1、基于WinCC的PLC六层电梯实验仿真系统毕业设计说明书基于WinCC的PLC六层电梯实验仿真系统Based on WinCC PLC six elevator experiment simulation system学生学号：xxxxxxxxxx 学生姓名：xxxxxxxxxx 专业班级：xxxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxxx 职 称：xxxxxxxxxx 起止日期：xxxxxxxxxxxxxx学院xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx摘 要PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它
2、应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。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在电梯升降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。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对的控制。关键词：PLC；电梯控制；升降ABSTRACTPLC (programm
3、able controller) takes one industrial control microcomputer, it is convenient by its programming, simplicity of operator its merits and so on high controllability, obtained the widespread application particularly in the industrial production process. It applies the large scale integrated circuit, th
4、e miniature machine technology and the mechanics of communication development achievement, formed gradually had many kinds of merits and miniature, medium, large-scale, the ultra-large type and so on each kind of specifications serial products, applied to monitors between computers many control doma
5、in from the black-white control system. Along with societys unceasing development, the building is getting higher and higher, but the elevator became the high-level building to the equipment. The elevator from the handle switch operation elevator, the push-button control elevator develops to present
6、s group control elevator, has made the indelible contribution for the high-level transportation. PLC mainly manifests in the elevator cuing controls application in its logical switch control function. Because PLC has the logic operation, counting and fixed time as well as data feeds output function.
7、 In the elevator rises and falls in the process, each logical switch control and the PLC very good union, very good have realized to the fluctuation the control. Keywords：Programmable Logic Controller；Lift control ；Fluctuation第1章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。它方便了人们的生活，节省了时间和体力。电梯是自动化程度和安全可靠性要求很
8、高的设备，其电气构成比较复杂。电梯质量的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。PLC控制系统运行可靠、编程简单、维修方便、抗干扰性强，已成为目前电梯系统中使用最多的控制方式。1.1电梯的基本结构电梯的基本结构有：1.曳引系统：由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。2.导向系统：由导轨、导靴和导轨架等组成。作用是限制轿厢和对重的活动自由度。使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。3.门系统：由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。4.桥厢：轿厢是用以运送乘客或货物的电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。5.重量平衡系统：由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。6.电力拖动系统：由
9、曳引电机、供电系统、速度反馈装置、速度装置等组成。它的作用是对电梯实行速度控制。7.电气控制系统：由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成。它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制。8.安全保护系统：包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用。1.2电梯的控制方式按操纵控制方式分，电梯可以分为以下几种：1.手柄开关操纵电梯：电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关，实现电梯的起动、上升、下降、平层、停止的运行状态。它要求轿厢门上装有透明玻璃窗口或使用栅栏轿门，井道壁上有层楼标记和平层标记，电梯司机根据这些标记判断楼层数以及控制电梯平层。2.信号控制电梯：这是一种自动控制程度较高的有
10、司机电梯。除具有自动平层，自动开门功能外，还具有轿厢命令等级、层站召唤等级、自动停层、顺向截停和自动换向等功能。司机只要将需要停站的层楼按钮逐一按下，再按下启动按钮，电梯就自动关门运行。在这中间，司机只需要操纵启动按钮，一直到预先登记的指令全部执行完毕。在运行中，电梯能被符合运动方向的层站召唤信号截停。采用这种控制方式的常为司机客梯。3.集选控制电梯：集选控制是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制电梯，它与信号控制的主要区别主要在于能实现无司机操纵。其主要特点是：把轿内选层信号和各层外呼信号集合起来，自动决定上、下运行方向、顺向应答。这类电梯需要在轿厢上设置称重装置，以免电梯超载。轿门上需
11、设有保护装置，防止乘客出、入轿厢时被轧伤。4.并联控制电梯：2-3台电梯的控制线路并联起来进行逻辑控制，共用层外召唤按钮，电梯本身都具有集选功能。群控电梯是用微机来统一调度多台集中并列的电梯。群控有梯群程序控制、梯群智能控制等形式。1.3电梯的主要功能电梯要实现的主要功能有：1.司机操作：由司机关门启动电梯运行，由轿内指令按钮选向，厅外召唤只能顺向截梯，自动平层。2.集选控制：集选控制是将轿厢内指令和厅外召唤的各种功能信号集中进行综合分析处理的高度自动控制功能。它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门启动运行，同向逐一应答，自动平层，自动开门，顺向截梯，自动换反向应答，能自动应召服务。3
12、.独立操作：指通过轿内指令驶往特定楼层，专为特定楼层乘客提供服务，不应答其他层站和厅外召唤。4.特别楼层优先控制：特别楼层有呼唤时，电梯以最短的时间应答。应答前往时，不理会轿内指令和其他召唤。到达该特别楼层后，该功能自动取消。5.停梯操作：在夜间、周末或假日，通过停梯开关使电梯停在指定楼层。停梯时，轿门关闭，照明、风扇断电，以利节电、安全。6.满载控制：当轿厢内满载时，不响应厅外召唤。7.防止恶作剧功能：本功能防止因恶作剧而按下过多轿内指令按钮导致异常情况。8.清除无效指令：清除所有与电梯运行方向不符的轿内指令。9.开门时间自动控制：根据厅外召唤、轿内指令的种类以及轿内情况，自动调整开门时间。
13、10.故障重开门：因故障使电梯门不能关闭时，使门重新打开再试关门。11.低速自救：当电梯在层间停止时，自动以低速驶向最近楼层停梯开门。12.停电时紧急操作：当市电电网停电时，用备用电源将电梯运行到指定楼层待机。13.故障检测：将故障记录在微机内存，并以数码显示故障性质。当故障超过一定数值时，电梯便停止运行。只有排除故障，清除内存记录后，电梯才能运行。大多数微机控制电梯都具有这种功能。第2章工艺及控制方案设计2.1系统结构框图电梯控制系统的电气控制系统总体框图如图2-1所示，PLC为核心控制器，通过检测及各类输入信号，经过CPU的处理，输出给设备，完成相关设备的运行、停止、报警及调速控制。系统中
14、的输入信号包括操作面板按钮的输入（只要是WinCC的按钮输入）、传感器的输入，以及相关数字量的输入，CPU对信号的处理主要为相应的逻辑关系的运算，PID调节等，调速主要是对变频器的控制。完成上述过程将全部的参数显示在上位机的WinCC画面中进行现场监控，例如，报警画面的监控。可以及时了解现场情况图2-1系统结构框图2.2设计方案与要求设计方案的选择：对于电梯的控制，选用继电-接触系统或可编程控制器来完成，但是二者有各自的特点。(1)继电-接触系统：它的优点是线路直观，大部分电器均为常用电器，更换方便，价格较便宜。但是他触点繁多，线路复杂，电器的电磁机构及触点动作较慢，能耗高，机械动作噪音大，而
15、且可靠性差。(2)PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，使用方便，扩展容易。它使用了梯形图和可编程指令，易于掌握。总之，PLC取代继电器-接触系统已经成为大的趋势。基于上述原因，我选择用可编程控制器来完成对电梯的控制。运动控制要求：(1)电梯轿箱的控制要求选向：根据电梯各层选择外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼层位置决定电梯的运行方向。选层换速：指电梯能够根据轿箱内所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。楼层位置的指示：选用了数码管显示的方法。由于FX2N系列已有内部计数-译码驱动模块，所以只要外部加上LED七段显示管和电源就可以显示楼层
16、了。(2)电梯门的控制要求：要求当电梯平层的时候，电梯门自动打开，经过10秒钟后电梯门自动关上。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的作用而自动开门。(3)补充要求：出了上述两个要求以外，还要注意的一点就是备用电梯电机的使用，但曳引电机出现故障，备用电机将手动控制转入运行状态，避免因曳引惦记出故障而引发的不必要的麻烦。主电路的设计(1)拖动电机主电路：主电路的设计，拖动电机的选择及原理：电梯的种类多种多样，按拖动系统来分有交流单速/交流双速拖动电梯，交流调压调速电梯等等。在此次设计中，我将采用交流双速电机作为曳引电机，它的优点是简单、经济、更重要的是舒适感好。备用电机的选择：备用电机
17、只要选择和曳引电机一样的型号即可。(2)门电机主电路：门电机主电路的设计，门电机的选择及原理：只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿厅门的损坏。2.3设计分析根据任务书本课题要求设计一个多层的电梯系统，现在固定为设计6层楼电梯，首先估算需要的I/O点，该控制系统的输入点和输出点主要有。门厅呼叫按钮：位于电梯厅门旁，除了顶层只有向下呼叫按钮和底层只有向上呼叫按钮以外，其余每层均有向上和向下2个呼叫按钮，共10个输入点。厢体内呼叫按钮：位于电梯厢体内，是电梯的内选信号，每层电梯各
18、对应一个按钮共6个输入点。平层检测信号的输入与输出：在每一楼层上均有平层信号检测，当电梯到达或者位于该层应被检测到，共6个输入点，同时外部有6个输出点显示所在楼层。运行状况显示输出：电梯上行、下行以及所在楼层各有1个外部输出点对应。根据输入/输出点数选择S7-300系列的PLC，S7-300可编程序控制器是模块化结构设计各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。输出楼层显示用LED灯，如图2-2所示： 图2-2数码管段位示例由上面I/O的估算对I/O资源进行配置如表2-1所示表2-1I/O与O/I地址分配信号名称地址号信号名称地址号上行1楼呼入信号I0.0上行1楼信号灯Q0.0上行2楼呼入信
19、号I0.1上行2楼信号灯Q0.1下行2楼呼入信号I0.2下行2楼信号灯Q0.2上行3楼呼入信号I0.3上行3楼信号灯Q0.3下行3楼呼入信号I0.4下行3楼信号灯Q0.4上行4楼呼入信号I0.5上行4楼信号灯Q0.5下行4楼呼入信号I0.6下行4楼信号灯Q0.6上行5楼呼入信号I0.7上行5楼信号灯Q0.7下行5楼呼入信号I1.0下行5楼信号灯Q1.0下行6楼呼入信号I1.1下行6楼信号灯Q1.1厢内楼层选择1I1.2厢内楼层选择1指示灯Q1.2厢内楼层选择2I1.3厢内楼层选择2指示灯Q1.3厢内楼层选择3I1.4厢内楼层选择3指示灯Q1.4厢内楼层选择4I1.5厢内楼层选择4指示灯Q1.5
20、厢内楼层选择5I1.6厢内楼层选择5指示灯Q1.6厢内楼层选择6I1.7厢内楼层选择6指示灯Q1.7开门按钮I2.0LED数字显示aQ2.0关门按钮I2.1LED数字显示bQ2.1报警I2.2LED数字显示cQ2.2楼层限位开关信号F1I2.3LED数字显示dQ2.3楼层限位开关信号F2I2.4LED数字显示eQ2.4楼层限位开关信号F3I2.5LED数字显示fQ2.5楼层限位开关信号F4I2.6LED数字显示eQ2.6楼层限位开关信号F5I2.7开门Q2.7楼层限位开关信号F6I3.0关门Q3.0梯门开限位I3.1电梯上行Q3.1梯门关限位I3.2电梯下行Q3.2开门条件M2.0电梯在1层显
21、示灯Q3.3关门条件M2.1电梯在2层显示灯Q3.4电梯上行状态M2.2电梯在3层显示灯Q3.5电梯下行状态M2.3电梯在4层显示灯Q3.6电梯上行断电信号M100.0电梯在5层显示灯Q3.7电梯下行断电信号M100.1电梯在5层显示灯Q4.0程序流程图如图2-3:图2-3程序流程图第3章选型及仪表柜的设计3.1硬件系统配置3.1.1硬件组态S7-300PLC是模块化的组合结构，用户按照实际需求选取的各种模块可以直接安装在机架（导轨）上，通过背板总线（机座）把这些模块连接起来。在机架上安装模块的顺序是：在1号槽安装电源模块，2号槽安装CPU，然后安装I/O接口模块、功能模块、通信处理器、I/O
22、信号模块。S7-300PLC系统配置分两种情况：1.装在一个机架上的S7-300PLC结构。装在一个机架上的S7-300PLC必须符合以下规定：（1）在CPU单元右边安装的信号模块不超过8个。（2）面板总线电流值的限制装在一个机架上的全部模块都要受到S7-300面板总线提供的总电流值的限制，对于CPU313C，32KB工作内存；0.1ms/1000条指令；DI24/DO16；集成有AI5/AO2；3路脉冲输出(2.5kHz)；通道计数与测量增量型编码器24V(30kHz)；MPI连接器；多排最多可组态31个模块；固化程序V1.02、装在多个机架上的S7-300结构。（1）接口模块（IM）总是位
23、于3号槽、第一信号模块的左边。（2）每个机架上不能超过8个信号模块（SM、FM、CP），这些模块总是位于接口。（3）插入的模块数（SM、FM、CP）受到背板总线允许提供电流的限制，每个一排或每个机架总的电流消耗量不应超过1.2A。STEP7软件中的硬件组态就是模拟真实的PLC硬件系统，将电源、CPU和信号模块等设备安装到相应的机架上，并对PLC硬件模块的参数进行设置和修改的过程。用户在SIMATIC管理器中，利用菜单“文件/新建”建立新项目，具体步骤如下：1.执行菜单命令“文件/新建”，在打开的对话框中单击“浏览”按钮选择项目的存储位置，建立一个新项目名dt。2.单击“确定”按钮后，在SIMA
24、TIC管理器中，显示出一个新建立的项目名称。在新项目名上按鼠标右键选择“插入新对象”，可以看到这里供用户插入多种资源，包括300或400站、网络和程序等。这里选择插入一个“SIMATIC300站”。3.选择插入的300站，双击右侧窗口中包含的硬件图标，打开“硬件组态”窗口。这时，窗口中无任何内容，需要逐一添加。4.首先在右侧的硬件目录“SIMATIC300/RACK-300”中双击Rail(机架)，一个模拟的机架框就出现在左侧的窗口中。在这个机架上，用户可以配置具体的模拟。首先在左侧视图中单击模块将要存放的位置，然后在右侧视图中双击选择的模块，或将选择的模块拖入存放的位置即可，如图3-1所示为
25、配置机架和具体的模块。图3-1硬件组态S7-300模块有不同型号的CPU，以适应不同等级的控制系统。有的CPU上集成有I/O点，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口，有的CPU上集成有PTP接口等。本系统选用的是CPU312。电源模块为S7-300PLC和需要DC24V的传感器/执行器供电。有直流供电电源和交流供电电流。额定输出电流有2A、5A或10A。电源模块除了给CPU模块提供电源外，还可以给输入/输出模块提供DC24V电源。本系统选用的是PS3075A的电源，模块输入和输出之间有可可靠的隔离，输出DC24V正常电压时，绿色LED亮；输出过载时LED闪烁；输出电流大于8A时，电
26、压跌落，跌落后自动恢复。输出短路时输出电压消失，短路消失后电压自动恢复。由于本系统有28输入、33输出、DI两个、DO两个。故选2个DI16xDC24V和一个DO32xDC24V/0.5A、一个DO16xDC24V/0.5A系统硬件组态完成。3.1.2PLC的I/O资源配置S7-300PLC的信号模块能插在每个机架的第411槽里，这样就给每块信号模块确定了一个具体的模块起始地址，该地址取决于它所在的槽和机架。S7-300的最大配置的各I/O模块的编址方法，实际PLC系统应根据控制对象及控制要求选取模块，并将机架数量和槽位号相应缩减。数字量I/O编址S7-300的数字量地址由地址标识符、地址的字
27、节部分和位部分组成。一个字节由07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。例如I3.2是一个数字量输入地址，小数点前面的3是地址的字节部分，小数点后2表示这个输入点是3号字节中的第二位。数字量除了按位寻址外，还可以按字节、字和双字寻址。以组成字和双字的第一字节的地址作为字和双字的地址。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，与位地址和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，每个槽位分配4B（4个字节）的地址，相当于32个I/O点。最多可能有32个数字量模块，共占用32*4B=128B。3.2仪表柜的设计3.2.1仪表
28、柜内部1所有电器元件及附件，均应固定安装在支架或底板上，不得悬吊在电器及连线上。接线面每个元件的附近有标牌，标注应与图纸相符。除元件本身附有供填写的标志牌外，标志牌不得固定在元件本体上。如图3-2所示图3-2柜内电源模块2一次配线应尽量选用矩形铜母线，当用矩形母线难以加工时或电流小于等于100A可选用绝缘导线。接地铜母排的截面面积电柜进线母排单相截面面积1/2接地母排与接地端子。如图3-3所示图3-3电子排3二次线的连接（包括螺栓连接、插接、焊接等）均应牢固可靠，线束应横平、竖直，配置坚牢，层次分明，整齐美观。同一合同的相同元件走线方式应一致。如图3-4图3-432路开关4.柜体内任意两个金属
29、零部件通过螺钉连接时如有绝缘层均应采用相应规格的接地垫圈，并注意将垫圈齿面接触零件表面，以保证保护电路的连续性。5.当需要外部接线时，其接线端子及元件接点距结构底部距离不得小于200mm，且应为连接电缆提供必要的空间提高柜体屏蔽功能，如需要外部接线，出线时，需加电磁屏蔽衬垫，柜体孔缝要求为求缝长或孔径小于/(10100）。如果需要在电柜内开通风窗口，交错排列的孔或高频率分布的网格比狭缝好，因为狭缝会在电柜中传导高频信号。柜体与柜门之间的走线，必须加护套，否则容易损坏绝缘层。如图3-5所示图3-5电子柜正面图第4章WinCC软件介绍与设计4.1工控组态软件WinCCWinCC是视窗控制中心（Wi
30、ndowsControlCenter）的简称，它是数据采集监控系统SCADA的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。它具有丰富的设置选项，使用方式灵活，功能强大。运用组态软件模拟S7-300/400PLC的CPU中用户程序的执行过程，可以在开发阶段发现和排除错误，提高调试效率。因为一方面S7-300/400的硬件价格较高，另一方面具体的控制对象体积大、价值贵、结构复杂，一般的单位和个人都很难配备较为齐全的实验装置。采用组态软件的过程监控画面，配合S7-PLCSIM仿真软件，可以生动形象地表现控制对象的控制过程，是学习S7-300/400PLC的编程和调试的有力工具。WinCCV6.0采用
31、标准MicrosoftSQLServer2000数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可以在办公室内看到生产过程的动态画面，能实现对工业控制系统中的各种资源进行配置和编辑，处理数据报警和系统报警，存储历史数据并支持历史数据的查询，完成各类报表的生成和打印输出，从而更好地调度指挥生产WinCC提供了所有与PLC系统的通讯通道。作为标准，WinCC支持所有连接SIMATICS5，S7系列控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS-DP，DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。使用WinCC6.0组态软件调试程序的步骤：用户程序的调试是通过过程画面来完成的。图形编辑器是用于创建过程画面并使其动态化的编辑器。图形编辑器的“对象选项板”包含了在过程画面中频繁出现使用的不同类型的对象，它包括“标准”和“控件”个选项卡。“样式选项板”允许快速更改线型、线粗细、线端样式和填充图案。下面是用WinCCV6.0配合S7-PLCSIM调试程序的
