基于PLC的电梯组态仿真实验设计

基于PLC的电梯组态仿真实验设计
王月芹
【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.
【期刊名称】《机电产品开发与创新》
【年(卷),期】2010(023)006
【总页数】3页(P140-142)
【关键词】组态王;PLC;实时监控
【作者】王月芹
【作者单位】苏州工业职业技术学院,江苏,苏州,215104
【正文语种】中文
【中图分类】TP21
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，提高学生学习的兴趣，提高学生的理论水平与
实践能力。

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所示。

上位机微机配有“组态王6.51”软件和三菱PLC编程软件FXGPWIN，下位机采用FX2N–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制，利用仿真软件和PLC 即可完成实验任务。

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用 [1]。

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。

2.1 建立电梯模型
该仿真电梯应能满足如下要求：
（1）能够发出PLC 所需要的输入信号：①位置信号。

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ON；②指令信号(内呼)。

四个指令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作：①运行方向信号。

运行方向信号有两个，由两个箭头指示灯组成，显示电梯运行方向；②指令登记信号（内呼）。

指令登记信号有4 个，分别由L1～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 亮表示该要求已被接受。

电梯向上运行到
三楼停靠，此时L3 灭；③呼梯登记信号。

呼梯登记信号有6 个，分别由L11～
L16 个指示灯组成，其意义与上述指令登记信号相类似；④楼层数显信号。

以数据寄存器储存所在楼层，接到某“楼层显示信号”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。

2.2 电梯控制要求
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唤信号登记、轿厢位的判断、选层定向、顺向截梯、反向截梯、消号及反向保号、平层、开关门、电梯自动运行等功能。

（1）开始时，电梯处于任意一层，并登记轿厢的位置。

（2）召唤信号登记。

接收并登记电梯在楼层以外的所有指令信号、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。

一种是指令定向，指令定向是把指令指出的目的地与当前电梯位置比较得出。

“上行”或“下行”结论；第二种是呼梯定向，呼梯定向是根据呼梯信号的来源位置与当前电梯位置比较，得出“上行”或“下行”结论。

当电梯接收到多个信号时，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向上，则当电梯到达二楼时停站顺路载客，如果呼梯信号为呼梯向下，则不能停站，而是先到三楼后再返回到二楼停站。

（5）当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3S 后自动关门。

当有指令信号（内呼梯）到来时，轿厢响应该呼梯队信号，到达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，延时3S 自动关门。

（6）电梯未平层或运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。

2.3 PLC 程序控制设计[2]
电梯的控制是比较复杂的，要满足多位置、多控制的要求，电梯在接收用户信号的同时，还要不断处理各种离散信号。

程序设计通常可以分成几个环节进行，然后将这些环节组合在一起，形成完整的梯形图。

具体PLC 程序这里不详述了。

其I/O
接线图如图2 所示。

2.4 电梯仿真组态系统设计
系统的监控软件采用北京亚控公司的组态王软件，利用它来设计电梯监控系统主要步骤有：设备配置，图形界面的设计，构造数据库变量，建立动态连接，运行调试等。

（1）设备的配置。

要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，利用厂家提供的专用电缆（PPI），将PLC 通过编程口与上位机组态王串口（COM 口）连接，进行串行通信 [3]。

由于本系统是PLC 与组态王间进行通讯，因此将PLC 的生产
厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。

在“通讯参数”栏中，选
择设备对应的波特率为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，电梯门的开门和关门，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 [4]。

当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来，或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值，以实现图形界面与对象间的双向控制。

本系统的动画连接包括轿厢、楼层显示、内呼按钮、门的开关演示等。

在进行动画连接时，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：
（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。

【相关文献】
[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 入门[M].北京：人民邮电出版，2006.。