西门子6ES7211-0AA23-0XB0原装库存

1 引言
组合开关是一种具有高可靠性,并可方便实现多种控制功能的隔爆型电器设备, 主要用于煤矿井下具有爆炸性气体及煤尘的环境中,对额定电压为3300v（1140v或660v）,额定电流分别为 200A—400A的电动机进行顺序启动,延时启动，停止，双机双速和换向控制.目前国内组合开关产品的控制部分主要是由抗干扰性强，可靠性高的可编程控制器（简称PLC）来实现的。
在此类PLC控制系统中，为了使操作人员可以根据系统需要方便无误的置入和修改参数，并实时地监视系统的运行情况，需要借助一个友好的人机界面（简称HMI）装置--触摸屏来实现。
本文根据实际项目经历，针对西门子TP170B colour触摸屏在基于PLC的组合开关控制系统中的应用作出了整体的分析与设计。

2 系统结构及硬件组成
本系统控制功能比较简单，只需一台PLC及其相应的扩展模块即可。编程器拟采用普通PC机来替代，通过PLC和触摸屏各自的通讯口，分别对其导入相应的程序文件。触摸屏通过MPI电缆与PLC的另一通讯口连接，实现与PLC的通讯，系统结构框图如下所示：

3 系统工艺简介
本组合开关内设8组独立控制回路 ,每组可以单独控制一路负荷。根据煤矿井下的特殊环境以及刮板输送机等设备的实际运行情况 ,该控制系统设计有单机、程控、双速（手动/自动）等多种工况控制方式以满足系统控制要求。为了保证被控电机能安全可靠地运行 ,该控制系统每组控制回路中都设计有一些必要的保护功能，如漏电闭锁保护，电流保护，电压保护以及断相保护等。
当组合开关任一支路合闸前 ，PLC的CPU 首先要对系统进行初始化，然后采集各支路负荷的整定输入参数 ,判断系统的控制方式 ,并启动漏电检测电路对被控线路及电动机进行漏电检测。若存在漏电故障 ,CPU会闭锁本支路的合闸回路 ,并显示此故障信息。确认无漏电故障时，该回路则进入正常运转状态。正常运转时，需要把系统的运行参数，工况控制方式以及运行中发生的故障等信息实时地显示出来以供操作和维护人员参考。

4 触摸屏组态画面设计
西门子系列的触摸屏配有专门的画面组态软件－SIMATIC PROTOOL/PRO CS，此软件提供了多种控件和图形库文件，可组态出各种显示和控制功能，实现系统操作状态，当前过程值及故障的可视化。利用人机界面操作被监控系统，对PLC的实时数据进行显示，记录，也可以设计动态画面来模拟控制过程，从而满足监控要求。
作者在充分了解本系统工艺的基础上，对本系统的触摸屏界面作出整体规划。终画面分为两大部分：
（1）画面显示部分
运行参数画面显示（见图2）
运行工况画面显示（见图3）
故障画面显示（见图4）
（2）参数置入部分（见图5－12）
主要包括8个回路的参数整定和输入，如回路的额定电流、速断电流倍数、运行方式等。操作人员根据系统实际需要输入相应的参数数据。
具体来讲，本系统组态画面主要由如下几个控件对象组成：
（1）文本域
文本域和PLC没有任何链接，它们对用户输入不作出反应，并且在运行时不能在操作单元上被修改，主要用于对其它对象或控件的一种文本解释。
（2）输出域
输出域是用来在操作单元上显示来自PLC的当前值。一般来说，在将输出域的变量和PLC的变量地址链接后，还需设定其上、下限值，如果PLC的输出值超过指定范围的数值时将被拒绝显示。
（3）状态区
状态区是一个显示元素。根据组态，可以组态一个报警指示器，显示不能从操作单元上看见的设备单元的状态(如电机)，或者组态一个指示灯，其颜色根据相关的状态变化而改变或闪烁。
上述各控件对象的添加和设置步骤大致相同，如下：
(1) 在画面内单击鼠标右键，从“插入对象”选项中选择所需的控件，并摆放至合适位置；
(2) 调整所添加控件的大小，并在其属性中设置所需参数（如文本，字体，颜色等）；
(3) 有些控件还需要和PLC中的相应I/O接点及存储单元链接起来，以实现PLC的控制及参数输入信息、PLC当前过程值及故障信息等向触摸屏的输出（如输出域，状态区等）。
设计好的各画面如下：




图 5（图6－12的画面和图5相同，可略）

5 触摸屏操作控制的实现
由于该触摸屏需安装于隔爆腔内，从而无法实现触摸控制功能，故其实际上仅作为液晶显示器来使用，其控制以及参数置入、修改等操作，均由隔爆外壳上的6个隔爆按钮（S1－S6）来实现。按钮的接点直接与PLC的输入口联接，各自功能及链接变量如下表所示：

6 模拟测试
本组态软件还提供了对未使用PLC连接的项目模拟测试程序。从菜单中选择“文件”>“测试”>“启动模拟程序”即可启动此模拟程序。
运行此程序后，在模拟程序表中指定合适的值，用于测试变量的显示是否有误。模拟表中的值在模拟期间将由运行系统读取，这样以来，就模拟了一个PLC的连接，从而完成了组态项目文件的离线测试。

7 组态文件的下载
在下载组态文件之前，应首先检查触摸屏电源接线是否正确；然后将触摸屏的通讯接口（RS232 1F2）和PC机的RS232端口相联；后经编译无误后执行下载命令即可将组态文件写入到触摸屏的内存中。

8 触摸屏与PLC的连接
组态文件下载完成后，首先应先对触摸屏的通讯口的通讯参数进行设置，然后通过编程器设置PLC的通讯参数，使之与触摸屏一致（主要是通讯协议和通讯波特率参数）。上述工作完成后，打开电源，将PLC置于运行档，两者就建立了连接并可以互相通讯了。

9 结论
把触摸屏应用到以PLC为核心的控制系统中，操作人员不仅可以随时查询，监视到当前系统运行工况，故障等信息，而且可以十分方便的实现系统控制参数的输入和整定，确保了整个控制系统安全、可靠的运转。

、           前言

电 梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量 曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止 更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。X5系列 PLC 以其可靠性高、运算速度快、产品成本低和电梯专用客制化服务等优点，已在多家电梯厂家中的电梯生产及改造中获得了应用。本文以一台 4 层 4 站的别墅电梯控制系统为例，阐述了 X5 系列 PLC 在电梯控制系统的设计思想和实现方案。 

二、           电梯控制系统构成

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成，由如图1所示，用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，轿箱内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成，变频器采用日本安川公司矢量控制电梯专用变频器616G5，其具有良好的低速运行特性，适合在电梯控制系统中应用。三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接 电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相 比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为：上、下行方向指令，零 速、爬行、低速、高速、检修速度等各种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；（2）运行中信号，通知PLC变频器正在正常输出；（3）零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸、停车等动作；（4）故障信号，变频器出现故障时，此信号输出有效并通知PLC作出响应，给变频器断电。

输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。输入单元为：（1）厅外呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除，而且兼有无司机状态的“本层厅外开门”功能，全集选方式的呼梯信号为2N-2个（N为层站数），下集选方式的呼梯信号为N个；（2）轿箱内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示，呼梯信号数为电梯停站层数N；（3）开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；（4）上下平层装置，用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层，通常设置在轿顶，电梯轿箱上行接近预选层站时，上平层感应器限进入遮磁板，电梯仍继续慢速运行，当下平层感应器再进入遮磁板时，上行接触器线圈失电，制动器抱闸停车；（5）上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入PLC，PLC发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；（6）门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；（7）安全回路，通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等；（8）检修、消防和泊梯，检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为电梯检修时的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；（9）称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给PLC，根据负载情况进行起动力矩补偿，使电梯运行平稳。输出单元为：（1）楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；（2）开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，由变频门机完成开关门动作。

                           图一电梯控制系统原理图

PLC单元为电梯控制系统的核心部分，由PLC提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。通过PLC的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。

三、           PLC的I/O接口配置

PLC选用亿维自动化技术有限公司的X5系列，PLC的输入输出点数可根据需要配置，并可根据用户的要求增加并联功能。以编制一台4层4站的电梯为例，先根据控制要求计算所需要的I/O接口点数，其中输入点数为32，输出点数为24。选用X5系列PLC的一个CPU单元X5-1414RD和一个扩展单元E5-0016D来完成电梯控制系统的逻辑控制。

1、输入接口：

2、输出接口

四、           工作过程

  电梯完成一个呼叫响应的步骤如下：

（1）电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后将此楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。

（2）电梯开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至目标层。

（3）当电梯检测到目标层减速点后，电梯进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。

（4）平层后，经过一定延时开门，直至碰到开门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到安全触板开关动作。

五、 控制系统软件设计

1．软件流程

      图二PLC控制电梯工作流程图

2．模块化编程

电梯控制系统是集选式控制方式，适合采用模块化编程方法，下面介绍几个模块的梯形图程序：

（1）电梯自检模块：安全回路中各开关接触良好，安全回路信号（10001）输入，安全继电器（01169）闭合。当电梯开关门完成（01037），关门到位（01155）输出为ON，且处于非强制状态时，如果变频器无故障输入（10013），则电梯允许（01038）正常运行。

（2）电梯开关门模块： 安全继电器（01069）线圈接通时，有开门信号（10011）或有安全触板动作脉冲输入，在进入平层区1秒（02015）后，驱动门机开门，开门继电器接通；在开门到位信号（10012）或开门到位5秒后，关门继电器输出。

（3）平层检测和强迫减速模块：当电梯检测到上、下平层感应器（10009和10010）的输入信号时，表明电梯已经进入平层区。当电梯上行轿厢碰到上强迫换速开关（10006）时，上强迫换速开关动作，电梯由快速被强迫换速为慢速，并判断电梯的实际运行楼层（40400）是否运行到顶层（＃00008）；当电梯下行轿厢碰到下强迫换速开关（10007）时，下强迫换速开关动作，电梯由快速被强迫换速为慢速，并判断电梯是否运行到底层（＃00001）。

（4）楼层召唤灯指示模块：当有楼层召唤登记（如01001）或已有该楼层召唤灯输出（如00009）时，如果实际运行楼层（40400）不等于召唤楼层，则该楼层召唤灯输出显示亮；如果实际运行楼层（40400）不等于召唤楼层，则该楼层召唤灯输出熄灭。

六、           结束语

本文以亿维自动化技术有限公司生产的X5系列PLC为例，阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，分别描述了电梯控制系统的构成及工作原理，并给出了PLC的I/O接口配置及其软件设计流程和梯形图的编写。

    通过X5系列PLC在某型号电梯控制系统的现场应用，在广大电梯使用客户中获得了良好的评价，并得到了多家生产厂家对该系列PLC质量和性能的认可，该电梯控制系统只需要稍加改进即可应用于更高性能要求的电梯中。这一切都表明该系列PLC不仅可以满足电梯对高可靠性的实际需求，而且在控制水平和性能完全可以替代进口的同类产品，并将突破电梯领域应用到更为广泛的行业，未来前景将更为广阔。