第２３卷第６期 ２０１０年１１月 文章编号：１００２—６６７３（２０１０）０６—１４０—０３ 机电产品开笈与 崭 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＶｏＩ．２３，Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．，２０１０ 基于ＰＬＣ的电梯组态仿真实验设计 王月芹 （苏州工业职业技术学院 江苏苏州２１５１０４） 摘 要：针对ＰＬＣ及电梯教学的需要，介绍了利用组态王软件及三菱ＦＸ２Ｎ ＰＬＣ设计电梯监控系统的方法。 通过组态软件设计的电梯控制仿真界面，可以直观、逼真地显示ＰＬＣ动态控制过程，大大提高学 生学习的兴趣。 关键词：组态王；ＰＬＣ；实时监控 中图分类号：ＴＰ２１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－６６７３．２０１０．０６．０５４ ＰＬＣ－ｂａｓｅｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｅｌｅｖａｔｏｒ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ＷＡ ＮＧ Ｙｕｅ—Ｑｉｎ （Ｓｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｕｚｈｏｕ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５１０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ＰＬＣ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｓ ｎｅｅｄ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｕｓｅ ｋｉｎｇｖｉｅｗ ａｎｄ ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ ＦＸ２Ｎ ＰＬＣ ｅｌｅｖａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｄｅｓｉｎ Ｓｇ ｈｆｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｕｒｆａｃｅ，ｍａｙ ｄｉｒｅｃｔ—ｖｉｅｗｉｎｇ，ｃｌｅａｒｌｙ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＰＬＣ＃ｎａｍｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｎｈａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔ ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｔｈｅ ｓｔｕｄｅｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｋｉｎｇｖｉｅｗ；ＰＬＣ；ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 所示。上位机微机配有“组态王６．５１”软件和三菱ＰＬＣ ０引言 利用ＰＬＣ实现电梯的运行控制已被广泛应用，在 监控室的上位机监控电梯的运行状态是电梯控制的发展 方向。电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组 成。电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行 的，而呼叫是随机的，电梯是一种典型的随机逻辑控制 编程软件ＦＸＧＰＷＩＮ，下位机采用ＦＸ２Ｎ一４８ＭＴ型的可 编程控制器。 “组态王”软件通过ＲＳ２３２Ｃ接口与ＰＬＣ 之间进行通信，并监控ＰＬＣ所有存储器、控制器及Ｉ／Ｏ 接口的状态．以变量值的形式传输到计算机上，供上位 机使用、处理。在组态软件环境下运行已开发的实验项 目．同时使ＰＬＣ进入运行状态，通过鼠标操作界面上的 图形对象就可以进 对象，非常适合作为教学模型。随着城市化进程的加 速。电梯已成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。 其运行的可靠也成为人们关注的焦点，所以开发和研制 行系统的仿真。仿 真软件的设计开发 主要是为实验教学 服务的，它可以摆 脱硬件模型的限 图１仿真系统结构 电梯监控系统具有十分重要的现实意义。通过计算机的 串行口采集电梯模型的实时数据．应用组态软件构建动 画模拟电梯运行，直接、直观、准确地反映电梯的实际 运行状态；可以加深学生对理论课程的理解，在仿真状 态中直观的验证ＰＬＣ控制程序的正确性，提高学生学 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 制．利用仿真软件 Ｆｉｇ．１ 和ＰＬＣ即可完成实验任务。 习的兴趣，提高学生的理论水平与实践能力。 园一 ２电梯仿真系统实验平台设计 电梯控制是ＰＬＣ控制的一个随机逻辑控制的典型应 １系统的构成 基于组态软件的ＰＬＣ实验仿真系统组成结构如图１ 收稿日期：２０１０—０９—０９ 用＿１ｌ。下面以四层楼电梯为例，说明利用仿真模拟技术 开设ＰＬＣ实验课的基本方法。 作者简介：王月芹（１９７４一），女，江苏苏州人，讲师。主要 研究方向：机电一体化。 ２．１建立电梯模型 该仿真电梯应能满足如下要求： １４０ ・测试与控制・ （１）能够发出ＰＬＣ所需要的输入信号：①位置信 ｌ 号。各楼层电梯到位行程开关信号，平时为ＯＦＦ，当电 梯运行到该位置时０Ｎ；②指令信号（内呼）。四个指令 Ｉ 信号和电梯开门按钮信号，电梯关门按钮信号。按某按 － 钮，表示电梯内乘客欲往相应楼层；③呼梯信号。六个呼梯信号。按呼梯按钮，表示电梯外乘客欲乘电梯；④开、关门控制信号２个，开、关门到位信号２个。 （２）能够接受ＰＬＣ发出的控制信号并完成相应的动 ｌ ｌ作：①运行方向信号。运行方向信号有两个，由两个箭 ｊ 头指示灯组成，显示电梯运行方向；②指令登记信号ｌ （内呼）。指令登记信号有４个，分别由Ｌｌ～Ｌ４个指示灯－ 组成，表示相应的指令信号已被接受（登记）。指令执 ｆ 行完后，信号消失（消号）。例如，电梯在二楼，按 “３”表示电梯内乘客欲往三楼，则Ｌ３亮表示该要求已 Ｊ 被接受。电梯向上运行到三楼停靠，此时Ｌ３灭；③呼 一 梯登记信号。呼梯登记信号有６个，分别由Ｌ１ｌ～Ｌ１６个 ｌ 指示灯组成，其意义与上述指令登记信号相类似；④楼 ｌ 层数显信号。以数据寄存器储存所在楼层，接到某“楼 ｌ 层显示信号”后相应的楼层显示；⑤开关门信号。接到 “开门信号”后开门，接到“关门信号”后关门。 Ｉ２．２电梯控制要求 ｌ为了与实际应用相匹配，本文所设计的电梯仿真控 － 制系统要求与实际系统相一致。电梯控制系统具有如召 Ｉ 唤信号登记、轿厢位的判断、选层定向、顺向截梯、反 Ｊ 向截梯、消号及反向保号、平层、开关门、电梯自动运 Ｉ 行等功能。 －（１）开始时，电梯处于任意一层，并登记轿厢的位置。 ｌ （２）召唤信号登记。接收并登记电梯在楼层以外的 ｌ 所有指令信号、呼梯信号，给予登记并输出登记信号。 （３）选层定向。根据最早登记的信号，自动判断电 梯是上行还是下行，这种逻辑判断称为电梯选层定向。 选层定向根据首先登记信号的性质可分为两种。一种是 Ｉ 指令定向，指令定向是把指令指出的目的地与当前电梯 一 位置比较得出。“上行”或“下行”结论；第二种是呼 ｌ 梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电 ｌ 梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。当电梯接 ｌ 收到多个信号时．采用首个信号定向，同向信号先执 行，一个方向任务全部执行完后再换向。例如，电梯在 三楼，依次输入二楼指令信号，四楼指令信号，一楼指 ｛ 令信号。如用信号排队方式，则电梯下行至二楼——上 ｊ 行至四楼——下行至一楼。而用同向先执行方式，则为 电梯下行至二楼——下行至一楼——上行至四楼。显 然，第二种方式往返路程短，因而效率高。 ｝ （４）顺向截梯。例如，电梯在一楼，指令为三楼则 ： 上行，上行中二楼有呼梯信号，如果该呼梯信号为呼梯 Ｉ ４层平层信三号 卜— 离 下 内呼２层指令 ≮ 一内呼ｌ层指令卜 卜— ｝卜— ＿ 下降 内呼１内呼２层显示 层显示 ｚ层外呼向上：Ｅ蓉ｊ 示３层外呼向。卜 — ： ｚ ２层外呼向上 卜— 卜 ３层外呼向上显示 上显示 ３层外呼向上｝卜 － 卜 ２层外呼向上显示 ３层外呼向上显示 ４层外呼向上卜 ４层外呼向上显示 ｌ４１ ・测试与控制・ 对应的波特率为９ ６００、数据位为７、校验类型为偶校 验、停止位为１，通讯方式ＲＳ２３２。组态王一侧的通讯 方式确定之后，ＰＬＣ也要进行相应的设置。 （２）监控界面的设计。上位机监控界面是给用户最 直观的显示．在本电梯控制系统的设计中要直观的看到 轿厢的上升和下降动作．电梯门的开¨和关门，电梯楼 层的连续显示、楼层显示灯、内选按钮指示灯和外呼按 钮指示灯以及当前层、目标层、呼叫层的信息显示等。 界面中的箱体的上下移动模拟电梯得上下运动，箱体前 设计动画模拟电梯门的开关。在按钮旁边分别是与其相 对应的按钮指灯，在轿箱内操作面板中，分别是楼层连 续显示、轿厢运行状态、电梯门状态和楼层信息。组态 监控图如图３所示，运行过程截图如图４所示。 （３）设置变量建立数据库。数据库是组态王软件的 核心部分。在程序编写之前首先要定义程序中用到的变 量．在组态王的数据 词典中定义Ｉ／Ｏ变量和 中间变量．数据是用 来描述工控对象的属 性，组态王定义的各 种变量组成数据库。 （４）建立动画连 接。动画连接是建立 界面上的图形对象与 数据库数据变量的对 应关系 。当变量的 值改变时，在画面上 图３电梯组态监控界面 以图形对象的动画效 Ｆｉｇ．３ Ｅｌｅｖａｔｏｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｕｒｆａｃｅ 果表示出来．或者由 １４２ 画连接时．除了进行必要的变量关联外，有时还需要进 行一定的脚本编程。为了使电梯轿厢的移动、门的开 启、关闭具体较好视觉效果．必须编写画面属性命令语 言．其中部分程序如下： ，木位置信号 ／ ｉｆ ｎ、本站点＼轿厢＝＝ｏ） ｆ＼＼本站点＼一层平层信号＝１；｝ ｅｌｓｅ ＼＼本站点＼一层平层信号＿０： ｉｆ 本站点＼轿厢＝＝１３０） ＼、本站点＼二层平层信号＝１； ｅｌｓｅ ＼、本站点＼二层平层信号＝０； ｉｆ 本站点＼轿厢＝＝２６０） ＼＼本站点＼三层平层信号＝１： ｅｌｓｅ ＼、本站点＼三层平层信号＝０； ｉｆ 本站点＼轿厢＝＝３９０） ＼、本站点＼四层平层信号＝１： ｅｌｓｅ ＼、本站点＼四层平层信号＝０； （５）组态王与ＰＬＣ联机调试。监控系统现场运行稳 定，设备的运行状况通过串行口传给上位监控计算机， 上位机和下位机ＰＬＣ通信良好。在组态软件的开发环境 中构建各种监控界面，监控画面生动直观，准确反映出 电梯运行状况和参数变化，通过点击监控画面上的相应 按钮，可以实现对电梯的控制。经过实际测试，电梯监 控系统运行稳定可靠，达到了预期的效果。 ３结论 ＰＬＣ应用仿真实验的实质就是借助于组态软件，生 成仿真实验环境，用它来控制仿真环境中的图像元素， 达到可以直接观察ＰＬＣ运行情况的目的。以仿真动画的 形式表示控制和程序的执行结果，极大地增加了学生的 参与实验的意识，提高了学生的动手能力，加深学生对 课程的理解，提高教学的效果，特别是在培养学生的创 新实验，锻炼创新精神时，是非常有用的；以仿真程序 代替实验设备，开发后不需要过多的维护，还可以增强 实验的多样性。仿真实验教学以仿真动画代替实物模型 既能节约大量的实验室经费，又能提高实验的安全性。 参考文献： 【１】周美兰，组态技术在ＰＬＣ实验教学中的应用［Ｊ］．自动化技术与应 用，２００１．６． ［２］孙振强．可编程控制器原理及应用教程【Ｍ】．清华大学出版社，２００６． ［３】严盈富．监控组态软件与ＰＬＣ Ａｌｌ［Ｍ］．北京：人民邮电出版，２００６．