西门子模块6ES7222-1HD22-0XA0使用选型

　前言

电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数．判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

MCGS（Monitor and Control Generated System，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在bbbbbbs平台上运行。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用bbbbbbs图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性．在自动化领域有着更广泛的应用。本文利用MCGS组态软件检验电梯PLC控制系统的运行情况。

2　电梯PLC控制系统

S7—200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便，输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈，抗干扰能力强。因此，能够满足电梯对电气控制系统的要求。S7-200系列小型PLC（Micro PLC）可应用于各种自动化系统。紧凑的结构。低廉的成本12．b～功能强大的指令集使得S7—200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。利用西门子S7—200可编程序控制器编写一个四层电梯的控制系统。分别完成轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。

STEP 7-Micro／WIN 32是S7-200系列的PLC的编程软件．可以对S7—200的所有功能进行编程。该软件在 bbbbbb8平台上运行。基本操作与omce等标准bbbbbbS软件相类似，简单、易学。其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、修改和编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能。还可以直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控。

2．1 电气控制系统

图l为本系统的组成框图。

图中。输出为：l、电动机；2、上下行接触器；3、快慢速接触器；4、位置指示；5、门锁。输入为：6、轿内指令；7、厅外指令；8、门区感应；9、手动开关门；10、楼层感应。

2 PLC系统部分

完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，｛禽出点的需求量和控制过程的难易程度。

（1）I／O点的估算：

系统的输入点有：门厅召唤按钮6个输入点；轿内指令按钮4个点；楼层感应器4个点；门区感应l点；手动开门l点：共计输入点16点。而输出点有：快慢速接触器2点；上下行接触器2点；楼层指示灯4点；门锁1个点；共计输出点9点。总计I／O点数为16／9；

（2）可编程控制器S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16。足以满足要求。

3　电梯PLC控制系统设计

　　因篇幅有限。仅将电梯指示及上下行程序列出说明。

3．1楼层状态指示设计

当电梯运行至某层有指令发出时．指示位置及指令。以二层为例：

3．2电梯下行程序设计

以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时，将三层下行位置1，同时无上行，驱动电梯下行。程序说明如下：

3．3电梯上行程序设计

　　以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下：

3．4电梯到达时程序设计

电梯到达某层时。将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序ig明如下：

4　组态软件模拟电梯PLC控制系统显示设计

MCGsm态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强，有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面。MCGSm态软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能。同时。提供良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。MCGS组态软件支持多种硬件设备，实现“设备无关”，用户不必因外部设备的局部改动，而影响整个系统。MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立。又紧密相关。

本文利用MCGS组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备．添加西门子S7—200PLC。正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接，即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，使电脑对PLC发出的信号有响应。在 MCGS组态软件的用户窗口中，制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性，使设置的控件按照真实的情况动作，检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面．组态配置各种不同类型和功能的对象或构构。可以对实时数据进行可视化处理。组态过程如图2所示：

5　结语

针对这个四层电梯的控制系统．本文采用西门子S7—200可编程控制器设-H-电梯的控制系统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。利用MCGS组态软减设计模拟电梯PLC控制系统的运行。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合，加载驱动。使设置的控件能够按照真实的情况动作。检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。实践证明。将PLC可编程控制器和MCGS组态软件结合可以非常好地模拟电梯控制系统的测试运行．有利于PLC控制系统的设-H-、检测，具有良好的应用价值。

在实际工程中，设计一个合理的供电与接地系统是保证生产过程控制系统正常运行的重要环节。PLC控制器本身不需要采取什么特殊措施，就可以在工业环境中使用。但若整个PLC控制系统供电和接地不合理，它是不能投入运行使用的。

一、PLC控制系统的供电

1、PLC控制系统供电环境的设计与配置

由大型的多处理器组成网的PLC控制系统，应采用专路供电，即以100 kV或110 kV高压变电站，经变压器转移为220V AC，由一条专线供电。对于用电要求极高的现场，100 kV高压变电站应有停电备用专线。在此条件下，为PLC供电的回路一般为220V AC，50 Hz普通市电。因此对电网要求频率波动不能太大。不要在供电网路上有其它大用电量客户反复用电，造成很大的电网冲击。目前PLC要小于±5％的电压波动较好。由于电网电压瞬间变化较难监测，这些干扰在同一供电回路传播是十分难于克服的。为提高整个系统的可靠性和抗干扰能力，在PLC控制系统供电回路一般采用隔离变压器、交流稳压器、UPS电源、晶体管开关电源等。

（1）采用隔离变压器　隔离变压器的初级和次级之间采用隔离屏蔽层，屏蔽层要良好接地，次级的连接线要使用双绞线（双绞线能减少电源线间干扰），隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层，初级的屏蔽层接交流电网的零线；次级的屏蔽层和初、次级间屏蔽层接至直流地端。

（2）采用交流稳压电源　交流稳压电源是为了抑制电网中电压的波动，在隔离变压器后配交流稳压电源。在选交流稳压器时，一般可按实际大需求容量的130％计算。这样可以保证稳压特性，又有助于稳压器工作可靠。

（3）采用UPS电源　在一些实时控制中，系统突然断电的后果不堪设想，应设法在系统中使用UPS电源。由于UPS电源容量有限，一般仅把它供电范围保证在PLC主机、通信模板、远程I／O站的各个机架和PLC系统相关的外部设备上。

（4）采用晶体管开关电源　开关电源在市电网或其它外部电源电压波动很大时，对其输出电压不会造成很大影响，因而抗干扰能力强。目前许多PLC公司的产品中，电源模板采用了晶体管开关电源，所以整个系统设计时不必要再配晶体管开关电源。但是在许多情况下，PLC外部执行电源采用24V电平等级时，选配晶体管开关电源是一个好方法。

2、PLC的I/O模板二次电源供电

I/O模板的二次供电是指为系统中的现场开关、传感器执行机构、各种用电负载为连入I/O模板的现场部分的供电。

（1）采用24VDC电源

24VDC电源是PLC中常用的标准方式。它是一种安全的二次供电方式，对于防爆、防火、防尘等条件恶劣的现场，选用这一电压等级，在电能传输和状态转换时，连接点或动作触点不易引起电火花和产生强电磁干扰。为给这种模板供电，较好的办法是在220 V AC电源回路中设计与配置一个容量充足的220VAC/24VDC稳压电源。

（2）采用24VAC电源

24VAC在工业中也是常用的一个电平等级。这样的模板供电非常简单，由220VAC/24VAC变压器就能满足供电需求。在现场设备比较分散，传输距离较远，采用24VAC模板比用24VDC的模板在现场设计上可以省去许多麻烦。例如交流24 V电源使用导线、电阻值、信号耗压等技术指标，一般较容易做到。大量使用24V电平直流信号比交流信号抗干扰能力低一些。现场电缆敷设也比较容易一些。但在有些防爆环境不允许使用交流电，有些传感仪表常用直流电源。

二、PLC控制系统的接地

电气设备的接地系统有两类；安全接地和工作接地。安全接地是用导线将设备易触碰的部分与大地（零电位点）联接起来，其目的是保护操作人员的安全。工作接地是为电子设备提供公共的电位参考点，工作接地包括机壳接地和电路接地，电路接地分为弱信号电路接地和强信号电路接地。对PLC系统来说又可分为逻辑电路接地和功率电路接地，各部分线路之间又有串联方式和并联方式等。因此工作接地和安全接地组成一个复杂的接地系统，合理设计接地系统是抗干扰的重要措施。

1、控制系统与电网的接地方式

有共地、浮地以及机壳共地和电路浮地等三种方式，如图1，2，3所示。其中图1是共地方式，控制系统中电路的接地点Gc，机壳的接地点Gb与电网地线和接地点Go联在一起，整个系统以大地为电位参考点，这种接地方式在大地电位比较稳定的场所，系统的电位也比较稳定，接地线路比较简单，且因机壳接地，故操作也比较安全。若大地电位变化较大的场所，系统的电位也随之变化，电路将受到共模干扰，且容易转变成串模干扰，此时应尽量减少接地电阻，或者采用浮地方式。图2是浮地方式，控制系统中电路的接地点Go相联。一般在机柜与地之间用绝缘胶垫隔开，交流进线也要加强绝缘，这种方式可避免大地电位变化和地回路电磁感应造成的干扰。但因系统浮地，机壳容易积累静电，操作不太安全。

图1 共地方式

图2 浮地方式

图3是机壳共地，电路浮地的方式，是上面两种方式的折衷。由于机壳的接地点Gb与电网接地点Go连在一起，因此操作比较安全。电路的接地点Gc是独立的，避免受大地电位和接地回路的干扰。通常将电路和插件框架用绝缘支撑与外部机架、机壳隔开，保护电路部件与机壳的良好绝缘。电路的接地点接在插件框架背面专门设置的敷铜板上，自成接地系统。

图3 机壳共地 电路浮地

2、控制系统的一般接地方式

控制系统的接地一般有三种方式，如图4～6所示。

其中图4为控制器和其它设备分别接地方式，这种接地方式好。如果做不到每个设备专用接地，可使用图5公共接地方式，但不允许使用图6的共通接地方式，特别是应避免与电动机变压器等动力设备共通接地。接地时应注意： 

（1）接地线应尽量粗，一般用大于2mm2的线接地；

（2）接地点应尽量靠近控制器，接地点与控制器之间的距离不大于50m；

（3）接地线应尽量避开强电回路和主回路电线，不能避开时，应垂直相交，应尽量缩短平行走线长度。