西门子6ES7211-0AA23-0XB0接线方式

1 引言　　 近年来, 随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑和智能化建筑的不断涌现，人们对电梯提出了越来越高的要求，单台电梯往往不能满足建筑物内的交通需要，这时候就需要合理安装多台电梯来缓解电梯运行的压力，因此电梯qunkong系统(elevator group control system)应运而生。与此同时，随着自动化技术的快速发展，也极大地促进了电梯控制技术的进步, 大量先进的控制技术应用于电梯qunkong系统, 使得电梯qunkong系统的控制特性得到很大的改善。针对目前这一现状，本论文以两台五层电梯为设计对象，对电梯的qunkong问题进行了较为深入的分析研究，提出了一些自己的认识和看法，设计出了一套PLC双电梯联动控制系统。　　　　2 控制系统的硬件设计　　 本系统是主要由PLC、变频器、控制箱、显示器、曳引电动机组成的交流变频调速系统(Variable Voltage Variable Frequency，简称VVVF)。通过一台PLC 去控制两台电梯运行的方式，可以省去两台可编程控制器之间的相互通信,从而使得控制系统的可靠性更高，结构显得更加紧凑。本系统的硬件框图如图1所示。　　图1 PLC双电梯联动控制系统硬件框图从图1可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中电梯控制的逻辑部分由PLC来实现。通过分析研究电梯的实际运行情况和控制规律，从而设计开发出一套双电梯联动控制程序，使得PLC能够控制两台电梯的运行操作。电梯的调速部分则选用高性能的矢量控制变频器，配以脉冲发生器(编码器)测量鼠笼式曳引电动机的转速，从而构成电机的闭环矢量控制系统，实现鼠笼式曳引电动机的交流变频调速(Variable Voltage Variable Frequency，简称VVVF)运行。　　 PLC首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入信号的状态，通过其内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，后向直流门控电机、变频器和各类显示器适时地发出开关量控制信号，对两台电梯实施qunkong。在电梯控制系统中，由于电梯的控制属于随机性控制，各种输入信号之间、输出信号之间以及输入信号和输出信号之间的关联性很强，逻辑关系处理起来非常复杂，这就给PLC的编程带来很大难度。从某种意义上来说，PLC编程水平的高低就决定整个系统运行质量的好坏。因此，PLC应用在电梯控制中的编程技术就成为控制电梯运行的关键技术，这同时也是本系统设计的一个重点。　　 在PLC向变频器发出开关量控制信号的同时，为了满足电梯的要求，变频器又需要通过与鼠笼式曳引电动机同轴连接的脉冲发生器和PG卡, 对电动机完成速度检测及反馈,形成闭环系统。脉冲发生器输出A、B两相脉冲，PG卡接收到脉冲信号以后，再将此反馈给变频器内部,以便进行运算调节。根据A、B脉冲的相序,可判断出电动机的转动方向,并可以根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。由于本设计选用的是通用型变频器，因此其参数设置和外部线路设计的复杂程度要远远地高于电梯专用变频器，其设置的好坏也将直接影响到电梯运行的实际效果。　　　　2.1 PLC的型号的选择及I/O点数分配　　 电梯逻辑控制系统的控制核心是PLC，哪些信号需要输入至PLC，PLC需要驱动哪些负载,以及采用何种编程方式，都是需要认真考虑的问题，都会影响到其内部I/O点数的分配。因此，I/O点数的确定,是设计整个PLC电梯控制系统首先需要解决的问题,决定着系统硬件部分的设计，也是系统软件编写的前提。　　 本系统是为一幢5层大楼所设计,根据PLC 的I/O节点使用原则,应留出一定的I/O点以做扩展时使用。系统中实际需要输入点47点,输出点40点,因此我们选用西门子S7-300PLC，其中CPU的型号选为CPU315，输入模块的型号选为DI32xDC24V，总共需要两块，输出模块的型号选为DO32xDC24V/0.5A，总共也需要两块。I/O地址分配表如表1所示。　2.2 变频器的选型及参数设置　　 基于价格等方面因素的考虑，本次电梯调速控制的设计选用的是VS-616G5 型通用变频器, 选择有PG矢量控制作为曳引鼠笼式电动机的控制方式。　　 PLC通过向安川616G5变频器发出电梯上行输出和电梯下行输出信号，从而控制曳引电动机的转动方向，决定电梯的上/下行运动；PLC通过向安川616G5变频器发出电梯高速运行和电梯低速运行信号，从而间接控制曳引电动机的转动速度，决定电梯的高速/低速运动。电动机通过脉冲发生器(编码器)和PG卡将速度信号及时反馈给安川616G5变频器，从而形成速度闭环控制。接线图如图2所示。图2 变频器拖动部分线路图由于本控制系统选择的是有PG矢量控制，因此在运行之前，需要变频器对电机单体进行自学习，否则变频器将不能正常工作。其具体做法是先将电机铭牌上面记载的额定电压、额定电流、额定频率、额定转数、PG卡脉冲数及电机极数输入至变频器，然后启动变频器，使电机空载运转，后这些数值通过自学习，自动地计算后写入到变频器的电机参数中。因此对于这些参数，没有必要去人工进行设置。 VS-616G5通用型变频器设置如表2所示。3 控制系统的软件设计　　 硬件系统设计完成以后，为了实现优化控制，还需要用西门子STEP 7编程软件对双电梯联动控制程序进行设计。由于电梯控制系统实际上是一个人机交互式的控制系统，因此单纯采用顺序控制或逻辑控制是不能够满足要求的，而应该在设计中采用随机逻辑控制方式。同时，由于梯形图之间的相互关联性很强，程序设计比较复杂，因此在双电梯联动控制系统的软件部分时，主要采用模块化的编程思想来进行设计。　　 根据电梯的运行规律,设置了有/ 无司机、检修、优先服务、消防等四种工作方式。其编制的程序主要遵循以下控制规律:　　 两台电梯都遵守集选规则，即将呼叫信号先进行登记，对与电梯运行同向的呼叫信号逐一应答，当同向指令和召唤应答完毕后电梯可以自动换向。　　 除此以外，电梯并联运行还遵循的相应的调度原则：正常情况下，当电梯使用以后，二号电梯作为忙梯会首先自动上升至第三层待命，一号电梯则作为基站电梯在层楼待命。当某层站有门厅呼叫信号时，则“忙梯”立即启动并定向运行去接该层站的乘客。　　 当两台电梯因轿厢内指令而到达基站后关门待命时，则应按照有效利用的原则，执行相互交替程序段。原先充当忙梯的电梯现在即作为基站电梯来使用，而原先作为基站电梯使用的电梯此时即成为忙梯。不论是一号电梯还是二号电梯均停留在后停靠的层站待命。　　 当忙梯正在上行时，若其上方出现任何方向的门厅呼叫信号或是其下方出现向下的门厅呼叫信号，则均由忙梯在一周行程中去完成，而基站电梯不予应答运行。但是，若在忙梯的下方出现向上的门厅呼叫信号，则由基站电梯来应答信号而发车运行接客。　　 当忙梯正在下行时，若其下方出现任何方向的门厅呼叫信号，则均由忙梯在一周行程中去完成，而基站电梯不予应答运行。但是，若在忙梯的上方出现任何向上或是向下的门厅呼叫信号，则由基站电梯来应答信号而发车运行接客。　　 当其中一台电梯由于故障而停止运行，另一台电梯则自动承担全部的运行任务，遵循单台电梯的运行规则。　　 无论是作为一号电梯还是二号电梯,由于轿内呼叫信号而使电梯定向的,电梯都必须启动运行。电梯停用以后，不论当前处在哪一层，都会自动下降至底层。　　　　4 结论　　 实践证明，PLC双电梯联动控制系统完全能够运用于两台电梯的联动控制，具有较好的兼容性，并且可以达到稳定可靠的性能。该系统很容易实现实现多台qunkong, 具有广阔的应用前景。西门子S7-300 PLC在转炉汽化冷却系统中的应用　　2.2 系统的配置与构成　　系统采用两套西门子s7-300　　plc，其中一套置于31m，另一套置于地面，31m处的plc控制汽包系统，地面的plc控制蓄热器系统。两套plc除了信号模板不同，其它模板选型都相同。　　在监控系统的选择上，为了和西门子plc通讯的方便性以及本身功能的强大性，使用wincc监控软件实现重要的设备操作记录和重要数据的历史存档，并提供重要数据的声光报警，为整个生产中出现的故障进行及时预警，并提出相应的处理方法。　　系统配置功能图如图2所示。3 控制功能　　3.1阀位控制　　汽化冷却系统中基本上是电动阀，为了设备的安全，要进行联锁，包括按钮互锁、正反转输出互锁、正反转反馈运行互锁以及限位开关，必要时可通过画面解除限位联锁。　　3.2 泵控制　　给水泵、软水泵、循环泵：一运一备，互为备用，当工作泵（运行泵）出现故障时，马上启动备用泵。一旦备用泵启动，则另一个泵就作为备用泵备用。　　3.3 仪表回路调节　　除汽包水位调节外，其他3个调节都采用pid自动调节。　　对于汽包水位给水调节，由于引起汽包水位变化的因素较多，如储水量、水位下汽包容积、锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，尤其是对于炼钢厂这样的工况变化频繁，变化幅度大，对于水位的控制来说仅仅使用传统的仪表控制是非常困难的，即使是使用了专用的进口多回路可编程调节仪表对水位进行控制，也仅能够在工况稳定的情况下满足控制的需要，而当工况产生突变时，仪表则根本无法对水位进行控制。为此，我们采用了先进的三冲量控制技术对水位进行动态调节。虽然影响因素较多，但其中主要是蒸汽liuliang和给水liuliang，其原理如图3所示。　　我们采用前馈-串级控制系统，方框图见图4。其前馈为蒸汽liuliang，图4中：gc—调节器; gv—调节阀; go—控制对象;　　fw—给水liuliang干扰; fd—蒸汽liuliang干扰;　　加上汽包水位和给水liuliang的串级控制，当负荷稳定时，蒸汽liuliang和给水liuliang基本不变，由液位主控回路反馈闭环控制。当负荷变化较大时，蒸汽liuliang突然变化，其测量值不经调节器直接加到加法器，控制加水阀，所以滞后小，超前作用强，避免了虚假液位带来的误动作。　　控制方式：当水位低于-100mm时，主调节阀开度在100，当水位上升到-50mm时，开度在60，以后每当水位上升20mm，开度就依次关闭10，当水位上升至-10mm时，开度保持在40，一旦水位上升到50mm，则开度保持在20，当水位升至100，则开度为0，若判断水位还在上升，则停止给水泵。西门子S7-300PLC的数据类型介绍　　S7-300的数据类型分以下三种：基本数据类型、复合数据类型和参数类型。　　一、基本数据类型　　1、位（bit)　　常称为BOOL（布尔型），只有两个值：0或1。如：I0.0，Q0.1，M0.0，V0.1等。　　2、字节（Byte）　　一个字节（Byte）等于8位（Bit），其中0位为低位，7位为高位。如：IB0（包括I0.0～I0.7位），QB0（包括Q0.0～Q0.7位），MB0，VB0等。范围：00～FF（十进制的0～255）。　　3、字（Word)　　相邻的两字节（Byte）组成一个字（Word），来表示一个无符号数，因此，字为16位。如：IW0是由IB0和IB1组成的，其中I是区域标识符，W表示字，0是字的起始字节。需要注意的是，字的起始字节（如上例中的“0”）都必须是偶数。字的范围为十六进制的0000～FFFF（即十进制的0～65536）。在编程时要注意，如果已经用了IW0，如再用IB0或IB1要特别加以小心。　　4、双字（DoubleWord）　　相邻的两个字（Word）组成一个双字，来表示一个无符号数。因此，双字为32位。如：MD100是由MW100和MW102组成的，其中M是区域标识符，D表示双字，100是双字的起始字节。需要注意的是，双字的起始字节（如上例中的“100”）和字一样，必须是偶数。双字的范围为十六进制的0000～FFFFFFFF（即十进制的0～4294967295）。在编程时要注意，如果已经用了MD100，如再用MW100或MW102要特别加以小心。　　以上的字节、字和双字数据类型均为无符号数，即只有正数，没有负数。　　5、16位整数（INT，Integer）　　整数为有符号数，高位为符号位，1表示负数，0表示正数。范围为－32768～32767。　　6、32位整数（DINT，DoubleInteger）　　32位整数和16位整数一样，为有符号数，高位为符号位，1表示负数，0表示正数。范围为－2147483648～2147483647。　　7、浮点数（R，Real）　　浮点数为32位，可以用来表示小数。浮点数可以为：1.m×2e，其存储结构如图所示：　　8、常数的表示方法　　常数可以是字节、字或双字，CPU以二进制方式存储，也可以用十进制，十六进制ASCII码或浮点数形式来表示。如下图所示：　　说明：（1）S5T＃格式为：S5T＃aD_bH_cM_dS_eMS,其中a，b，c，d，e分别是日，小时，分，秒和毫秒的数值，输入时可以省掉下划线，如表中所示。　　（2）D＃取值范围为：D＃1990_1_1～D＃2168_12_31。　　二、复合数据类型　　用户通过复合基本数据类型而生成就是复合数据类型。　　复合数据类型包括以下几种：　　1、数组（ARRAY）　　将一组同一类型的数据组合在一起组成一个单位就是数组。　　2、结构（STRUCT）　　将一组同不同类型的数据组合在一起组成一个单位就是结构。　　3、字符串（bbbbbb）　　字符串是由多254个字符组成的一维数组。　　4、日期和时间（DATE-AND-TIME）　　用于存储年、月、日、时、分、秒、毫秒和星期的数据。占用8个字节，BCD编码。星期天代码为1，星期一～星期六代码分别是2～7。　　如：DT＃2004_07_15_12:30:15.200为2004年7月15日12时30分15.2秒。　　5、用户定义的数据类型（UDT，User-DefinedDataTypes）　　由用户将基本数据类型和复合数据类型组合在一起形成的数据类型。　　可以在数据块DB和变量声明表中定义复合数据类型。　　三、参数类型　　是为在逻辑块之间传递参数的形参（bbbbalbbbbbeter，形式参数）定义的数据类型。西门子PLC与WinCC间的通讯使用经验　　关于影响WinCC通讯质量大家都不约而同谈到了如何优化WinCC组态项目的各种方法。如WinCC对过程变量的归档数量，和存取速度、精简脚本等方式。现我从IndustrialEthernet、PROFIBUS、MPI、ProfiNet这几种常见协议方式，与双绞线、光纤、同轴缆线等传输介质的选用角度，分析通讯质量。当通讯方式和传输介质确定后，在很大部分就决定了通讯质量，此外也将影响通讯质量。具体分析如下：　　1。采用IndustrialEthernet协议和双绞线介质——这是目前WinCC通讯较流行和常见的方式，，兼容性也较好。它采用Internet使用的TCP/IP协议，应此还可连接上Internet网络。但该方式通讯采用竞争发送、冲突检测、载波侦听机制，速率不确定，无法做到实时性。取决于网络当前的通讯liuliang，由于采用双绞线，带宽有限、抗干扰能力差。因此，采用此方式通讯时，既不要与Internet网络相连，又不要与工控无关的电脑相连，这既可降低网络病毒攻击，又可减少网络数据包liuliang。　　在WinCC组态项目中，应尽量减少循环的动态连接（如画面中的控件对象过多的与PLC中变量连接后，作动态位移运动，从而达到形象直观的效果），以降低WinCC与PLC间通讯负担。　　但当WinCC在常态工作时，数据包liuliang都很大（即CP443-1模块上TXD指示灯几乎在任何时候都常亮不熄灭），这说明网络内有多台WinCC的Server与一台PLC通讯，或一台PLC与另一台、及多台PLC通讯，且约定的通讯Byte数也较多。解决方法是1：可采用光纤介质，改善网络带宽，tigao传输的抗干扰能力；2：增加一台WinCC的CentralArchiveServer，从而减少WinCC的Server数量，这可大大降低PLC的通讯负担。　　2．采用PROFIBUS协议和PROFIBUS缆线——这是SIEMENS工控网络的标准方式，大多数老一些的SIEMENS工控用户均采用此方式。PROFIBUS协议分DP、FMS、PA三种，其中DP协议较为常见。采用此方式时，安装有WinCC的OS站上必需一块CP5611，或CP5613网卡。这时每台WinCC监控站开启后都作为PLC的DP远程从站进行通讯。但当WinCC监控站电脑故障，或CP5611/CP5613网卡坏需关机更换或维护等情况时，极易造成其它的远程DP站通讯中断，而影响生产，所以采用此方式缆线应尽量连接成环网。　　在生产要求高可靠性的地方，此时应采用FMS协议方式。但采用FMS协议需在PLC主站上增加一块Profibus通讯模块（如CP443－5或CP342－5）。这样，每台WinCC监控站与PROFIBUS通讯模块进行通讯联系，在物理上分开了与远程DP从站的联系，这除了对生产的安全可靠性得到tigao外，还降低了远程DP从站的数量，从而降低了PLC的CPU处理DP从站的通讯负担，与每台WinCC监控站的通讯由PROFIBUS通讯模块完成。但此FMS协议方式需增加一块Profibus通讯模块（增加硬件成本）。　　PA协议方式适用于现场智能设备（如一些智能变送器、智能传感器与PLC的连接）。由于Profibus主站间通讯采用TokenRing（令牌环）方式轮转，WinCC通讯实时性较IndustrialEthernet好，通讯时间间隔相对稳定，网络遭病毒攻击的可能性小，网络安全性也较IndustrialEthernet高。　　3．采用MPI协议——这是点对点的连接方式，通讯速率仅为187.5Kbps，类似于串口通讯。且WinCC只能与单台PLC通讯，所以速率慢，通讯范围窄，仅适用于单台现场控制设备和局部范围的通讯。　　4．采用PROFINET协议——这是SIEMENS公司的一种基于PROFIBUS－DP和IndustrialEthernet之间的协议（即实时以太网）。它基于IndustrialEthernet，采用TCP/IP标准，所以可将现场级（I/OField）设备连接到管理级，并且还能实时通讯（RealTime）能力，因此兼具两种网络的优点。这也是SIEMENS公司目前向市场首推的通讯方式。　　但目前SIEMENS公司支持PROFINET通讯功能的模块较IndustrialEthernet通讯功能的模块价格贵，市场用量不大。因此如果管理层用户在办公室不需实时掌控现场级设备状况，可不必采用该通讯方式。现场级设备实时状况应更多的由操作人员，和工程师门去掌控和处理，这样更利于分级的管理和设备的运行安全。