6ES7214-1AD23-0XB8诚信合作

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1　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、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。比以往使用机开发的工业控制系统具通用性．在自动化领域有着广泛的应用。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，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。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。

2．2 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

LD twoselet

二层内选掸

S twoseletq，1

二层内选择指示

LD twoup

二层上呼

S twoupq，1

二层上呼指示

LJ)twodown

二层下呼

S twodownq，1

二层下呼指示

LD twoseat

二层位置

= twoeeatq

二层位置指示

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

在三晨时下行情况

LDoneseletq

一层内选择

0 twmeletq

或二层内选择

Ooneupq

或一层上呼

0 twodownq

或二层下呼

O tWoup_q

或二层上呼

A畦I州eseatq

在三层位置时

SV0.1.1

置三层下行位

电椿下行

LDV0.0

有四层下行位

OV0.1

或有三层下行位

OV0.2

或有二层下行位

AN up

同时无上行

=down

电梯下行

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

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

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和强大的数据处理功能。同时。提供良好的机制，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

一、S7-400H系列的性能特点

S7-400H系列PLC是西门子的新一代产品，是可以实现硬件热冗余的控制器。S7-400H一般由两组S7-400通过光纤通信交换数据达到硬件热冗余的功能。

S7-400PLC的主要性能:

·全系列CPU处理速度整体提高3至70倍

·工作内存翻倍，达20MB

·定时器、计数器个数提高8倍

·通讯性能提高1倍

·零部件和编程工具保持兼容

·支持PROFIBUS等时模式

·支持不停机修布式硬件配置

S7-400的主要特色为：高的处理速度、强大的通讯性能和的CPU资源裕量。特别适合于的中大规模系统。

需要容错能力的应用系统就要选择S7-400H PLC。基于标准S7-400模板的S7-400H是一个冗余的PLC，可以明显地减少生产过程的故障停机率，适用于那些需要尽可能减少或避免故障停机的应用场合。例如发电或输、配电、化学工业、采矿、运输等。

容错性是通过二个并行的控制器实现的。它们的CPU通过光缆连接并通过冗余的PROFIBUS DP线路对冗余的I/O进行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。当发生错误或故障时进行无扰动的切换，即未受影响的热备控制器将在中断点继续执行控制而不丢失任何信息。

S7-400H的编程与非冗余的标准S7-400系统相同，都使用STEP-7语言。所有容错的功能可通过使用的STEP 7软件包来组态。为标准非容错系统编写的程序可以方便地移植到容错系统(反之亦然)。STEP 7 V5.3已将冗余选件包集成，再单购买。

在PLC产品领域，SIMATIC S7-400满足了生产和过程自动化的系统解决方案的要求。

二、S7-400H组成的网络系统

1、ZJ50DB/70DB钻机是目前非常的钻机，其整体的技术水平体现在电控系统的设计与调试中。我们在设计中确保系统的高配置、长期使用的、高性以及较为完善的措施，并为用户提供良好的人机界面和故障诊断功能。设计完成后系统具有相当大的冗余能力。

ZJ50DB系统配置2座VFD房，分别为VFDI房和VFDII房。根据总体要求我们作了以下布置

VFDI房包括1#综合柜（负责采集与发送VFDI房内的各种电气信号，另有柴油机组监控信号通信模块和显示机组参数的机组用工控机等），1MPA变频柜，1MPB变频柜，2MPA变频柜，2MPB变频柜，3MPA变频柜3MPB变频柜，进线开关柜，冷气机，主变压器等。

VFDII房包括绞车A变频柜，绞车B变频柜，转盘变频柜，绞车A制动柜，绞车B制动柜，切换柜（实现绞车B变频柜作为转盘变频柜的切换备用），PLC柜(系统PLC主站设于该柜内)，2#综合柜(负责采集与发送VFDII房内的各种电气信号，另有以画面形式监控和显示全套传动系统参数的上位工控机等)，送钻变频柜， 采用SIEMENS的智能软起动装置，并实现对重要辅机的保护和监控。

钻机控制系统以西门子的S7-400H热冗余主站PLC为控制，通过现场总线控制技术把数字化设备组成PROFIBUS-DP网络,实现发电机控制单元、十台变频器、司钻监控、远程监控、电液气联控、自动送钻、一体化仪表系统、游车防碰等控制系统间的高速通讯，上位工控机和远程工控机实时监控、储存各个系统的运行状态并提供故障诊断信息。上位工控机、远程工控机与S7-400H热冗余主站PLC通过光纤通信组成一个工业以太网；自动化级（PLC）、数字传动级、司泵操作台和司钻操作台通过热冗余PROFIBUS-DP构成双总线网络系统，参数双向传递，显示一体化钻井仪表参数及画面，各种状态提示和帮助文本显示，为钻井工艺创建一个数字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人机界面，实现对系统各装置的远程和故障监控，优化控制和监测整个钻井过程。系统操作与监控具有两种模式：PLC正常模式与继电器应急模式。

司钻操作台具有钻机操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、故障显示、报警的齐备功能。

司泵操作****立在泵房区放置，可以实现正常与应急操作，通过指示灯显示系统基本的的运行状态。

系统采用西门子性能的S7-400H热冗余PLC和Profibus现场总线技术（双总线）进行绞车、转盘、泥浆泵、自动送钻变频系统之间的数据快速传输，并可通过触摸屏、显示屏、工控机、远程电脑实现监控、操作、故障报警、参量修改、诊断、存储、记录等功能。可以监控的参数主要有：柴油机组运行状态及参数、发电机运行状态及参数、变频器运行状态及参数、系统操作与运行状态、系统故障与报警信号、误操作信号、MCC运行状态、游车运行状态、一体化钻井仪表等。

采用PLC和Profibus现场总线控制和变频调速结合的总线控制系统具有以下的技术特点

（1）   采用矢量控制的绞车电机四象限运行和游车位置闭环的防碰功能；

（2）   恒钻压自动送钻技术；

（3）   PLC和总线控制；

（4）   一体化司钻台和一体化仪表系统；

（5） 操作和钻井参数实时显示、电气系统运行监控与显示、故障显示、报警与停车的齐备功能，为钻井工艺创建一个数字化、信息化、智能化的管理平台和友好的人机界面。

司钻操作系统在PLC正常操作方式时钻机操作和监控的全部功能，主要包括：发电机系统指示灯，各操作开关与给定手轮/手柄，主电机风机运行指示灯，主电机运行指示灯，指重表，泵压表，触摸屏，显示屏等。触摸屏和显示屏可以显示钻机系统相关的运行与监控参数，同时具有参数设定功能。通常乘坐一体化钻井仪表系统。

彩色触摸屏、显示屏主要功能

1、设定自动送钻参数，设定游车防碰系统参数等。

2、查看所有在网络中设备的实时状态。

3、报警信息提示司钻关注提示到的设备状况。

4、故障信息提示司钻关注已产生故障的设备。

5、显示主要钻井参数：悬重、钻压、井深、机械钻速、转盘转速、转盘扭矩、泥浆压力、泥浆返回量、泵冲、液位（3罐）、游车位置、吨.公里及衍生的其他参数。

6、防护信息。

7、误操作信息与误操作保护。

8、故障诊断信息。

系统还配置了司泵操作台，以指示灯显示系统的基本运行状态。在司钻授权后可以操作泥浆泵。

在配置总线系统时建议将多台工控机联入工业以太网，Prfibus总线仅连接主传动设备，这样可以避免其它非主要设备的调试安装及故障维护影响主传动设备。

一体化仪表系统通过数据采集单元（现场的传感器、编码器、变送器等），PLC经过计算、处理，在触摸屏、显示屏、上位工控机、远程工控机上显示以下钻井参数：悬重、钻压、井深、机械钻速、转盘转速、转盘扭矩、泵冲、泵压、泥浆池液位、出口返回量、总泵次、游车位置、吨.公里及衍生的其他参数。

电、气、液联控系统

PLC总线系统根据司钻工的操作信号去控制阀岛完成一些气、液操作，并根据故障情况完成盘刹自动抱闸、转盘惯性刹车投入等保护功能。

一体化仪表系统具体主要显示监控以下参数

发电机组数据：各发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率等。如果是模拟控制发电机组，则需要从控制模块引出实际信号并增加变送器变为标准信号输入到PLC。如果是数字控制发电机组则可以直接采用通信方式读出这些信号。

传动系统数据：各变频柜转速、功率、电压、电流、转矩等。这些数据均从变频器直接通信传输到PLC主站。

其它电气运行情况： MCC运行状态，各风机、注油泵、喷淋泵等运行状态。这些信号一般要从开关量模块输入。

钻井工艺参数：悬重、钻压、转盘转速、转盘扭矩、泵压、大钳扭矩、入口流量、出口返回量、井深、机械钻速、游车位置、吨·公里、钻时及衍生的其他参数。悬重、泵压、大钳扭矩和出口返回量测量要安装传感器；转盘转速、转盘扭矩由全数字传动系统给出，不需要传感器；井深、机械钻速、游车位置等依据滚筒编码器数据由PLC程序依据一定算法计算；吨·公里依据滚筒编码器和悬重传感器数据由PLC程序计算；钻时由PLC计时，每次钻进时在触摸屏上手动启动计时；入口流量可由公式计算

 —效率， —缸套直径， —冲程， —冲数。
罐区泵区监控数据：泵冲、总泵次、泥浆池液位等。泵冲与电机转速成正比的固定关系，可由全数字传动系统给出，不需要传感器；总泵次由泵冲按照积分算法累计；泥浆池液位一般安装声波液位传感器。

综合以上显示参数可以设定一些报警设置，例如液位过高或过低，出口返回量异常等，提醒司钻注意。

一体化司钻台和一体化仪表系统省却了体积大、造、安装复杂的机械式参数仪系统，省却了许多传感器，数据准确，实时性好。传感器安装复杂，维护麻烦，对恶劣环境的承受能力差。从电气上来说硬件成本增加不多，软件开发的工作量增大了。罐区的传感器也可以采用ASI（执行器-传感器总线）总线方式以减少接线，可与智能井电共用ASI总线。

以下三张图片是实际运行的系统的部分画面。

三、S7-400H在石油钻机的应用情况

S7-400H热冗余系统应用于陆地石油钻机是一次尝试。我们已经成功地将S7-400H PLC应用于ZJ50DB钻机电控系统。S7-400H在现场运行比较稳定，热冗余性能得到充分验证。

特别要提到的是S7-400H热冗余系统的冗余特性主要是针对CPU部件，通信部件和通信介质而设计的。例如当网络1的通信电缆热冗余对现场电磁干扰并不具有“冗余”能力，电磁环境兼容性方面的设计仍然要严格执行相关的技术标准。在实际现场我们见到了一套以S7-300PLC设计的软件冗余双PLC控制ZJ50LDB变频传动系统，由于抗干扰措施不足，经常发生通信中断故障，双PLC也不用。在检查故障时从PMU单元上直接手动启动变频器，就发现两套PLC通信过程连续相互切换，套中断后二套运行接着又中断并转入套，每一套都不能稳定工作。所以从抗干扰的角度来说单总线和双总线的能力是一样的。

但是由于双总线系统比较复杂，接线较多，陆地钻机又是频繁移动设备，安装和拆卸要复杂一些。所以S7-400H非常适合于要求高性的大型控制场合，而且满足大规模系统的大容量控制任务。例如海洋钻井平台，大型轧钢工厂，石油炼化工厂等。现在已经有新建造的海洋钻井平台开始使用S7-400H热冗余系统。在发生故障时，对现场用户维护人员的实际维护能力的要求较高。陆地石油钻机电控系统从PLC应用的角度来衡量只是一个中小型系统，如果不要求硬件热冗余，就可以采用S7-300PLC同样能够达到良好的效果。

1 引言  
近年来，我国目前大中型化工厂工艺生产系统基本采用计算机控制系统，控制方式已由过去的仪表、继电器或计算机单机小系统转向了整个生产线的计算机集中操作与分散控制，但目前国内随主机配套的润滑油站电控产品，大多还停留在过去传统的控制方式上，与当前的生产管理方式和控制水平不相适应。由于传统方式控制柜均采用继电器硬连线实现电控与联锁保护，存在着诸如性低、联锁保护功能少及故障率高等许多问题；与计算机全线监控系统的信号联锁很少甚至没有，影响了现场巡检、中控集中操作管理；且在实际使用过程中，由于现场情况的变化，使得传统方式下的控制柜安装与调试存在较大难度。针对这种情况，我们采用可编程控制器(PLC)对润滑油站进行控制，在实际生产中应用，了较为满意的应用效果。  
2 润滑油站系统的控制方案  
中煤龙化哈尔滨煤制油有限公司生产规模为年产燃料油4万吨，计算机监控采用浙大中控自动化有限公司生产的JX-300X集散控制系统 (DCS)实现。该工艺生产系统有两个压缩机润滑油站：循环氢压缩机、解析气压缩机油站。  
2.1 循环氢压缩机润滑油站  
循环氢压缩机在其前后轴承各设置了一个润滑油站，用强制循环给油方式进行润滑。每个供油站备有1台高压泵和2台低压泵，两个润滑油站由一套PLC系统控制。  
电机及压缩机主要参数  
电机：型号YAKK710-16 功率355kW转速373r/min 电压6000V 频率50Hz  
压缩机：型号DW 2.2/15～102转速373r/min，输入功率355kW，传递功率355kW。  
为了保护压缩机及主电机的运行，也设置了强制润滑油站，各备有2台低压泵，两个润滑油站由一套PLC系统控制。  
2.2 解析气压缩机润滑油站  
电机及压缩机主要参数  
电机：型号YAKK710-18 功率315kW 转速331r/min 电压6000V 频率50Hz  
压缩机：型号DW 1.53/81～102转速331r/min 输入功率315kW 传递功率315kW。  
为了保护压缩机及主电机的运行，也设置了强制润滑油站，各备有2台低压泵，两个润滑油站由一套PLC系统控制。  
为了确保压缩机设备的运行，提高系统的性，我们采用以SIEMENS公司S7PLC为主控器开发的润滑油站控制系统，实现压缩机及主电机润滑油站电气控制及联锁保护。  
因生产现场条件差，电噪音干扰大，系统的输入输出模块均采用高电压等级模板，以避免干扰信号而产生误动作，造成系统损坏。  
为了实现数据共享，便于中控室的监控及管理，我们将润滑油站控制系统与其他优化控制系统联成了一个计算机通讯网络。  
3 控制系统的组成及功能  
3.1 润滑油站提供给JX-300X的信号  
1)备妥信号2)允许启动信号 3)联锁停车信号  
3.2 JX-300X提供给润滑油站的信号启/停信号  
3.3 信号的处理  
3.3.1 备妥信号  
包括以下内容：  
1)“集中/机旁”控制方式中选择开关置于“集中”位置；  
2)总电源空气开关的辅助接点闭合；  
3)控制电源空气开关的辅助接点闭合；  
4)油泵主回路空气开关的辅助接点闭合。  
3.3.2 允许启动信号  
“允许启动信号”应由以下几个条件组成：  
1)高压压力建立并达到整定值；  
2)低压压力建立并达到整定值；  
3)油温不下限；  
4)油流不下限；  
5)油位不下限。  
3.3.3 联锁停车信号  
在一般的油站控制系统中，联锁停车信号是根据运行时“压力低”建立的。  
由于在本控制系统中采用了功能强、灵活性大的PLC，因此，我们也将压缩机的保护功能编制到系统中。如在压缩机油站系统中，我们将压缩机温度的上限报警信号引入联锁停车中；将电机轴承温度上限报警信号引入联锁停车中。考虑到油压波动情况以及温度出现瞬时干扰，对于跳闸信号，我们对其加以10s延时后再送出。 

3.3.4 备泵控制  
低压备用泵的自动投运，一般是利用压力信号来处理的，包括备泵起动压力信号及备泵停止压力信号，当油压备泵起动压力值时，启动备泵；当油压备泵停止压力值时，关闭备泵。  
3.4 其他要点  
润滑油站在集中方式下的启动及停车，应由中控人员决定。在正常情况下，润滑油站只能顺从地为主机服务，而不对上级控制有制约条件，如主机停车后润滑油站自动停车。  
由于DCS系统的SSR输出模板普遍存在漏电流过大，致使信号关断时仍存在电压，因此，由JX-300X系统发送的油站启停信号都采用中间继电器加以隔离。  
3.5 通讯网络  
在一般的应用情况下，可单使用润滑油站控制系统，但控制系统具备良好的开放性及网络功能，可根据用户的实际需求，联成不同形式的通讯网络。在我公司，我们建立了一条包括8个站点的MPI控制网络，将现场油站信号参数引入中控室的上位监控系统。  
多点接口MPI是一个集成在SIMATICS7-300CPU内的通讯接口，MPI能同时连接如下站点：  
1)IBMPC兼容机；  
2)编程器(PG)；  
3)操作员界面(HMI)；  
4)S7-300、M7-300；  
5)S7-400、M7-400。  
连网的CPU可利用“全局数据通讯”服务，周期性地相互交换数据。它多可连接32个MPI站，其传输速度为187.5bps，且其相邻的MPI站点的距离大可为9100m，(使用10个中继器)。  
在使用过程中，我们发现：通讯电缆的敷设应引起重视，若通讯电缆与高压电缆敷设在一起，会出现干扰，引起通讯错误，因此通讯电缆应单敷设，以提高系统的性。  
4 上位监控系统  
上位监控计算机采用PC总线工控机，配置SIMATICMPI通讯网卡，采用bbbbbbS中文操作系统，通讯波特率为1.5Mbps。通过数据通讯对各油站数据进行检测，并在上位机上实时显示当前运行状态，以便操作员对现场情况随时进行处理。  
5 工程师工作站  
为便于今后系统维护及监控，如对现场PLC控制柜中的程序进行修改、下装等工作，我们利用公司原有的一台DELL Pentinum166MHz商用机，配置CP5411通讯卡，联入MPI网，成为一个在线工程师工作站，工程师站采用bbbbbbs2000操作系统，安装STEP7软件包。  
STEP7是用于S7系列PLC编程的应用软件包，包括：  
1)SIMATIC管理器； 2)符号编辑器，用于定义符号名称、数据类型等； 3)硬件组态，用于为自动化系统组态和各模板参数设置； 4)通讯，用于定义MPI、PROFIBUS或工业以太网的； 5)程序编辑器。  
允许使用梯形逻辑图(LAD)、语句表(STL)和功能块(FBD)任何一种来编写程序，并进行在线调试及监控。  
6结语  
通过在我公司工艺生产系统上采用可编程控制器实现压缩机润滑油站控制的实践证明，它与以往的继电器控制柜相比，性及扩展性有了很大的提高，了较好的应用效果。在运行过程中,减少了操作人员的劳动强度。经过这两年多的运行,除了设备的机械故障外,基本上没有出现控制上面的问题,符合设计要求。