1、本科毕业设计（20届）基于组态技术和PLC的电梯控制系统设计所在学院专业班级电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯的应用日益广泛和普及，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠，已越来越多的引起电梯业界人士的关注。本课题的研究题目涉及以下两方面首先PLC控制是指电梯信号控制由PLC及其软件来实现，控制系统的核心是PLC。其次稳定与安全运行是评价电梯性能的重要依据，针对提高电梯的安全运行，设计一种基于MCGS组态软件的电梯实时运行
2、的监控方案。该方案通过RS485/RS232通信接口采集到模拟电梯的实时运行数据，采用MCGS组态软件涉及电梯的现场监控系统，通过整体的设计和动画效果的演示，实现现场设备的实时监视，MCGS组态软件的引入对电梯控制以及工业现场监控的进一步研究有着积极的意义。【关键词】PLC电梯；模拟电梯；MCGS；监控系统。IIABSTRACT【ABSTRACT】ALONGWITHTHEURBANCONSTRUCTIONDEVELOPMENTUNCEASING,THEHIGHRISEBUILDINGINCREASESUNCEASINGLYTOOTHEELEVATORASAHIGHRISEBUILDINGOFT
3、RANSPORTHASBEENCLOSELYLINKEDWITHPEOPLESDAILYLIFE,ITISACOMBINATIONOFMECHANICALANDELECTRICALPRODUCTSELEVATORHASBEENUSEDWIDELYANDPOPULAR,BOTHTOENSUREENERGYEFFICIENTELEVATOROPERATIONSAFEANDRELIABLE,HASCAUSEDMOREANDMORETHECONCERNOFTHEELEVATORINDUSTRYTHERESEARCHPROJECTSCOVERTHEFOLLOWINGTWOQUESTIONSFIRST,P
4、LCCONTROLMEANSTHEELEVATORSIGNALCONTROLSOFTWARETOACHIEVEBYTHEPLCCONTROLSYSTEMSECOND,STABILITYANDSECURITYOPERATIONSAREANIMPORTANTBASISFORPERFORMANCEEVALUATIONOFTHEELEVATOR,FORIMPROVINGTHESAFEOPERATIONOFELEVATORS,THEDESIGNMCGSCONFIGURATIONSOFTWAREBASEDONREALTIMEAPPLICATIONSTHATRUNONTHEELEVATORCONTROLPR
5、OGRAMRS485/RS232COMMUNICATIONINTERFACEOFTHEPROGRAMCOLLECTEDTHROUGHTHEPLCCONTROLLEDREALTIMESIMULATIONOFELEVATORSOPERATINGDATA,THEUSEOFCONFIGURATIONSOFTWAREMCGSSCENEINVOLVINGTHEELEVATORCONTROLSYSTEM,THROUGHTHEOVERALLDESIGNANDANIMATIONPRESENTATIONS,FIELDDEVICESTOACHIEVEREALTIMEMONITORING,REMOTECONTROL,
6、MCGSCONFIGURATIONSOFTWAREANDTHEINTRODUCTIONOFTHEELEVATORCONTROLFURTHERSTUDIESOFINDUSTRIALSITEMONITORINGHASAPOSITIVEMEANING【KEYWORDS】PLCELEVATORSIMULATIONOFELEVATORMCGSMONITORINGSYSTEMIII目录1引言111电梯的概述112电梯的发展简史113传统继电器控制电梯1131优点1132缺点114PLC控制电梯22可编程控制技术321可编程控制器的基本概念322PLC的特点323可编程控制器的组成及其各部分功能424PLC
7、的性能指标和分类525可编程控制器的工作方式5251PLC的工作过程5252PLC的编程语言73GXDEVELOPER编程软件的使用831GXDEVELOPER编程软件的主要功能832GXDEVELOPER编程软件的界面833工程的创建和调试范例934编程操作1035程序调试及运行114PROTEL99SE和MCGS软件介绍1341PROTEL99SE软件制作电梯模拟面板1342MCGS系统介绍14421MCGS的主要特性和功能14422MCGS的构成155系统原理设计1651系统总体设计思路1652六层电梯功能介绍16IV521电梯控制系统介绍16522电梯控制方案16523电梯控制的软元件
8、设计17524电梯PLC梯形图的设计176基于组态技术和PLC的电梯模拟设计2161六层电梯的监控方案设计2162MCGS组态软件与PLC通信连接2163MCGS实现监控的设计过程23631主控窗口23632实时数据库24633设备窗口24634用户窗口2564MCGS的监控运行267结论27参考文献28致谢错误未定义书签。附录2911引言11电梯的概述随着人口的增加，科学技术日新月异地发展，人们物质文化生活水平的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅比比皆是。伴随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。电梯
9、已不仅是一种生产过程中的重要电气设备，也越来越在人们的生活中扮演着重要的角色，传统的电梯已不能满足人们的需要，在追求高质量生活的今天，电梯的功能提高也显得尤为重要。12电梯的发展简史最早的电梯可以追溯到公元前2800年的埃及，那时候为了建造金字塔，就有记载使用过由人力驱动的升降器材。在瓦特发明蒸汽机后出现了由蒸汽驱动的电梯，后来英国的阿姆斯特朗发明了水压梯，并且这种电梯现在仍有使用。随着电力文明的到来，电梯发生了革命性的变化，电力驱动的电梯成了当今的主流，并且随着电机的出现个革新，电梯的性能也得到了提高，而现在，电梯也正以飞快的速度发展着，可以预想到，未来的电梯将不是我们现在所乘坐的电梯那样，
10、它的功能将更加强大。20世纪30年代，美国纽约市的102层摩天大楼建成，美国奥的斯电梯公司为这座大楼制造和安装了74台速度为60M/S的电梯1。从此以后，电梯这个产品，一直在日新月异地发展着。目前的电梯产品，不但规格品种多，自动化程度高，而且安全可靠，乘坐舒适。随着电子工业的发展，可编程序控制器（PLC）和电子计算机成功地应用到电梯的电气控制系统中去后，电梯产品的质量和运行效果显著提高。13传统继电器控制电梯131优点（1）由硬件实现控制功能，线路直观，便于一般的技术人员理解掌握。（2）系统的保养以及维护起来比较方便，并且不需要很高的技术，也不需要专门的仪器。（3）控制系统中涉及的电器都是一些
11、基本电器，后期的检修更换很方便。（4）由于国内PLC技术远不及国外的技术，所以国内以这类电器控制的电梯居多，这方面的技术也比较成熟，掌握这项技术的人员也比较多。132缺点（1）系统的触点多，对于复杂的控制系统线路比较复杂，另外触点故障率比较高，例如接触不良，另外电气器件容易老化也是造成这一类控制系统故障率高的原因。（2）对于复杂的控制功能，普通的控制器以及硬件接线难以实现，使得控制系统拓展起来变得困难，所以技术水平难以得到质的提高。2（3）电磁原理有个比较大的缺点就是机械动作慢，造成系统的机械惯性比较大，难以用于高精度的控制系统。（4）系统的结构庞大而且能耗也比较高，系统运行时噪音很大。（5）
12、由于接线复杂，容易出现故障，导致后期的维修和保养的工作量也比较大；又由于系统结构庞大，检查故障时费时费工。14PLC控制电梯1在电梯控制系统中引入PLC，可以实现软件对电梯运行时的自动控制，系统的可靠性得以提高。2PLC拥有丰富的内部资源，使得控制系统高度集成，外部接线简单明了。3PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。4PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。5PLC能用于群控调配和管理，便于提高电梯运行效率。6更改控制方案时不需改动硬件接线。PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，目前已成为电梯控制系统中使用
13、最多的控制方式【2】。32可编程控制技术21可编程控制器的基本概念可编程控制器简称（PROGRAMMABLECONTROLLER）PC。个人计算机PERSONALCOMPUTER也称PC，为了避免混淆，人们将最初用于逻辑控制的可编程控制器叫做PLC（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）3。国际电工委员会在1987年颁布的PLC标准草案对PLC作了如下定义“PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或者生产过程。PLC及其有关的外围设备应该按照易于与工业控制系统形成一个整体
14、，易于扩展其功能的设计理念设计。和计算机相比，可编程控制器也有相当于电脑的处理器，不仅具有这些，为了适应工业控制设计厂家还给它设计了一些配件。从这个意义上说可编程控制器有点类似于经过二次开发的工业计算机，但是需要注意的是，这些只是说明它的功能强大，仍需进行开发设计，不然就不能应用于任何工业控制过程中。从可编程控制器诞生到现在，工程人员感觉其开发设计比较容易，这也是其能迅速发展的一个原因。由于其使用领域很广，开发简便，所以在大中小型控制领域都能见到可编程控制器的身影。另外可编程控制器集成度高，体积也较小，运行稳定性高，使得自其诞生就展现出强大的生命力和强劲的发展势头，并且可以预想未来仍将有不错的
15、发展空间。22PLC的特点1可靠性高，抗干扰能力强电气控制系统中最主要的指标是较高的可靠性。可编程控制器集成度很高，其生产工艺要求也比较严格，在电路设计的时候就考虑了系统的抗干扰能力，因此可编程控制器有很强的抗干扰能力。另外一些生产厂家在设计的时候还增加了多个处理器，这样可编程控制器的可靠性也得到了很大的提高。不仅如此，可编程控制器还具有运行时候的硬件检测能力，在硬件发生故障时会发出报警提示，综合这些使得控制系统具有了很高的可靠性。2配套齐全，功能完善PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的控制场合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力
16、，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能模块大量涌现，使PLC扩展到位置控制、温度控制、计算机控制等各种工业控制领域中。加上PLC通信能力的提升及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3易学易用，深受工程技术人员欢迎可编程控制器是工业用的控制计算机，编程语言简单，容易被各阶层的技术人员掌握。例如梯形图语言和传统的继电器接线类似。44系统设计周期较短，维护方便，更改功能容易可编程控制器用存储器代替了复杂的接线，减少了外部接线，这样就使得系统的设计周期很短，并且在运行维护方面也变得容易。最重要的是改变控制功能时只需要改变程序就可以达到目标。5体积小，重量轻，能耗低以超小型
17、的可编程控制器来说，现有的产品中有底部尺寸仅100平方毫米、重量低于150克、运行时候的功耗仅有几瓦的超小型可编程控制器。由于其体积较小，这些控制器很容易装进各种机械内部，在实现机电一体化领域发挥着重要角色。23可编程控制器的组成及其各部分功能大多数可编程控制器虽然外观不同，但是硬件接口基本相同。主要有中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出（I/O）接口、电源及编程设备几大部分。1中央处理器中央处理器称为可编程控制器的心脏，系统内部所有的逻辑运算、数字运算都需要中央处理器。具体来说，可编程控制器的级别越高，中央处理器位数相应的越多，其运算能力也越强。有些可编程控制器还设计了多
18、个中央处理器，以提高可编程控制器的性能。2存储器存储器用来存放可编程控制器自身的系统程序，另外也可以存放用户程序以及运算数据等。和计算机一样，存储器分为随机读写存储器和只读存储器两类。随机读写存储器的特点是擦除和写入很容易，但是在系统掉电时数据丢失，所以用来存放用户程序以及运行中产生的临时数据，为了防止掉电数据丢失的情况发生，机内为这些随机读写存储器配备了电池或者电容等掉电保护设备。只读存储器的特点是只能读出，不能更改，一般用来存放系统需要永久保存的数据。3输入输出接口输入输出接口用于可编程控制器进行和工业控制现场数据的交换传输。输入接口接收工业生产过程中的各种实时参数，输出接口输出程序的控制
19、功能，驱动设备动作。工业现场要求输入输出接口能够有较强的抗干扰能力，另外要能满足各种信号的要求。4电源可编程控制器电源为其内部一些工作单元供电。后备电源主要负责为掉电丢失数据设备服务，电池是后备电源常用的电源形式。5外部设备可编程控制器可以用来修改程序，方便快捷，修改后的程序也很方便加载。常用的可编程控制器有两种，专门的一种是有手持的，便于携带，也有台式的，也有可编程控制器在出厂时厂家就为其配备好的，另外一种就是计算机，用户在计算机上运行可编程编程器的编程软件，借助可编程控制和电脑通信的能力可以方便的把程序加载到可编程控制器中。5另外要说明的是可编程器不仅具有调试程序以及监控可编程控制器的功能
20、外，还能进行人机对话。24PLC的性能指标和分类1PLC的主要性能指标输入输出点数是指可编程序控制器能够进行外部输入、输出端子数的总和。输入输出点数的多少于决定了其可以连接多少控制按钮和设备。2存储容量存储容量有点类似于电脑的硬盘，即能够存放用户多大的程序，程序在存储时是以步计算的。3扫描速度其衡量单位有的以一定步数的程序执行完需要的时间计算，这时的单位是毫秒每步，也有的资料上是以执行单步指令所需要的时间计算的，这时的单位是微妙每步。4功能扩展能力可编程控制器不仅具有基础模块，通常厂家为了提高拓展功能还会为其配备一些可扩展模块，以适应不同客户的需要。例如模数、数模转换模块以及一些用于控制位置的
21、模块。5指令系统指令系统用来衡量一台可编程控制器功能大小的指标，通常情况下指令系统越多，可编程控制器功能越强大，当然价格也就贵一些。25可编程控制器的工作方式251PLC的工作过程PLC运行程序的方式不同于微型计算机，微型计算机在运行程序时，一旦执行到END指令，程序既宣告运行结束。而PLC从0000号存储地址所存放的第一条用户指令开始，运行中在没有中断和跳转的情况下，系统按照存储地址递增的顺序执行用户的程序，遇到END指令结束。然后再重新从0000地址开始执行程序，直到停机或者PLC从运行状态切换到停止工作状态。PLC的这种工作方式我们称之为扫描工作方式。每次扫描完一次程序就构成了一个扫描周
22、期。另外。PLC对输入、输出信号的处理也与微机不一样。PLC的扫描工作方式主要分为三个阶段输入采样、程序执行以及程序刷新。如图21。6图21PLC的扫描过程1输入采样PLC在开始执行程序的时候，首先对输入端子进行扫描，按一定的顺序将所有的输入信号写入到寄存输入状态的输入映像寄存器当中，这个过程称之为采样过程。PLC在运行程序时，需要的输入信息并不是直接读取输入端子上的信息，而是读取输入映像寄存器中的信息。在一个工作周期内采样结果的内容不会发生变化，只有到下一个扫描周期来临时这些映像寄存器中的信息才会被刷新。2程序执行PLC在完成了输入采样工作以后，按顺序从首号地址开始的程序进行逐个的扫描并执行
23、，并且分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获取数据进行处理。然后将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。这里要注意的是输出端子在程序全部执行完之前不会接收到结果。3输出刷新这个阶段也叫输出刷新阶段，在执行到END指时，也即执行完用户的所有程序后，PLC将本次用户程序执行的结果一次性的从输出状态暂存区送到各个输出口，驱动用户的设备。PLC的工作过程除了包含上面介绍的三个主要阶段外，还必须要完成自身内部处理和通信7等工作。在内部处理阶段，PLC检查内部的硬件是否正常，将监控定时器复位以及完成一些别的工作。252PLC的编程语言PLC的的控制功能由程序实现。常用的编程
24、语言有梯形图语言、指令表语言、功能图语言、顺序功能图语言以及高级编程语言等，其中梯形图语言应用较广4。83GXDEVELOPER编程软件的使用三菱GXDEVELOPER编程软件是应用于三菱系列PLC的中文编程软件，可在WINDOWS9X及以上操作系统运行。31GXDEVELOPER编程软件的主要功能GXDEVELOPER的功能十分强大，集成了项目管理、程序键入、编译链接、模拟仿真和程序调试等功能，其主要功能如下1在GXDEVELOPER中，可通过线路符号，列表语言及SFC符号来创建PLC程序，建立注释数据及设置寄存器数据。2创建程序PLC程序以及将其存储为文件，用打印机打印。3该程序可在串行系
25、统中与PLC进行通讯，文件传送，操作监控以及各种测试功能。4该程序可脱离PLC进行仿真调试。32GXDEVELOPER编程软件的界面双击桌面上的“GXDEVELOPER”图标，即可启动GXDEVELOPER，其界面如图31所示。图31GXDEVELOPER编程软件的界面GXDEVELOPER的界面由项目标题栏、下拉菜单、快捷工具栏、编辑窗口、管理窗口等部分组成。在调试模式下，可打开远程运行窗口，数据监视窗口等。1下拉菜单GXDEVELOPER共有10个下拉菜单，每个菜单又有若干个菜单项。许多基本相同菜单项的使用方法和目前文本编辑软件的同名菜单项的使用方法基本相同。多数使用者一般很少直接使用菜单
26、项，而是使用快捷工具。常用的菜单项都有相应的快捷按钮，GXDEVELOPER的快捷键直接显示在相应菜单项的右边。2快捷工具栏9GXDEVELOPER共有8个快捷工具栏，即标准、数据切换、梯形图标记、程序、注释、软元件内存、SFC、SFC符号工具栏。以鼠标选取显示菜单下的工具条命令，即可打开这些工具栏。常用的有标准、梯形图标记、程序工具栏，将鼠标停留在快捷按钮上片刻，即可获得该按钮的提示信息。3编辑窗口PLC程序是在编辑窗口进行输入和编辑的，其使用方法和众多的编程软件相似。4管理窗口管理窗口实现项目管理、修改等功能。33工程的创建和调试范例1系统的启动与退出要想启动GXDEVELOPER，可用鼠
27、标双击桌面上的图标。如图32为打开的GXDEVELOPER窗口。图32打开的GXDEVELOPER窗口以鼠标选取工程菜单下的关闭命令，即可退出GXDEVELOPER系统。2文件的管理（1）创建新工程选择工程创建新工程菜单项，或者按CTRLN键操作，在出现的创建新工程对话框中选择PLC类型，如选择FX2N系列PLC后，单击确定。如图33所示。10图33创建新工程对话框（2）打开工程打开一个已有工程，选择工程打开工程菜单或按CTRLO键，在出现的打开工程对话框中选择已有工程，单击打开。如图34所示。图34打开工程对话框（3）文件的保存和关闭保存当前PLC程序，注释数据以及其他在同一文件名下的数据。
28、操作方法是执行工程保存工程菜单操作或CTRLS键操作即可。将已处于打开状态的PLC程序关闭，操作方法是执行工程关闭工程菜单操作即可。34编程操作1输入梯形图11使用“梯形图标记”工具条或通过执行编辑菜单梯形图标记，将已编好的程序输入到计算机。2编辑操作通过执行编辑菜单栏中的指令，对输入的程序进行修改和检查。3梯形图的转换及保存操作编辑好的程序先通过执行变换菜单变换操作或按F4键变换后，才能保存。如图35所示。在变换过程中显示梯形图变换信息，如果在不完成变换的情况下关闭梯形图窗口，新创建的梯形图将不被保存。图35变换操作35程序调试及运行1程序的检查执行诊断菜单诊断命令，进行程序检查。2程序的写
29、入PLC在STOP模式下，执行在线菜单PLC写入命令，出现PLC写入对话框，如图36所示，选择参数程序，再按执行，完成将程序写入PLC。图36程序的写入操作3程序的读取PLC在STOP模式下，执行在线菜单PLC读取命令，将PLC中的程序发送到计算机中。12传送程序时，应注意以下问题（1）计算机的RS232C端口及PLC之间必须用指定的缆线及转换器连接。（2）PLC必须在STOP模式下，才能执行程序传送。（3）执行完PLC写入后，PLC中的原有程序将被丢失，原有的程序将被新读入的程序替代。（4）在PLC读取时，程序必须在RAM或EEPROM内存保护关断的情况下读取。134PROTEL99SE和M
30、CGS软件介绍41PROTEL99SE软件制作电梯模拟面板PROTEL99SE软件为电子系学生设计电路板比较常用的软件，本次设计制作电路板流程如下。1绘制电路原理图，如图41所示。图41六层电梯模拟电路原理图2对原理图中的元件进行封装和连线，并检查网络列表。3封装好的元器件导入新建的PCB文件中，并进行电气接线，如图42所示。图42六层电梯模拟电路电气接线4将接线无误的PCB文件打印出来附在覆铜板上，用热交换机进行转印。145将冷却的铜板至于腐蚀液中腐蚀。6腐蚀结束后将电路板焊接面涂上松香置于烤箱中烘烤，至松香干燥。7对电路板进行焊接口打孔。8电气元件焊接，完整的电梯模拟面板如图43所示。图4
31、3六层电梯模拟板42MCGS系统介绍421MCGS的主要特性和功能MCGS是一套用于在计算机上快速构造和生成一套监控系统的组态软件。MCGS通过对现场数据进行采集并处理，以一定的动画，现场流程模拟和数据输出等方式向用户实时的反应工程中的生产现象，由于节省了很多人力资源，所以MCGS在工业自动化领域有着很广泛的应用5。MCGS的主要特性和功能如下1组态后的操作界面具有可视化的特点。组态软件运用全中文，能够看见并且是面向窗口的，这一点符合我们大多数人的使用习惯。组态过程中的最小单位是窗口，以这些窗口为单位搭建界面，所以说MCGS的组态过程很简单，而且在组态过程中也很灵活。用户可以使用软件内部的构件
32、，也可以自己创建需要的构件，这样就使得组态软件的拓展性很强，不拘泥与系统本身提供的架构。2组态完成后能实时反映系统的数据，并且具有并行处理的优异性能。组态软件基于计算机操作系统，充分的利用了计算机的资源，使得本身在运行和处理数据时不仅实时性好而且对一些系统不同的关键任务能进行分时处理，提高了系统的精确度，由于其在计算机上运行良好，使得工业控制计算机也被大量的引进到工业领域。另外组态软件还能和计算机连接更15多的外部设备，例如打印机等，这样就可以对系统工作过程中的数据形成图纸文件。3组态软件拥有丰富的构件，具有搭建生动动画界面的特点。组态软件再为工作人员提供数据的时候是通过图形、图表、文档、曲线
33、的形式，所有这些都有助于工作人员对工程概况实时监测。而且组态软件还能通过一些动画演示的手段来增强这种逼真的效果，使得更加接近现场控制。组态软件还能够制作多媒体，这样就使得工程画面更加逼真。4组态软件拥有功能强大的网络。组态软件支持现行的通信协议，组态软件之间可以方便的通过计算机进行通信，构成分布式的网络监控。422MCGS的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。用户所有的配置过程都是在组态环境中进行的，用户环境提供了一套完整的工具软件，用户可以根据自己的设计需要构造自己的应用系统。用户组态完成后生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境自身没有什么意义，简单说只是一些构
34、件的组合，其运行需要依赖组态结果数据库，两者相结合才能构成用户的应用系统。组态结果生成的数据库完成了组态系统系统从组态环境向运行环境的过渡，两者的关系如图41所示。图41组态环境和运行环境的关系MCGS生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。窗口简单的说相当于一个容器，供用户使用。在该窗口内用户可以根据自己的需要放置相应的构件或者创建自己需要的对象，并对这些对象或者构件进行不同的属性编辑和参数设置完成需要的功能。组态环境组态生成应用系统组态结果数据库运行结果解释执行组态结果165系统原理设计51系统总体设计思路本项目用GXDEVELOPER编
35、程软件对PLC编程，结合自己所做的电梯PCB板演示，并用MCGS组态技术仿真模拟PLC的控制对象，达到形象直观的效果。本系统的总体框架图如51所示。图51系统总体框架图52六层电梯功能介绍521电梯控制系统介绍该模拟电梯由六层电梯PCB面板，MCGS组态软件及电梯控制系统等组成。由于电梯的运行是根据楼层以及轿厢的呼叫信号，限位开关信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫信号是随机的，因此，系统控制应采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时控制电梯的运行。具体要求如下。轿厢的位置是由每层限位开关控制，当轿厢经过或停在某一层时，碰触此限
36、位开关。此时限位开关得到一个输入信号，以便于PLC控制。为了便于观察，对电梯所在的楼层进行显示，本系统采用发光二极管显示楼层信息，而对电梯的运行方向和呼叫信息同样采用发光二极管进行显示。522电梯控制方案电梯每层设有呼叫开关按钮、呼叫指示灯和限位开关，因呼叫开关为常开按钮式开关，要求瞬间接通有效，故需对信号进行自锁。电梯上升或下降途中不响应反向呼叫，故需对反向信号予以屏蔽。电梯上升或下降至相应楼层后，呼叫信号及其指示应同时解除。当电梯停在某层时，在原停层两侧都有呼叫，则距离它最近的楼层呼叫有优先响应权；如果呼叫楼层与原停层距离相等，则谁先呼叫响应谁。而在原停层的同一侧有几层同时呼叫，则电梯顺序
37、响应呼叫层。17523电梯控制的软元件设计表51输入装置的元件分配序号名称输入点序号名称输入点1一楼内呼S1X01412六楼限位器SQ6X0432二楼内呼S2X01513一楼上行外呼U1X0263三楼内呼S3X01614二楼上行外呼U2X0274四楼内呼S4X01715三楼上行外呼U3X0315五楼内呼S5X02016四楼上行外呼U4X0336六楼内呼S6X04417五楼上行外呼U5X0417一楼限位器SQ1X02118二楼下行外呼D2X0308二楼限位器SQ2X02219三楼下行外呼D3X0329三楼限位器SQ3X02320四楼下行外呼D4X03410四楼限位器SQ4X02421五楼下行外呼
38、D5X03511五楼限位器SQ5X02522六楼下行外呼D6X042表52输出装置的元件分配序号名称输出点序号名称输出点1一楼显示L1Y01414二楼上呼记忆灯UP2Y0312二楼显示L2Y01515三楼上呼记忆灯UP3Y0333三楼显示L3Y01616四楼上呼记忆灯UP4Y0354四楼显示L4Y01717五楼上呼记忆灯UP5Y0425五楼显示L5Y02018二楼下呼记忆灯DN2Y0326六楼显示L6Y04019三楼下呼记忆灯DN3Y0347一楼内选指示J1Y02320四楼下呼记忆灯DN4Y0368二楼内选指示J2Y02421五楼下呼记忆灯DN5Y0379三楼内选指示J3Y02522六楼下呼记
39、忆灯DN6Y04310四楼内选指示J4Y02623上行指示UPY02111五楼内选指示J5Y02724下行指示DOWNY02212六楼内选指示J6Y04113一楼上呼记忆灯UP1Y030524电梯PLC梯形图的设计在设计梯形图时可以分环节进行，逐个环节进行设计，最后将这些单个的环节有机的结合在一起即可构成完整的梯形图。1外呼信号的登记与消除环节乘客在电梯外部呼叫时，其呼叫信息应该被登记。当电梯运行到呼叫楼层时，并且运行方向和呼叫方向一致时，电梯应该停层，并且这时候呼叫信息应该清除。在程序中的体现是，当乘客按下外呼按钮，程序中对应楼层的外呼辅助继电器动作，这是外呼信号被登记，相应的指示灯亮，这表
40、示乘客的呼叫信息被系统登记并记忆。而该层信号的消除是通过该层行程开关动作以及定向辅助继电器动作两者相结合进行消除。当乘客的呼叫信息和电梯的运行方向不同时，例如电梯电梯在三楼向上运行，目的地是18五楼，而在四楼有下呼的信号，那么电梯的运行情况是经过四楼不停直接到五楼，而且四楼的呼叫信息也不能消除，待到达五楼后下到四楼响应四楼的下呼，并且呼叫信息消除。外呼信号登记与消除梯形图如图52所示。图52外呼信号登记与消除2楼层信号的产生与清除环节当电梯在某一楼层时，楼层感应器动作产生信号，通过辅助继电器控制指示灯，显示楼层位置，当电梯离开时，应该有新的楼层信息取代之前的楼层信息。楼层信号产生与清除环节梯形
41、图如图53所示。19图53楼层信号产生与消除3停层信号的登记与消除环节乘客可以通过轿厢内部的一至六楼按钮选择所去楼层，这些信息被登记后将以所去楼层指示灯亮为指示。当电梯运行到乘客选的楼层时，该停层信息消除，同时所去楼层指示灯灭。停层信号登记与消除环节梯形图如图54所示。图54停层信号登记与消除204电梯的定向环节电梯定向环节涉及外呼信号的消除，例如当电梯上行时，运行到某一层的下行信号不能被消除，必须在电梯处于下行状态且到达该下呼楼层时下呼信息才能消除。在程序中需要增加相应的上行和下行辅助继电器。电梯定向环节梯形图如图55所示。图55电梯定向环节216基于组态技术和PLC的电梯模拟设计61六层电
42、梯的监控方案设计模拟电梯运行中PLC各个输入输出点的信号通过数据采集设备传送到计算机内，再将数据传送到MCGS中的实时数据库，与MCGS用户界面建立动画连接，如模拟电梯的位置发生变化时，通过设备驱动程序将变化的数据采集到实时数据库的变量中，该变量是与动画属性相关的变量，数值的变化使组态用户界面的电梯填充颜色的状态产生相应的变化，从而产生逼真的动画效果6。62MCGS组态软件与PLC通信连接上位机与下位机密切配合，并保持控制对象一致。上位机和下位机的连接主要通过MCGS下设备窗口的设置，本设计选用通用串口父设备。如图61所示。图61通信连接设备选择在设备管理界面选择三菱FX232。如图62。22
43、图62通信连接设备选择在“通用串口通讯设备”中如下设置设备设置为“串口通讯父设备”“三菱FX232”，注意在“串口通讯父设备”中设置好串口号（以与PLC的实际连接口来设置），通讯波特率为69600，数据位位数为07位，停止位位数为01位，数据校验方式为2偶校验，数据采集方式为0同步采集。如图63图63通用串口父设备设置在“三菱FX232”下可设置实时数据和通道的连接。如图64。23图64实时数据库和通道连接63MCGS实现监控的设计过程1用户窗口的建立用户窗口是由用户自己定义并搭建的图形界面，图形界面由一个或多个用户窗口构成。在本次六层电梯的监控设计方案中，将轿厢内部呼叫和楼层显示，一至六层电
44、梯位置，以及外部呼叫都做成相应的按钮和指示灯显示，在整个监控系统完成后，可以看到楼层信息、外部呼叫和内部呼叫等信息，形象直观的对电梯的运行情况进行监控。2实时数据库的建立MCGS中的实时数据库相当于用户定义的对象，将这些对象进行数据库管理就构成了实时数据库。在本次六层电梯监控系统的设计中，要将需要的输入和输出数据增加进去，并且根据其属性进性正确的编辑和定义。3MCGS与PLC通信的建立设备窗口负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对外部运行过程的实时监控。本次设计在MCGS设备窗口中选择三菱FX系列PLC,通信接口为通用串口父设备，选择
45、三菱FX232通信接口采集PLC信息进而模拟控制电梯的运行7。4监控画面的设定与动画连接本次设计中内选呼叫记忆、楼层显示、上下行指示以及外呼记忆均以指示灯显示，轿箱内部还设置了楼层显示功能，提醒乘客所处位置，以数字配合构件颜色填充显示。电梯的升降则以模拟电梯的颜色变化显示。631主控窗口工业控制中工程工作的总体构架，以及菜单命令、运行的流程显示、系统的特征参数和启动停止等控制命令存放于主控窗口中，所以说主控窗口是存放工业控制过程参数的窗口。主控窗口如图65。24图65主控窗口632实时数据库实时数据库最主要的特征就在于它的实时性，用户在对数据完成相应的设置后经过组态软件内部管理到数据库里。实时
46、数据库采集来自外部设备的实时数据，系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。实时数据库自发的完成对实时数据的处理，包括相应的报警处理和存盘处理等。因此，实时数据库这时所存储的单元，不仅仅包括变量的数值，还包括变量的特征参数以及变量的操作属性。我们将这种把数值、方法、属性等封装在一起的数据称为数据对象。实时数据库采用类似C的面向对象的技术，为其它部分提供相应的服务，实现了系统内部各个功能构件数据的实时共享。实时数据库如图66。图66实时数据库633设备窗口设备窗口用于给用户放置不同类型和功能的设备构件，可是实现对外部设备的控制和操作。设备构件通过外部的设备把信息采集过来送到设备窗口中的实时数据库
47、。设备窗口还可以把实时数据库中的数据输出到外部设备，进而驱动外部设备。需要注意的是，一个应用系统只能有一个设备窗口，系统在运行时会自动打开设备窗口，并管理和调度所有的设备构件25正常工作，这些运行动作都是在后台进行的，所以对于用户来说，设备窗口是不可见的，其封存与组态软件中。设备窗口如图67。图67设备窗口634用户窗口用户窗口是给用户放置图元、图符和动画构件的窗口。图元和图符可以为用户提供完善的设计和制作图形画面和定义相关动画的方法。动画构件可以实现不同的动画功能，它们来源于实际的工程中，这样比较形象直观，便于用户辨识，这些动画构件用户可以直接使用。用户通过在用户窗口内放置不同的动画构件，或
48、者通过搭建多个用户窗口，可以构造各种复杂的控制流程画面，进而实现对数据和控制流程的“可视化”。用户窗口如图68。图68用户窗口组态过程中用户最多可以定义512个7。其中所有的窗口都隶属于主控窗口，当窗口打开时可见，窗口关闭时不可见。MCGS组态软件允许用户同时打开多个窗口。用户窗口的大小，属性和显示的位置可以依据用户自己设定，例如可以让一个窗口处于顶部作为工具条使用，也可以放在主控窗口下面作为状态条使用，还可以作为一个普通的窗口进行最大化显示。这26些灵活的组态过程配置，使得MCGS可以构成丰富多彩的图形界面，达到逼真模拟的效果。64MCGS的监控运行MCGS组态完成后的最终效果图如图69所示
49、。在该窗口内可以实时显示电梯的运行状态，并可以对电梯的运行状态进行监控和控制。例如轿厢内部提供了内部呼叫，对电梯的运行状态及所处楼层也进行了显示，外部也设置了上呼和下呼按钮。图69电梯监控运行界面277结论本次设计基本达到了任务书的要求，实验板模拟运行良好，监控画面运行良好。前期我分析了电梯的运行状态，查阅了相关的资料，用PLC编程软件编写了控制程序，由于我做的电梯为六层，而实验室实验箱只有四层，所以我用两个实验箱搭建了一个六层电梯模拟面板，初步验证了一下自己的程序是否正确，结果表明达到了预期的设计要求。后用PROTEL99软件做了一块六层电梯的模拟面板，待板子做好后结合程序检测面板性能良好，也达到了设计要求。后期用MCGS组态软件搭建了六层电梯的监控模拟界面，由于这个组态软件之前没有接触，在实际进度过程中也是花费了相当多的时间解决遇到的问题，在这个过程中自己也是收获了很多。通过这次设计，我收获了很多在课堂上学不到的知识，首先自己的动手能力得到增强，在遇到实际问题时要想到解决问题的方法，善于查资料也是一种学习能力，另外对于完全没有涉及的课程能够搞清楚也是一种学习能力的迁移。在这个过程中，培养了自己严肃认真的求学作风。28参考文献1叶安丽电梯技术基础第1版M北京中国电力出版社，20042张汉达,王锡仲,朱学莉编著现代电梯控制技术M北京哈尔滨工业大学出版社，20013
