組態王在PLC電梯控制實驗中的應用

王魏　張澤　張晨璐　張德俊　舒文

摘 要：針對大連海洋大學信息工程學院自動化專業PLC課程缺少組態實驗的問題，以電梯控制實驗為例，使用組態王軟件設計了上位機畫面用于監控，并成功實現了上下位機的連接，錄制了操作視頻，不僅鍛煉了學生的動手能力，而且為今后的PLC課程教學改革提供了素材。

關鍵詞：PLC；教學改革；組態王

中圖分類號： TP27 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-160-2

0 引言

現代社會高樓林立，電梯已經越來越普遍的成為民用和商用的登樓代步設施。而伴隨著現代電子和電子信息技術的發展，微機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勢。組態王軟件是一種可以進行自主編程和演示畫面編寫的監控軟件，它針對監控對象的控制過程和運行順序進行設備通信，可以生動有效地控制現場的一些重要參數，實時的以演示動畫的形式反饋給監控方。很多研究者在完成PLC控制程序設計后，用該軟件實行對程序的動態模擬，以實現程序的客觀性和可用性，近一步確保理論設計與實踐環節的吻合[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校現有條件，本文將研究對象定為電梯，研究的問題是基于PLC和組態王的電梯控制。利用組態王和實驗室的現有PLC設備，通過查閱相關文獻以實驗的方式進行實踐和創新。

1 電梯控制系統簡介

電梯之所以能夠上下飛騰，靈活而聽話的隨叫隨到，來滿足使用者的需求，是因為它有著一個能夠“聽”懂人話的大腦——就是它的控制系統。現實中電梯控制系統硬件由轎廂操縱盤、廳門信號、PLC、變頻器、調速系統構成，其中PLC負責完成邏輯控制部分[2]。即PLC接收各種邏輯信號并將接收到的信號與預先設定的程序中的信號作對比，然后基于程序規則做出判斷發出不同的反饋信號，即向變頻器發出起停信號以此完成邏輯控制。這個過程中變頻器會將自身的工作狀態以信號的模式發送給PLC，二者形成較長作用時間的雙相聯系。這種控制可以很好地發揮PLC自身的優勢，為電梯提供一個穩定靈活的“大腦”。

電梯由安裝在各樓層廳門口的上升呼叫按鈕和下降呼叫按鈕進行呼叫控制，其控制內容為電梯運行方向[3-4]。電梯轎廂內部設有樓層內選按鈕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，表示電梯將要到達該層或停于該層；SQ1～SQ3為檢測電梯轎廂所在位置的行程開關，是接收外界信號轉入PLC內部的重要傳感器，實驗中需要人為操作給出信號。電梯轎廂在上升途中只響應上升呼叫信號，下降途中只對下降呼叫信號做出反饋，任何反方向的呼叫均不起效果。

基于校實驗室現有設備允許的條件（S7-200實訓操作臺），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，更高層電梯的實際控制是源于三層的控制理念并將這種控制方法重復的計算和判斷下去。因此三層電梯是現有條件與控制方案研究相結合的最佳層數。確定電梯層數后我們通過窮舉法舉出電梯所有可能運行的方式。根據邏輯計算判斷各種情況間的關系，得出結果。作為控制的核心部分，也是電梯的運行程序，我們必須考慮到電梯可能存在或處于的所有狀態。并根據這種狀態來給出響應判斷，并指揮電梯進行下一步的運行。確定樓層為三層后，我們就可以根據層數來逐層分析電梯狀態即可能發生的情況。

2 梯形圖程序設計與分析

梯形圖語言是與電氣電路控制相呼應的圖形語言，本次設計的電梯控制程序使用這種程序來完成控制要求[5]。下面舉例說明一些主要環節的程序設計。系統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“電梯此時停靠于一層，一層門廳口有上升呼叫信號，進入電梯的乘客按動了三層內選按鈕S3，或有三層外部呼叫信號”的程序事件。輸入量I0.7是一層行程開關。根據電梯所在位置，I0.7的輸入值會發生相應變化。當行程開關SQ1感應到電梯在一層時，I0.7會接通。因為電梯在最低層，因此電梯只能進行上升運行。I0.5表示一層門廳口上升呼叫信號的校驗。以常閉指令裝入的觸點，一般是和網絡本身相沖突或存在互鎖關系的事件。下方設有相對應的事件自鎖環節。網絡2是在網絡1基礎上延伸，即在確定一層并有向上運行的趨勢后，確定需要到達的樓層。I0.0表示進入電梯的乘客按動了三層內選按鈕S3，此時電梯就產生了升至3層的需要，事件M2.3是程序后文單獨定義的“電梯此時停靠于一層，一層門廳口有上升呼叫信號，三層外部呼叫信號”，事件M2.2是程序后文單獨定義的“電梯此時停靠于一層，一層門廳口有上升呼叫信號，電梯內有三層內部呼叫信號”，M2.2與M2.3所產生的運行軌跡是相同的，因此可以歸結為一個事件方便運行的判斷。其他控制要求和控制程序原理相類似。電梯停靠顯示的實現舉例：

上圖程序是在完成電梯所有可能出現的控制事件編程后，通過對事件間的邏輯關系來進行邏輯判斷最終給出輸出信號的程序。Q0.2是判斷后的最終輸出結果，有輸出分配表得知，其代表一層指示，即電梯運行的過程中會經過或停于此處。將這些可能產生的控制事件具體成編程事件，則有M0.2表示電梯此時停靠于一層，一層門廳口有上升呼叫信號，進入電梯的乘客按動了三層內選按鈕S3，或有三層外部呼叫信號；M0.3表示電梯此時停靠于一層、二層門廳口有上升呼叫信號，進入電梯的乘客按動了二層內選按鈕S2；M1.1是前兩者的同時交集，表示電梯此時停靠于一層、二層和三層門廳口同時有上升呼叫信號，或者進入電梯的乘客同時按動了二層和三層內選按鈕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一層時的情況，顯示電梯位置的指示信號應該是從有到無，這個過程由計時器來控制，在現實使用過程中可以根據電梯的運行加速、減速、平層時間來控制，在此次設計中只給出邏輯計算后的結果。M10.0代表的事件是電梯此時停靠于三層，三層門廳口有下降呼叫信號，進入電梯乘客按動了一層內選按鈕S1，或有一層外部呼叫信號；M0.7表示電梯此時停靠于二層，二層門廳口有下降呼叫信號，進入電梯乘客按動了一層內選按鈕S1，或有一層外部呼叫信號。M1.2是前兩者的交集，電梯從三層下降至二層，停靠開門、關門后再次運行下降至一層。這三種情況都是電梯轎廂從其他層前往一層時的情況，顯示電梯位置的指示信號應該是從無到有，這個過程也由計時器來控制。一些互斥的事件間需要設置互鎖環節來保證二者不能同時發生，如離開一層時一層內選信號應該為無。

3 基于組態王的監控畫面設計與實驗

為了滿足控制要求和監控要求，畫面的設計一般要有與現實電梯相對應的輸出顯示裝置和輸入控制按鈕。當電梯到達所在樓層時電梯左側的行道示意圖中會在指定位置出現電梯動畫。電梯運行指示燈是為了方便乘客得知當前所在位置和將要到達的位置而設定的，這三個指示燈的亮滅是電梯運行過程最直觀的體現。

4 總結

通過分析電梯響應呼叫信號而運行的特點，根據現代電梯自動控制理論，并在參考工業和民用領域電梯控制經驗的基礎上，提出了適合現代電梯運行的控制方案，控制判斷核心選用PLC，監控仿真選用組態王軟件，以所編寫的程序根據內選或者外部呼叫的信號，使梯轎廂在樓層間運轉完成乘客搭乘任務或貨物運送任務。

本論文立足于現代電梯控制要求和特點來選擇控制方案和監控軟件并自主編寫程序，并對控制過程中各種影響因素作了研究，電梯上升下降過程中避免反方向呼叫的干擾，保證電梯運行能夠滿足乘客或運送貨物的要求，提高了運行效率，具有創新性。

參 考 文 獻

[1] 尤翠英.基于PLC的電梯控制系統設計[J].科技創新導報，2010：82-83.

[2] 張學軍，張苗苗，謝劍英.電梯控制系統的面向對象分析與實現[J].測控技術，1999，12.

[3] 趙迎春.PLC在電梯控制系統中的應用[J].遼寧師專學報，2004，6（4）：84-85.

[4] 汪浩然.基于PLC控制技術的電梯控制系統的設計與實現[J].數字技術與應用，2010：165-168.

[5] 李勝多.基于PLC和組態王電梯控制[J].青島農業大學學報（自然科學版），2010（2）：168-171.