【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)字量輸入模塊（ DI），數(shù)字量輸出模塊（ DO），模擬量輸入模塊（ AI），模擬量輸出模塊（ AO），在本論文中，主要應(yīng)用 DI 與 DO 模塊。本文中根據(jù) I/O 點(diǎn)選擇一個(gè) 32 路的數(shù)字量輸入模塊和一個(gè) 32 路的輸出模塊。 接口模塊（ IM）：用于連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架。一般工業(yè)上常用 IM1532 作為分站通過 PROFIBUSDP 與主站進(jìn)行通訊。在分站中， IM 模塊位于分站的第二個(gè)槽。圖 為 ET200 的分站，包含各種輸入輸出模塊。在本文中并不需要擴(kuò)展機(jī)架，所以該模塊在本文中不需要選型。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 22 ET200 的分站圖 功能模塊（ FM）：用于計(jì)數(shù)、定位和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 通訊模塊（ CP）：用于 PLC 之間， PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信。 S7300 在機(jī)架上的排列如圖 23 圖 23 S7300 模塊在機(jī)架上的排列 本文的 PLC 模塊選擇如表 21 模塊名稱 模塊型號(hào) 訂貨號(hào) 電源模塊 PS 307 5A 6ES7 3071EA000AA0 CPU模塊 CPU 312 6ES7 3121AD100AB0 數(shù)字量輸入模塊 DI32xDC24V 6ES7 3211BL002AA0 數(shù)字量輸出模塊 DO32xDC24V/ 6ES7 3221BL000AA0 表 21 第 4 節(jié) S7300 軟件系統(tǒng)介紹 STEP7 的安裝與使用 STEP7 是西門子的編程軟件，也稱為西門子的標(biāo)準(zhǔn)工具。 STEP7 用于對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)（包括 PLC、 I/O、 HML、驅(qū)動(dòng)裝置和通信網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行組態(tài)、編程和監(jiān)吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁(yè) 共 28 頁(yè) 控。它具有以下功能： 組態(tài)硬件，即在機(jī)架中放置模塊，為模塊分配地址和配置模塊的參數(shù)。 組態(tài)通信連接，定義通信伙伴和連接特性。 使用編程語(yǔ)言編寫用戶程序。 下載和調(diào)試用戶程序，啟動(dòng)、維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和故障診斷等功能。 在本文中安裝的 STEP7 版本為 ,安裝該軟件中應(yīng)該注意的幾個(gè)問題： 安裝西門子的軟件 時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)“ ssf 文件錯(cuò)誤”的信息，這是安裝包的文件夾為中文，更改為英文名稱即可。包括之后安裝 PLCSIM 和 WINCC 的時(shí)候同樣適用。 如果在安裝過程中出現(xiàn)“ Please sestart Windows before installing new programs” (安裝新程序前請(qǐng)重新啟動(dòng) Windows)，這時(shí)需要?jiǎng)h除注冊(cè)表中相應(yīng)的鍵值，位于HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Control\SessionManger，在右邊欄里找到 PendingFileRenameOperations，將其刪除。就可以不需要重新啟動(dòng)系統(tǒng)就可以安裝軟件了。 西門子自動(dòng)化軟件的安裝順序。用戶必須先安裝 STEP，再安裝上位機(jī)組態(tài)軟件 WINCC。 PLCSIM 的安裝與使用 S7PLCSIM 是西門子公司開發(fā)的可編程控制器模擬軟件，它在 Step7 集成狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)無硬件模擬，也可以與 Step7 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控模擬 。本文中安裝的 PLCSIM 版本為 。 WINCC 的安裝與使用 WINCC 是一款上位機(jī)的過程監(jiān)控軟件，在安裝 WINCC 前需要 SQL 數(shù)據(jù) 庫(kù)系統(tǒng)作為前置條件，本文中安裝的 WINCC 版本為 V6_SP3，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)為SIMATIC_SQL_SP3。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁(yè) 共 28 頁(yè) 第 3 章、基于 S7300 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 節(jié) 總體設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的目標(biāo) 根據(jù)提出的電梯控制要求，繪制控制流程圖，分配 I/O 點(diǎn)、通過 SIMATIC manger 完成硬件組態(tài)，利用梯形圖（ LAD）編寫程序?qū)崿F(xiàn)電梯控制，通過 PLCSIM實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)試。 實(shí)現(xiàn) WINCC 組態(tài)軟件與 PLCSIM 模擬的 PLC 進(jìn)行通訊，并通過 WINCC 對(duì)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。 控制系統(tǒng)的方案 根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)，電梯控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖 ，電梯系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)電梯外部呼叫信號(hào)、內(nèi)部呼叫信號(hào)的檢測(cè)和電梯的上行、下行以及相關(guān)操作的外部顯示輸出。利用 S7300 編寫程序來完成對(duì)電梯的控制要求，并且利用 WINCC 與 PLC 之間的通訊以及組態(tài)畫面來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制系統(tǒng)的監(jiān)控。當(dāng)電梯有外部呼叫信號(hào)或者是內(nèi)部呼叫信號(hào)時(shí)，能夠通過 PLC 來響應(yīng)控制，并且同時(shí)在上位機(jī)的監(jiān)控畫面上顯示電梯的運(yùn)行狀況。 W I N C C 監(jiān) 控系 統(tǒng)S 7 3 0 0電 梯 系 統(tǒng)M P I 通 訊硬 接 線 接 入 輸 入 輸出 模 塊圖 3 . 1 電 梯 控 制 系 統(tǒng) 的 總 體 結(jié) 構(gòu) 圖 第 2 節(jié) S7300 電梯控制系統(tǒng)的總體介紹 電梯控制的要求 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁(yè) 共 28 頁(yè) （ 1）首先在開始的時(shí)候，電梯處在任意的一層。 （ 2）當(dāng)有外部呼叫信號(hào)時(shí)，電梯響應(yīng)該外部呼叫信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時(shí) 5S 后自動(dòng)關(guān)門。 （ 3）當(dāng)有內(nèi)部呼叫信號(hào)時(shí)，電梯響應(yīng)內(nèi)部呼叫信號(hào)，到達(dá)該樓層時(shí)，電梯停止運(yùn)行，電梯門打開，延時(shí) 5S 后自動(dòng)關(guān)門。 （ 4）當(dāng)電梯運(yùn)行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外部呼叫信號(hào)均不響應(yīng)，但如果反方向外部呼叫信號(hào)前方向無其他內(nèi)部、外部呼叫信號(hào)時(shí)，則電梯響應(yīng)該外部呼叫信號(hào)，但是不影響二層向下的外部呼叫信號(hào)。同時(shí)，如 果電梯到達(dá)三層，如果四層沒有任何呼叫信號(hào)，則電梯可以響應(yīng)三層向下外部呼叫信號(hào)。例如：電梯到達(dá)三樓，如果這時(shí)二層向下信號(hào)發(fā)出，電梯向下運(yùn)行，這時(shí)再按四層向下信號(hào)則無反應(yīng)。 （ 5）電梯具有最遠(yuǎn)反向外部呼叫響應(yīng)功能。例如：電梯在一層，而同時(shí)有二層向下外部呼叫信號(hào)，三層向下外部呼叫信號(hào)，四層向下外部呼叫信號(hào)，則電梯優(yōu)先去四層響應(yīng)四層向下外部呼叫信號(hào)，即電梯首先到達(dá)四層口開門，等用戶進(jìn)入后再下降至三樓，直至到一樓。 （ 6）電梯沒有到達(dá)平層或者運(yùn)行過程中，開門按鈕和關(guān)門按鈕都不起作用。電梯到達(dá)平層并且停止運(yùn)行后，按開門 按鈕電梯門打開，按關(guān)門按鈕電梯門關(guān)閉。 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配 電梯邏輯控制的核心是 PLC，哪些信號(hào)需要輸入到 PLC，而 PLC 又需要驅(qū)動(dòng)哪一些負(fù)載，以及采用何種編程方式，這些都會(huì)影響到內(nèi)部 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配，因此 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配是設(shè)計(jì)整個(gè) PLC 電梯控制系統(tǒng)首先需要規(guī)劃的問題，輸入輸出分配表如表 31。 序號(hào) 名稱 輸入點(diǎn) 序號(hào) 名稱 輸出 點(diǎn) 1 一層內(nèi)部呼叫 1 一層內(nèi)部呼指示 2 二層內(nèi)部呼叫 2 二層內(nèi)部呼指示 3 三層內(nèi)部呼叫 3 三層內(nèi)部呼 指示 4 四層內(nèi)部呼叫 4 四層內(nèi)部呼指示 5 一層外部呼叫向上 5 一層外部呼叫向上指示 6 二層外部呼叫向下 6 二層外部呼叫向下指示 7 二層外部呼叫向上 7 二層外部呼叫向上指示 8 三層外部呼叫向下 8 三層外部呼叫向下指示 9 三層外部呼叫向上 9 三層外部呼叫向上指示 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁(yè) 共 28 頁(yè) 10 四層外部呼叫向下 10 四層外部呼叫向下指示 11 開門 開關(guān) 11 電梯上行 12 關(guān)門開關(guān) 12 電梯下行 13 一層平層 13 門電機(jī)開 14 二層平層 14 門電機(jī)關(guān) 15 三層平層 15 電梯上行指示 16 四層平層 16 電梯下行指示 17 開門限位 18 關(guān)門限位 19 電梯上升極限位 20 電梯下降極限位 表 31 地址分配 電梯系統(tǒng)流 程圖 按照控制要求先畫出程序流程圖（如圖 ）。電梯完成一次呼叫任務(wù)響應(yīng)的步驟分以下幾步： 電梯檢測(cè)到轎廂內(nèi)或轎廂外的呼叫信號(hào)后將此樓層與轎廂所在樓層的信號(hào)進(jìn)行比較，然后選擇運(yùn)行方向。 電梯開始啟動(dòng)，通過直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轎廂運(yùn)動(dòng)，直到到達(dá)目標(biāo)層。 平層之后，經(jīng)過開門，開至開門限位，再經(jīng)過一定延時(shí)后關(guān)門。 繼續(xù)響應(yīng)其他呼叫，進(jìn)行下一次的呼叫任務(wù)響應(yīng)。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁(yè) 共 28 頁(yè) 初 始 化是 否 外 部 呼 叫 是 否 內(nèi) 部 呼 叫目 標(biāo) 與 本 層 是 否 同 層選 擇 運(yùn) 行 方 向運(yùn) 行監(jiān) 測(cè) 樓 層是 否 目 標(biāo) 層總 開 關(guān) 是 否 斷 開開 始停 止等 待否否是否是是是是否否 圖 32 電梯控制系統(tǒng)流程圖 第 3 節(jié) 電梯控制系統(tǒng)的 PLC 程序設(shè)計(jì) 硬件 組態(tài)的設(shè)計(jì) 英語(yǔ)單詞“ Configuring”（配置、設(shè)置）一般翻譯為“組態(tài)”。集成在 STEP7中的硬件組態(tài)工具 HW Config 用于自動(dòng)化工程使用的硬件進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。 硬件組態(tài)的任務(wù)就是在 STEP7 中生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng)，組態(tài)的模塊和實(shí)際的模塊的插槽位置、型號(hào)、訂貨號(hào)和固件版本號(hào)應(yīng)完全相同。硬件組態(tài)還包括生成網(wǎng)絡(luò)、生成網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)站點(diǎn)和它們的模塊，以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù)，即給參數(shù)賦值。 硬件組態(tài)包括下列內(nèi)容： 1）系統(tǒng)組態(tài)：從硬件目錄中選擇機(jī)架，將模塊分配給機(jī)架中的插槽。用接口 模塊連接多機(jī)架系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)架。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，需要生成網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)上的站點(diǎn)。在本文中只需要一個(gè)機(jī)架，所以不需要接口模塊來擴(kuò)展機(jī)架。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) 共 28 頁(yè) 2） CPU 的參數(shù)設(shè)置：設(shè)置 CPU 模塊的多種屬性，例如啟動(dòng)特性、掃描監(jiān)視時(shí)間等，設(shè)置的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在 CPU 的系統(tǒng)數(shù)據(jù)中。如果沒有特殊要求，可以使用默認(rèn)的參數(shù)。 3）模塊的參數(shù)設(shè)置：定義模塊所有的可調(diào)整參數(shù)。組態(tài)的參數(shù)下載后， CPU之外的其他模塊的參數(shù)一般保存在 CPU 中。在 PLC 啟動(dòng)時(shí)， CPU 自動(dòng)地向其他模塊傳送設(shè)置的參數(shù)，因此在更換 CPU 之外的模塊后不需要重新對(duì)它們組態(tài)和下載組態(tài)信息 。 本文中，系統(tǒng)的硬件組態(tài)步驟： （ 1）首先新建一個(gè) S7300 的站點(diǎn)，然后雙擊 Hardware（硬件組態(tài)）圖標(biāo)，進(jìn)入硬件組態(tài)窗口。 （ 2）選擇 rack（機(jī)架），生成機(jī)架，在機(jī)架上放置相應(yīng)的模塊。 （ 3）根據(jù)先前所選擇的模塊，依次添加相應(yīng)型號(hào)的電源模塊， CPU 模塊，數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，并對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行修改。 （ 4）保存硬件組態(tài)配置，并將它下載到 PLC 中。 本系統(tǒng)的硬件組態(tài)如圖 33。 圖 33 硬件組態(tài) STEP7 符號(hào)表生成 為了將輸入、輸出各個(gè)地址都標(biāo)注出每一個(gè)變量的含義，用 符號(hào)表生成輸入、輸出地址，符號(hào)表如圖 34。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 34 符號(hào)表 廂門開關(guān)的控制程序 廂門作為電梯的一個(gè)重要組成部分，廂門的開關(guān)需要較高的安全性和控制條件，廂門的開門條件根據(jù)每一層具體情況來控制。在二層和三層時(shí)需要具體考慮各個(gè)信號(hào)，對(duì)于想要到達(dá)該樓層的內(nèi)部呼叫信號(hào)可以立即響應(yīng)開門，對(duì)于外部呼叫信號(hào)會(huì)根據(jù)控制要求來判斷是否允許。例如用戶在二層外部按向下按鈕，只有二層向下運(yùn)行響應(yīng)允許并且電梯到達(dá)該樓層，廂門才可以打開，這就滿足了控制要求中的第 5 條。而開門復(fù)位的條件是開門到限位和關(guān)門按鈕按下時(shí)。 （廂門開關(guān)的控制程序?yàn)閳D 35） 廂門關(guān)門的條件限制條件是只要求關(guān)門請(qǐng)求、或者開門后 3 秒，這兩個(gè)條件任意一個(gè)即可關(guān)門。 吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁(yè) 共 28 頁(yè) 圖 35 廂門打開的程序圖 電梯指示燈的控制程序 電梯指示燈就是電梯外部?jī)?nèi)部對(duì)電梯狀態(tài)的一種表示，采用指示燈顯示，可以標(biāo)識(shí)出電梯的運(yùn)行方向還有樓層位置，另外還可以在 WINCC 組態(tài)界面上查看電吉林大學(xué)遠(yuǎn)程教育 13屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 共 28 頁(yè) 梯的運(yùn)行狀態(tài)。 按照上面所說的控制要求，電梯各層內(nèi)部呼叫指示燈，在相應(yīng)內(nèi)部呼叫按鈕按鈕按下時(shí)候點(diǎn)亮，到達(dá)該層并且門電機(jī)打開后熄滅。各樓層的外部呼叫指示燈點(diǎn)亮的條件也是相應(yīng)外部呼叫按鈕按下 ，而熄滅的條件是滿足響應(yīng)、到達(dá)該樓層和門電機(jī)打開這三個(gè)條件的并。響應(yīng)允許標(biāo)志是根據(jù)前面所提到的控制要求指定的，比如二層外部呼叫向下指示燈的響應(yīng)的允許標(biāo)志只有在以下兩種情況之下為導(dǎo)通： （ 1）電梯向下運(yùn)行。 （ 2）電梯上行但是三、四層沒有任何請(qǐng)求并且二層沒有外部呼叫向上的請(qǐng)求。 圖 36 為電梯二層外部呼叫向下允許標(biāo)志 圖 37 二層外部呼叫向下指示燈點(diǎn)亮程序 電梯外部還有電梯向