基于西门子PLC群控电梯设计
基于西门子PLC群控电梯设计[20200211151748]
摘 要
电梯是当代社会高层建筑的重要输送设备，为提高运行效率和节能，电梯群控技术日益受到重视。本文以两台五层电梯模型为控制对象，探讨基于PLC的群控电梯设计。首先，本文在分析电梯的系统结构及其各部分的运行原理基础上，完成了硬件选型与接线；然后重点阐述了双联动控制设计思想，采用基于“优先调度”的并联调度规则完成了PLC控制程序设计。最后，通过组态软件WinCC与PLC通讯连接实现数据交换，设计了电梯监控画面与组态。实验调试结果表明，两台电梯群控制效果良好，上位机能对电梯基本参数和运行状态进行实时监视。
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关键字:电梯群控PLC双电梯联动控制Wincc
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 课题设计步骤 1
1.3课题的主要内容与与章节安排 1
1.3.1下位机PLC部分主要设计内容 1
1.3.2上位机HMI部分主要设计内容 1
1.3.3章节安排 2
第二章 群控电梯控制系统的总体设计 3
2.1 群控电梯控制要求 3
2.2群控电梯整体设计方案 3
2.3群控控制遵循的原则 4
第三章 群控电梯硬件配置与选型 6
3.1直流减速电机 6
3.2曳引电动机 6
3.3位置检测装置 6
3.4 变频器 7
3.5 PLC的概述及选型 9
3.5.1 PLC的概述 9
3.5.2 PLC的选型 9
3.6 系统I/O分配及硬件接线图 9
3.6.1系统I/O分配 9
第四章 电梯控制程序设计 11
4.1电梯控制系统的主流程图 11
4.1.1单台电梯控制流程图 11
4.1.2群控电梯控制流程图 13
4.2梯形图的设计 13
4.2.1 电梯内、外呼信号登记 14
4.2.2 平层信号处理 16
4.2.3 电梯上行信号及其处理 17
4.2.4 电梯下降信号及其处理 19
4.2.5 电梯上行信号保持 22
4.2.6 电梯下行信号保持 23
4.2.7 1#电梯内呼信号保持 24
4.2.8 电梯自动开、关门 25
4.2.9 群控电梯基层次数比较程序 28
第五章 电梯监控界面的设计 32
5.1创建过程变量 32
5.2 WINCC中画面的编辑和脚本的编辑 33
5.3两台电梯的运行状态的监控图 37
第六章 结论 38
参考文献 39
致 谢 40
附录 41
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
在现实生活中，电梯的地位和作用将和交通运输工具一样，开始成为非常重要的运输设备。
在建筑物内，电梯虽然是主要运输工具，但是也是主要的耗能设备，当电梯处于工作状态时，电梯电动机在启动或者停止时，启动、停止电流远大于额定电流，消耗电能功率和电流平方成正比，因此，只要尽量减少电梯启停次数，可以有效减少电梯电能的不必要的浪费。如果两台电梯各自工作，会出现其中一台电梯运行到目的层后，另一台电梯已经把乘客接走了，这样就出现一个不应该出现状况，电梯会经常空运载，时间一长，资源也浪费了，电梯的集中管理也存在很多弊端。这样，需要我们不断研究，将两台电梯的运输能力与乘客需求状态有机地结合起来，然后合理地调配电梯资源，这样两台电梯既能更好地满足人们的需求，还能有效节约不少能源。
1.2 课题设计步骤
（1）首先确定方案，根据实验室条件，本人设计的群控电梯是一台PLC控制两台四层电梯
（2）将PLC分别与两通用变频器、电梯模块连接起来
（3）为PLC写程序，并且输入PLC当中。
（4）实验室调试，能够按照设定要求，实现一台PLC控制两台四层电梯
（5）用WINCC作为系统的监控系统，并且能够控制好这两台电梯
1.3课题的主要内容与与章节安排
1.3.1下位机PLC部分主要设计内容
下位机主要能实现以下内容：电梯厅内、外呼叫；通用变频器的控制；当发生意外的时候，电梯的各个部件能发挥作用，实现层层阻挡，避免它直接下降；当无人操作的时候，会自动返回到一楼，正常运行时，电梯会遵循PLC设定的原则运行。
1.3.2上位机HMI部分主要设计内容
（1）设置主画面：这个画面的设计主要是展示群控电梯监控系统的整体示意图，使大家很明白群控电梯监控的组成，有哪些控制作用。
（2）设置运行画面：这个画面主要是在群控电梯自动运行时出现，画面作用主要是监控电梯运行状态，看画面是否与实际电梯运行状态一致。例如：厅内、外呼叫灯是否响应；电梯模型与画面电梯模块运行方向是否一致、电动机转动是否一致等。
1.3.3章节安排
第一章是绪论，其中主要介绍了本课题研究的背景和意义，课题设计步骤，最后介绍了本课题主要研究的内容。
第二章主要介绍群控电梯总体设计方案，其中有对群控电梯监控系统的要求，群控电梯监控系统总体设计方案、群控电梯遵循原则。
第三章是群控电梯系统硬件配置与选型的介绍，其中包括直流减速电机、曳引电动机、位置检测装置、PLC的选型及变频器选型和参数设定。
第四章是对群控电梯控制系统简要程序进行介绍，由于程序比较复杂，因此仅对部分重要程序段进行解释说明。
第五章是上位机WinCC监控画面的设计部分。根据群控电梯系统要求，设计画面，脚本语言编辑以及wincc运行的界面。
第六章是总体得出结论。根据整个群控电梯监控系统调试结果和过程遇到一些问题，进行分析，然后得出一些结论。
第二章 群控电梯控制系统的总体设计
2.1 群控电梯控制要求
本课题主要是基于S7-300与WinCC的群控电梯监控，根据实验室条件，上位机PLC控制2台四层电梯遵循“优先原则”来运；另外，下位机WinCC与PLC通讯连接，对电梯基本参数和运行状态进行监视。
2.2群控电梯整体设计方案
根据群控电梯的设计要求和实际提供条件：以西门子S7-300 PLC作为控制核心，控制两台四层电梯模型，从而实现厅内、外灯的点亮、开关门、方向判断、合理选择哪一台电梯等一系列功能。从STEP7-300与组态软件的通讯连接和变量导入等问题的进行考虑，采用西门子WinCC作为群控电梯监控是非常合适的。整个群控电梯系统（如图2-1所示）主要包括两台五层电梯模型、变频器、PLC、输入/输出以及WinCC监控单元。其群控电梯具有的功能如下：(1)电梯能按照要求运行；(2)PLC与组态软件WinCC之间能够实现通讯连接；(3)WinCC的组态画面能够监控群控电梯的运行状态和参数。
图2-1 群控电梯控制系统
1.变频调速主回路
变频调速主回路主要由通用变频器、三相交流异步电机等组成，主要功能是实现电梯速度控制，电动机正反转控制。
2.输入、输出单元
输入、输出单元主要控制内容：电梯厅外、内呼叫；开、关门；曳引电动机正反转驱动；楼层定位等。
3.PLC单元
控制系统的核心为PLC，将两台电梯和它连接起来，实现厅外召唤共享，内呼召唤独立，合理调度。
4.监控单元
上位机WinCC通过MPI协议和控制核心PLC进行通讯连接。PLC控制两台电梯的运行状态，上位机WinCC则采集相应数据，然后分析处理后，最后达到对电梯的运行参数和状态进行监视，同时上位机WinCC将指令传递给PLC，以控制电梯的运行，从而达到双向控制的目的。
摘 要
电梯是当代社会高层建筑的重要输送设备，为提高运行效率和节能，电梯群控技术日益受到重视。本文以两台五层电梯模型为控制对象，探讨基于PLC的群控电梯设计。首先，本文在分析电梯的系统结构及其各部分的运行原理基础上，完成了硬件选型与接线；然后重点阐述了双联动控制设计思想，采用基于“优先调度”的并联调度规则完成了PLC控制程序设计。最后，通过组态软件WinCC与PLC通讯连接实现数据交换，设计了电梯监控画面与组态。实验调试结果表明，两台电梯群控制效果良好，上位机能对电梯基本参数和运行状态进行实时监视。
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关键字:电梯群控PLC双电梯联动控制Wincc
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 课题设计步骤 1
1.3课题的主要内容与与章节安排 1
1.3.1下位机PLC部分主要设计内容 1
1.3.2上位机HMI部分主要设计内容 1
1.3.3章节安排 2
第二章 群控电梯控制系统的总体设计 3
2.1 群控电梯控制要求 3
2.2群控电梯整体设计方案 3
2.3群控控制遵循的原则 4
第三章 群控电梯硬件配置与选型 6
3.1直流减速电机 6
3.2曳引电动机 6
3.3位置检测装置 6
3.4 变频器 7
3.5 PLC的概述及选型 9
3.5.1 PLC的概述 9
3.5.2 PLC的选型 9
3.6 系统I/O分配及硬件接线图 9
3.6.1系统I/O分配 9
第四章 电梯控制程序设计 11
4.1电梯控制系统的主流程图 11
4.1.1单台电梯控制流程图 11
4.1.2群控电梯控制流程图 13
4.2梯形图的设计 13
4.2.1 电梯内、外呼信号登记 14
4.2.2 平层信号处理 16
4.2.3 电梯上行信号及其处理 17
4.2.4 电梯下降信号及其处理 19
4.2.5 电梯上行信号保持 22
4.2.6 电梯下行信号保持 23
4.2.7 1#电梯内呼信号保持 24
4.2.8 电梯自动开、关门 25
4.2.9 群控电梯基层次数比较程序 28
第五章 电梯监控界面的设计 32
5.1创建过程变量 32
5.2 WINCC中画面的编辑和脚本的编辑 33
5.3两台电梯的运行状态的监控图 37
第六章 结论 38
参考文献 39
致 谢 40
附录 41
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
在现实生活中，电梯的地位和作用将和交通运输工具一样，开始成为非常重要的运输设备。
在建筑物内，电梯虽然是主要运输工具，但是也是主要的耗能设备，当电梯处于工作状态时，电梯电动机在启动或者停止时，启动、停止电流远大于额定电流，消耗电能功率和电流平方成正比，因此，只要尽量减少电梯启停次数，可以有效减少电梯电能的不必要的浪费。如果两台电梯各自工作，会出现其中一台电梯运行到目的层后，另一台电梯已经把乘客接走了，这样就出现一个不应该出现状况，电梯会经常空运载，时间一长，资源也浪费了，电梯的集中管理也存在很多弊端。这样，需要我们不断研究，将两台电梯的运输能力与乘客需求状态有机地结合起来，然后合理地调配电梯资源，这样两台电梯既能更好地满足人们的需求，还能有效节约不少能源。
1.2 课题设计步骤
（1）首先确定方案，根据实验室条件，本人设计的群控电梯是一台PLC控制两台四层电梯
（2）将PLC分别与两通用变频器、电梯模块连接起来
（3）为PLC写程序，并且输入PLC当中。
（4）实验室调试，能够按照设定要求，实现一台PLC控制两台四层电梯
（5）用WINCC作为系统的监控系统，并且能够控制好这两台电梯
1.3课题的主要内容与与章节安排
1.3.1下位机PLC部分主要设计内容
下位机主要能实现以下内容：电梯厅内、外呼叫；通用变频器的控制；当发生意外的时候，电梯的各个部件能发挥作用，实现层层阻挡，避免它直接下降；当无人操作的时候，会自动返回到一楼，正常运行时，电梯会遵循PLC设定的原则运行。
1.3.2上位机HMI部分主要设计内容
（1）设置主画面：这个画面的设计主要是展示群控电梯监控系统的整体示意图，使大家很明白群控电梯监控的组成，有哪些控制作用。
（2）设置运行画面：这个画面主要是在群控电梯自动运行时出现，画面作用主要是监控电梯运行状态，看画面是否与实际电梯运行状态一致。例如：厅内、外呼叫灯是否响应；电梯模型与画面电梯模块运行方向是否一致、电动机转动是否一致等。
1.3.3章节安排
第一章是绪论，其中主要介绍了本课题研究的背景和意义，课题设计步骤，最后介绍了本课题主要研究的内容。
第二章主要介绍群控电梯总体设计方案，其中有对群控电梯监控系统的要求，群控电梯监控系统总体设计方案、群控电梯遵循原则。
第三章是群控电梯系统硬件配置与选型的介绍，其中包括直流减速电机、曳引电动机、位置检测装置、PLC的选型及变频器选型和参数设定。
第四章是对群控电梯控制系统简要程序进行介绍，由于程序比较复杂，因此仅对部分重要程序段进行解释说明。
第五章是上位机WinCC监控画面的设计部分。根据群控电梯系统要求，设计画面，脚本语言编辑以及wincc运行的界面。
第六章是总体得出结论。根据整个群控电梯监控系统调试结果和过程遇到一些问题，进行分析，然后得出一些结论。
第二章 群控电梯控制系统的总体设计
2.1 群控电梯控制要求
本课题主要是基于S7-300与WinCC的群控电梯监控，根据实验室条件，上位机PLC控制2台四层电梯遵循“优先原则”来运；另外，下位机WinCC与PLC通讯连接，对电梯基本参数和运行状态进行监视。
2.2群控电梯整体设计方案
根据群控电梯的设计要求和实际提供条件：以西门子S7-300 PLC作为控制核心，控制两台四层电梯模型，从而实现厅内、外灯的点亮、开关门、方向判断、合理选择哪一台电梯等一系列功能。从STEP7-300与组态软件的通讯连接和变量导入等问题的进行考虑，采用西门子WinCC作为群控电梯监控是非常合适的。整个群控电梯系统（如图2-1所示）主要包括两台五层电梯模型、变频器、PLC、输入/输出以及WinCC监控单元。其群控电梯具有的功能如下：(1)电梯能按照要求运行；(2)PLC与组态软件WinCC之间能够实现通讯连接；(3)WinCC的组态画面能够监控群控电梯的运行状态和参数。
图2-1 群控电梯控制系统
1.变频调速主回路
变频调速主回路主要由通用变频器、三相交流异步电机等组成，主要功能是实现电梯速度控制，电动机正反转控制。
2.输入、输出单元
输入、输出单元主要控制内容：电梯厅外、内呼叫；开、关门；曳引电动机正反转驱动；楼层定位等。
3.PLC单元
控制系统的核心为PLC，将两台电梯和它连接起来，实现厅外召唤共享，内呼召唤独立，合理调度。
4.监控单元
上位机WinCC通过MPI协议和控制核心PLC进行通讯连接。PLC控制两台电梯的运行状态，上位机WinCC则采集相应数据，然后分析处理后，最后达到对电梯的运行参数和状态进行监视，同时上位机WinCC将指令传递给PLC，以控制电梯的运行，从而达到双向控制的目的。
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