西门子PLC模块6ES7215-1AF40-0XB0型号规格

系统设计依据

　　面对21世纪的世界性的自动化控制领域以分布式现场总线为主导的，电气控制技术、电子仪表控制技术、电子计算机技术（EIC）三电合一的一场革命性变革及发展趋势；借鉴三钢厂具有90年代世界水平的引进设备异型 坯连铸机的自动化控制系统**的设计思想，在充分考虑到设备**性、开放性、稳定性及备件来源的可靠性和价格性能比等诸多因数，结合参加异型坯连铸机自动化系统安装调试积累的经验和对引进的自动化设备深入的认识,我们选定了西门子公司**的控制设备.

　　新六机六流方连铸机生产线自动化系统分两级,级称基础自动化，基础自动化系统主要由西门子公司的SIMATIC S7-400PLC、操作员工作站（WINCC C/S方式）、传动装置（变频器）和仪控系统组成。其中29台德国SEW公司变频器都作为从站以PROFIBUS-DP协议与PLC相连，由PLC跟踪系统设定速度，仪控系统121总线仪表通过 PROFIBUS-PA协议与PLC相连。该台铸机主体设备核心部件、二级工艺过程控制应用软件包等均从奥钢联引进。为解决重工业厂区的电磁干扰和满足大容量的数据交换，在高层网络设计中考虑采用100Mbit/s光纤Ethernet 环网，每个主PLC站通过CP443-1模块及OSM光连接模块,连成光纤环网络拓扑结构。

　　如下图所示，三钢六机六流连铸机生产线的基础自动化系统，根据其工艺需求，每条铸流均是一条独立的生产线，此外还有一些公用系统，为便于管理和维护，在现场级由六套铸流PLC系统和一套公用PLC系统组成，每 套PLC都将所有信息送到中央监控层，还有部分铸流系统与共用系统的数据交换，为保证系 统的可靠性及快速性，选用工业以太网。

　　在中央监控层采用SER VER/ CLIENT结构，改变过去单机应用模式，采用多用户系统。多用户系统由多个操作员终端构成，这几个操作员终端则通过终端总线提供数据，而终端总线是独立于系统总线的标准以太网，仅用于从OS服务器向过程终端、工程系统提供数据。系统总线和终端总线完全分离,OS服务器只需通过自动化系统提供一次数据。

　　多用户系统的优点在于：过程终端能够以极大的灵活性安装与排列；安装费用相当低廉, 可实现互连、互通和互操作功能；为保证系统的可靠性，OS服务器需2台作冗余，若其中一台服务器故障，OS终端将自动切换，延时1-2分钟，故障服务器启动后需手动切换OS终端，在故障后重新启动操作员站时，所有测量值档案和报警档 案将被自动比较和更新。

　　铸流系统：以为例，主PLC（S7-400）的主机架由一个电源模块、一个CPU414-2DP、一个CP443-5 EXT（路 由功能）和CP443-1以太网通讯模块构成。CPU集成DP口通过Profibus-DP网与下挂5个I/O远程工作站-ET200M（采集本流现场的各种电控设备、液面控制器等的开关 量与模拟量）和一个接点容量为5A的I/O远程工作站-ET200（MCC柜），拉矫机变频器，引杆变频器、BMS变频器，辊道1#变频器、辊道2-4#变频器和火切割枪变频 器；3套C7-633分别用来控制结晶液压振动，#1，#2 中包液面进行数据交换；CP443-5 EXT的DP口通过DP/ PA bbbb与支持PA通讯的仪表（19台变送器，阀门定位 器，**计）进行数据交换，工程师站PDM软件通过 CP443-5 EXT路由功能，实现远方修改仪表信息。二 至六流的设备构成与相同。

　　公用系统：主机架配置与铸流配置一样，CPU集成DP口通过PROFIBUS-DP网与下挂4个I/O远程工作站-ET200M（采集现场的各种电控设备、拉矫,出坯火切等的开关 量与模拟量）和2个接点容量为5A的I/O远程工作站-ET200（MCC柜），大包回转变频器，#1中包行走变频器、#1中包行走变频器，移钢机变频器和U/V冷床变频器；1 套C7-633用来控制BMS冷却水，2套S7-300用于打号, 结晶振动液压控制；CP443-5 EXT的DP口通过DP/PA bbbb与支持PA通讯的仪表（7台变送器，阀门定位器, **计）进行数据交换。

　　操作员工作站与监控系统：采用CLIENT/SERVER结构,在主电室安装2套冗余的无限点WINCC SEVER，其中1台为工程师站，除安装WINCC外，还需STEP7，PDM,1台操作员站,在主控室安装3台HMI,火切室、拉矫室各 一台HMI。通过HMI实现对生产线的组合操作，状态监控，参数设定和报警显示，同时还配有打印机和硬拷贝机, 用于打印报警信息、工艺动态参数和趋势图。

系统的特点

从技术角度看：

· 总线技术代表检测系统数据传输技术的发展趋势

· 仪控系统采用PA总线技术，直接获取数字信号，简化了PLC程序，取消了大量A/D转换任务,**了主PLC工作效率，减少模拟量信号在传输过程中的误差，**了测量精度

· 由于实现了现场设备控制网和工厂管理网，可远程预 测和设备诊断，远程调整操作参数，设备管理，同时由 于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量

· 节省大量的电缆与硬件设备的投资和安装、调试费用,大大缩短了安装调试时间

· 用户具有高度的系统集成主动权，可自由选择不同厂 家的设备组成佳系统，设备出故障时可自由选择替换 的设备；其设备的标准化和功能模块化，使其还具有 设计简单、易于重构等优点

· 大量的现场设备信息进入管理层，**了设备的运行 管理水平，使操作和维护人员及时掌握全厂现场设备 的详细状态信息，可预测性的维护，节省大量人力和 时间

从经济角度看：

· 系统设备费由于控制系统的95%的模拟量均由PA总线控制，节约了大量的I/O模拟量板，其节约费用恰与各类带PA总线的仪表（PA表比普通表贵10%-30%，2001年价格）涨幅相等

· 电缆桥架费由计划的95万降至18万

· 安装费用由计划的68万降至21万

· 总计节省投资31％

SFC程序设计，并梯，**。

1 引言

　　当前我国电梯行业主流的电气控制、驱动系统方案有两大类：（1）专用微机控制板+变频器；（2）通用PLC+变频器。

　　专用微机控制板由若干生产厂家提供；其功能由各自厂家统一配置，客户不可编程；不同客户配置变频器需要大量选型配置工作和长期磨合过程，调试复杂；功能修改和调整（如通讯协议）都需要电脑控制板厂家开发和主导，客户难以自主开发电梯功能；调度、控制上细节问题难以随时调整；相应电梯产品维保市场的竞争较为复杂；安装接线较多。
通用PLC+变频器的系统虽然可编程，但通用PLC基本上没有电梯专用的操作界面设计和调试工具；常见品牌的PLC程序防护强度低，极易被恶意破解和破坏；通用PLC编程开发平台又没有专门面向电梯行业，导致程序开发难度高和维护性较差；安装接线很多，驱动配套调试复杂。

　　艾默生ECS3100系统突破了上述两种系统的局限：（1）新驱动-控制一体化设计，安装调试方便；（2）具有可编程能力，可为客户提供优化开发的平台，客户从而可优化产品功能、加强服务竞争力。（3）提供合乎电梯行业惯例的操作界面调试工具。（4）系统加密、专用和可维护性确保了电梯维保的可持续性，保障了安全，客户可牢牢掌握自主知识产权。（5）专门配置的高性能电梯变频驱动单元，集成了艾默生在电梯行业应用上的核心技术，完美地结合在一起，性能卓越。（6）整体系统经过严格地开发测试，稳定可靠。

2 ECS3100系统组成

图图1-1 控制器、PWM控制板和变频器驱动部分的连接

　　如图1-1所示，ECS3100系统由控制器、PWM控制板、变频器驱动部分组成。控制器与PWM控制板通过配套的扁平电缆、普通双绞线各1根连接，而PWM板与变频器驱动部分通过2根配套的扁平电缆连接。通常安装时将2块电路板置于上方，驱动部分置于下方，并保证通风。如图1-2所示为安装实例。其它方式的安装也可以另行设计，相应的配套连接电缆的长度可调整。

I/O和其它输入输出

　　ECS3100输入输出接线简便，具有高可靠、抗干扰的特性。具体体现在以下三点，如图1-1所示：

　　ECS3100系统的数字I/O点都控制器上。有30个普通数字输入点（24VDC），4个220V高压数字输入点，6个晶体管数字输出点，10个继电器输出点，可满足直梯应用的要求。

　　PWM板上拥有2个模拟量输入、1个模拟量输出、编码器接口等。

　　ECS3100系统的PWM板（变频器）与控制器之间有内部输入输出总线，通过扁平电缆连接，无须接线。

　　由于有内部输入输出总线，以往专用微机板或PLC与变频器的接线都得到简化。通过编程软件可以很方便地对内部输入输出总线进行端子功能定义。
如下图1-3为I/O实例图。

集成操作界面

　　操作界面如下图1-4，分别为控制器板上的小键盘和手持操作器。

　　小键盘包括3个LED数码管、3个指示灯及4个按键，如下表1所示。小键盘用于显示楼层数据、运行方向、故障代码，也可进行其它规定的调试操作。

　　小键盘的显示和操作有三种模式：正常模式，人工控制模式0和人工控制模式1。

　　正常模式用于显示电梯状态数据，而人工控制模式0和人工控制模式1均用于调试。

(1) 部件名称(2) 功能说明

LED数码管l 3个7段数码管。
小键盘指示灯l 上下方向灯UP、DOWN，用于显示上下运行方向；OP指示灯，用于显示操作模式，小键盘按键l MODE、INC、SET、OP。其中OP按键固定用于切换小键盘的显示操作模式，而MODE、INC和SET按键在不同显示操作模式下以及在进行密码输入时具有不同功能。

　　手持操作器包括4个LED数码管、5个指示灯及9个按键，如下表2所示。

　　手持操作器主要用于在电梯调试时查询和编辑参数；调试时还能显示楼层数据、运行方向、故障信息，以及进行呼梯、开关门等操作。手持操作器兼容小键盘的功能。
手持操作器的显示和操作有五种模式：正常模式，编辑模式、人工控制模式0、人工控制模式1、电动机调谐模式。正常模式用于查询参数数据和显示电梯状态，而编辑模式和2种人工控制模式均用于调试。

这两种操作界面是可编程和可配置的。其功能为：
通过手持操作器可以对全部控制器、变频驱动参数进行设置。
提供开放的控制器参数组，用户可自行定义各组参数功能，并且均可用于编程。
故障显示代码、记录时间、记录内容可编程、可配置。
楼层显示符号可编程、可配置。
调试模式可用于开关门、呼梯操作。
操作密码有3级（查询密码、调试密码、高密码），为不同级别的工作人员配置；延时无操作，退出相应状态。
元件参数掉电后均保存。
通过上述功能，实现了电梯的调试操作、运行显示功能，界面简洁，使用方便。

3 系统外围接口

　　ECS3100系统外围连接CAN通讯的设备，包括外呼板、指令板、并联梯、**板。其它通讯联接设备包括编程、调试时所连接的编程器、手持操作器等。变频器（PWM板）与控制器通过COMM1口连接。

图CAN通讯接口

共有2个CAN通讯接口。应用方法：

　　采用CAN指令：CANXMT发送、CANRCV接收、CANMXMT多帧发送指令，用于对外围设备进行数据发送、确认、响应等操作。

　　采用CAN口帧接收中断功能，及时处理外呼板等设备发来的数据帧通讯。
CAN0口用于外呼板、轿厢指令板、显示板等外围设备的通讯。由于是自由协议通讯口，可适用于不同厂家及客户自定义协议的CAN总线外围设备。

并梯、**

　　并梯、**通讯采用CAN1口，应用协议可自行定义，是自由口通讯。通讯时控制器的元件地址均可选择用于数据传输，完全适用于并梯、**功能。**功能可选择艾默生**设备。

远程监控

　　标准的通讯口和协议，可用于对电梯的远程监控、故障报警。

4 应用程序开发平台

　　采用艾默生ControlStar电梯控制器专用编程软件进行电梯应用程序设计。如下图1-6为软件界面。

图1-6 ControlStar电梯控制器专用编程软件界面

ControlStar电梯控制器专用编程软件的功能特点是：

　　全中文窗口图形界面——该软件具有友好的全中文窗口图形界面，采用独立图形对象树形目录管理用户工程，如主程序、子程序、中断子程序、系统块、数据块等等，并拥有易用的快捷输入、操作方式。

　　强大的3种标准编程语言平台——梯形图、顺序功能图、语句表，3种语言程序可直接相互切换；

　　强大的指令系统和电梯专用功能——功能非常丰富，200多条指令；包括电梯专用指令组、软元件和接口。

　　丰富的中断、通讯、高速计数、实时时钟等资源——直接帮助用户解决此类应用问题，可靠易用。

　　大量方便灵活的开发调试工具——为客户提供开发和调试中需要的诸如加密、程序文件导入导出、监控调试、在线修改、元件和文件注释、时钟设置等等操作。

　　方便有效的在线帮助系统——集成了在线帮助系统，直接辅助客户的编程，通过1个F1键可以直接查询当前光标所选任何对象的帮助信息。

　　远程通讯——具有远程通讯等功能。

5 变频驱动性能

　　电梯运行主模式为给定停车请求的距离控制模式（简称距离控制），还可以配置为多段速等其它模式。采用高性能的优化的电梯专用变频器，达到以下性能：

　　闭环矢量同步、异步驱动，优异的性能——可靠性、过载能力、环境适应性、电磁兼容性、舒适性。

　　适应多种编码器。
　　距离控制直接停靠。
　　智能化生成加减速曲线和运行。
　　电机自动参数辨识，井道学习。
　　内置抱闸控制、接触器控制、可编程输入输出端子功能、反馈信号安全功能。
　　人性化交互式时序控制策略。

　　图1-7为距离控制运行速度曲线图。由此可见距离控制运行时，加减速曲线是自动切换的，实现高效率的运行，能够动态而充分地响应内外呼梯指令。

6 程序防破解保护

　　ECS3100可通过3类手段对用户程序、数据进行加密和保护，并提供2类防破解功能； 　　强大的程序密码保护功能——程序有监控、上下载密码等多重保护，以及子程序文件加密保护功能。这些密码可设置为高达8位ASCII字符的任意组合。

　　加密程序包直接下载功能——用户程序可以编译生成为加密用户程序包，并提供加密用户程序包直接下载安装功能。向控制器下载加密用户程序包、或替换升级程序时，调试人员只能进行程序包下载操作而不能打开程序包查看程序内容，因此既能完成电梯功能调试工作，又无须担心没有足够授权的人员会接触到程序内容。

　　保存功能——程序、数据、故障记录可保存于系统中，安全可靠，不受掉电影响。

　　防破解功能1——通过加密专用编程协议、错误密码锁死机制、禁止格式化等功能来防止非授权人员恶意破解和破坏电梯功能。

　　防破解功能2——禁止上载程序功能，设置后可禁止一切非授权上载。

7 系统开发调试方法

开发过程简介

电梯控制系统设计工作分为五个步骤。

　　步：根据客户需求来选择电梯运行的模式，即变频器的运行模式。

　　电梯正常运行可选距离控制运行模式和多段速运行模式。

　　第二步：根据实际设计电梯内外输入输出信号电路。

　　注意I/O的分配。控制器与变频器通过内部输入输出总线进行信号交互。

　　第三步：设计电梯通讯系统，分配通讯口。

　　有三点设计要做：1）内外召通讯，通常用CAN总线，确定通讯协议是关键；2）并联或**功能，通常也采用CAN总线，确定通讯协议；3）变频器-控制器的内部通讯接口，采用COMM1口。这是固定做法，只需要连线即可。

　　第四步：做好井道信号设计。

　　井道信号包括有：平层开关信号、强迫减速信号等、上下限位开关、上下极限开关、安全检测信号、门回路检测信号等等。必须参照国家和各企业标准进行设计。

　　第五步：用户程序设计和调试

　　按照上述步骤确定的输入输出设计、利用ECS3100提供的软硬件编程资源、根据驱动时序模型和控制模型来开发用户程序；利用编程软件的调试工具进行用户程序调试；开发调试好故障记录功能；通过编程软件设置全部缺省参数。

电梯电气安装调试过程简介

　　电梯电气安装调试过程分为六个步骤（供参考）。检查轿厢、井道信号时，还需要做好相应的操作和安全保障，参照电梯行业规范、标准和国家法规的要求。

　　步：通电前检查

　　根据作业流程，检查所有的电气元件、线路、设备和容量配置；检查控制器电源、外部I/O，检查驱动输入输出接线。检查完毕，要确保所有的安装接线和配置完全正确。

　　第二步：通电检查

　　确认系统电源工作正常、所有的I/O动作准确无误。

　　第三步：电动机参数自学习和其它参数调整。

　　有2方面工作要做：1）进行电动机参数自学习；2）通过操作面板修改参数。

　　第四步：慢车试运行。

　　进行慢车试运行。采用检修运行模式。可以适当修改驱动参数，以达到更低速度。通过慢车试运行检查各种信号和动作是否正确。

　　第五步：井道自学习

　　电梯具有井道信号自学习功能。在自学习运行中，电梯会根据实际的井道信号时序等记录相关信号和井道距离数据，并保存在相应的存储器中。初次安装电梯或维修井道信号装置后必须进行自学习。

　　第六步：快车调试

　　通过快车调试，进一步调整称重补偿、运行舒适感、外围设备功能等。

8 优化的SFC程序设计语言

　　艾默生ControlStar电梯控制器专用编程软件提供优化的SFC设计平台，符合IEC61131-3标准。所提供的开发调试工具、元件十分丰富易用，还有电梯行业的特定需求解决方案支持。

　　采用SFC程序设计语言，用户程序开发过程变成了一种规范的标准化过程；也为系统维护、改进提供了更为便利的工具。与普通梯型图、语句表语言相比，采用SFC程序设计语言设计系统，能够大大**用户程序的可读性、可描述性、可调试性、可维护性，从而极大地缩短开发周期。

　　如下图1-8所示为采用SFC程序设计语言开发的直梯用户程序示例图。

图图1-8 SFC语言设计的直梯用户程序示例图

9 采用ECS3100一体化系统所带来的效果

　　控制器-变频器一体化无缝连接

　　简化系统的输入输出，一体化的操作界面，安装接线方便，系统更加稳定可靠。

　　系统构成配置方便

　　具有自由口协议的CAN通讯等接口，大大方便外围设备的选择配置，以及实现并梯、**功能。远程监控更为便利。

　　高性能电梯专用开发平台

　　采用友好的全中文可编程软件界面，三种编程语言、子程序管理、在线帮助、现场和远程调试诊断功能，面向电梯用户的工具和接口，方便了用户使用。

　　SFC编程语言**了开发和维护工作的规范性，极大地缩短了开发周期。

　　用户程序保护功能完善

　　通过三种密码（设置高达8位的密码），加密包功能和加强的防破解功能，既方便使用，又能完全确保客户的核心利益。

　　优异的驱动性能

　　实用证明采用ECS3100可得到高效率的距离控制模式、舒适地运行过程、易于使用的参数调试功能