基于S7-300系列PLC電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周杰

(廣電企業(yè)管理咨詢有限公司，上海 200020)

基于S7-300系列PLC電梯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周杰

(廣電企業(yè)管理咨詢有限公司，上海 200020)

對于現(xiàn)代化電梯控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)控制核心器件是基于西門子300系列PLC。通過 PLC程序組成的控制系統(tǒng)其運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng),設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)。通過WinccFlexible監(jiān)控仿真結(jié)果表明，電梯的運(yùn)行以及可觸摸屏式的控制面板功能，為電梯控制的人性化、智能化發(fā)展提供新的思路。

PLC；WinccFlexible；MM440變頻器；DP通訊；電梯

0 引 言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。在許多交通設(shè)備中，電梯是自動化程度最高且無人操作的先進(jìn)設(shè)備的。以前的電梯主要采用傳統(tǒng)繼電器電路控制，其性能和安全系數(shù)等都不完善。由于可編程控制器PLC、變頻器調(diào)速、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)通訊等技術(shù)為主體的現(xiàn)代電氣自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)取代傳統(tǒng)繼電器電氣控制系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用于電梯行業(yè)。

1 電梯程序設(shè)計(jì)流程圖和西門子PLC軟件設(shè)計(jì)

電梯程序初始化后，電梯自動檢測有無召喚信號，當(dāng)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，曳引機(jī)選擇運(yùn)行方向。電梯開始啟動，通過電梯曳引機(jī)拖動轎廂運(yùn)動，直至目標(biāo)層。平層后，經(jīng)過延時(shí)開門，直至開門到限位，再經(jīng)過延時(shí)后關(guān)門。繼續(xù)響應(yīng)其他樓層呼叫。如果電梯未平層或運(yùn)行時(shí)，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕電梯門打開，按關(guān)門按鈕電梯門將關(guān)閉。電梯控制系原理圖如圖1所示。

S7-300 PLCOB1[1]電梯程序主要有7個(gè)FC功能塊組成。它們是判斷樓層程序FC7塊，I/0中轉(zhuǎn)FC1[2]塊,控制主干程序FC2塊，開關(guān)門程序FC6塊，曳引機(jī)運(yùn)行程序FC5塊，電梯附加功能程序FC8塊，電機(jī)仿真程序FC9等塊組成。電梯主程序塊如圖2所示。

圖1 電梯控制系原理圖

圖2 電梯主程序塊

2 電梯判斷樓層(FC7塊)

該程序塊主要功能是當(dāng)觸摸屏模擬仿真時(shí)，按下樓層層號按鈕，電梯轎廂行駛至指定樓層，因?yàn)橛|摸尺寸限制，在計(jì)算電梯提升高度使和實(shí)際電梯有很大區(qū)別。在觸摸屏中，設(shè)計(jì)提升高度為1 200 mm(依據(jù)觸摸屏幕仿真尺寸設(shè)計(jì))，提升高度進(jìn)行六等分。在模擬仿真調(diào)試時(shí)，將六等分平均數(shù)放入MW100中,采用比較指令進(jìn)行電梯樓層高度對比，比較指令I(lǐng)N1是MW100，IN2值可以在仿真時(shí)進(jìn)行更改。運(yùn)用比較指令確定轎廂在仿真的位置。判斷樓層FC7塊如圖3所示。

圖3 電梯判斷呢樓層FC7塊程序

3 定向回路(電梯上/下行判斷程序)

定向回路是根據(jù)目前電梯所在位置和指令、召喚的情況決定電梯的運(yùn)行方向(向上或向下)。實(shí)際是改變曳引機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，由程序決定上行或下行。當(dāng)電梯發(fā)出召喚信號或指令信號時(shí)，PLC 自動根據(jù)轎廂目前所在層樓位置，來判定是上行還是下行。如圖4所示，MW104中存儲呼叫信號，MW102存儲電梯所在樓層位置，使用比較指令進(jìn)行比較，如果MW104大于MW102，電梯上行，MW104小于MW102電梯下行。 M11.5與 M11.6為上下行中間繼電器。 M12.3和 M12.4功能是用戶召喚電梯時(shí)用戶

在三層，電梯停靠在三層，用戶進(jìn)入轎廂內(nèi)再按三層按鈕，電梯將不記錄任何數(shù)據(jù)。

圖4 定向回路程序

4 電梯快行、慢行、方向的顯示(FC3、FC4塊)

當(dāng)電梯到達(dá)一層時(shí)，或一層外召喚被按下，電梯將開門，開門標(biāo)志位M11.2被置位。同時(shí)，電梯慢行和快行將為復(fù)位。當(dāng)電梯二樓有召喚時(shí)，電梯從一層慢行(M11.3置位)到二層，如果三層或四、五、六、七層被召喚，電梯將快行(M11.4置位)到達(dá)被呼叫的樓層。當(dāng)電梯在行駛時(shí)需要復(fù)位上行或下行標(biāo)志位M11.5或M11.6。同理當(dāng)電梯到達(dá)七層時(shí)，六層有召喚電梯降慢行，其他樓層召喚電梯將快行向下。該功能程序及仿真如圖5所示。

圖5 FC3與FC4程序及仿真圖

5 電梯開/關(guān)門控制程序

當(dāng)電梯平層?？亢?，平層信號會將M11.2置位，M11.2得電后，M12.0電機(jī)開門標(biāo)志位也自鎖得電，電梯將自動開門。M17.6是光幕信號標(biāo)志位，電梯光幕是對射光線式電梯門安全保護(hù)裝置傳感器。M17.1轎內(nèi)開門按鈕標(biāo)志位。如果電梯停靠在指定樓層，電梯關(guān)門時(shí)，如果馬上按下開門按鈕，電梯將立即開門。M50.1是平層標(biāo)志位。當(dāng)用戶按下外召喚或轎廂操縱箱按鈕時(shí)，電梯到達(dá)用戶樓層(平層)。電梯開門，此時(shí)平層呼叫標(biāo)志位也將自動復(fù)位。電梯自動運(yùn)行時(shí)的關(guān)門，停站時(shí)間繼電器延時(shí)結(jié)束后，電梯應(yīng)自動關(guān)門，停站時(shí)間未到時(shí)，可通過關(guān)門按鈕實(shí)現(xiàn)提前關(guān)門，電梯開門程序及仿真如圖6所示。

當(dāng)電梯開門后,接通定時(shí)器T2進(jìn)行延時(shí)，T4為光幕時(shí)間變量，當(dāng)光幕沒有感應(yīng)到任何物體時(shí)，電梯門將自動關(guān)閉。當(dāng)電梯關(guān)門時(shí)，碰觸到關(guān)門機(jī)械限位開關(guān)后，門機(jī)馬達(dá)將停止旋轉(zhuǎn)。如果電梯開門后,碰觸開門到位開關(guān)，M17.7標(biāo)志位得電。當(dāng)光幕未感應(yīng)到任何物體時(shí)，電梯門將自動關(guān)閉。M17.2是轎內(nèi)關(guān)門按鈕標(biāo)志位，如果電梯?？吭谥付菍娱_門，按下關(guān)門按鈕，電梯將立即關(guān)門。M17.1轎內(nèi)開門按鈕標(biāo)志位，如果電梯在關(guān)門時(shí)，突然按下開門按鈕電梯將停止關(guān)門。電梯關(guān)門程序及仿真如圖7所示。

圖6 電梯開門程序和仿真圖

圖7 電梯關(guān)門程序和仿真圖

6 電梯外召喚、轎內(nèi)指令程序

當(dāng)一層外召喚或轎廂一層按鈕被召喚時(shí)，1上中轉(zhuǎn)或1層中轉(zhuǎn)標(biāo)志位得電，1代表一層信號將被傳送到MW104(電梯呼叫樓層)。如果電梯已經(jīng)到達(dá)一層，一層標(biāo)志位M10.0得電，M50.1線圈被置位，M50.1常開觸點(diǎn)閉合，M11.2開門標(biāo)志位將被置位，電梯將開門。同理，M21.0，M21.1，M22.2代表所在樓層的召喚信號或轎內(nèi)信號。電梯外召喚轎內(nèi)指令程序如圖8所示。

圖8 電梯外召喚、轎內(nèi)指令程序圖

7 電梯DP通訊組態(tài)與軟件設(shè)計(jì)

西門子MM440變頻器[3]構(gòu)成的電梯曳引機(jī)升降系統(tǒng)與門機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)變頻器接收到PLC發(fā)出呼梯方向信號，變頻器依據(jù)設(shè)定的速度及加速度值啟動曳引機(jī)，到達(dá)最大速度后，勻速運(yùn)行，在到達(dá)目的地層的減速點(diǎn)時(shí)，PLC發(fā)出切斷高速信號，變頻器以設(shè)定的減速點(diǎn)將最大速度減低至爬行速度，在減速運(yùn)行過程中，變頻器能夠自動計(jì)算出減速點(diǎn)到平層點(diǎn)之間的距離，使低速度爬行時(shí)間縮短。在電梯的平層過程中變頻器通過調(diào)整平層速度或制動斜坡來調(diào)整平層精度。電梯升降系統(tǒng)DP[4]通訊組態(tài)如圖9所示。

圖9 電梯曳引機(jī)升降與門機(jī)變頻系統(tǒng)DP通訊組態(tài)

1) 電梯曳引機(jī)升降系統(tǒng)與門機(jī)系統(tǒng)DP通訊控制字設(shè)計(jì)

如電梯曳引機(jī)[5]將停止運(yùn)行，M35.0標(biāo)志位置位，PLC輸出給變頻器的控制字STW設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)S7-300通過DP通訊口控制MM440變頻器使得電梯曳引機(jī)實(shí)現(xiàn)電力拖動。電梯曳引機(jī)升降系統(tǒng)DP通訊控制字設(shè)置程序如圖10所示。 電梯門機(jī)系統(tǒng)DP通訊控制字設(shè)置程序如圖11所示。

圖10 電梯升降系統(tǒng)DP通訊控制字設(shè)置程序

圖11 電梯門機(jī)系統(tǒng)DP通訊控制字設(shè)置程序

2)電梯升降系統(tǒng)DP通訊控制字寫入讀出設(shè)計(jì)

如圖12所示。從站4的PZD數(shù)據(jù)起始地址是296，即W#16#128,結(jié)束地址280，即W#16#118。該值放入SFC14、15塊LADDR引腳處。DB2.DBX8.0開始的4個(gè)字節(jié)是從站數(shù)據(jù)的讀入，DB2.DBX20.0開始的4個(gè)字節(jié)是寫入需要修改的參數(shù)值，同時(shí)要建立DB2數(shù)據(jù)塊，RET_VAL是程序塊狀態(tài)字(MW78/MW88)，可以以編碼的形式反映出程序的錯(cuò)誤狀態(tài)等信息。曳引機(jī)動作有SFC14是曳引機(jī)狀態(tài)字讀入(變頻器→PLC)和SFC15是曳引機(jī)狀態(tài)字的寫出(PLC→變頻器)一起來完成的。標(biāo)記1和2處為各輸入信號的標(biāo)志位，代表了不同功能和狀態(tài)。同理電梯門機(jī)系統(tǒng)DP通訊方式如圖13所示。

圖12 電梯升降系統(tǒng)DP通訊控制字寫入讀出程序

圖13 電梯門機(jī)系統(tǒng)DP通訊控制字寫入讀出程序

8 電梯監(jiān)控系統(tǒng)WinccFlexible的設(shè)計(jì)

工業(yè)組態(tài)軟件WinccFlexible[6]用于組態(tài)用戶界面用以操作并監(jiān)視控制通用設(shè)備系統(tǒng)，是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺軟件，具有操作簡單、可視性好等優(yōu)點(diǎn)。.選擇MP 370 12 Touch觸摸屏通信連接設(shè)置雙擊項(xiàng)目下的通訊->連接, 新建連接1，通訊驅(qū)動程序選擇S7-300/400，在線選擇開。電梯操作監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)如圖14所示。

圖14 電梯WinccFlexible監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

9 結(jié)束語

基于S7-300 PLC和WinccFlexible軟件實(shí)現(xiàn)電梯DP通訊自動化系統(tǒng)仿真，在調(diào)試和運(yùn)行時(shí)，利用PLC和工業(yè)組態(tài)軟件改造和開發(fā)新系統(tǒng)是十分必要的，也是比較可行的。不僅實(shí)現(xiàn)了完全自動化，而且工作效率、工作靈活性和安全性也得到極大的提高；大大縮短設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，系統(tǒng)的兼容性也較好，可靠性較高，能適應(yīng)大規(guī)模控制系統(tǒng)的要求。PLC的控制系統(tǒng)具有價(jià)格便宜、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，在工業(yè)控制領(lǐng)域的運(yùn)用將會越來越廣、智能網(wǎng)絡(luò)化功能也越來越強(qiáng)。

[1] 宋伯生.PLC編程實(shí)用指南[M]. 2版.北京:機(jī)械工業(yè)版社，2012.

[2] 李江全.PLC模擬量與通訊控制應(yīng)用實(shí)例詳解[M]. 北京:電子工業(yè)出版社，2014.

[3] 王照清，沈倪勇.維修電工(技師、高級技師)下冊[M]. 北京:中國勞動社會保障出版社，2014.

[4] 廖常初,祖正容.西門子工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)組態(tài)編程與故障診斷[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)版社，2011.

[5] 馬宏賽,石敬波.電梯及控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2013.

[6] 廖常初，陳曉東.西門子人機(jī)界面(觸摸屏)組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

Design of an Elevator System Based on S7-300 Series PLC

Zhou Jie

(Guangdian Enterprise Management Consulting Co., Ltd., Shanghai 200020, China)

For the modern elevator control system, design of the key control device is based on the SIEMENS 300 series PLC. The control system composed of PLC programs has such advantages as high operational reliability, convenient operation and maintenance, strong anti-interference, and short design and debugging period. WinccFlexible monitoring simulation results show that the elevator operation and touch screen control panel provides new ideas for the development of humanized intelligent elevator control.

PLC; WinccFlexible; MM440 Inverter; DP communication; elevator

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.026

TP29

A

1000-3886(2016)06-0083-04

周杰(1984-)，男，上海人，上海廣電企業(yè)管理咨詢有限公司工程師，電氣與電子工程學(xué)士，初級職稱，維修電工技師，研究方向?yàn)殡姎庾詣踊?長期從事電氣自動化非標(biāo)設(shè)備PLC與觸摸屏軟件設(shè)計(jì)工作。

定稿日期: 2016-03-14