基于PLC的四层教学仿真电梯系统在组态王中的实现

经验与交流 计算机与信息技术 ·85·基于PLC的四层教学仿真
电梯系统在组态王中的实现
邓其贵 黄庆华
（柳州职业技术学院 广西 柳州 545006）
摘 要本文以四层教学仿真电梯系统为例，介绍了西门子S7-200系列的PLC与上位计算机工控组态软件组态王之间的通信过程，该系统在实践教学中具有很好的利用价值。

关键词可变程序控制器; 仿真电梯; 组态王
1 引言
可变程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。

自20世纪60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。

本文以四层教学仿真电梯系统为例，着重讲述可变程序控制器（PLC）与上位计算机工控组态软件组态王之间的通信。

2 SIMATIC S7-200系列PLC及其编程软件STEP 7-Micro/WIN 32
SIMATIC 小型S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。

S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

STEP 7-Micro/WIN 32是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。

STEP 7-Micro/WIN 32提供两套指令集，即SIMATIC指令集（S7-200方式）和国际标准指令集（IEC1131-3方式）。

程序编制完成之后，利用PLC 与计算机专用的PC/PPI电缆传送程序至PLC。

3 工控组态软件—组态王V6.5
组态王是北京亚控科技发展有限公司开发的一个集成人机界面（HMI）系统和监控管理系统的工业上位监控软件，可与可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡智能仪表、远程数据采集装置（RTV）等多种外部设备进行通讯。

而其软件系统与用户最终使用的现场设备无关，对于不同的硬件设施，用户只需要按照安装向导的提示完成I/O设备的配置工作，为组态王配置相应的通信设备的硬件驱动程序，并由硬件设备驱动程序完成组态王与I/O设备的通信。

在系统运行的过程中，组态王通过内嵌的设备管理程序完成与I/O设备的实时数据交换。

4 四层教学仿真电梯系统
四层教学仿真电梯系统在各类院校的PLC实践教学中得到了广泛的利用，其基本控制要求如下：当呼叫电梯的楼层大于电梯所停的楼层时，电梯上升到呼叫层，电梯停止运行；当呼叫电梯的楼层小于电梯所停的楼层时，电梯下降到呼叫层，电梯停止运行；当同时有多层呼梯信号时，电梯先按照同方向依次暂停。

系统I/O分配如表1所示。

表1 系统输入输出地址分配表
输入 输出
复位 M0.0 电梯上升 Q0.0
一楼平层开关 M1.0 电梯下降 Q0.1
二楼平层开关 M1.1 一层外呼上指示 Q0.4
三楼平层开关 M1.2 二层外呼下指示 Q0.5
四楼平层开关 M1.3 二层外呼上指示 Q0.6
厢内选层按钮1 M2.0 三层外呼下指示 Q0.7
厢内选层按钮2 M2.1 三层外呼上指示 Q1.0
厢内选层按钮3 M2.2 四层外呼下指示 Q1.1
厢内选层按钮4 M2.3
一层呼梯按钮 M3.0
二层呼梯按钮下M3.1
二层呼梯按钮上M3.2
三层呼梯按钮下M3.3
三层呼梯按钮上M3.4
四层呼梯按钮 M3.5
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部分控制程序见图1所示。

图1 四层教学仿真电梯系统部分控制程序
5 PLC与上位计算机监控软件和软件组态王之间的通讯
PLC与上位计算机的通讯可以利用高级语言编程来实现，但是用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通信协议，严格的按照通信协议规定为计算机编写通信程序，其对用户要求较高，而采用工控组态软件实现PLC与上位计算机之间的通讯，则相对简单，因为工控组态软件中一般都提供了相关设备的通讯驱动程序，西门子公司的S7系列PLC与工控组态软件WinCC、组态王之间可进行连接实现PLC与上位计算机之间的通讯。

下面介绍组态王6.5与S7-200 PLC 之间通讯的实现步骤。

PPI协议是S7-200 CPU默认的通信方式，它通过S7-200 CPU自身的端口（Port 0或Port 1）即可完成。

第1 设备连接
利用PLC与计算机专用的PC/PPI电缆，将PLC通过编程口与上位计算机串口（ＣＯＭ口）连接，进行串行通讯。

串行通讯方式使用＂组态王计算机＂的串口，I/O设备通过PC/PPI通讯电缆连接到＂组态王计算机＂的串口。

第2 通讯设备参数设置
在组态王工程浏览器的工程目录显示区，点击＂设备＂大纲项下PLC与上位计算机所连串口（ＣＯＭ口），进行参数设置。

S7-200系列PLC编程口的通讯ＣＯＭ口参数设置：在组态王浏览器目录内容显示区内双击所设ＣＯＭ口对应的＂新建＂图标，会弹出＂设备配置向导＂对话框。

在此对话框中完成与组态王通讯的设备的设置。

利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的I/O设备安装，安装过程简单、方便。

在配置过程中，用户需选择I/O设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址。

第3 构造数据库
数据库是＂组态王＂软件的核心部分，在工程管理器中，选择＂数据库\数据词典＂，双击＂新建图标＂，弹出＂变量属性＂对话框，创建仿真电梯各个变量数据，这些变量与PLC 内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。

这样，PLC的实际输入输出状态都反映在组态监控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系统的运行就可以实现真正的仿真。

第4 设计图形界面并建立动画连接
在组态王“画面”上创建四层教学仿真电梯系统的控制示意图，见图2，建立各个按钮及位图，并将各个控制按钮、指示灯及位图与所建立相应变量关联，对相关单元进行动画
连接。

图2 四层教学仿真电梯系统的控制示意图
第5 系统运行
启动组态王运行系统TOUCHVIEW，运行本四层教学仿真电梯系统。

将PLC开关指向“RUN”状态，按照电梯的控制要求，依次按下各楼层呼叫按钮，观察四层教学仿真电梯系统的运行结果。

实验结果表明，系统运行正常，动画效果良好。

5 结束语
四层教学电梯系统在各类院校的实践教学中得到广泛的利用，它可以作为电气及楼宇自动化等专业的PLC、变频器相关课程的实践教学平台。

但是由于实际硬件的教学电梯投入较大，对教学空间也比较苛刻，从而给各个院校的实践教学带来很大的困扰。

利用工控组态软件实现PLC与上位计算机通信的方法简单易行，本四层教学仿真电梯系统利用工控组态软件组态王，配合简单的PLC主机，在PC机界面上实现了实践教学训练平台，投入较少，对教学空间要求不高，适合大批量学生的实践训练，符合大多数高等院校及培训机构的教学要求。

所以利用PLC主机、PC
机及工控组态软件设
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计实现的四层教学仿真电梯系统，在PLC、组态软件应用及电梯控制等课程教学中，具有突出的优点和很好的利用价值。

参考文献
[1]崔坚 西门子工业网络通信指南. 机械工业出版社， 2005.5
[2]西门子（中国）有限公司 深入浅出西门子S7－200 plc.北京航空航天大学出版社， 2005.2 [3]吴明亮 蔡夕忠 可编程控制器实训教程.化学工业出版社， 2005.8
收稿日期:7月26日 修改日期:7月30日
作者简介:邓其贵（1978－），男，广西靖西人，柳州职业技术学院助教、实验员，工学学士，主要研究方向：工业自动化控制系统。

黄庆华，(1969~)，男，广西桂平人，柳州职业技术学院讲师，从事自动化控制系统研究。

上接第84页 1.2.3 程序实现过程
阿贝尔变换功能实现的过程如下： a.基础的处理：
指定通道，在C++Builder 平台下得到实验数据和时间轴的二维关系图。

根据需要调整图形，观察实验数据的正确性，若不正确，需要人工修改。

b.专业的处理：
输入的小半径为X 数组，得到确定时间下各通道的实验数据为Y 数组，以X 数组和Y 数组为X，Y 轴做出原始图形，再对其进行阿贝尔变换。

最后确定时间段和间隔时间（每隔多少秒画一曲线），在C++Builder 平台下调用MATLAB 函数画出与时间相关的三维立体图。

实际的处理中，阿贝尔变换程序主界面由C++ Buider 开发完成，其中，输入开始时间、结束时间和间隔时间，以确定实验数据范围；针对某一次聚变实验数据，由C++ Builder 调用MATLAB 引擎处理后画出的三维曲面图和三维曲线图分别如图3(a)和图3(b)。

(a)阿贝尔变换三维曲面图 (b)阿贝尔变换三维曲线图
图3 阿贝尔变换用户界面及处理效果图
2 结语
对受控核聚变实验中不同的数据有不同处理要求。

有的侧重于实时控制与处理，有的侧重于大量的数值计算并出图。

应根据处理对象和处理目的的不同，选择适当的软件平台，开发出高质量的数据处理软件。

参考文献
[1] 张志涌.精通MATLAB 6.5版[M]. 北京:北京航空航天大学出版社 2003.1-555
[2] 席卫文，张春晓，李光明. C++ Builder6程序设计与实例[M]. 北京:冶金工业出版社 2003.1-320
[3] 郭虹，薄云飞. VC++与MATLAB 混合编程技术研究[J/OL]. 计算机工程.2002，28(9):269-271. [4] 阳洋，陈燎原，潘宇东，等.C++Builder 中调用MATLAB 对图形进行处理[J].陕西师范大学学报，2003，31(增总19):98-104
收稿日期：5月25日 修改日期：6月2日 作者简介：
沈勇（1969-），男，重庆人，高级工程师，主要研究方向：等离子体计算机模拟，数据处理
龙启林(1970-)，男，江西万载人，工程师，主要研究方向：计算机软件，计算机应用
陈燎原（1956-），男，重庆人，研究员，博士生导师，核西物院计算机与控制研究室主任。