Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt ein Steuerungssystem für einen vierstöckigen Aufzug vor, das mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) Siemens S7-200 entwickelt wurde. Mithilfe der Konfigurationssoftware MCGS wurde eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) erstellt, um die Funktion des SPS-Steuerungssystems des Aufzugs zu testen. Die Praxis zeigt, dass die Kombination aus speicherprogrammierbarer SPS und MCGS-Konfigurationssoftware vorteilhaft für die Entwicklung und das Testen von SPS-Steuerungssystemen ist und einen hohen Anwendungswert besitzt. Schlüsselwörter: SPS, Aufzugssteuerung, Konfigurationssimulation 1 Einleitung Das elektrische System eines Aufzugs besteht aus zwei Teilen: dem Antriebssystem und dem Steuerungssystem. Traditionelle elektrische Steuerungssysteme mit Relaislogik werden aufgrund von Nachteilen wie zahlreichen Kontakten, hoher Ausfallrate, geringer Zuverlässigkeit und großem Platzbedarf zunehmend ersetzt. Moderne Aufzugskonstruktionen nutzen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), die flexible Funktionalität, einfache Programmierung, geringe Ausfallrate, geringe Geräuschentwicklung, einfache Wartung, Energieeinsparung, hohe Störfestigkeit und einen kleinen Platzbedarf im Steuerkasten erfordern. Wenn Fahrgäste den Aufzug betreten und den Etagenknopf drücken, schließen sich die Aufzugstüren automatisch. Das Steuerungssystem führt folgende Operationen aus: Es bestimmt die Fahrtrichtung der Kabine anhand ihrer Position und der Etage des Fahrgastes, sorgt für die Verzögerung beim Erreichen der Zielhöhe und hält die Kabine in der gewählten Etage an. Gleichzeitig hält sie entlang der vorgegebenen Route auf Basis von Etagenmeldungen und öffnet und schließt die Türen automatisch. Zusätzlich zeigen Kontrollleuchten innerhalb und außerhalb der Kabine die Fahrtrichtung und die Etage an. MCGS (Monitor and Control Generated System) ist eine Konfigurationssoftware für die schnelle Erstellung und Generierung von computergestützten Überwachungssystemen, die unter Windows läuft. Durch die Erfassung und Verarbeitung von Felddaten bietet sie Anwendern Lösungen für praktische technische Probleme mithilfe verschiedener Methoden wie Animationsdarstellung, Alarmbehandlung, Prozesssteuerung, Echtzeit- und Verlaufskurven sowie Berichtsausgabe. Diese Arbeit nutzt die Vorteile der umfassenden grafischen Funktionen, der einheitlichen Benutzeroberfläche und der einfachen Bedienung von Windows voll aus. Sie ist vielseitiger als industrielle Steuerungssysteme, die mit Spezialmaschinen entwickelt wurden, und findet breitere Anwendung im Bereich der Automatisierung. In dieser Arbeit wird die MCGS-Konfigurationssoftware verwendet, um die Funktion des SPS-Steuerungssystems des Aufzugs zu testen. 2. Aufzugs-SPS-Steuerungssystem Die speicherprogrammierbare Steuerung S7-200 ist eine neue Art von SPS, entwickelt von Siemens AG, Deutschland. Sie ist zuverlässig, leistungsstark, verfügt über eine große Speicherkapazität, ist einfach zu programmieren und kann mit ihrem Ausgang direkt die Spulen von 2-A-Relais oder Schützen ansteuern. Zudem bietet sie eine hohe Störfestigkeit. Daher erfüllt sie die Anforderungen an elektrische Steuerungssysteme für Aufzüge. Die Mikro-SPS der S7-200-Serie ist für verschiedene Automatisierungssysteme geeignet. Ihre kompakte Bauweise und die geringen Kosten machen die S7-200 zu einer idealen Lösung für diverse kleinere Steuerungsaufgaben. In diesem Beitrag wird die SPS S7-200 von Siemens zur Entwicklung eines Steuerungssystems für einen vierstöckigen Aufzug verwendet. Dieses System übernimmt Steuerungsaufgaben wie Kabinenbefehle, Hallenrufe, Etagenpositionsanzeige, Steuerung der Nivellierungsgeschwindigkeit und Türöffnungssteuerung. STEP 7-Micro/WIN 32 ist die Programmiersoftware für die SPS der S7-200-Serie. Sie ermöglicht die Programmierung aller Funktionen der S7-200. Die Software läuft unter Windows 8. Die grundlegende Bedienung ähnelt Standard-Windows-Software wie OMCE und ist einfach und leicht zu erlernen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, Anwender bei der Ausführung von Anwendungsaufgaben zu unterstützen. Beispielsweise verfügt der Editor über eine einfache Syntaxprüfung beim Erstellen, Ändern und Bearbeiten von Benutzerprogrammen. Sie können außerdem direkt über die Software den Betriebsmodus, die Parameter und die Betriebsüberwachung der SPS einstellen. 2.1 Elektrisches Steuerungssystem Abbildung 1 zeigt das Blockdiagramm dieses Systems. Die Ausgänge in der Abbildung sind: 1. Motor; 2. Auf- und Abwärtsschütze; 3. Schnelle und langsame Schütze; 4. Positionsanzeige; 5. Türverriegelung. Die Eingänge sind: 6. Befehl für den Fahrzeuginnenraum; 7. Befehl für den Eingangsbereich; 8. Türzonensensor; 9. Manuelles Öffnen und Schließen der Tür; 10. Bodensensor. 2.2 SPS-System Die Größe der für die Ausführung der festgelegten Steuerungsaufgaben benötigten SPS hängt hauptsächlich vom Bedarf des Steuerungssystems an Ein- und Ausgängen sowie der Komplexität des Steuerungsprozesses ab. (1) Schätzung der E/A-Punkte: Das System verfügt über folgende Eingangspunkte: 6 Eingangspunkte für den Rufknopf im Foyer; 4 Eingangspunkte für den Fahrgastbefehlsknopf; 4 Eingangspunkte für den Etagensensor; 1 Eingangspunkt für den Türzonensensor; 1 Eingangspunkt für die manuelle Türöffnung: insgesamt 16 Eingangspunkte. Die Ausgangspunkte sind: 2 Eingangspunkte für die Schnell- und Langsamschütze; 2 Eingangspunkte für die Auf- und Abwärtsschütze; 4 Eingangspunkte für die Etagenanzeigeleuchten; 1 Eingangspunkt für die Türverriegelung; insgesamt 9 Ausgangspunkte. Die Gesamtzahl der E/A-Punkte beträgt 16/9. (2) Die Anzahl der Ein- und Ausgangspunkte der CPU226 der speicherprogrammierbaren Steuerung S7-200 beträgt 24/16. Dies erfüllt die Anforderungen. 3 Entwurf des Aufzugs-SPS-Steuerungssystems Aus Platzgründen werden hier nur die Aufzugsanzeige- und Auf-/Abwärtsprogramme aufgeführt und erläutert. 3.1 Anzeige des Etagenstatus: Wenn der Aufzug eine bestimmte Etage erreicht und ein Fahrbefehl erteilt wird, werden die Anzeigeposition und der Fahrbefehl angezeigt. Beispiel: 2. Etage. 3.2 Programm für die Abwärtsfahrt des Aufzugs: Beispiel: Der Aufzug fährt in die 3. Etage. Erhält der Aufzug einen Fahrbefehl für die 1. oder 2. Etage, wird die Abwärtsposition für die 3. Etage auf 1 gesetzt. Der Aufzug fährt dann abwärts, ohne sich aufzuwärts zu bewegen. Die Programmbeschreibung lautet wie folgt: 3.3 Programm für die Aufwärtsfahrt des Aufzugs: Beispiel: Der Aufzug fährt in die 2. Etage aufwärts. Die Programmbeschreibung lautet wie folgt: 3.4 Programm für die Ankunft des Aufzugs: Wenn der Aufzug eine bestimmte Etage erreicht, werden die Signale für den abgeschlossenen Fahrbefehl zurückgesetzt. Beispiel: Ankunft in der 3. Etage. Die Programmbeschreibung lautet wie folgt: 4 Konfigurationssoftware-Simulation des Displaydesigns der Aufzugs-SPS-Steuerung: Die MCGS-Konfigurationssoftware verfügt über eine vollständig chinesische, fensterorientierte Benutzeroberfläche. Sie zeichnet sich durch hohe Echtzeitfähigkeit, gute Parallelverarbeitungsleistung und vielfältige, anschauliche Multimedia-Anzeigen aus. Die offene Struktur der MCGS-Konfigurationssoftware ermöglicht umfangreiche Datenerfassung und leistungsstarke Datenverarbeitung. Gleichzeitig bietet sie einen guten Sicherheitsmechanismus, der unterschiedliche Zugriffsrechte für verschiedene Benutzer auf verschiedenen Ebenen festlegt. Die MCGS-Konfigurationssoftware unterstützt eine Vielzahl von Hardwaregeräten und realisiert so „Geräteunabhängigkeit“. Dadurch müssen Benutzer bei Teiländerungen an externen Geräten keine Auswirkungen auf das Gesamtsystem befürchten. Die MCGS-Konfigurationssoftware besteht aus zwei Systemen: der „MCGS-Konfigurationsumgebung“ und der „MCGS-Laufzeitumgebung“. Beide Teile sind voneinander unabhängig, aber eng miteinander verbunden. In diesem Beitrag wird die MCGS-Konfigurationssoftware für die Entwicklung verwendet. Wählen Sie im Gerätekonfigurationsfenster das passende serielle Kommunikationsgerät aus. Fügen Sie eine Siemens S7-200 SPS hinzu und konfigurieren Sie deren Eigenschaften korrekt. Konfigurieren Sie die Verbindung des Datenvariablen-Gerätekanals in der Konfigurationssoftware, um die Kommunikation zwischen SPS und Konfigurationssoftware zu ermöglichen. Kombinieren Sie den seriellen Porttreiber in der SPS mit der Demand-Response-Funktion der Konfigurationssoftware, damit der Computer auf von der SPS gesendete Signale reagieren kann. Erstellen Sie eine animierte Benutzeroberfläche im Benutzerfenster der MCGS-Konfigurationssoftware. Die Eigenschaften jedes Steuerelements auf der Benutzeroberfläche wurden so konfiguriert, dass die Steuerelemente realitätsnah reagieren. Dadurch konnte die Wirkung der SPS-Steuerung auf den Betriebszustand des Aufzugs überprüft und getestet werden. MCGS nutzt das Hauptsteuerungsfenster, das Gerätefenster und das Benutzerfenster, um eine Mensch-Maschine-Schnittstelle für das Anwendungssystem zu erstellen. Verschiedene Objekttypen und -funktionen können konfiguriert werden. Echtzeitdaten lassen sich visualisieren. Der Konfigurationsprozess ist in Abbildung 2 dargestellt. 5. Fazit: In dieser Arbeit wurde eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) vom Typ Siemens S7-200 verwendet, um das Steuerungssystem dieses vierstöckigen Aufzugs zu realisieren. Dieses System ermöglicht die Ausführung von Steuerungsaufgaben wie Kabinenbefehle, Rufbefehle an die Etage, Anzeige der Etagenposition, Steuerung der Nivellierungsgeschwindigkeit und Türöffnung. Der Betrieb der SPS-Steuerung wurde mithilfe der Konfigurationssoftware MCGS simuliert. Der serielle Porttreiber der SPS wurde mit der Laststeuerung der Konfigurationssoftware kombiniert und geladen. Dadurch konnten die Steuerelemente realitätsnah reagieren. Die Wirkung der SPS-Steuerung auf den Betriebszustand des Aufzugs wurde verifiziert und getestet. Die Praxis hat gezeigt, dass die Kombination von SPS-Steuerung und MCGS-Konfigurationssoftware den Testbetrieb des Aufzugssteuerungssystems sehr gut simulieren kann. Dies ist vorteilhaft für die Entwicklung und das Testen des SPS-Steuerungssystems und bietet einen hohen Anwendungswert. Referenzen: [1] Chen Liding, Wu Yuxiang, Su Kaicai (Hrsg.). Elektrische Steuerung und programmierbare Steuerungen, Guangzhou: South China University of Technology Press, 2001. [2] Liu Zaiwen, Li Miqiang, Zhong Yalin (Hrsg.). Aufzugssteuerungstechnik, Beijing: Electronic Industry Press, 1996. [3] SIMATIC S7-200 Systemhandbuch für programmierbare Steuerungen, Siemens AG. [4] STEP 7-Miert/WIN 32 V3.1 SP1 Programmierhandbuch, Siemens Automation Equipment Company. [5] MCGS-Referenzhandbuch, MCGS-Benutzerhandbuch, MCGS Embedded Version Manual, Beijing Kunlun Tongtai Automation Software Technology Co., Ltd. [6] Wang Ping, Cui Naxin, Anwendung von SPS in der Aufzugssteuerung. Mikrocomputer-Informationen. 1999. (2)