【正文】 子 S7300PLC 的虛擬電梯 設(shè)計(jì) 機(jī)電 系 機(jī)械制造及其自動化 專業(yè) 學(xué) 號 ： 0923111 學(xué)生姓名 ： 王 華 指導(dǎo)教師： 陳 浩 （職稱： 高工 ） 2021 年 5 月 25 日全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 無錫 太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人聲明所呈交的 學(xué)位 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）是本人在導(dǎo)師的 認(rèn)真 指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行 的 研究 工作及其 所取得的 研究 成果 。 目前的電梯控制普遍采用了兩種方式，一是控制方式用可編程控制 器實(shí)現(xiàn)信號控制；二是采用微機(jī)作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)行功 能，拖動控制則由變頻器來完成。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 熟悉基于 S7300 的電梯控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容和基本原理。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 王 華 五、開始及完成日期： 自 2021 年 11 月 12 日 至 2021 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教研室主任 〔 學(xué)科組組長研究所所長 〕 簽名 系主任 簽名 2021 年 11 月 12 日全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 摘 要 隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的飛速推進(jìn) ,電梯作為 一種安全，高效，方便的垂直運(yùn)輸工具已在人們的日常生活中密不可分， 因此 ,設(shè)計(jì)一種通用性強(qiáng)、可視性好的 PLC 虛擬電梯教學(xué)模型勢在必行。虛擬電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)以 PLC 控制系統(tǒng)為主要研究對象 ,通過分析研究電梯運(yùn)行原理 ,控制要求 ,做好 PLC 輸入 /輸出 (I/0)端口配置 ,利用軟 PLC 技術(shù) ,設(shè)計(jì)出梯形圖 LAD控制程序 ,并對電梯的開關(guān)門控制 ,廳內(nèi)外召喚登記及消除控制、平層控制、選層及電梯運(yùn)行過程等進(jìn)行仿真、監(jiān)控。 關(guān)鍵詞 :虛擬電梯仿真； S7300PLC； STEP7； WINCC flexible；監(jiān)控 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 Abstract With the rapid development of city modernization, the elevator as a safe, efficient, convenient for the vertical transportation tool in people39。 WINCC flexible。其中 PLC 技術(shù)可擴(kuò)展性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、成本低，既而應(yīng)用范圍廣泛。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 電梯行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 (l)電梯控制技術(shù)方面 網(wǎng)絡(luò)化、智 能化、人性化 。 (2)曳引機(jī)技術(shù)方面 伴隨機(jī)械加工水平的提高 ,有齒輪曳引機(jī)從傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動慢慢被行星式齒輪傳動與高精度硬齒面圓柱齒輪傳動替代 ,這樣就有利于曳引機(jī)體積縮小、傳動效率和承載能力提高。因此 ,著名的奧的斯電梯公司想出了“ 電梯全過程綠色化”方案來解決，電梯從設(shè)計(jì)、制造、安裝、維護(hù)及更新改造各個環(huán)節(jié)都充分考慮到了節(jié)能和環(huán)保因素。轎廂的 造型和照明設(shè)計(jì)、操縱箱設(shè)計(jì)和轎廂層樓顯示設(shè)計(jì)等逐漸向藝術(shù)化、人性化發(fā)展。而且這些模型普遍缺少計(jì)算機(jī)控制、軟件監(jiān)控、系統(tǒng)通訊、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目拓展等一系列功能。軟 PLC 技術(shù)是一項(xiàng)基于 IPC(工業(yè)控制計(jì)算機(jī) )或 EPC(嵌入式計(jì)算機(jī) ) 的 控制技術(shù)，其在當(dāng)下工業(yè)自動化領(lǐng)域正逐漸興起。 PLC 控制器運(yùn)行控制程序 ,通過通訊程序把控制結(jié)果傳到計(jì)算機(jī) ,虛擬電梯根據(jù)傳來的控制信號進(jìn)行電梯的運(yùn)行和相關(guān)信息指示 , 實(shí)際電梯的各種運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)也在模擬的范疇。使 PLC控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、通信技術(shù)緊密結(jié)合 ,設(shè)計(jì)一個完整的 PLC 虛擬電梯教學(xué)模型，包括了軟硬件組態(tài)、控制程序、仿真監(jiān)控。 為電梯制造單位，維護(hù)單位和使用 單位提供了 集中 管理 的有力手段 。這種監(jiān)控技術(shù)，贏得了信任，這也將成為中國電梯行業(yè)的技術(shù)研究和發(fā)展的一個重要方向。 采用面向?qū)ο缶幊痰姆椒▽?PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟 PLC 仿真 ,既可以減少成本 ,也可以降低故障發(fā)生的幾率 ,還可以進(jìn)行故障模擬試驗(yàn) ,這樣在電梯實(shí)際使用 PLC 控制時可以安全地運(yùn)行 [16]。 (2)進(jìn)行 PLC 系統(tǒng)配置 ,I/O 點(diǎn)數(shù)分配 ,選擇 STEP7 編程軟件進(jìn)行硬件組態(tài) ,編制四層虛擬電梯控制程序 ,分析主要程序。 電梯的機(jī)械系統(tǒng)由機(jī)房、井道、轎廂和門系統(tǒng)四部分構(gòu)成。 (2)井道顧名思義，就是提供電梯運(yùn)行的通道 ,內(nèi)設(shè)有導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架、對重裝置、緩沖器、隨行電纜、平衡 鏈、極限開關(guān)、端站限位開關(guān)等。 PLC 控制技術(shù)成本低、通用性好、開發(fā)周期短、擴(kuò)展性好、維護(hù)簡單、網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng) ,漸漸成為在現(xiàn)代化建筑中電梯控制系統(tǒng)的主流。變頻器直接控制曳引電動機(jī)的運(yùn)行 ,而 PLC 提供變頻器的輸入控制信號。 [3] (PG是光電編碼器 ) 圖 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 (1)光幕 /安全觸板保護(hù) 在關(guān)門過程中安全觸板或者光幕動作時 ,停止關(guān)門 ,并執(zhí)行開門指令 ,梯門開到位后再重新開始關(guān)門 ,門緊閉后 ,門鎖信號為 0N,轎廂方可以開始運(yùn)行；倘若安全觸板或光幕動作一直在就不執(zhí)行關(guān)門輸出指令；另外在檢修狀態(tài)下光幕無效。 (4)超載保護(hù) 電梯若超載便不執(zhí)行關(guān)門及運(yùn)行指令 ,并且還會輸出超載信號警報(bào) ,超載消失就自動恢復(fù)常態(tài)。其中包括如下程序模塊 : (1)選向 廳外有傳喚按鈕 ,轎廂內(nèi)有樓層選擇按鈕與門開關(guān)按鈕（均有按鈕指示燈）；根據(jù)傳喚指令發(fā)出的位置和實(shí)際電梯所在的位置決定電梯的運(yùn)行走向 ,符合順向截梯規(guī)則；響應(yīng)后 ,自動把此次傳喚指令的記憶清零 。 (3)開 /關(guān)門控制 電梯門有轎廂門與廳門之分 ,轎廂門由電機(jī)拖動 ,廳門則由轎廂門帶動 ,當(dāng)轎廂在平層停車后自動開門 ,開門后片刻如果沒有人踏入便自動關(guān)門；但是關(guān)門過程中 ,如有人按下開門按鈕或 者遮擋光幕則又會跳到開門狀態(tài)；門完全關(guān)閉后 ,門鎖信號為 0N,轎廂方可向上 /下運(yùn)行。 根據(jù)虛擬電梯系統(tǒng)的控制功能要求 ,設(shè)計(jì)流程如圖 所示。 PLC 的定義 可編程控制器 (Programmable logic Contro11er)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型控制裝置?！? PLC 技術(shù)與 CAD/CAM 技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)并 稱為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的三大支柱。用戶程序與數(shù)據(jù)等。輸出接口有晶體管輸出、晶閘管輸出、繼電器輸出等。電源輸入類型有 :交流電源 (220VAC 或1IOVAC),直流電源 (常用的為 24VAC)。 PLC 控制電梯的優(yōu)點(diǎn) 早期的電梯控制系統(tǒng)中的邏輯控制由繼電器 接觸器控制電路實(shí)現(xiàn) ,但是這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性不高、通用性不強(qiáng)、擴(kuò)展能力差。由圖看出 ,西門子 S730OPLC 采用緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu) ,電源模塊 (PS)、 CPU 模塊、信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)、接口模塊 (IM)和通信處理器 (CP)都安裝在 DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上。 虛擬電梯設(shè)計(jì)中用到了電源模塊 (PS)、 CPU 模塊、通信處理器 (CP),因此只要對這三個模塊的相應(yīng)槽位組態(tài) ,具體組態(tài)步驟見“ STEP7 與 S7300PLC 間硬件組態(tài)”內(nèi)容。 (1)裝載存儲器 : 它是一個可編程模塊 ,包括建立在編程設(shè)備上的裝載對象 (邏輯塊、數(shù)據(jù)塊和其他信息 ),它可以是存儲器卡或內(nèi)部集成的 RAM。 (3)工作存儲器僅包含在運(yùn)行時間使用的程序和數(shù)據(jù) ,RAM工作存儲器集成在 CPU中 ,通過后備電池來保持。包括 PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA 三類協(xié)議。使用該接口可建立基本網(wǎng)絡(luò) ,同時連接幾個編程單元、操作者面板、 S7300/400PLC、運(yùn)行 STEP7 的編程器和西門子人機(jī)界面。 ASi(EN 50295)與傳感器和執(zhí)行器進(jìn)行通訊的國際標(biāo)準(zhǔn)。 輸入 /輸出接口電路通過光電隔離和濾波把 PLC 和外部電路隔離 ,所以 PLC 有較強(qiáng)的抗干擾能力 ,無故障運(yùn)行率可達(dá) 4 至 5 萬小時。 STEP7 編程軟件概述 STEP7 編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括 SIMATIC S M C7 和基于 PC 的WINAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具 ,是 SIMATIC 工業(yè)軟件的重要組成部分。 STEP7 用 SIMATIC 管理器對項(xiàng)目進(jìn)行集中管理 ,它能方便地瀏覽 SIMATIC S M C7 和 WINAC 的數(shù)據(jù)。除了 PC 適配器 ,還需要一根標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C 通信電纜。點(diǎn)擊【 Select? ? 】按鈕 ,打開“ Install/Remove interfaces”對話框 ,安裝選擇框中沒有列出的硬件接口的驅(qū)動程序。使用菜單命令 File“ New Project” Wizard,打開 Wizard,對話框中將顯示你所建立的項(xiàng)目結(jié)構(gòu)。 [18] (1)模塊化設(shè)計(jì) :電梯控制系統(tǒng)是集選式控制系統(tǒng) ,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ,適合面向?qū)ο蟮哪K化編程方法 ,將各個輸出的信號按屬性分類做出程序模塊 ,模塊與模塊之間可以用中間寄存器來銜接。 (3)需要調(diào)整的參數(shù) ,如自動開關(guān)門時問、換速時間、啟制動切換時間等與程序分離。 (5)作用相同的開關(guān)信號并聯(lián)輸入 PLC,如開門按鈕和各層安全觸板開關(guān)。 本課題的設(shè)計(jì)以闡述設(shè)計(jì)思路為主 ,舉例程序用了基本指令來簡單實(shí)現(xiàn)電梯的控制功能。如果電梯上行超過了平層位置，則上平層感應(yīng)干簧管離開隔磁板，使 、 失電，則 接通 ，電梯繼續(xù)上行；電梯在下降時，直至隔磁板重新進(jìn)入上平層感應(yīng)干簧管，使 得電。例如電梯原在一層 , 動作 , 得電 ,即一樓樓層指示燈亮 ,數(shù)碼顯示為“ 1”。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 樓層指示梯形圖 開、關(guān)門控制 電梯在某層平層停車后自動關(guān)門 ,、 為開、關(guān)門信號 ,若乘客按下開、關(guān)門按鈕可對門開、關(guān)進(jìn)行手動控制。當(dāng)電梯在運(yùn)行時 ,為保證安全運(yùn)行 ,任何情況都不能開門 ,這一點(diǎn)由 和 的常閉觸點(diǎn)來確保。當(dāng)電梯上行到達(dá) 2 層感應(yīng)干簧管區(qū)位時 ,由樓層信號控制環(huán)節(jié)可知 得電 ,于是 被復(fù)位 ,即去2 層的內(nèi)呼指令被消除 ,該指令己被執(zhí)行完畢。設(shè)電梯在 一層處于停止?fàn)顟B(tài)。由于還未到達(dá) 3 層 ,外呼 3 上信號 仍然處于記憶、登記狀態(tài) ,故上行控制信號 仍未釋放 (具體分析見選向環(huán)節(jié) )。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 圖 外呼信號登記及消除控制梯形圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 選層定向及反向截梯 選向就是電梯根據(jù)內(nèi)呼指令自動選擇合理的走向。故障報(bào)警程序如圖 示 : 圖 電梯故障報(bào)警梯形圖 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請聯(lián)系 174320523 各專業(yè)都有 以上為虛擬電梯主要功能模塊的梯形圖程序 ,完整的電梯控制 程序還要包括初始化程序、換速、樓層七段碼指示、檢修、消防、急停等模塊 ,由于篇幅限制 ,本文中不再一一闡述。 (2)對硬件進(jìn)行診斷。 (4)對程序進(jìn)行調(diào)試。如果遇到塊調(diào)用 ,用“下一條指令”就跳到塊后的第一條指令 [9]。同理調(diào)試外呼叫下指示燈。 (3)仿真時要思路清晰 ,輸入信號較多 ,仿真時要對應(yīng) I/O 分配表按控制要求正確 操作。 Statu Symbol Address Data typ Comment 1 門安全信號 I BOOL 2 一層上選按鈕 I BOOL 3 二層上選按鈕 I BOOL 4 三層上選按鈕 I BOOL 5 二層下選按鈕 I BOOL 圖 電梯控制信號符號表 虛擬電梯的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 虛擬電梯設(shè)計(jì)以 PLC為控制對象 ,對電梯控制系統(tǒng)的 PLC控制程序及功能進(jìn)行調(diào)試與完善。 虛擬電梯的動畫仿真系統(tǒng)既能直觀反映電梯結(jié)構(gòu)及運(yùn)行規(guī)律 ,又能靈活調(diào)整電梯的層數(shù)、速度、數(shù)量等功能。其由硬件和軟件兩部分組成。 WINCC flexible 人機(jī)界面監(jiān)控軟件