S7-300PLC四層電梯控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13790S7-300PLC四層電梯控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)案例 1179141.1總體設(shè)計(jì)框圖 1180791.2PLC的選型介紹 2232871.2.1PLC的組成 280751.2.2PLC的選型 3162941.2.3拓展模塊的選型 4321861.2.4外部接線圖 6288021.3硬件電路的選擇 8144811.1.1主電路的設(shè)計(jì) 8186551.1.2稱重傳感器的選擇 9167551.1.3光電傳感器的選型 9292981.1.4變頻器的選型 1024821.1.5曳引電機(jī)的選擇 111.1總體設(shè)計(jì)框圖本次的設(shè)計(jì)是“基于西門子S7-300PLC四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，主要的硬件控制部分時(shí)S7-300PLC，WINCC作為畫面顯示部分；同時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)曳引機(jī)和變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯轎廂的控制，組成了電梯的控制系統(tǒng)。如圖3-1所示。圖3-1硬件系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖1.2PLC的選型介紹PLC在當(dāng)今的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域運(yùn)用非常的廣泛，因?yàn)樗哂泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)，比如可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小、維護(hù)方便、容易改造、體積小、重量輕、耗能低等，所以在很多工業(yè)的領(lǐng)域都會(huì)用到PLC。1.2.1PLC的組成PLC是由硬件和軟件系統(tǒng)組成，它的硬件是由中央處理單元模塊(CPU)、存儲(chǔ)器模塊(RAM、ROM)、輸入輸出單元模塊(I/O)、電源模塊等組成。如圖3-2所示。圖3-2PLC硬件結(jié)構(gòu)圖1.2.2PLC的選型PLC選型的時(shí)候，應(yīng)該先分析其控制要求，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、接著再確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后來選擇有較高性能價(jià)格比的PLC。本設(shè)計(jì)選擇的是西門子S7-300系列，相比于其他類型的PLC，S7-300系列多用于中低性能范圍的模塊化中小型控制的系統(tǒng)，功耗低，可以通過硬件組態(tài)工具來執(zhí)行組態(tài)及參數(shù)的設(shè)置，它具有多種性能等級(jí)范圍的CPU和高達(dá)32個(gè)模塊的可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，并且可以連接工業(yè)以太網(wǎng)等等。本設(shè)計(jì)使用了20個(gè)數(shù)字量輸入、15個(gè)數(shù)字量的輸出。選擇CPU的型號(hào)需要考慮到I/O點(diǎn)數(shù)的需求以及它的運(yùn)行速度，如表3-1，315系列的運(yùn)行速度快，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，更符合本次設(shè)計(jì)，所以可以選用的是CPU315F-2PN/DP。表3-1 CPU31X的基本單元CPU參數(shù)CPU312CPU314CPU315CPU317CPU319數(shù)字量I/O點(diǎn)分布式2561024163846553665536集中式2561024102410241024模擬量1/O點(diǎn)分布式64256102440964096集中式64256256256256M區(qū)MBO-MB255MBO~MB255MBO~MB2047MBO~MB4095MBO~MB8191T區(qū)2562562565122048C區(qū)2562562565122048FB塊10241024102420484096FC塊10241024102420484096DB塊10241024102420484096位的執(zhí)行速度0.1us0.06us0.05us0.025us0.004us1.2.3拓展模塊的選型在本次設(shè)計(jì)中，還應(yīng)該考慮CPU315F-2PN/DP的數(shù)字量的點(diǎn)數(shù)不夠用，所以還需要使用到擴(kuò)展模塊，如表3-2所示。數(shù)字量的輸入和輸出擴(kuò)展模塊可選擇SM321，本文設(shè)計(jì)選擇的SM321外部擴(kuò)展模塊來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的需求。表3-2S7-300系列PLC擴(kuò)展模塊型號(hào)輸入輸出點(diǎn)數(shù)訂貨號(hào)SM32116輸入6ES7321-1BH02-0AA0SM32132輸入6ES7321-1BL00-0AA0SM32164輸入6ES7321-1BP00-0AA0SM32216輸出6ES7322-1BH01-0AA0SM32264輸出6ES7322-1BP00-0AA0SM3228輸出6ES7322-8BF00-0AB0SM3238輸入6ES7323-1BH01-0AA0SM32316輸入6ES7323-1BL00-0AA0圖3-3SM321實(shí)物圖圖3-4SM321接線圖1.2.4外部接線圖本次設(shè)計(jì)的電梯一共是四層，每一層都有電梯的上升和下降的指示燈，每一層的廳外都有外部的按鈕，轎廂內(nèi)設(shè)有選擇樓層的按鈕，此外還設(shè)有開門和關(guān)門按鈕，為的是使乘客可以隨時(shí)進(jìn)出電梯。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的自動(dòng)控制，系統(tǒng)應(yīng)該還具備自動(dòng)開門和關(guān)門、自動(dòng)報(bào)警、手動(dòng)開門和關(guān)門以及樓層到達(dá)指示等功能。PLC的I/O分配表如表3-3所示?；赑LC-300的電梯控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3-5所示。表3-3I/O分配表開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出內(nèi)呼1層I0.0電梯上行Q0.0內(nèi)呼2層I0.1電梯下行Q0.1內(nèi)呼3層I0.2開門動(dòng)作Q0.2內(nèi)呼4層I0.3關(guān)門動(dòng)作Q0.3外呼上1層I0.4內(nèi)呼1層指示燈Q0.4外呼上2層I0.5內(nèi)呼2層指示燈Q0.5外呼上3層I0.6內(nèi)呼3層指示燈Q0.6外呼下2層I0.7內(nèi)呼4層指示燈Q0.7外呼下3層I1.0外呼上1層指示燈Q1.0外呼下4層I1.1外呼上2層指示燈Q1.1開限位I1.2外呼上3層指示燈Q1.2檢測(cè)人開關(guān)I1.3外呼下2層指示燈Q1.3關(guān)限位I1.4外呼下3層指示燈Q1.4一層限位I1.5外呼下4層指示燈Q1.5二層限位I1.6超重報(bào)警Q1.6三層限位I1.7四層限位I2.0超重信號(hào)I2.1開門按鈕I2.2關(guān)門按鈕I2.3圖3-5PLC外部接線圖1.3硬件電路的選擇1.1.1主電路的設(shè)計(jì)曳引機(jī)通過接入接觸器、斷路器和變頻器來控制電梯的上下的運(yùn)動(dòng)和速度；開門和關(guān)門的電機(jī)接入斷路器和接觸器來控制門的開和關(guān)，可編程邏輯控制器和變壓器連接接入電路，如圖3-6所示。圖3-6主電路外部接線圖1.1.2稱重傳感器的選擇本課題為四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要電梯載重量需要在1000kg，因此本設(shè)計(jì)采用稱重傳感器進(jìn)行重量的檢測(cè)。本設(shè)計(jì)為了防止電梯超載運(yùn)行，使用了型號(hào)為DS11-2的非接觸式稱重傳感器來保護(hù)電梯，它的尺寸為?22*97mm，能輸入的電壓范圍為12~30V，輸出的內(nèi)阻有200Ω，電流為100mA，作用距離小于等于20mm，并且它采用了特殊的技術(shù)設(shè)計(jì)，是利用集成的封裝和組裝工藝制作而成的，它具有無觸點(diǎn)、功耗低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。圖3-7DS11-2實(shí)物圖圖3-8DS11-2接線圖1.1.3光電傳感器的選型本設(shè)計(jì)中使用的光電傳感器，應(yīng)用于門機(jī)上的保護(hù)人或物不被夾傷的裝置?？梢赃x擇PH2-M系列的光電傳感器，這種傳感器使用簡(jiǎn)單方便，是直流NPN型傳感器，它的應(yīng)差距離為最大檢測(cè)距離的20%，反應(yīng)時(shí)間為0.5ms，因此可以安全保護(hù)乘客的安全。圖3-9PH2-M型光電傳感器1.1.4變頻器的選型這部分的性能對(duì)電梯運(yùn)行期間乘客的舒適度起著非常重要的作用。只要通過變頻器改變電機(jī)的電源頻率就可以實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。原理公式：n=60f(1-s)/p由此根據(jù)上面的公式可看出，n(轉(zhuǎn)速)與f(頻率)成正比，只要改變f(頻率)即改變電動(dòng)機(jī)的n(轉(zhuǎn)速)，當(dāng)頻率f再0到50赫茲的范圍內(nèi)，電機(jī)的調(diào)速范圍就很寬。隨著變頻器成本效益的逐步提高，變頻器將用于許多領(lǐng)域。如今，變頻器具有多功能和高性能功能。該電梯采用的是西門子的變頻器MM440，如圖3-10，該變頻器性能方面比較優(yōu)異，使用起來也很方便，因此可以給用戶提供良好的控制處理方案，主要它還具有迅速調(diào)節(jié)速度的功能。西門子變頻器MM440可以通過操作面板來進(jìn)行操作，方法如下：首先初始化操作，運(yùn)行初始化可以設(shè)置參數(shù)：P0010=0；接著設(shè)置啟動(dòng)和停止按鈕，設(shè)置P0700=1；最后可以設(shè)置變頻器的頻率，可以設(shè)置P1000=1；可以按下綠色按鍵，啟動(dòng)電機(jī)；再電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，按下“增加”鍵，可以使電機(jī)提高速度，即增加頻率值；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)最大值50HZ時(shí)，可以按下“減小”鍵，使得電機(jī)速度和頻率逐漸下降；可以使用“轉(zhuǎn)向”鍵來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；通過紅色按鈕來使電機(jī)停止。圖3-10西門子MM440變頻器實(shí)物圖1.1.5曳引電機(jī)的選擇關(guān)于交流曳引電機(jī)功率按凈功率進(jìn)行計(jì)算N=式子