【正文】 協(xié)同定位。FM 352高速電子凸輪控制器，它有 32 個凸輪軌跡，13 個集成的 DO，采用增量式編碼器或絕對式編碼器。SM 338 超聲波傳感器檢測位置，無磨損、保護(hù)等級高、精度穩(wěn)定不變。3．閉環(huán)控制模塊FM 355 閉環(huán)控制模塊有 4 個閉環(huán)控制通道，有自優(yōu)化溫度控制算法和 PID 算法。4．稱重模塊SIWAREX U 稱重模塊是緊湊型電子稱，測定料倉和貯斗的料位，對吊車載荷進(jìn)行監(jiān)控，中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁對傳送帶載荷進(jìn)行測量或?qū)I(yè)提升機、軋機超載進(jìn)行安全防護(hù)等。SIWAREX M 稱重模塊是有校驗?zāi)芰Φ碾娮臃Q重和配料單元，可以組成多料稱系統(tǒng)，安裝在易爆區(qū)域。5．電源模塊PS 307 電源模塊將 120/230 伏交流電壓轉(zhuǎn)換為 24V 直流電壓，為 S7300/400、傳感器和執(zhí)行器供電。輸出電流有 2A、5A 或 10A 3 種。電源模塊安裝在 DIN 導(dǎo)軌上的插槽1。4 基于S7300的電梯控制 S7300控制的電梯的總體介紹 電梯控制的總體要求(1) 開始時，電梯處于任意一層。(2) 當(dāng)有外呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時 3S 后自動關(guān)門。(3) 當(dāng)有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達(dá)該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時 3S 后自動關(guān)門。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁(4) 在電梯運行過程中，電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方向無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該外號，但不響應(yīng)二層向下外呼梯信號。同時，如果電梯到達(dá)三層，如果四層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應(yīng)三層向下外呼梯信號。(5) 電梯應(yīng)具有最遠(yuǎn)反向外梯響應(yīng)功能。例如：電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。(6) 電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門電梯門關(guān)閉。 I∕O點數(shù)的分配電梯邏輯控制的核心是 PLC，哪些信號需要輸入到 PLC，PLC 需要驅(qū)動哪些負(fù)載，以及采取何種編程方式，都需要認(rèn)真考慮，都會影響內(nèi)部 I/O 點數(shù)的分配。因此 I/O 點數(shù)的分配使設(shè)計整個 PLC 電梯控制系統(tǒng)首要解決的問題。輸入輸出分配如表 41： 程序流程圖按照控制要求先畫出程序流程圖(見圖 )。電梯完成一個呼叫任務(wù)響應(yīng)的步驟如下：1. 電梯檢測到轎廂或轎廂外的呼叫信號后將此樓層與轎廂所在樓層信號進(jìn)行比較，選擇運行方向；2. 電梯開始啟動，通過直流電機拖動轎廂運動，直至目標(biāo)層；3. 平層后，經(jīng)過延時開門，直至開門到限位，再經(jīng)過一定延時后關(guān)門；4. 繼續(xù)響應(yīng)其他呼叫。 總體設(shè)計本文選用四層電梯模型為被控對象。此模型根據(jù)升降式電梯結(jié)構(gòu)，采用透明有機材料制成，具有實際電梯的仿真結(jié)構(gòu)。選用此模型能夠很好的模擬實際電梯運行，較適宜實驗操作。控制器 CPU 選用西門子 CPU312，另加電源模塊 PS307 5A，DI 模塊 SM321 32?24， DO 模塊 SM322 32?24/。其總體框圖見圖 電梯模型層數(shù)為 4 層，面板上提供電梯控制的各種功能的檢測信號、執(zhí)行機構(gòu)和顯示器件。檢測信號分為外呼信號、內(nèi)選信號、平層信號、位置檢測信號、轎廂門開閉位置信號等。電梯轎廂可上下運行，轎廂門具有開關(guān)和限位等保護(hù)功能。每個樓層顯示當(dāng)前轎廂所處的樓層位置、運行方向。當(dāng)有檢測信號輸入時 PLC CPU 根據(jù)程序進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果經(jīng)過 SM322 最終送到電梯中驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)動作。表 1 I/O 點數(shù)的分配序號名 稱 輸入點 序號 名 稱 輸出點0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 17 18 19 電梯模型的簡介電梯模型見圖 ；電梯模型共有四層，采用透明有機材料制成，其結(jié)構(gòu)與實際電梯幾乎相同。它是降式電梯結(jié)構(gòu)，模型由底座、上下行轎廂、行程限位機構(gòu)、呼叫指示燈、轎廂門、控制面板、控制電機、傳感器、傳動機構(gòu)等部件，采用 PLC 進(jìn)行控制，是進(jìn)行實訓(xùn)的理想模型。電梯的上、下行由一臺直流電動機拖動，電動機正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為下降。電梯門由另一臺直流電機驅(qū)動。模型提供電梯控制的各種功能的檢測信號、執(zhí)行機構(gòu)和顯示器件。檢測信號分為外呼信號、內(nèi)選信號、平層信號、位置檢測信號、轎廂門開閉位置信號等。轎廂的升降和廂門的開和關(guān)可以獨立控制。電梯轎廂可上下運行，轎廂門具有開關(guān)和限位等保護(hù)功能。每個樓層顯示當(dāng)前轎廂所處的樓層位置、運行方向和外呼內(nèi)呼按鈕信號。 電梯控制系統(tǒng)的PLC的程序設(shè)計 STEP7的簡介 [3]STEP7是西門子公司的 SIMATIC工業(yè)軟件中的一員，是用于對SIMATIC PLC進(jìn)行組態(tài)和編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的軟件包。STEP 7 也用于 S7，M7， C7，WinAC 的編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置。STEP 7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運行和診斷功能等。STEP7的硬件接口中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁開始初始化等待是否外部呼叫 目標(biāo)與本層是否同層是否箱內(nèi)呼叫選擇運行方向運行監(jiān)測樓層是否目標(biāo)層總開關(guān)是否斷開停止NNYYYNNYYN圖 4 .1 程序流程圖PS模塊 CU312 20V輸 電 線 DI模 塊SM321內(nèi)呼信號 外呼信號平層信號 開關(guān)門極限 DO模 塊SM32開關(guān)門按鈕上升下降極限樓層顯示 上下行顯示 呼叫按鈕顯示上升下降極限模 塊開關(guān)門控制上下行控制圖 總體框圖中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁圖 電梯模型框圖PC./MPI 適配器＋ RS232C 通信電纜：計算機的通信卡CP 5611（ PCI 卡）、CP 5511 或CP 5512（PCMCIA 卡）用于將計算機連接到MPI 或PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)；計算機的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡 CP 1512（PCMCIA 卡）或CP 1612（PCI 卡），用于通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)計算機與PLC 的通信。STEP7的編程功能1．編程語言STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包支持三種編程語言：梯形圖(LAD)、功能塊圖(FBD) 和語句(STL) 。這三種編程語言中，LAD和FBD都是圖形化的編程語言，特點是易理解、易使用，但靈活性相對較差；STL是更接近程序員的語言，控制較靈活。為了充分發(fā)揮不同編程語言的優(yōu)勢，STEP7支持這三種語言的混合編程以及相互之間的轉(zhuǎn)換。2．符號表編輯器局部符號的名稱是在程序塊的變量聲明區(qū)中定義的，全局符號則是通過符號表來定義的。符號表的創(chuàng)建和修改是由符號編輯器實現(xiàn)的。符號表包含全局符號的名稱、類型和注釋。用符號取代絕對地址編程，可以增強程序的可讀性、簡化程序的調(diào)試和維護(hù)。在開始項目編程之前，首先化一些時間規(guī)劃好所用到的絕對地址，并創(chuàng)建一個符號表，這樣可以為后面的編程和維護(hù)工作節(jié)省更多的時間。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁3．增強的測試和服務(wù)功能設(shè)置斷點、強制輸入和輸出、多CPU 運行(僅限于S7400) ，重新布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、? 直接下載和調(diào)試塊、? 同時監(jiān)測幾個塊的狀態(tài)等。程序中的特殊點可以通過輸入符號名或地址快速查找。STEP7的硬件組態(tài)與診斷功能1．硬件組態(tài)（1）系統(tǒng)組態(tài)：選擇硬件機架，模塊分配給機架中希望的插槽。（2）CPU 的參數(shù)設(shè)置。（3）模塊的參數(shù)設(shè)置。可以防止輸入錯誤的數(shù)據(jù)。2．通信組態(tài)（1）網(wǎng)絡(luò)連接的組態(tài)和顯示；（2）設(shè)置用MPI 或PROFIBUSDP 連接的設(shè)備之間的周期性數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)。（3）設(shè)置用MPI、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)的事件驅(qū)動的數(shù)據(jù)傳輸，用通信塊編程。3．系統(tǒng)診斷（1）快速瀏覽CPU 的數(shù)據(jù)和用戶程序在運行中的故障原因。（2）用圖形方式顯示硬件配置、模塊故障；顯示診斷緩沖區(qū)的信息等。 控制系統(tǒng)的硬件接線圖 .Q0...CPU輸入單元 輸出單元中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁圖 電梯控制系統(tǒng)的硬件接線圖 變量表的生成變量表的生成見圖 ： 指示燈的控制為便于觀察，采用指示燈顯示，指示燈不僅可以標(biāo)示電梯的運行方向而且可以標(biāo)示對按鍵按下動作的確認(rèn)和標(biāo)示系統(tǒng)是否完成規(guī)定的動作，指示燈是必須的人機交互工具。按照控制要求，電梯各層內(nèi)呼指示燈，在相應(yīng)內(nèi)呼按鈕按下后點亮，到達(dá)該層并且門電機開后熄滅。電梯各層的外呼指示燈點亮條件也是相應(yīng)外呼按鈕按下，而熄滅條件是滿足響應(yīng)到達(dá)該層和門電機開三者的并。響應(yīng)允許標(biāo)志是根據(jù)前面所提及的的控制要求指定的，比如二層外呼下指示燈的響應(yīng)（圖 ）的允許標(biāo)志（圖 ）只有在以下兩種情況之一下置 1：（1） 電梯下行（2） 電梯上行但是三、四層沒有任何請求并且二層沒有外呼向上請求中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁圖 基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)的變量表圖 電梯二層外呼向下允許標(biāo)志圖 電梯二層外呼下指示燈電梯上、下行指示燈顯示的是電梯當(dāng)前運行狀態(tài)，它點亮與否分別由上升和下降允許標(biāo)志（圖 ）決定，允許標(biāo)志置 1 且有用戶請求時點亮，允許標(biāo)志置 0 時熄滅。上升允許標(biāo)志的置位是由實際電梯的運行要求決定的，例如當(dāng)前電梯處在第二層，只有在三四層和二層外呼上有請求時，上升允許才置為 1，其它層的情況類似。上升允許標(biāo)志的復(fù)位，要滿足前面提到的控制要求，例如電梯處在二層且二層向下允許為 1，電梯要滿足執(zhí)意要求，即將上升允許標(biāo)志復(fù)位，電梯向下運行。按照同樣的道理可以得到下降允許位的置復(fù)位控制。 廂的升降控制轎廂的升（圖 ）降和廂門的開關(guān)是有兩臺不同的電機完成的，在程序設(shè)計中應(yīng)分別實現(xiàn)控制。電梯上行首先滿足一定的公共條件，然后滿足每一層的具體情況才能實現(xiàn)。公共條件是廂門電機關(guān)閉、廂門關(guān)閉到限位、電梯上升指示燈亮。每一層的具體情況是是根據(jù)實際情形得來的，電梯若當(dāng)前處在一層則必須有二三四層任意請求，電梯若當(dāng)前處在三層則必須有四層的請求。電梯上行停止的條件很多，有電梯下行置 1，電梯上升到極限位置，電梯下行標(biāo)志值置 1，廂門電機開。電梯的下降控制與上升控制思想基本相同，只是把公共條件和每一層具體情況改一下即可。 箱門開關(guān)控制為保證運行的安全和完成要求的控制條件，廂門開門（圖 ）限制條件較多。電梯處于一層和四層時的開門條件較少，電梯到達(dá)該層并且該層有用戶請求即可開門。電梯處于二層和三層時要具體考慮各個信號，對于想到達(dá)該層的內(nèi)呼信號可立即響應(yīng)開門，對于外呼信號要考慮是否被允許。例如用戶在二層按動電梯外的向下請求，只有二層向下響應(yīng)允許有效并且電梯到達(dá)該層，廂門才會打開，這是為了保證控制要求中的 5。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁開門停止的條件是開門到限位位置和有關(guān)門請求。廂門關(guān)門限制條件較少，只要有關(guān)門請求、開門后 3 秒到兩者之一發(fā)生便可關(guān)門。圖 電梯上升允許標(biāo)志中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁圖 電梯上行 電梯控制系統(tǒng)程序的調(diào)試 連線對應(yīng)輸入輸出表，連接電梯模型與 DI 模塊、DO 模塊。將電梯模型設(shè)為高入高出模式，公共端 I 與 PLC 主機輸入、輸出端的 1L、2L、3L 相連，但不能與主機的供電端即L 相連；公共端 II 與 PLC 主機輸入、輸出端的 1M、2M、3M 相連，但不能與主機的供電端相連即 M 相連；檢查無誤后，重新開啟電源，模型、 PLC 處于待機狀態(tài)。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁圖 電梯門開 系統(tǒng)的硬件組態(tài)和程序調(diào)試系統(tǒng)的硬件組態(tài)硬件組態(tài)的任務(wù)就是在 STEP 中生成一個與實際的硬件硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng)。硬件組態(tài)的步驟：(1)生成站，雙擊“Hardware”圖標(biāo)，進(jìn)入硬件組態(tài)窗口；(2)生成機架，在機架中放置模塊；(3)雙擊模塊，在打開的對話框中設(shè)置模塊的參數(shù)，包括模塊的屬性和 DP主站和從站的參數(shù)；(4)保存硬件設(shè)置，并將它下載到 PLC 中去。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁本系統(tǒng)的硬件組態(tài)如下圖：圖 硬件組態(tài)圖程序的調(diào)試1)接通電梯模型及 PLC 主機的電源，觀察電梯模型、PLC 主機供電是否正常，然后關(guān)閉電源開關(guān)。2）按照分配的 I/O 地址，將電梯模型中的信號端與 PLC 主機的 I/O 端口相連。3）打開 STEP7，按 下 載按鈕把硬件配置和程序下載到 PLC 中，程序下載完，運行程序。并按 下，觀察程序運行狀況，若按下內(nèi)、外呼叫按鈕，程序沒有按控制要求正常運行，通過在線瀏覽程序運行狀況，可以發(fā)現(xiàn)錯誤之處，及時修改程序。4）按模型上的內(nèi)呼、外呼、開關(guān)門按鈕，看電梯的運行情況。模型上沒有的按鈕，可以按 PLC 主機上的輸入按鈕，看對應(yīng)的輸出指示燈是否符合控制要求。電梯控制系統(tǒng)的程序下載如下圖：中國礦業(yè)大學(xué) 2022