組態(tài)王在PLC電梯控制實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

王魏　張澤　張晨璐　張德俊　舒文

摘 要：針對(duì)大連海洋大學(xué)信息工程學(xué)院自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)PLC課程缺少組態(tài)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，以電梯控制實(shí)驗(yàn)為例，使用組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)了上位機(jī)畫(huà)面用于監(jiān)控，并成功實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)的連接，錄制了操作視頻，不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，而且為今后的PLC課程教學(xué)改革提供了素材。

關(guān)鍵詞：PLC；教學(xué)改革；組態(tài)王

中圖分類(lèi)號(hào)： TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）12-160-2

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)高樓林立，電梯已經(jīng)越來(lái)越普遍的成為民用和商用的登樓代步設(shè)施。而伴隨著現(xiàn)代電子和電子信息技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)及可編程控制器逐漸在電梯控制中顯示出一系列不可替代的優(yōu)勢(shì)。組態(tài)王軟件是一種可以進(jìn)行自主編程和演示畫(huà)面編寫(xiě)的監(jiān)控軟件，它針對(duì)監(jiān)控對(duì)象的控制過(guò)程和運(yùn)行順序進(jìn)行設(shè)備通信，可以生動(dòng)有效地控制現(xiàn)場(chǎng)的一些重要參數(shù)，實(shí)時(shí)的以演示動(dòng)畫(huà)的形式反饋給監(jiān)控方。很多研究者在完成PLC控制程序設(shè)計(jì)后，用該軟件實(shí)行對(duì)程序的動(dòng)態(tài)模擬，以實(shí)現(xiàn)程序的客觀性和可用性，近一步確保理論設(shè)計(jì)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的吻合[1]。因此該題目的研究具有良好的前景。基于上述原因以及本?，F(xiàn)有條件，本文將研究對(duì)象定為電梯，研究的問(wèn)題是基于PLC和組態(tài)王的電梯控制。利用組態(tài)王和實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有PLC設(shè)備，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)以實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行實(shí)踐和創(chuàng)新。

1 電梯控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電梯之所以能夠上下飛騰，靈活而聽(tīng)話(huà)的隨叫隨到，來(lái)滿(mǎn)足使用者的需求，是因?yàn)樗兄粋€(gè)能夠“聽(tīng)”懂人話(huà)的大腦——就是它的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)實(shí)中電梯控制系統(tǒng)硬件由轎廂操縱盤(pán)、廳門(mén)信號(hào)、PLC、變頻器、調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，其中PLC負(fù)責(zé)完成邏輯控制部分[2]。即PLC接收各種邏輯信號(hào)并將接收到的信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的程序中的信號(hào)作對(duì)比，然后基于程序規(guī)則做出判斷發(fā)出不同的反饋信號(hào)，即向變頻器發(fā)出起停信號(hào)以此完成邏輯控制。這個(gè)過(guò)程中變頻器會(huì)將自身的工作狀態(tài)以信號(hào)的模式發(fā)送給PLC，二者形成較長(zhǎng)作用時(shí)間的雙相聯(lián)系。這種控制可以很好地發(fā)揮PLC自身的優(yōu)勢(shì)，為電梯提供一個(gè)穩(wěn)定靈活的“大腦”。

電梯由安裝在各樓層廳門(mén)口的上升呼叫按鈕和下降呼叫按鈕進(jìn)行呼叫控制，其控制內(nèi)容為電梯運(yùn)行方向[3-4]。電梯轎廂內(nèi)部設(shè)有樓層內(nèi)選按鈕S1～S3，用以乘客選擇需停靠的樓層；L1為一層指示、L2為二層指示、L3為三層指示，指示燈亮，表示電梯將要到達(dá)該層或停于該層；SQ1～SQ3為檢測(cè)電梯轎廂所在位置的行程開(kāi)關(guān)，是接收外界信號(hào)轉(zhuǎn)入PLC內(nèi)部的重要傳感器，實(shí)驗(yàn)中需要人為操作給出信號(hào)。電梯轎廂在上升途中只響應(yīng)上升呼叫信號(hào)，下降途中只對(duì)下降呼叫信號(hào)做出反饋，任何反方向的呼叫均不起效果。

基于校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備允許的條件（S7-200實(shí)訓(xùn)操作臺(tái)），將樓層定位三層。三層電梯一定程度上可以代表多乘電梯的控制方式，更高層電梯的實(shí)際控制是源于三層的控制理念并將這種控制方法重復(fù)的計(jì)算和判斷下去。因此三層電梯是現(xiàn)有條件與控制方案研究相結(jié)合的最佳層數(shù)。確定電梯層數(shù)后我們通過(guò)窮舉法舉出電梯所有可能運(yùn)行的方式。根據(jù)邏輯計(jì)算判斷各種情況間的關(guān)系，得出結(jié)果。作為控制的核心部分，也是電梯的運(yùn)行程序，我們必須考慮到電梯可能存在或處于的所有狀態(tài)。并根據(jù)這種狀態(tài)來(lái)給出響應(yīng)判斷，并指揮電梯進(jìn)行下一步的運(yùn)行。確定樓層為三層后，我們就可以根據(jù)層數(shù)來(lái)逐層分析電梯狀態(tài)即可能發(fā)生的情況。

2 梯形圖程序設(shè)計(jì)與分析

梯形圖語(yǔ)言是與電氣電路控制相呼應(yīng)的圖形語(yǔ)言，本次設(shè)計(jì)的電梯控制程序使用這種程序來(lái)完成控制要求[5]。下面舉例說(shuō)明一些主要環(huán)節(jié)的程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的輸入輸出分配表如表1。

這段程序是為了完成控制要求中“電梯此時(shí)?？坑谝粚?，一層門(mén)廳口有上升呼叫信號(hào)，進(jìn)入電梯的乘客按動(dòng)了三層內(nèi)選按鈕S3，或有三層外部呼叫信號(hào)”的程序事件。輸入量I0.7是一層行程開(kāi)關(guān)。根據(jù)電梯所在位置，I0.7的輸入值會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)行程開(kāi)關(guān)SQ1感應(yīng)到電梯在一層時(shí)，I0.7會(huì)接通。因?yàn)殡娞菰谧畹蛯?，因此電梯只能進(jìn)行上升運(yùn)行。I0.5表示一層門(mén)廳口上升呼叫信號(hào)的校驗(yàn)。以常閉指令裝入的觸點(diǎn)，一般是和網(wǎng)絡(luò)本身相沖突或存在互鎖關(guān)系的事件。下方設(shè)有相對(duì)應(yīng)的事件自鎖環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)2是在網(wǎng)絡(luò)1基礎(chǔ)上延伸，即在確定一層并有向上運(yùn)行的趨勢(shì)后，確定需要到達(dá)的樓層。I0.0表示進(jìn)入電梯的乘客按動(dòng)了三層內(nèi)選按鈕S3，此時(shí)電梯就產(chǎn)生了升至3層的需要，事件M2.3是程序后文單獨(dú)定義的“電梯此時(shí)?？坑谝粚樱粚娱T(mén)廳口有上升呼叫信號(hào)，三層外部呼叫信號(hào)”，事件M2.2是程序后文單獨(dú)定義的“電梯此時(shí)?？坑谝粚?，一層門(mén)廳口有上升呼叫信號(hào)，電梯內(nèi)有三層內(nèi)部呼叫信號(hào)”，M2.2與M2.3所產(chǎn)生的運(yùn)行軌跡是相同的，因此可以歸結(jié)為一個(gè)事件方便運(yùn)行的判斷。其他控制要求和控制程序原理相類(lèi)似。電梯停靠顯示的實(shí)現(xiàn)舉例：

上圖程序是在完成電梯所有可能出現(xiàn)的控制事件編程后，通過(guò)對(duì)事件間的邏輯關(guān)系來(lái)進(jìn)行邏輯判斷最終給出輸出信號(hào)的程序。Q0.2是判斷后的最終輸出結(jié)果，有輸出分配表得知，其代表一層指示，即電梯運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)經(jīng)過(guò)或停于此處。將這些可能產(chǎn)生的控制事件具體成編程事件，則有M0.2表示電梯此時(shí)?？坑谝粚?，一層門(mén)廳口有上升呼叫信號(hào)，進(jìn)入電梯的乘客按動(dòng)了三層內(nèi)選按鈕S3，或有三層外部呼叫信號(hào)；M0.3表示電梯此時(shí)停靠于一層、二層門(mén)廳口有上升呼叫信號(hào)，進(jìn)入電梯的乘客按動(dòng)了二層內(nèi)選按鈕S2；M1.1是前兩者的同時(shí)交集，表示電梯此時(shí)?？坑谝粚?、二層和三層門(mén)廳口同時(shí)有上升呼叫信號(hào)，或者進(jìn)入電梯的乘客同時(shí)按動(dòng)了二層和三層內(nèi)選按鈕S2等情況，即表示電梯需要先去一層后去二層。這三種情況都是電梯轎廂離開(kāi)一層時(shí)的情況，顯示電梯位置的指示信號(hào)應(yīng)該是從有到無(wú)，這個(gè)過(guò)程由計(jì)時(shí)器來(lái)控制，在現(xiàn)實(shí)使用過(guò)程中可以根據(jù)電梯的運(yùn)行加速、減速、平層時(shí)間來(lái)控制，在此次設(shè)計(jì)中只給出邏輯計(jì)算后的結(jié)果。M10.0代表的事件是電梯此時(shí)?？坑谌龑?，三層門(mén)廳口有下降呼叫信號(hào)，進(jìn)入電梯乘客按動(dòng)了一層內(nèi)選按鈕S1，或有一層外部呼叫信號(hào)；M0.7表示電梯此時(shí)?？坑诙樱娱T(mén)廳口有下降呼叫信號(hào)，進(jìn)入電梯乘客按動(dòng)了一層內(nèi)選按鈕S1，或有一層外部呼叫信號(hào)。M1.2是前兩者的交集，電梯從三層下降至二層，?？块_(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)后再次運(yùn)行下降至一層。這三種情況都是電梯轎廂從其他層前往一層時(shí)的情況，顯示電梯位置的指示信號(hào)應(yīng)該是從無(wú)到有，這個(gè)過(guò)程也由計(jì)時(shí)器來(lái)控制。一些互斥的事件間需要設(shè)置互鎖環(huán)節(jié)來(lái)保證二者不能同時(shí)發(fā)生，如離開(kāi)一層時(shí)一層內(nèi)選信號(hào)應(yīng)該為無(wú)。

3 基于組態(tài)王的監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

為了滿(mǎn)足控制要求和監(jiān)控要求，畫(huà)面的設(shè)計(jì)一般要有與現(xiàn)實(shí)電梯相對(duì)應(yīng)的輸出顯示裝置和輸入控制按鈕。當(dāng)電梯到達(dá)所在樓層時(shí)電梯左側(cè)的行道示意圖中會(huì)在指定位置出現(xiàn)電梯動(dòng)畫(huà)。電梯運(yùn)行指示燈是為了方便乘客得知當(dāng)前所在位置和將要到達(dá)的位置而設(shè)定的，這三個(gè)指示燈的亮滅是電梯運(yùn)行過(guò)程最直觀的體現(xiàn)。

4 總結(jié)

通過(guò)分析電梯響應(yīng)呼叫信號(hào)而運(yùn)行的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)代電梯自動(dòng)控制理論，并在參考工業(yè)和民用領(lǐng)域電梯控制經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了適合現(xiàn)代電梯運(yùn)行的控制方案，控制判斷核心選用PLC，監(jiān)控仿真選用組態(tài)王軟件，以所編寫(xiě)的程序根據(jù)內(nèi)選或者外部呼叫的信號(hào)，使梯轎廂在樓層間運(yùn)轉(zhuǎn)完成乘客搭乘任務(wù)或貨物運(yùn)送任務(wù)。

本論文立足于現(xiàn)代電梯控制要求和特點(diǎn)來(lái)選擇控制方案和監(jiān)控軟件并自主編寫(xiě)程序，并對(duì)控制過(guò)程中各種影響因素作了研究，電梯上升下降過(guò)程中避免反方向呼叫的干擾，保證電梯運(yùn)行能夠滿(mǎn)足乘客或運(yùn)送貨物的要求，提高了運(yùn)行效率，具有創(chuàng)新性。

參 考 文 獻(xiàn)

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