門或本層呼梯開門 ， 開門不能行車 。 方案選擇 系統(tǒng)總 體邏輯框圖 ，如 圖 所示。 圖 系統(tǒng)總體邏輯框圖 硬件方案的確定 PLC 種類 繁多，雖然功能和指令不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異。 通常 PLC 由主機、輸入 /輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。根據(jù) 此次 電梯控制系統(tǒng)的要求，我選用了德國 西門子 公司 推出的 小型PLC 系列 S7200，它具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點。 此系統(tǒng)為多點輸入、 多點輸出， CPU 選擇 224 系列 ，擴展 模塊選用 EM223。 軟件方案的確定 本系統(tǒng) 選用 STEP7Micro/ 版編程軟件，是因為它比以往的編程軟件功能更新、更強， 支持 32 位的 Windows9 Windows9 Windows NT、 Windows XP使用環(huán)境 ， 并且具有 易于操作， 界面一致性好， 簡單易學(xué) 的特點。使用該軟件時需要一根連到計算機串行通訊口的 PC/PPI 電纜，其通訊參數(shù)的配置可以在安裝軟件結(jié)束時或在運行時進行。 現(xiàn)場信號 小型 S7200 擴展模塊EM223 組態(tài)監(jiān)控 電 梯 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 監(jiān)控系統(tǒng)的確定 MCGS(Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng) )是一套用于快速構(gòu)造和生成 計算機 監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，能夠在 Windows 平臺上運行。另外， MCGS充分利用 windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點，在自動化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。 因 比以往使 用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具通用性， 所以 選用 MCGS 組態(tài)軟件 制作人機對話界面， 檢驗電梯 PLC 控制系統(tǒng)的運行情況。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 3 電梯系統(tǒng) 硬件 的 設(shè)計 PLC 結(jié)構(gòu)及工作原理 PLC 的基本結(jié)構(gòu) ： 一般 PLC 分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式 PLC 有一塊 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按 CPU 性能分成若干型號，并按 I/O 點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式 PLC 有 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其 I/O 能力可按用戶需要進 行擴展與組合。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 PLC 基本結(jié)構(gòu)框圖 PLC 的 工作原理 ： 當(dāng) PLC 運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU 不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于 CPU 的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看， PLC 外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時（并行）完成的。這種串行工作過程稱為 PLC 的掃描工作方式。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時，掃描是從第一條程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下 ，按程序存儲順序的先后逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描執(zhí)行，周而復(fù)始重復(fù)運行。 如圖 ： PLC采用集中采樣，集中輸出的工作方式，減少了外界干擾的影響。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 PLC掃描 工作 原理圖 PLC工作過程分三個階段進行，即 輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新 。 以下詳細敘述 PLC三個階段的工作過程： PLC在輸入采樣階段： 以掃描方式依次地讀入信號的通 /斷狀態(tài)，并將它們存入存儲器輸入暫存區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)，這部分存儲區(qū)也特別地稱為輸入映像區(qū)。在讀輸入結(jié)束后， PLC轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段。 PLC 在程 序執(zhí)行階段： 按照先后順序掃描執(zhí)行每條指令，從輸入映像存儲區(qū)中讀取輸入狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，將不斷得到運算結(jié)果，而運算得到的結(jié)果是將其對應(yīng)地先存入輸出暫存區(qū)（輸出映象區(qū)）的相應(yīng)單元中，直到用戶程序全部被執(zhí)行完。本掃描周期內(nèi)的程序執(zhí)行階段結(jié)束后， PLC 轉(zhuǎn)入寫輸出階段。 輸出刷新階段：當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器等）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。 在此期間 PLC 根據(jù)輸出映像區(qū)中的對應(yīng)狀態(tài)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)隔離驅(qū)動到輸出端子 ，向外界輸出控制信號，這才是 PLC 的實際輸出。 為了提高工作的可靠性，及時接收外來的控制命令， PLC 在每次掃描期間，除完成上述三步操作外，通常還要進行故障自診斷，完成與編程器等的通信。每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點、存儲器和 CPU 等進行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進行比較，若兩者沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 一致，說明各部分工作正常，若不一致則認為有故障。此時， PLC 立即啟動關(guān)機程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點，然后停機。診斷結(jié)束后，如沒發(fā)現(xiàn)故障， PLC 將繼續(xù)往下掃描，檢查 是否有編程器等的通信請求。如果有則進行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯信息送給編程器顯示等。處理完通信后， PLC 繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸