基于西门子博途的升降机控制系统开发与应用

孙立红;崔忠信;孙少海;王海明;刘海峰;冯小雷

【摘 要】论文简要介绍了西门子博途软件,并用其开发了一种基于PLC、变频器的蜗轮蜗杆升降机控制系统,实现升降机速度位置控制,提高升降机控制效果. 【期刊名称】《机电产品开发与创新》 【年(卷),期】2016(029)006 【总页数】3页(P103-105)

【关键词】TIA Portal;升降机;蜗轮蜗杆;PLC;变频器 【作 者】孙立红;崔忠信;孙少海;王海明;刘海峰;冯小雷

【作者单位】河钢集团钢研总院,河北石家庄050000;河钢集团钢研总院,河北石家庄050000;河钢集团钢研总院,河北石家庄050000;河钢集团钢研总院,河北石家庄050000;河钢集团钢研总院,河北石家庄050000;河钢集团钢研总院,河北石家庄050000

【正文语种】中 文 【中图分类】TP39

升降机顾名思义就是一种实现物体上升下降，垂直移动的机械。升降机广泛应用于各行各业，形式有很多种比如：移动式、固定式、壁挂式、牵引式、车载式，伸缩式等。古代时有以辘轳等工具垂直运送人和货物。如今，在一些生产线上，往往不是单独使用一台升降机，而是和其它设备机构配合完成更复杂的任务。升降机构动力有液压、电动、手动等。其中SWL蜗轮蜗杆电动升降机构造价低，结构简单实

用。在冶金等行业应用很多。如今，在一些生产线上，往往不是单独使用一台升降机，而是和其它设备机构配合完成更复杂的任务。比如钢厂轧机控冷喷嘴升降系统及炼钢连铸结晶器升降系统。本文针对这种升降机开发了控制系统，实现物体按设定速度平稳运行。

SWL升降机主要包括减速电机、联轴器、SWL自锁升降机构、支架、支撑梁及底座构成，其基本结构如图1所示。传动链为：减速电机—联轴器—SWL自锁升降机构—支架，将物品固定放置在支架上，随着支架的升降进行上下运动，达到所需要的高度。

该升降机结构简单，能实现物体的升降功能，但如果采用传统控制其运动精度较差，启动和停止时易产生振动，不能满足一些要求较高的场所。为控制升降速度及提高运行稳定性、以及满足较高位置精度要求，本文就这种简单实用的涡轮蜗杆升降机，用西门子PLC、变频器及博途编程软件，实现物体无级调速、平稳升降、精确位置控制。

在一些场所对于升降机的电气控制系统控制精度、可靠性要求比较高，控制任务比较繁重，而且要实现一定程度的自动化，以方便现场使用。为此，我们采取了以西门子PLC为核心的控制系统，选择的一型号为S7-315PN/DP CPU来负责整个系统的控制。在该系统中，操作工只要对控制台上的按钮、选择开关进行操作，或者在HMI上发出指令就可完成相应的动作请求和工作方式选择。由此而产生的信号，经过数字量输入模块进入反映各电路和设备状态的信号由数字量输入模块进入测量起升、下降，升降的位置由绝对值编码器信号由位置测量模块进入PLC。各输入信号通过PLC处理，输出到变频器器，完成对机构的控制，实现升降机的控制。 升降机电气主回路手动控制用两个接触器正反转实现，满足快速升降需求，自动控制回路用变频器实现，控制运动速度，满足慢速升降需要。控制回路通过SIEMENS PLC实现。PLC即可编程逻辑控制器，包含有各种组件并集成有许多系

统功能。在此，我们选用SIMATICS7-300PLC，人机界面选用精智面板系列的TP900 Comfort HMI设备，选用了台达VFD-B型变频器调整升降速度、倍加福旋转式绝对值编码器AVS58N型检测升降位置，对升降机系统进行控制。SIMATIC S7-300自动化系统由以下组件构成：CPU、数字量DI/DO模块、模拟量AI/AO模块、位置检测模块SM338、系统电源PS307。PLC控制系统组态如图2所示。精智面板选用PROFINET接口，用工业以太网实现与PLC通讯。 3.1 西门子博途简介

西门子博途Totally Integrated Automation Portal（简称为TIA Portal）软件非常适合编程组态升降机控制。TIA Portal在单个跨软件平台中提供了实现自动化任务所需的所有功能。所有必需的软件包，包括从硬件组态和编程到过程可视化，都集成在一个综合的工程组态框架中，在单一的框架中提供了各种SIMATIC系统，包括SIMATIC STEP 7、WINCC。TIA Portal软件组态画面如图3所示。TIA Portal还支持可靠且方便的跨系统协作。而我们的升降机构一般都集成到某一个生产线或一套大型设备中，完成其中一项工作，不是单独作业的一台设备。因此TIA Portal非常适合，可以充分发挥全集成自动化性能。这样升降机构控制系统既可以单独使用、运行，又可以非常方便地与其它机构、设备配合，不管是不是同一个自动化项目，都可以互通、互联、数据共享。这就是TIA Portal的优势所在。在使用TIA Portal时，过程自动化和过程可视化“齐头并进”，同时进行。通过功能强大的编辑器和通用符号实现一致的集中数据管理，数据一旦创建，就在所有编辑器中都可用。而且可以反复使用现成的指令及项目的现有部分。该软件组态画面如图3所示。 3.2 控制功能实现

电气控制系统主要由电气传动系统和PLC控制系统两部分组成。电气传动系统由变频器、传动电机组成，控制系统为西门子S7-300系统，检测部分由编码器和限

位开关组成。主要实现如下功能：

（1）升降机手动控制：通过机旁操作箱上按钮控制升降机按额定速度上升、下降，也就是普通升降机功能。

（2）升降机自动控制：在HMI上设定速度（或者由有关设备、项目给定），发出上升、下降指令，升降机按其要求自动运动。

（3）检测升降机实际位置并反馈给PLC，调整升降速度。 （4）升降机在极限范围设上下限位保护，确保安全。

控制系统简图如图4所示。在TIA中集成了SIMATIC STEP 7 V13，用其编程很方便的实现以上功能。手动控制就是通过简单的逻辑实现。

在自动控制中，给定升降速度，实时监视实际值，实时检测位置信息，并作一前馈，精确控制位置。因为涡轮蜗杆升降机机械制造、安装中会存在不可避免的误差，实际速度与给定值也会有偏差，用位置作前馈，可降低偏差。在TIA中编程，自动控制上升程序如图5所示。位置数据处理程序如图6所示。

用TIA博途中的WinCC软件组态所HMI，WinCC（TIA博途）面面俱到，组态效率很高，可直接在各种目标系统中使用独立于面板的组态数据，而无需进行转换。而且操作界面可按照目标设备的功能特性进行自动调整。在TIA博途中，还可统一管理各种跨项目数据（报警类别，项目文本等），并在不同的设备中使用。此外，WinCC中的HMI组态助手与设备无关，可快速、简便地创建各种显示架构。升降机控制系统组态画面如图7所示。

TIA WINCC中图形化编辑器，快速高效完成图形组态，非常方便通过拖放操作，生成互联的图形对象，如生成带有过程连接的I/O域等，适用于所有HMI面板、PC机工程组态。

在升降机控制系统中，使用TIA Portal编程，用PLC、变频器控制升降速度，控制效果较好，精度高。能满足一些要求较高的工艺需要。TIA Portal功能强大，使

用方便。但是，我们并没有充分发挥其优势，对其认识也需以后使用中再深入。而且，升降机的控制系统也有不完善之处，以后还要进一步完善优化。

【相关文献】

[1]朱进.基于三菱FX3U系列PLC在粮食配料器中的应用[J].机电产品开发与创新，2016，4. [2]强宝民，赵典，刘陈，等.基于PLC与变频器的智能起重机系统设计[J].化工自动化仪表，2012，6.

[3]邢灿华，王剑，赵涛.基于光电编码器的电梯平层控制系统的设计[J].机电产品开发与创新，2012，6.