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    GXF360 / 電氣技術 / 基于S7

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    基于S7

    2017-12-25  GXF360
    基于S7-1200PLC的電梯監控系統設計*

    基于S7-1200PLC的電梯監控系統設計*

    張 靜

    (蘇州工業園區職業技術學院 機電工程系,江蘇 蘇州 215123)

    摘 要:針對目前大多數電梯設備缺乏運行監控功能,提出了一種基于S7-1200PLC的可編程序控制器及PROFINET工業以太網的電梯監控系統設計方案,詳細闡述了監控系統的硬件組態、軟件編程及運行監控界面設計。實踐證明,該系統運行穩定可靠,可顯著提高電梯運行維護工作效率,對于電梯控制系統改造具有實用參考價值。

    關鍵詞:S7-1200PLC;PROFINET工業以太網;電梯運行監控

    隨著我國城市建設的飛速發展,高層建筑對電梯的需求量日趨增長,電梯設備運行維護工作面臨更多挑戰。傳統的電梯控制系統普遍缺乏設備運行自動監控等功能,存在設備運行出現故障而無法及時發現處理的缺陷,電梯遠程監控技術正是基于此原因而出現的,是電梯管理、維護和確保電梯安全運行的需要,是及時發現故障并排除的必要手段[1]。本文以居民小區多層住宅的6層電梯監控為例,綜合應用西門子S7-1200PLC、PROFINET工業以太網及WINCC組態技術, 提出了實現集中運營維護的電梯遠程監控系統的設計方案,通過物業中心設置的上位機計算機可實時監控分布于各單元的每臺電梯的運行狀況,及時發出故障報警信息,幫助電梯維保人員及時排除故障,提高運行維護工作效率,保證電梯安全可靠運行。

    1 S7-1200PLC及PROFINET簡介

    S7-1200PLC是西門子公司的新一代控制器,具有集成PROFINET接口、強大的工藝功能和靈活擴展性等特點,可為各種工藝任務提供簡單的通信和有效的解決方案。PROFINET是一種基于工業以太網和IT標準的現場總線通信模式,廣泛應用于自動化控制領域,其遵循IEEE802.3標準。工業以太網和局域網均采用TCP/IP協議,可直接與局域網計算機互連,便于共享網絡中數據,可用IE瀏覽器訪問終端數據。 S7-1200CPU集成的PROFINET接口,基于TCP/IP通信標準,具有自動交叉網線功能的RJ45連接器,可提供10/100 Mbit/s的數據傳輸速率,并通過開放式用戶通信和分布式I/O指令,與其他CPU、HMI、上位機PC及使用標準TCP通信協議的設備建立通信網絡,無需額外的通信模塊。

    2 小區電梯監控系統方案

    本設計以小區4幢樓的12部6層電梯監控為案例, 以S7-1200PLC為核心控制器,運用PROFINET通信技術,建立從現場層到管理層的工業控制網絡,設計基于工業以太網總線結構的電梯遠程監控系統。系統中信息管理層主要是由上位監控計算機PC組成,利用WinCC組態軟件設計與底層設備交互的人機界面,PLC與上位監控計算機之間的通信采用工業以太網[2]

    電梯遠程監控系統框圖如圖1所示。通過1臺工業交換機及IT標準網絡通信線路,將2臺上位機PC及分布于各單元的12臺電梯PLC控制器集成連接至以太網主干線上,上位機通過網絡與電梯的現場控制器PLC建立通信,設備維護人員通過上位機進行遠程操作,達到對遠程電梯控制器進行實時監控與操作的目的[3]。在物業管理中心設置的2臺上位機計算機分別用于電梯運行監控及設備維護,每臺計算機上監控4幢樓的4個站點,每個站點可同時監控3臺電梯的運行狀態數據和故障報警信息,從而實現電梯運行的遠程監控。

    圖1 電梯遠程監控系統框圖

    PROFINET工業以太網采用IT標準的RJ45接口易于組網,因此本設計方案在保留現有電梯控制系統的外圍資源基礎上,只對PLC控制器進行改造設計及接線,即將原PLC更換為S7-1200PLC,并通過控制程序及WINCC監控界面設計實現監控系統的設計及運行調試,借助小區現有標準網絡通信線路加以局部改造,可快速搭建PROFINET工業以太網專用通信線路,大大降低了網絡布線施工成本及改造工作量。

    3 電梯監控系統硬件組態

    西門子TIA博途全集成自動化平臺是工業自動化領域新一代工程設計軟件,其將所有自動化任務整合在一個工程設計環境下,是適用于硬件和網絡組態、編程、系統診斷的通用工程平臺,借助此平臺可高效實現自動化系統開發與調試。本設計應用博途“SIMATIC STEP 7 Professinal V13”工程設計軟件平臺,實現電梯遠程監控系統的網絡硬件組態、軟件設計及WinCC監控界面組態等一體化設計。

    3.1 S7-1200工業以太網組態

    S7-1200作為PROFINET控制器,其網絡通信配置完成后即可通信。以監控系統中1個站點設計為例,首先,在TIA軟件中建立電梯監控系統項目,添加1臺上位機PC-System_1和3臺PLC(PLC_1、PLC_2和PLC_3),選擇2臺CPU1215C(內置2個PROFINET接口)和1臺CPU1214C(內置1個PROFINET接口),通過PC的CP IE通信模塊及PLC內置的PROFINET接口建立網絡拓撲連接及IP地址配置,可快速建立從現場控制層到監控管理層的工業以太網(見圖2)。

    圖2 電梯PROFINET監控網絡拓撲組態

    所有設備必須選擇在相同的子網(PN/IE_1)中,檢查設置每臺設備的以太網IP地址,保持同一網段中地址的唯一性,設置IP地址如下:PLC-1為 192.168.0.2; PLC-2為192.168.0.1;PLC-3為192.168.0.3;PC-System_1為192.168.0.4。雙擊“網絡連接”檢查網絡中設備連接狀態,若呈現藍色高亮顯示,則表示設備已組網成功。

    3.2 上位機PC應用配置

    首先,在上位機計算機中安裝SIMATIC STEP 7工程設計軟件,添加PC系統時選擇在“SIMATIC HMI應用軟件”中帶有“WinCC RT Advanced”功能的PC系統,并將原PC-System_1名稱更改為上位機計算機的本地名稱(例如,電腦名稱IBIS);其次按照上述監控網絡組態的IP地址要求正確設置計算機的通信接口,雙擊“控制面板”中“設置PG/PC接口”圖標,打開設置接口對話框,選擇通信通道“”,獲得以太網訪問路徑,并在其自帶網卡TCP/IPv4協議屬性中更改為“192.168.0.4”固定IP地址(見圖3),從而實現上位機計算機對于電梯PLC控制系統的遠程數據訪問及系統運行維護。將上述硬件配置信息下載到每臺PLC設備中,即可完成1個站點的網絡硬件配置。

    圖3 上位機計算機通信接口及IP地址設置

    4 電梯監控系統軟件設計

    在TIA博途平臺下,應用SIMATIC STEP 7 Professinal V13軟件完成每臺電梯PLC控制程序設計,根據系統設計方案控制要求,采用模塊化結構,主要包括自動運行控制和故障檢測報警兩大模塊。電梯控制流程圖如圖4所示。

    圖4 電梯控制流程圖

    4.1 自動運行監控

    本方案中電梯控制設有市電運行、應急供電和檢修等3種運行模式。在正常情況下,以市電供電的運行模式為主,系統按照電梯通用工作流程響應各類外呼及內選信號,實現轎廂上下行、平層及開關門等自動運行控制。當市電意外停電時,系統自動切換為UPS應急供電,由于UPS的供電容量有限,通常只能保證10~20 min應急供電,因此,在應急供電模式下,主要任務是控制轎廂盡快到達最近的平層狀態,開門疏散全體乘客。檢修模式則采用手動控制運行方式,便于對電梯設備進行整體檢修。

    4.2 故障檢測報警

    本系統應用光幕傳感器、超重開關和限速開關等自動檢測電梯運行狀態,并實時檢測曳引電動機及自動門的運行狀態、市電供電狀態。當發生電動機故障、門故障、超重、超速和市電斷電等任意一種狀況時,系統即發出報警信號停止運行,并在上位機的WinCC監控界面上實時顯示故障報警狀態信息,從而實現電梯設備的遠程監控及故障診斷維護。

    5 上位機監控畫面設計

    在TIA博途平臺下應用SIMATIC WinCC V13 組態軟件,完成上位機WinCC監控界面的組態設計,電梯網絡監控主要包括:運行準備主頁、每個站點3臺電梯監控界面、每臺電梯監控界面和故障報警信息顯示界面等(見圖5)。

    圖5 WinCC電梯運行監控界面

    通過上位機的WinCC監控界面,設備管理及維護人員可快速直觀地觀察電梯運行現場狀態。當電梯運行發生故障時,系統實時顯示故障狀態,自動彈出“故障信息”窗口(見圖6),技術人員可根據故障的具體信息及時排除故障、修復設備,保證電梯安全可靠運行。

    圖6 “故障信息”窗口

    6 結語

    本文綜合應用S7-1200PLC和工業以太網技術設計電梯運行監控系統,并基于博途工程設計平臺,實現了系統硬件及網絡組態設計、控制程序及運行監控界面設計。經仿真實驗證明,本系統可實現對長期運行電梯設備的集中監控管理,能有效提高電梯運行可靠性及設備維護效率。

    參考文獻:

    [1] 劉維福,葉麗安.電梯運行狀態實時遠程監控系統研究[J].伺服控制,2006(4):86-87.

    [2] 楊安園,張卜生,王庭有.基于PLC的礦山運輸監測控制系統的研究[J].新技術新工藝,2014(2):70-71.

    [3] 呂羅昊,吳光敏,趙建軍.基于移動設備的遠程智能監控系統的設計與實現[J].新技術新工藝,2016(2):34-35.

    * 江蘇高校品牌專業建設工程資助項目(PPZY2015A088)

    責任編輯 鄭練

    The Design of Elevator Monitoring System based on S7-1200PLC

    ZHANG Jing

    (Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology, Suzhou 215123, China)

    Abstract:For most of the elevator equipment lack of operational monitoring function defects, a design scheme of elevator monitoring system based on S7-1200PLC controller and PROFINET industrial ethernet is presented. The hardware configuration, software programming and operation monitoring interface design of the monitoring system are described in detail. Practice has proved that the system is stable and reliable operation, greatly improving the elevator operation and maintenance work efficiency. It has certain reference value for the improvement of elevator control system.

    Key words:S7-1200 programmable logic controller, PROFINET industrial ethernet, elevator operation monitoring

    中圖分類號:TP 277

    文獻標志碼:A

    作者簡介:張靜(1963-),女,機電一體化專業主任,高級工程師,主要從事機電一體化系統工程設計與維護、工程教育教學改革等方面的研究。

    收稿日期:2017-02-23

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