畢業(yè)設計三層電梯PLC控制系統(tǒng)設計

摘要隨著科學技術和社會經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標志。電梯作為垂直運輸工具，承載著大量的人流和物流的輸送，在建筑物中起著至關重要的作用。采用可編程控制器對電梯進行控制，通過合理的選擇和設計，能夠有效地提高電梯的控制水平，使電梯的控制達到比較理想的控制效果。本文設計一個三層電梯控制系統(tǒng)，基于西門子S7-200PLC實現(xiàn)。在介紹電梯結構的基礎上，重點分析了三層電梯的控制要求以及電梯控制系統(tǒng)設計中如何用PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)，編制梯形圖，并完成程序的調試，利用QSPLC-III型實驗裝置的電梯模塊對三層電梯控制系統(tǒng)進行仿真實驗。關鍵詞：電梯西門子可編程控制器調試仿真實驗AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandsocialeconomydevelopment,high-risebuildingshavebecomethehallmarkofmoderncities.Asaverticaltransportationequipment,alotofpeoplebearthetransportantionandlogistics,itsroleaveryimportantpartinbuilding.UsingProgrammableControllertocntroltheelevater.canimprovethereliabilityandenabletheelevatorcontroltoachieveanidealeffect,throughthereasonableselectionanddesign.Sotheeffectofcontrolismoreideal.ThispaperuseSiemensS7-200PLCtodesigna3-storiedelevatorcontrolsystem.Basedontheintroductionoftheelevater'sbasicstructure，expatiatesthecontrolrequestofelevatorandanalyzeshowtousethePLCtoprogramcontrollingprocess,editladderdiagramanddebugtheprogram,AndusetheelvatormoduleonQSPLC-IIIexperimentalequipmenttodosimulationexperiment.Keywords:ElevatorSiemensPLCDebugsimulationexperiment

目錄TOC\o"1-3"\h\u14240第1章緒論 162961.1設計背景 1135921.2PLC在電梯控制系統(tǒng)中的重要意義 147451.3電梯技術發(fā)展前景 2199261.4論文的主要內(nèi)容 37106第2章電梯控制系統(tǒng)概述 46282.1電梯的起源與發(fā)展 4115642.2電梯的結構和組成 5167242.3電梯的保護裝置 6309752.4電梯的工作原理 7380第3章PLC簡介 8128573.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展 8305473.2PLC的用途及特點 10301343.3PLC的硬件組成 12309823.4PLC的工作原理 1422231第4章控制系統(tǒng)總體設計 1610914.1控制要求分析 16214004.2硬件設計 16494.3軟件設計 2018588第5章控制系統(tǒng)仿真 28245375.1編程軟件簡介 28111175.2實驗裝置簡介 3088975.3程序的編輯 32283655.4程序的調試 3280045.5控制系統(tǒng)仿真 3313050結論 348118致謝 3523645參考文獻 36第1章緒論1.1設計背景隨著科學技術的迅猛發(fā)展、城市現(xiàn)代化的突飛猛進，電梯作為一種高效、迅捷、安全、可靠的垂直運輸設備，成為人們不可缺少的運輸工具?，F(xiàn)代高層建筑中各大辦公樓、住宅、醫(yī)院、工礦企業(yè)、倉庫、碼頭、大型貨輪等都離不開電梯。據(jù)統(tǒng)計，在美國乘坐其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。電梯服務于中國已有100多年的歷史，特別是在改革開放后，我國電梯的使用數(shù)量快速增長。尤其是現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟日新月異的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高、城市的高層建筑不斷增多，與此相應電梯業(yè)也得到迅猛發(fā)展?，F(xiàn)在電梯已完全融入我們的生產(chǎn)、生活中，滿足人們生活、工作及學習的需要。據(jù)統(tǒng)計，我國的在用電梯已達40多萬臺，每年還以約5~6萬臺的速度增長。電梯的作用越來越顯著，電梯的需求越來越大。而目前我國使用的先進的電梯的系統(tǒng)基本上都是國外設計制造的，其核心技術并不公開。國內(nèi)具有自主知識產(chǎn)權的控制方法和技術在實際中的應用還比較少，與國外先進技術相比還有較大的差距。盡快研究和掌握先進的控制技術，對國內(nèi)電梯工業(yè)的發(fā)展有很大的作用。1.2PLC在電梯控制系統(tǒng)中的重要意義早期的電梯自動控制系統(tǒng)中，信號的邏輯控制一般是由繼電器一接觸器電路來實現(xiàn)。由于繼電器、接觸器都是有觸點的電氣元件，體積龐大，弧光放電較嚴重，使用壽命有限；在電梯這種較復雜控制系統(tǒng)中可靠性不高，施工過程中接線復雜，當控制要求改變時必須改變硬件接線，使得通用性和靈活性不夠，生產(chǎn)周期加長；另外，繼電器、接觸器觸點數(shù)目有限，可擴展性較差；繼電器一接觸器控制系統(tǒng)依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低且機械觸點還會出現(xiàn)抖動問題；繼電器控制邏輯一般不具備計數(shù)功能：同時隨著樓宇層數(shù)的增加，繼電器一接觸器控制系統(tǒng)過于龐大，給設計帶來不便?；谝陨隙喾N原因，導致電梯控制系統(tǒng)的工藝性、運行的可靠性與安全性降低，故目前己被逐步淘汰。目前電梯的控制普遍采用兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實現(xiàn)電梯的自動調度和集選運行功能。微機控制是電梯控制技術的發(fā)展方向，目前已有一些由微機控制的電梯新機型相繼推出，使控制功能得到增強，性能得到改善。微機控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強大的功能，但也存在一定的不足之處，一方面微機控制抗干擾能力較差、系統(tǒng)設計較復雜、一般維修人員難以掌握其維修技術，另一方面專門設計和制造微機控制裝置，一次性成本較高。這些都限制了微機控制系統(tǒng)應用的普及。第二種控制方式用可編程控制器(PLC)取代微機實現(xiàn)信號集選控制。目前，在國內(nèi)，對于一個中、小型的電梯控制系統(tǒng)，大多采用PLC控制，主要原因在于當規(guī)模較小時，用PLC控制可以降低因專門設計和制造微機控制裝置的成本，且PLC具有編程簡單；控制運行可靠性高，抗干擾能力強；通用性好、功能強大；開發(fā)周期短；體積小，使用方便，可擴展性強；成本低，維護方便以及強大的網(wǎng)絡通訊功能等優(yōu)點，因此成為現(xiàn)代樓宇中、小型電梯控制系統(tǒng)的主流。同時，由于歷史原因，我國目前還存在著相當數(shù)量的由繼電器一接觸器系統(tǒng)控制的老式電梯，這些電梯的PLC技術改造也是當前我國電梯控制的熱點。因此，PLC控制在我國電梯行業(yè)有著廣泛運用。1.3電梯技術發(fā)展前景縱觀我國電梯行業(yè)的發(fā)展歷程，從改革開放到今天，電梯行業(yè)在不知不覺中走過了一個從無到有，從有到多，從多到精的發(fā)展歷程。隨著住宅市場的巨大變化，中國已經(jīng)成為全球容量最大、增長最快的電梯市場。這就必然會使電梯技術不斷的發(fā)展更新。(1)結構不斷緊湊化，體積不斷輕型化、小巧化。隨著新技術、新結構、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結構簡單化、體積小巧化、材料輕型化、工藝先進化、外觀漂亮化。同時，無機房電梯在今后會有較大的發(fā)展。(2)技術含量更高，性能更好。電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，現(xiàn)如今具有先進性能，高舒適性的VVVF電梯，已是電梯行業(yè)的標準配置；然而，永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更清潔、更安靜、更安全、更經(jīng)濟等特點。所以永磁同步無齒輪曳引機將逐步成為新型曳引機的主流，由于永磁技術的先進性，將來很可能取代VVVF技術。另外，網(wǎng)絡控制和智能群控制系統(tǒng)以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性也是電梯發(fā)展的潮流。(3)安裝更方便、快捷。高效、安全、可重復使用的無手架安裝，將是高層電梯安裝的主要方式，隨著技術的開發(fā)、應用，電梯的硬件系統(tǒng)給安裝帶來了更大的方便，使電梯安裝更快、效率更高。1.4論文的主要內(nèi)容本文利用可靠性高、功能強大的PLC設計出電梯的控制系統(tǒng)。主要完成以下幾項工作：(1)分析電梯主要結構、控制要求。(2)利用PLC實現(xiàn)三層電梯的控制。其中包括電梯門廳召喚控制、電梯自動相應召喚信號、召喚信號的指示、電梯上下行指示、電梯到站指示控制，本文采用德國西門子(Siemens)公司生產(chǎn)的S7-200型PLC，利用其豐富和功能強大的指令設計出梯形圖。(3)在QSPLC-III型試驗臺電梯模上塊對電梯程序進行調試，進行電梯模擬控制試驗。第2章電梯控制系統(tǒng)概述2.1電梯的起源與發(fā)展在科學技術和社會經(jīng)濟高速發(fā)展的當代社會，高層建筑已成為現(xiàn)代城市的標志。電梯作為垂直運輸工具，承擔者大量的人流和物流的輸送，其作用在建筑物中至關重要。是現(xiàn)代城市生活中必不可少的，且應用最為廣泛的垂直交通工具。它起源于公元前236年的古希臘。當時阿基米德設計出一種人流驅動的卷筒式卷揚機，共造三臺，安裝在妮羅宮殿里。人們把這三臺卷揚機看著是現(xiàn)代電梯的鼻祖。事實上，早在公元前，我們的祖先和古埃及也都曾使用了這種卷揚機。繼瓦特發(fā)明了蒸汽機之后，1850年在美國紐約市出現(xiàn)了世界第一臺由亨利·沃特曼制造的以蒸汽機為動力的卷揚機。1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙·格雷夫斯·奧蒂斯第一次向世人展示了他發(fā)明的歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到廣泛應用。在此期間，英國的阿姆斯特丹郎發(fā)明了水壓梯。隨著水壓梯的發(fā)展，蒸汽機也就被逐漸淘汰。后來發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯。直到今天，液壓梯仍在使用。1889年，美國奧的斯公司制造的有直流電動機通過蝸桿減速器帶動卷揚筒卷繞繩索懸掛并升降轎廂的電動升降機，構成了現(xiàn)代電梯的鼻祖。為了解決乘客乘坐電梯的安全性和舒適感方面的問題，1892年，美國亨利·華特·列昂那德發(fā)明了用調節(jié)電動機磁場來調速的電動機——發(fā)電機電力驅動系統(tǒng)，使直流升降機的電力拖動構造有了極大的發(fā)展。1900年，交流感應電動機被用于電梯驅動以后。進一步簡化了電梯的傳動設備。以后由交流單速電動機發(fā)展到交流雙速感應電動機。1903年，美國奧的斯在電梯傳動機構中采用了曳引驅動代替卷筒方式，提高了電梯傳動機械的通用性，同時也制造了有齒輪曳引高速電梯。這種電梯減少了傳動設備，增強了安全性能，成為目前電梯曳引傳動的基本構造形式。在電梯控制技術方面，1949年開始應用電子技術，以后出現(xiàn)了電子器件與信息處理的分區(qū)控制系統(tǒng)，再以后發(fā)展到大規(guī)模集成電路。2.2電梯的結構和組成2.2.1電梯的結構電梯的主要機械部件有：轎廂、電梯門、開關門機構、層門門鎖和機械安全裝置。在電梯中限速器，安全鉗裝置時十分重要的機械安全保護裝置。它的作用在于：因機械或電氣出現(xiàn)的某種原因，例如因斷繩或失控電梯超速下降，當下降速度達到一定限值時，將電梯擎停在導軌上。限速器或安全鉗都不能單獨的完成上述任務，只有靠二者的配合動作來完成對電梯出現(xiàn)緊急情況的保護。2.2.2電梯的組成電梯是機電一體化裝置，其機械部分由曳引系統(tǒng)、轎廂和門系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)、導向系統(tǒng)和機械安全保護裝置組成，而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)、運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護系統(tǒng)等組成。(1)曳引系統(tǒng)：電梯曳引曳系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。主要由曳引機，曳引鋼絲繩，導向輪和反繩輪組成。曳引機為電梯的運行提供動力，由電動機，曳引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。曳引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重，依靠鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦來驅動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型還可以增加曳引力。(2)導向系統(tǒng)：導向系統(tǒng)由導軌，導靴和導軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導軌做升降運動。(3)門系統(tǒng)：門系統(tǒng)有轎廂門，層門，開門，連動機構等組成。轎廂門設在轎廂入口，由門扇，門導軌架等組成，層門設在層站入口處。開門電機機設在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。(4)轎廂：轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。它是有轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機構，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底，轎廂壁，轎廂頂以及照明通風裝置，轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。(5)重量平衡系：重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設計影響的裝置。(6)電力拖動系統(tǒng)：電力拖動系統(tǒng)由曳引電機，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，調速裝置等組成，它的作用是對電梯進行速度控制。曳引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器與電機相連。調速裝置對曳引電機進行速度控制。(7)電氣控制系統(tǒng)：電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置，操縱裝置，平層裝置，和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂地坎與廳門地坎達到同一地平面的操作。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。(8)安全保護系統(tǒng)：安全保護系統(tǒng)包括機械的和電氣的各種保護系統(tǒng)，可保護電梯安全的使用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作用，還有切斷總電源的極限保護裝置。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。2.3電梯的保護裝置(1)電磁制動器：裝于曳引機柱上，一般采用直流電磁制動器，啟動時通電松閘，停層時斷電制動。(2)強迫減速開關：分別裝于井道的頂部和底部，當轎廂駛過端站還未減速時，轎廂上撞塊就啟動此開關，通過電氣傳動裝置，使電動機強迫減速。(3)限位開關：當電梯轎廂開到頂或底,就會碰到此開關不能繼續(xù)向前運行,只能反方向運行。(4)行程極限保護開關：當限位開關不起作用時，轎廂經(jīng)過端站時，此開關動作。(5)急停按鈕：裝于轎廂司機控制操縱盤上，當發(fā)生異常情況時按此按鈕切斷電源，電磁制動器制動，電梯緊急停車。(6)廳門開關：每個廳門都裝有門鎖開關；僅當廳門關閉時電梯才動作，在運行中如廳門開關斷開，電梯立即停車。(7)關門安全開關：常見的是裝在轎廂門邊的安全觸板，在關門過程中如安全觸板碰到乘客時，發(fā)出信號，門電機停止關門，反向開門，延時重新開門。(8)超載開關：當超載時轎底下降開關動作，電梯不能關門和運行。(9)其他開關：安全窗開關、鋼帶輪的斷帶開關等。(10)報警和救援裝置：電梯發(fā)生人員被困在轎廂內(nèi)時，通過報警或通信裝置應能將情況及時通知管理人員并通過救援裝置將人員安全救出轎廂。2.4電梯的工作原理當曳引機組的曳引輪旋轉時，依靠嵌在曳引輪槽中的鋼絲繩與曳引槽之間的摩擦力，驅動鋼絲繩來升降轎廂，曳引鋼絲繩一端掛著轎廂，另一端懸掛對重，具體圖形見下圖：圖2-1電梯工作原理圖如圖，電梯的轎廂和對重通過曳引鋼絲相連。而電梯的曳引電機轉動時帶動曳引輪轉動，從而牽引曳引鋼絲來拖動電梯的轎廂。曳引電機正轉是電梯上行，反轉時電梯下行。第3章PLC簡介3.1PLC的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器(ProgrammableController,PC),早期主要用于計數(shù)、定時以及開關量的邏輯控制，為了和個人計算機(PersonComputer)相區(qū)別。把可編程控制器縮寫為PLC(ProgrammableLogicController)。在可編程控制器誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，繼電器控制系統(tǒng)通常可以看承由輸入電路，控制電路，輸出電路和生產(chǎn)現(xiàn)場這4個部分組成的。其中輸入電路也是由按鈕，行程開關，限位開關，傳感器等構成。用已向系統(tǒng)送入控制信號。輸出電路部分是由接觸器，電磁閥等執(zhí)行元件構成，用以控制各種被控制對象，如電動機，電爐，閥門等。繼電器控制電路部分是控制系統(tǒng)的核心部分。它通過導線將各個分立的繼電器，電子元器件連接起來對工業(yè)現(xiàn)場實施控制；生產(chǎn)現(xiàn)場是指被控制的對象(如電動機等)或生產(chǎn)過程。繼電器控制系統(tǒng)在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中曾起著不可替代的重要作用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴大，市場經(jīng)濟競爭日趨激烈，繼電器控制系統(tǒng)已越來越難以適應，因為繼電器控制電路通常是針對著某一固定的動作順序或生產(chǎn)工藝而設計的。它的控制功能也僅僅只局限于邏輯控制，定時，計數(shù)等這樣一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須進行重新設計，布線，裝配，和調試。顯然，這樣的控制系統(tǒng)完全無法滿足日新月異且競爭激烈的市場經(jīng)濟發(fā)展的需要。這就迫使人們要放棄原來已占統(tǒng)治地位的繼電器控制系統(tǒng)，研制可以替代繼電器控制系統(tǒng)的新型的工業(yè)控制系統(tǒng)。出于上述考慮，美國通用汽車公司(GM)于1968年提出了公開招標研制新型的工業(yè)控制器的設想，第二年，即1969年美國數(shù)字設備公司(DEC)就研制出了世界上第一臺可編程序控制器。在這一時期，可編程序控制器雖然采用了計算機的設計思想，但實際上只能完成順序控制，僅有邏輯運算，定時，計數(shù)等順序控制功能。所以人們將可遍程序控制器稱之為PLC(ProgrammableLogicalController)，即可編程序邏輯控制器：20世紀70年代末80年代初，微處理器技術日趨成熟，使可編程序控制器的處理速度大大提高，增加了許多特殊，如浮點運算，函數(shù)運算，查表等。這樣可編程序控制器不僅可以進行邏輯控制，還可以對模擬量進行控制。因此，美國電氣制造協(xié)會NEMA(NationalElectricalManufacturersAssociation)將之正式命名為PC(ProgrammableController)。值得注意的是，因為個人計算機的簡稱也是PC(PersonalComputer)，有時為了避免混淆，人們習慣上仍將可編程序控制器簡稱PLC(盡管這是早期的名稱)。本書采用PLC的稱呼。20世紀80年代后，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器夠成的微機化可編程序控制器得到了驚人的發(fā)展，使之在概念上，設計上，性能價格比等方面有了重大突破?？删幊绦蚓哂辛烁咚儆嫈?shù)，中斷技術，PID控制等功能，同時聯(lián)網(wǎng)通信功能也得到了加強，這些都使得可編程序控制器的應用范圍和領域不斷擴大。為了使這一新型的工業(yè)控制裝置的生產(chǎn)和發(fā)展規(guī)范化。國際電工委員會(IEC)制定了PLC的標準，并給出了它的定義?！翱删幊绦蚩刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部儲存執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術運算等才操作，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入與輸出，控制各類的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則設計?！本C上所述，PLC是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。這種裝置具有體積小，功能強，程序設計簡單，靈活通用，維護方便等優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，得到了用戶的公認和好評。他經(jīng)過短短的幾十年發(fā)展后，現(xiàn)在已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一，被廣泛地應用于機械，冶金，化工交通，電力等領域中。以PLC作為控制器的PLC控制系統(tǒng)是從根本上改變了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的工業(yè)原理和方式。繼電器控制系統(tǒng)是控制功能是通過采用硬件接線的方式來實現(xiàn)的，而PLC控制系統(tǒng)的控制功能是通過存儲程序來實現(xiàn)的，不僅可以實現(xiàn)開關量控制，還可以進行模擬量控制，順序控制。另外，它的定時和計數(shù)功能也遠比繼電器控制系統(tǒng)強很多，一般可以為用戶提供幾十個甚至上百個定時器，計數(shù)器。隨著計算機和通信幾刷的發(fā)展，現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)已遠不是幾十年前的哪個樣子，PLC的控制從早期的單機控制發(fā)展到多機控制，實現(xiàn)了工廠自動化。盡管現(xiàn)在的PLC控制系統(tǒng)已發(fā)生了很大的變化，但是從自動控制的角度來看，PLC控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)在結構上仍有相似之處?，F(xiàn)在以集中型的PLC控制系統(tǒng)為例說明集中型PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)在結構上有那些相同和不同之處，這對初學者理解PLC控制系統(tǒng)的工作原理是有幫助的。集中型PLC控制系統(tǒng)的結構。將兩種系統(tǒng)相比，就會發(fā)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)輸入，輸出部分基本相同，輸入電路也是由按鈕，開關，傳感器所構成：輸出電路也好似由接觸器，執(zhí)行器，電磁閥多構成的。不同的是繼電器控制系統(tǒng)在控制線路被PLC中的程序代替，這樣一旦生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就只需要修改程序就可以了。正是上述原因，PLC控制系統(tǒng)除了可以完成傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)所具有的全部功能外，還可以實現(xiàn)模擬量控制，開環(huán)或閉環(huán)過程控制，甚至多級分布式控制。隨著微電子技術的進一步發(fā)展，PLC的成本在降低，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)被PLC控制系統(tǒng)代替已是發(fā)展的必然趨勢。3.2PLC的用途及特點3.2.1PLC的用途(1)數(shù)字量控制這是PLC應用最廣的領域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器控制。含觸點的串、并聯(lián)及組合邏輯或控制、定時、計數(shù)控制等。PLC可應用于單片機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制。其應用領域已遍布各行各業(yè)，甚至升入到家庭。(2)運動控制PLC使用專用運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度運行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸控制。使運動控制與邏輯控制結合起來，可編程運動控制可以用于各種機械，如機床、裝配機械、機器人、電梯等。(3)過程控制通過模擬量I/O模塊，PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID(Proportional-Integral-Derivative)功能的提供使PLC具有閉環(huán)控制能力，可用于過程控制。使PLC廣泛地應用于塑料成型、加熱爐、熱處理設備、鍋爐及輕化工、冶金、電力等行業(yè)。(4)數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代可編程控制器具有數(shù)學運算(含四則運算、函數(shù)運算、字邏輯運算、浮點運算及求反、循環(huán)、以為等)、數(shù)據(jù)傳送、轉換、查表、排序、位操作等工能，可以完成數(shù)據(jù)的采集及處理。運算數(shù)據(jù)可以與參考值比較用于控制，也可以通過通信傳送給其他智能裝置，或將數(shù)據(jù)打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如過程控制系統(tǒng)，、無人柔性控制系統(tǒng)等。(5)通信聯(lián)網(wǎng)可編程控制器通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺可編程控制器之間的通信、可編程控制器與其他智能控制設備，如計算機；、變頻器、數(shù)控裝置之間的通信，這些設備由于網(wǎng)絡組成集中管理分散控制的分布式控制系統(tǒng)，極大地提高了控制的可靠性。3.2.2PLC的特點(1)可靠性高，抗干擾能力強高可靠性往往是用戶選擇控制裝置的首要條件。繼電器接觸器系統(tǒng)中，由于器件的老化、脫焊、觸點的抖動以及觸點電弧等現(xiàn)象大大降低了系統(tǒng)的可靠性。而在PLC系統(tǒng)中，大量的開關動作是由無觸點的半導體電路來完成的，加上PLC充分考慮了工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境電磁、粉塵、溫度等各種干擾，在硬件和軟件上采取了一系列抗干擾措施，因而具有極高的可靠性。據(jù)有關資料統(tǒng)計，目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，其平均無故障時間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達到了幾十萬小時。(2)配套齊全，適用性強，應用靈活由于PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結構，組合和擴展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡各異的控制要求。重要的是，PLC系統(tǒng)相對繼電器接觸器控制系統(tǒng)，接線很少，其主要功能是通過程序實現(xiàn)的，在需要修改設備的控制工能時，只要修改程序，修改接線的工作量很小。(3)編程方便，易于使用PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣技術人員的歡迎。近年來又發(fā)展了面向對象的順控流程圖語言(SequentialFunctionChart)，也稱功能圖，使編程更加簡單方便。(4)功能強，擴展能力強，性價比高PLC中含有數(shù)量巨大的供用戶使用的編程軟元件，可輕松的實現(xiàn)大規(guī)模的控制。PLC配合功能單元能方便地實現(xiàn)A/D、D/A轉換及PID運算，實現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它不僅可以控制一臺單機，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機群，許多生產(chǎn)線。它不但可以進行現(xiàn)場控制，還可以用于遠程監(jiān)控。與一般繼電器系統(tǒng)比較，具有很高的性價比(5)PLC的設計、安裝、調試方便PLC用戶程序(軟接線)代替硬接線，安裝接線工作量少。設計人員只要有PLC就可以進行控制系統(tǒng)設計并可在實驗室進行模擬調試；而繼電器系統(tǒng)的調試是靠在現(xiàn)場改變接線進行的，十分繁瑣。(6)維修方便，維修工作量小PLC有完善的自診斷、履歷情報存儲及監(jiān)視功能。對于其內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點狀態(tài)均有顯示。工作人員通過這些信息可以查找故障原因，便于迅速處理。(7)PLC體積小，能耗低。易于實現(xiàn)機電一體化采用PLC實現(xiàn)的控制系統(tǒng)與同規(guī)模的繼電器系統(tǒng)相比，開關柜的體積縮小到原來的1/10~1/2；安裝方便，易于實現(xiàn)機電一體化；由于省去了大量的繼電器，能耗也大大減小。3.3PLC的硬件組成3.3.1PLC的組成根據(jù)結構形式的不同，PLC可分為整體式(也稱單元式)和組合式(也稱模塊式)兩類。圖3-1整體式PLC的組成示意圖整體式的PLC將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信端口、I/O擴展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構成主機，另外還有獨立的I/O擴展單元與擴展模塊等與主機配合使用。整體式PLC結構緊湊、體積小，小型機常采用這種結構，整體式PLC的一般構成如圖3-1所示。3.3.2PLC各組成部分的作用(1)中央處理單元(CPU)CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。(2)I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入(DI)，開關量輸出(DO)，模擬量輸入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。常用的I/O分類如下：開關量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型(4~20mA,0~20mA)、電壓型(0~10V,0~5V,-10~10V)等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。(3)電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源(220VAC或110VAC)，直流電源(常用的為24VDC)。3.4PLC的工作原理可編程控制器的應用程序是表達存儲單元之間的相互聯(lián)系的。存儲單元的狀態(tài)代表控制系統(tǒng)中的各種事件，而可編程控制器執(zhí)行程序以完成既定的控制任務。執(zhí)行程序是PLC實現(xiàn)控制的核心工作，但在框圖中卻只是眾多項目中的一項。這些工作項目大致可以分為以下三部分。圖3-2PLC的運行框圖第一部分是上電處理。PLC上電后對系統(tǒng)進行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設定等。第二部分是掃描過程。以程序掃描執(zhí)行而得名。一是掃描系統(tǒng)程序，二是掃描執(zhí)行應用程序。每次執(zhí)行應用程序前先完成輸出處理，其次完成與其他外設的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新。而執(zhí)行不執(zhí)行應用程序還和PLC的運行狀態(tài)有關。第三部分是出錯處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常，如CPU、電池電壓、程序存儲器、I/O、通信等是否正常，檢查出異常時，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼。當出現(xiàn)致命錯誤時，CPU被強制為STOP方式，所有的掃描停止。

第4章控制系統(tǒng)總體設計4.1控制要求分析本文用S7-200PLC對電梯進行模擬控制，只能完成電梯的部分基本功能，未考慮開關門控制(即電梯停站時不作開關門動作，直接響應外呼及內(nèi)選信號)，電梯轎廂的運行方式用指示燈代替。(1)各層設上/下呼叫按鈕(最頂層和起始層只設一只)。(2)電梯內(nèi)外設有方向指示燈及電梯當前層號指示燈。(3)轎內(nèi)指令記憶。當轎廂內(nèi)操縱盤上有多個選層指令時，電梯應能按順序自動?？?，自動確定運行方向。(4)門廳召喚指令記憶及顯示。當門廳有上行或下行請求時，電梯應能對信號進行登記，并且由相應的指示燈進行顯示。(5)自動確定運行方向。當轎廂內(nèi)操縱盤上，選層指令相對與電梯位置具有不同方向時，電梯應能按先入為主的原則，自動確定運行方向。(6)電梯停站待客。當完成全部轎廂內(nèi)指令，又無層外呼梯信號時電梯應停止不動，等待乘客召喚。4.2硬件設計為了實現(xiàn)以上控制功能，在此對PLC進行選型和電路連接，在硬件上實現(xiàn)控制功能要求。硬件設計包括元器件選型和電氣原理圖(主電氣原理圖和控制電氣原理圖)設計。4.2.1元件選型a.輸入元件根據(jù)控制要求，選用7個按鈕作為轎內(nèi)選層按鈕和門廳上下行召喚按鈕，選用3個位置開關作為電梯每層的樓層位置輸入。(1)按鈕(SB)按鈕是結構簡單的手動主令電器，當按鈕被按下時，先斷開常閉觸點，然后才接通常開觸點。按鈕釋放后，在復位彈簧作用下使觸點復位。在沒有按動按鈕時，接在常開觸頭接線柱上的線路是斷開的，常閉觸點接線柱的線路是接通的；當按鈕按下時，兩種觸點狀態(tài)改變，同時也使與之相連接的電路狀態(tài)改變?；诎粹o的這種不按那么常開觸點不通，按下導通后一旦放手又還原為不導通，這種優(yōu)點正適合用來做內(nèi)選層、門廳召喚的信號的輸入主令電器。(2)位置開關(SQ)電梯的樓層位置的確定一般使用傳感器，本文選用3個位置開關分別作為每一層的樓層位置輸入。b.輸出元件指示燈(HL)用來指示電梯所在樓層及電梯的工作狀態(tài)。選用3個指示燈分別用作樓層號的指示(表示電梯當前所在的樓層)、選用4個指示燈指示各層門廳召喚信號，選用2個指示燈指示電梯的運行狀態(tài)(上行或下行)。c.PLC在選擇PLC的型號時，先應該做的是輸入輸出點數(shù)估算和內(nèi)存估算，然后綜合考慮確定PLC的型號。(1)輸入輸出點數(shù)估算1)輸入點數(shù)：門廳按鈕4個，轎廂內(nèi)按鈕3個，樓層到位開關3個共10個。2)輸出點數(shù)：樓層指示3個，呼叫指示4個，轎廂運行狀態(tài)指示2個共9個。I/O點數(shù)的確定應該以控制設備的所有輸入/輸出點數(shù)的總和為依據(jù)。在一般情況下，PLC的I/O點應該有適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)再增加10%~20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)的估算依據(jù)。因此，估算本電梯控制系統(tǒng)的PLC輸入/輸出點的個數(shù)都分別為20個左右。(2)內(nèi)存估算存儲器容量是指可編程控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，各種PLC的存儲器容量大小可以從該PLC得基本的參數(shù)表中找到。按數(shù)字量I/O點數(shù)的10~15倍，加上模擬I/O點數(shù)的200倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的30%左右考慮余量。根據(jù)上文中本系統(tǒng)輸入/輸出點的估算量知道，本系統(tǒng)大約需要字量I/O點總數(shù)為20個，無模擬I/O點。因此，可以估算出本系統(tǒng)所需PLC的內(nèi)存大約為2K字節(jié)。(3)PLC機型型號的選擇西門子(Siemens)公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC屬于小型可編程控制器，是西門子公司20世紀90年代推出的整體式小型可編程控制器，器結構緊湊、系列完整、功能完善，具有很高的性價比，可用于替代繼電器的簡單控制場合，也可用于復雜的自動控制系統(tǒng)。由于有很強的通信功能，在大型網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮作用。S7-200系列PLC提供5種不同的基本單元(CPU)，型號為CPU221、CPU222、CPU224、CPU226及CPU226XM，不同型號的CPU內(nèi)部芯片基本相同，實際安裝的輸入輸出及通訊接口數(shù)量不同。每種單元又有交流220V供電及直流24V供電兩種供電方式安排，每種CPU都有繼電器輸出、雙向晶閘管輸出及晶體管輸出三種輸出形式。S7-200系列提供多種功能的擴展單元及智能模塊，如數(shù)字量輸入或輸出擴展單元，模擬量擴展單元，高數(shù)計數(shù)模塊，定位控制及各種通信模塊。S7-200系列還提供齊全的外圍設備及編程環(huán)境，使系統(tǒng)構成容易，使用方便。S7-200各型CPU的比較如表4-1所示：表4-1S7-200各型CPU模塊的比較特性CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM本機數(shù)字量I/O最大數(shù)字量輸入/輸出最大模擬量輸入/輸出程序空間（永久保存）用戶數(shù)據(jù)存儲器擴展模塊數(shù)字量I/O映像區(qū)模擬量I/O映像區(qū)6入/4出6入/4出—2048字1024字—10無8入/4出40入/38出16入/16出2048字1024字2個25616AI/16AO14入/10出94入/74出28入/7出4096字2506字7個25632AI/32AO24入/16出256入/256出32入/32出2096字2560字7個25632AI/32AO24入/16出256入/256出32入/32出8192字5120字7個25632AI/32AOS7-200各型號PLC的應用范圍如下：=1\*GB3①CPU221：小型PLCCPU221，價格低廉，能滿足多種集成功能的需要。=2\*GB3②CPU222CN：S7-200CN家族中低成本的單元。通過可連接的擴展模塊，即可處理模擬量。=3\*GB3③CPU224CN，CPU224XPCN：具有更多的輸入、輸出點及更大的存儲器。=4\*GB3④CPU226CN：功能最強的單元，可完全滿足一些中小型復雜控制系統(tǒng)的要求。經(jīng)過上面的比較，并結合本系統(tǒng)的實際，所以本電梯控制系統(tǒng)選擇西門子S7-200CPU224型號的PLC作為控制器比較合適。4.2.2硬件電路連接圖主電氣原理圖根據(jù)設計要求，本次設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖4-1所示。圖4-1主電氣原理圖圖中M1，M2為曳引電機和門電機，交流接觸器KM1~KM4通過控制兩臺電機的運行來控制轎廂和廳門，從而進行對電梯的控制。FR1，F(xiàn)R2為起過載保護作用的熱繼電器，用于電梯運行過載時斷開主電路，F(xiàn)U1為熔斷器，起過流保護作用。b.控制電路電氣原理圖前面已介紹S7-200系列CPU中的CPU224的本機數(shù)字量為14入/10出，接線時輸入接對應的開關，輸出接指示燈?？紤]到后面要對程序進行調試，故在畫硬件接線圖時標出QSPLC-3型實驗臺電梯模塊上對應大開關量和指示燈。硬件接線圖如圖4-2：圖4-2控制電路電氣原理圖4.3軟件設計在硬件電路上如何實現(xiàn)相應的功能，這就是軟件的任務。軟件設計就是對控制器PLC編寫相應的程序。通過程序控制PLC輸出，使相應的執(zhí)行元件進行相應的動作。軟件設計的主要內(nèi)容是根據(jù)系統(tǒng)的電氣控制原理圖列出輸入/輸出元件并給他們分配I/O端口，再進行梯形圖的編寫。4.3.1I/O分配表4-2三層電梯控制系統(tǒng)I/O分配表內(nèi)呼一層SB1I0.1一層指示燈E1Q0.1內(nèi)呼二層SB2I0.2二層指示燈E2Q0.2內(nèi)呼三層SB4I0.3三層指示燈E4Q0.3一層上呼SB5I0.4一層呼叫燈E5Q0.4二層下呼SB6I0.5二層向下呼叫燈E6Q0.5二層上呼SB7I0.6二層向上呼叫燈E7Q0.6三層下呼SB10I0.7三層呼叫燈E10Q0.7一層到位開關SQ1I1.0轎廂下降KM1Q1.0二層到位開關SQ2I1.1轎廂上升KM2Q1.1三層到位開關SQ4I1.24.3.2梯形圖及說明內(nèi)呼信號登記內(nèi)呼信號有三個，內(nèi)呼一層、內(nèi)呼二層和內(nèi)呼三層。利用啟-保-停電路對內(nèi)呼信號進行登記。其中內(nèi)呼一層在電梯處于上升狀態(tài)或一層指示燈亮時(Q1.1或Q0.1接通)都不能被登記；內(nèi)呼二層的停止條件是二層指示燈亮(Q0.2接通)，即電梯處于二層時不對內(nèi)呼二層的信號進行登記；內(nèi)呼三層時，電梯處于下降狀態(tài)或電梯三層指示燈亮時(Q1.0或Q0.3接通)都不對內(nèi)呼三層信號進行登記。其梯形圖如下：圖4-3內(nèi)呼信號登記梯形圖b.外呼信號登記及顯示外呼信號有4個，一層上呼、二層上呼、二層下呼和三層下呼。外呼信號的登記都是利用啟-保-停電路來完成的，原理都一樣。現(xiàn)以一層上呼信號的登記與顯示為例說明外呼信號的登記和顯示控制。一層呼叫信號的登記跟內(nèi)呼一層信號的登記一樣都是利用啟-保-停電路來完成的，啟動條件是一層呼叫開關SB5被按下從而接通I0.4，關斷條件為轎廂下降或三層指示燈亮(Q1.0或Q0.3接通)，M10.0接通并且M2.4關斷時接通Q0.4使一層顯示燈亮。梯形圖如下：圖4-4外呼信號的登記及顯示梯形圖c.樓層信號顯示樓層指示燈顯示電梯到達的樓層位置，比如，電梯到一層時，一層指示燈亮。樓層指示燈由樓層到位開關、該樓層的內(nèi)呼信號、該樓層的外呼信號和其他樓層指示共同判斷，并且要將相近樓層的指示復位。例如，電梯運行到一層時需要將在接通一層指示燈的同時要將二層指示復位。一層指示梯形圖如圖4-4a，一層到位開關SQ1接通，說明電梯此時已到達一層。電梯到達一層時要響應內(nèi)呼一層信號、一層上呼信號。SQ1接通(I1.0得電)且二層指示燈滅(Q0.2關斷)再判斷三層指示燈和中間繼電器M2.2的狀態(tài)。如三層指示燈滅(Q0.3關斷)，中間繼電器M2.2接通時將Q0.1置位一位，一層指示燈E5亮，指示電梯運行到一層，Q0.1接通時將M10.0置位1位。圖4-5一層顯示控制梯形圖二層指示顯示如圖4-5，同理，電梯到二層時要響應內(nèi)呼二層信號。當二層到位開關SQ2接通時(I1.1得電)，二層指示時要判斷一層和三層的樓層指示信號，并將它們復位一位。如一層和三層的樓層指示燈都不亮(Q0.1和Q0.3關斷)，且中間繼電器M12.4和M12.2都關斷時，將二層指示Q0.2置位一位。使Q0.2的值為1，二層指示燈E2亮，說明電梯運行到二層。圖4-6二層顯示控制梯形圖三層顯示控制梯形圖如圖4-4c,三層顯示由三層到位開關SQ4和內(nèi)呼三層信號及三層呼叫信號共同判斷，如三層到位開關接通，同時接收到內(nèi)呼三層信號(內(nèi)呼三層中間繼電器M2.4得電)或三層呼叫指示燈亮(Q0.7接通)，將二層指示復位一位。將三層指示置位一位使Q0.3的值為1，從而接通三層指示燈E4。圖4-7三層顯示控制梯形圖d.電梯轎廂上下行顯示控制電梯轎廂在一層時只有上升或停止狀態(tài)，轎廂在三層時只有下降或停止狀態(tài)，而轎廂在二層時有上升、下降和停止三種狀態(tài)。根據(jù)轎廂上升或下降的邏輯，由轎廂的召喚信號和轎廂的運行狀態(tài)來判斷轎廂處于上升或下降狀態(tài)。其梯形圖如圖4-5。圖4-8電梯轎廂上下行顯示控制梯形圖

第5章控制系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)仿真能比較直觀的將系統(tǒng)的控制功能展現(xiàn)出來，而仿真結果是否正確是判斷系統(tǒng)軟硬件設計是否合理正確的一種依據(jù)。本文利用QSPLC-III型可編程控制實驗箱對所設計的三層電梯控制系統(tǒng)進行仿真，驗證設計是否滿足電梯的控制要求。5.1編程軟件簡介STEP7-Micro/WIN32是基于Windows的應用軟件，運行Windows2000、Windows95/98/NT/ME和以及WindowsXP操作系統(tǒng)的計算機，內(nèi)存8MB以上，硬盤空間50MB以上，VGA顯卡，支持鼠標，具有RS-232口或USB口，都可以安裝。5.1.1編程軟件的基本功能STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶開發(fā)應用軟，在該軟件的環(huán)境下可創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，實現(xiàn)用戶所編程序的管理。該軟件還具有語法檢查功能，可在編程中檢查用戶程序的語法錯誤。利用該軟件的監(jiān)控功能還能實現(xiàn)用戶程序的調試及監(jiān)控。軟件的大部分功能，如程序的編制、編譯、調試相關的組態(tài)等工作，在離線工作方式——計算機并未和PLC連接時即可實現(xiàn)，部分功能需要在在線情況下實現(xiàn)。5.1.2編程軟件的主界面及各區(qū)域用途啟動STEP7-Micro/WIN32編程軟件，其主界面外觀如圖5-1所示。主界面主要含以下幾個分區(qū)：菜單條(包含8個主菜單項)、工具條(快捷操作窗口)、引導條、指令樹(InstructionTree，快捷操作窗口)、用戶窗口、輸出窗口圖5-1編程軟件主界面和狀態(tài)條(可同時或分別打開途中5個用戶窗口)。以下分別說明。(1)菜單條菜單條是以菜單形式操作的入口，菜單包括文件(File)、編輯(Edit)、檢視(View)、可編程控制器(PLC)、調試(Debug)、工具(Tools)、窗口(Windows)、幫助(Help)八項。用鼠標點擊某項菜單，可彈出該菜單的細目，如文件項的細目含新建、保存、打開、上傳、下載等項，可知文件菜單的主要功能為程序文件的管理，可以或打開待編輯的應用程序。菜單條中的其他項目涉及編程界面的變換、編輯語言的變更、程序編輯、調試等操作。(2)工具條工具條提供簡單的鼠標操作，將最常用的STEP7-Micro/WIN32的操作以按鈕的形式設定到工具條?？梢杂谩皺z視(View)”菜單中的“工具(Toolbars)”選項來顯示或隱藏3中工具條：標準(Standard)、調試(Debug)和指令(Instructions)工具條。菜單條中涉及的各種功能在工具條中大多都能找到。(3)引導條引導條為編程提供按鈕控制的快速窗口切換功能。該條可用“檢視(View)”菜單中的“引導條(NavigationBar)”選項來選擇是否打開。引導條含程序模塊(ProgramBlock)、符號表(SymbolTable)、狀態(tài)圖表(StatusChart)、數(shù)據(jù)塊(DataBlock)、系統(tǒng)塊(SystemBlock)和通信(Communication)等圖標按鈕。單擊任何一個按鈕，則主窗口切換成此按鈕對應的窗口。引導條中的所有操作都可用“指令樹(Instruction窗口或“檢視(View)”菜單來完成，可以根據(jù)個人愛好來選擇使用引導操作以按鈕的形式設定到工具條。(4)指令樹指令樹是編程指令的樹狀態(tài)列表?？捎谩皺z視(View)”菜單中“指令樹(InstructionTree)”的選項來選擇是否打開，并提供編程時所用到的所有快捷操作指令和PLC指令。(5)用戶窗口用戶窗口用來顯示編程操作的工作對象，可以以程序編輯器、符號表、狀態(tài)圖、數(shù)據(jù)塊及交叉引用五種方式進行程序的編輯工作。5.2實驗裝置簡介QSPLC-III型可編程控制模擬實驗箱是浙江求是公司生產(chǎn)的集可編程控制器(西門子S7-200)、STEP7-Micro/WIN編程軟件、組態(tài)軟件、仿真教學軟件、模擬控制實驗板等于一體的仿真實驗設備，具有實驗項目齊全、配置靈活、內(nèi)容豐富等特點。不僅可滿足各高等院校、職業(yè)學校對西門子PLC實驗教學和相關課程設計、考核的要求，還可作為工程技術人員的培訓設備。5.2.1實驗裝置特點·基本實驗采用固定式結構，實際物理對象采用模塊化結構，可根據(jù)實驗項目、網(wǎng)絡要求進行組合，以后如果需要增加實驗，只需添加部件即可?！嶒炑b置由實驗屏和實驗桌組成，采用鐵質雙面亞光密紋噴塑結構。實驗桌設有抽屜、鍵盤抽屜和計算機存放柜?！嶒炂劣扇龎K面板構成，2mm厚的平面敷銅板制成，正面有元件圖形符號、字符、連線。中間一塊為PLC主機及擴展模塊，左右兩塊面板設計為由發(fā)光二極管組成的模擬實驗區(qū)?！嶒瀸ο髞碜杂诠I(yè)現(xiàn)場的典型應用，直觀形象，集模擬量、數(shù)字量、網(wǎng)絡通信及電氣控制于一體，通過實驗，學生能夠迅速掌握PLC的各種硬件結構、編程方法及自動化通信網(wǎng)絡方式，較快的適應工業(yè)現(xiàn)場的要求?！に袑嶒灳胁捎媒M態(tài)軟件開發(fā)的動態(tài)監(jiān)視畫面，對PLC的動作進行跟蹤，可大大提高實驗效果，激發(fā)學生的學習興趣。·裝置設有各種人身安全保護措施，并提供單獨的24V電源以保護主機。5.2.2QSPLC-Ⅲ型實驗裝置電梯模塊QSPLC-III型實驗裝置主機CPU模塊為CPU224。QSPLC-III型實驗裝置配有多個實驗模塊，能對許多基本的控制系統(tǒng)進行仿真。下面簡要介紹QSPLC-III型實驗裝置的電梯模塊，電梯控制示意圖如圖5-2。圖5-2電梯控制示意圖圖中SQ1、SQ2、SQ3和SQ4分別位一至四層的樓層到位開關；E1、E2、E3和E4分別為一至四層的樓層指示燈；SB1~SB4分別為內(nèi)呼一至四層的按鈕SB5~SB10為一至四層的外呼按鈕。5.3程序的編輯啟動STEP7-Micro/WIN32編程軟件，在用戶窗口中編寫梯形圖。在編程前要先確定主機型號，根據(jù)實際應用情況選擇PLC型號：右擊“項目1(CPU221)”圖標，在彈出的按鈕中單擊“類型(Type)”,或用“PLC”菜單中的“類型(Type)”命令，然后再彈出的對話框中選擇所用的PLC型號。本文選用PLC224，然后根編寫梯形圖。5.4程序的調試程序的調試及運行監(jiān)控是程序開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，很少有程序一經(jīng)編制就是完善的，只有經(jīng)過運行甚至現(xiàn)場運行才能發(fā)現(xiàn)程序中不合理的地