基于FP1—C24和力控組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設計

【摘要】五層電梯控制系統(tǒng)由上位機和下位機組成，上位機由PC機及三維力控組態(tài)軟件（Force Control V7.0）組成，主要包括工程創(chuàng)建、窗口創(chuàng)建、變量定義、I/O設備定義、動畫鏈接、腳本程序編寫及系統(tǒng)配置等；下位機由松下FP1-C24的PLC硬件及梯形圖軟件組成，主要包括I/O端口分配，外部接線，程序梯形圖等。開發(fā)了五層電梯控制梯形圖程序并調(diào)試仿真運行正確，設計結(jié)果能在開發(fā)界面上直觀的反映電梯的運行狀態(tài)，該系統(tǒng)具有的優(yōu)點是：系統(tǒng)簡單，運行穩(wěn)定，方便調(diào)試。

【關鍵詞】力控組態(tài)軟件；五層電梯；梯形圖；PLC

本設計中，可編程序控制器（PLC）及組態(tài)軟件以其通用靈活的控制性能，適應環(huán)境的可靠性與簡單方便的使用性能完全能適合電梯控制系統(tǒng)的設計要求?；贔P1-C24和力控組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設計，主要是對電梯控制系統(tǒng)的模擬運行，以及繪制人機界面的友好顯示圖，從而為實現(xiàn)電梯的高效快速運行奠定基礎，滿足廣大顧客的需求。當繪制仿真圖形界面，3D版組態(tài)軟件是用來模擬在工程窗口的電梯房圖和操作按鈕，使動畫連接。并設計數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)點，并給上位機和下位機設置通信方式，最后實現(xiàn)模擬電梯控制系統(tǒng)被該控制系統(tǒng)實時監(jiān)控。

一、電梯模型控制系統(tǒng)總體方案設計

本五層電梯控制系統(tǒng)由PC機、松下FP1-C24的PLC及三維力控軟件Force Control V7.0組成，在三維力控軟件工程界面繪制模擬的五層電梯實物圖，在數(shù)據(jù)庫中建立46個數(shù)字點、并對每個點添加動畫連接，在FPWIN GR里編寫梯形圖控制程序，下載到PLC里，選用松下電工FP系列PLC作為硬件設備，使PLC和PC機能相互通信，使組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)交換，最終可實現(xiàn)PLC和PC機的通信連接，從而完成對控制程序梯形圖的調(diào)試和仿真運行。設計者和使用者都可在開發(fā)界面上直觀、確切地觀看電梯的運行狀況，以及進行一些相關的調(diào)試監(jiān)控操作。最終結(jié)果可以看到，本五層電梯具有四大優(yōu)點：運行界面直觀反映電梯狀態(tài)、運行安全放心、抗電磁干擾能力強，自動化程度高。

為使系統(tǒng)能夠在最佳性能狀態(tài)運行。經(jīng)過分析，確定如圖一所示的設計過程。

二、模擬電梯界面設計

1、電梯控制組態(tài)仿真界面

力控組態(tài)軟件設計的電梯監(jiān)控系統(tǒng)的主要過程有：首先，在三維軟件里新建項目為項目命名（new APP1）；在組態(tài)窗口中新配置邏輯設備，然后選擇松下PLC，F(xiàn)P1串口，PPI通信協(xié)議、設備地址1和通訊口COM1；命名新I/O設備名稱（5層電梯）并優(yōu)化設備信息。其次，在力控組態(tài)軟件的主窗口中，繪制電梯實物圖，把界面上各個按鈕設置上各自的對象屬性，按需求制作動畫連接，使設置按鈕按各自的功能情況變化，檢驗和測試PLC電梯控制系統(tǒng)在組態(tài)開發(fā)界面的運轉(zhuǎn)狀況。最后，組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)變量和PLC的數(shù)據(jù)地址鏈接，可實現(xiàn)PLC與組態(tài)軟件的通信，PLC和組態(tài)軟件的串口設置相同的通訊參數(shù)，使PLC和PC實現(xiàn)互相通信。顯示畫面如圖二所示。

2、PLC程序中I/O端口分配

首先，依據(jù)27點輸入和19點輸出，構(gòu)思I/O地址分配，使PLC內(nèi)部繼電器的輸入和輸出和每個輸入和輸出信息一一對應。電梯的控制系統(tǒng)要求，電梯內(nèi)部有5層的選擇命令按鈕，電梯平層行程開關，開門按鈕和關門按鈕，大廳呼叫按鈕，電梯上行和下行指示燈等，共需開關量輸入口27個?？刂齐娞莸纳舷?，上下指示燈，轎廂外的開門關門控制，顯示1至5樓位置指示數(shù)字，電梯轎廂外部各層指令信號，共需開關量輸出口19路。在Draw導航器中選擇“I/O設備驅(qū)動/PLC/松下電工/FP系列串口”對話框。

設備的名稱，第一步：起名為“5層電梯”，設備地址為“1”，數(shù)據(jù)更新周期為“1000”，通信方式為RS232，第二步：串口設置為COM1，通信參數(shù)配置：波特率和PLC設備的波特率必須保持一致，我選擇的松下FP1-C24的PLC只有兩種類型的波特率，為19200或9600，若波特率選擇不一致，則無法正常通信，本設計選用波特率19200，奇偶校驗，奇校驗，數(shù)據(jù)位8位。

3、動畫連接

經(jīng)制作動畫連接賦予顯示畫面“血液”使其動起來，開發(fā)系統(tǒng)、界面運行系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)都是力控的基本組成部分，開發(fā)系統(tǒng)系統(tǒng)主要完成五層電梯的模擬，界面運行系統(tǒng)主要完成仿真運行，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要完成過程實時數(shù)據(jù)的采集、處理、歷史數(shù)據(jù)處理等。對一個圖形對象制作動畫連接，使其“活動”起來，動畫連接使對象隨變量的值的改變而改變。我們要讓電梯門在水平方向上變化，選用鏈接“動畫連接/尺寸旋轉(zhuǎn)移動”。設置值變化和移動像素變化。如法炮制，我們定義電梯其他按鈕的動作。

三、PLC控制系統(tǒng)設計

1、軟件編程流程圖

基于對本設計軟件的分析與控制需求，確定總體系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)流程，如圖三。

2、現(xiàn)場動作腳本的編程與調(diào)試

為了使工程界面的圖形控件的動畫效果更加逼真的呈現(xiàn)在開發(fā)界面，我們需要對某些細節(jié)采用對變量進行動作腳本編程的操作，在導航欄工程項目下點擊功能/動作/應用程序動作，雙擊進入腳本編輯器。如：電梯門打開，正確設置門控與水平移動變量像素值，選擇運行時周期執(zhí)行，就可實現(xiàn)各樓層開門和關門的動畫效果，并且水平移動多少，由門所處工程界面的位置及對應門相對距離決定。電梯上下行速度隨上下層電梯位置之間的距離而變，本次腳本編程編寫的腳本程序經(jīng)過反復調(diào)試、運行、最終達到與現(xiàn)場同步。

四、PLC與力控組態(tài)軟件聯(lián)合仿真

1、進入系統(tǒng)仿真運行

PLC狀態(tài)開關置為運行，梯形圖程序下載到PLC，啟動力控組態(tài)運行系統(tǒng)，進入開發(fā)界面，檢驗電梯控制系統(tǒng)仿真運行狀態(tài)，觀察電梯仿真界面的運行是不是符合邏輯控制關系，最終滿足設計者的最佳想法，實現(xiàn)電梯的智能化功能，完成組態(tài)軟件對PLC的控制及PLC對組態(tài)軟件仿真模型的控制功能。

2、仿真結(jié)果

進入開發(fā)系統(tǒng)，開始運行。由于對電梯初始化的設計，包括電梯停止時處于關門狀態(tài)，所有顯示值為“1”及不響應任何樓層的呼叫。如圖四。

電梯處于二層開門。如圖五。

五、結(jié)論

基于FP1-C24和力控組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)的設計簡單易懂，性能穩(wěn)定，采用FPWIN GR軟件編寫梯形圖，編程易學易懂，功能強大。然后，把梯形圖下載到PLC里，并設置通信參數(shù)和力控組態(tài)軟件參數(shù)保持一致。最后，界面設計在三維力控組態(tài)軟件開發(fā)界面描述，此開發(fā)界面靈活、方便，通過添加數(shù)據(jù)庫點，對每一個按鈕制作動畫連接，選擇松下I/O設備，最后實現(xiàn)PLC和PC機雙向通信。在組態(tài)軟件運行界面可以實時監(jiān)控界面，操作方便，可視性強，直觀的展示電梯運行狀態(tài)。因此，在實踐中，可以進行設計，近似真實的模擬調(diào)試，PLC控制電梯具有很強特點：高性能、電路簡單、成本低。經(jīng)調(diào)試，通過PLC控制電梯，實現(xiàn)電梯的基本功能，并能達到穩(wěn)、準、快的要求，該設計已基本完成任務的要求，達到了預期目標，在今后的生活和生產(chǎn)實踐中具有良好的應用前景。

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【作者簡介】

汪金萍（1991—），女，漢族，甘肅會寧人，西安科技大學通信學院2016級通信與信息系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生。