基于FP1—C24和力控組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】五層電梯控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，上位機(jī)由PC機(jī)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(shè)備定義、動(dòng)畫(huà)鏈接、腳本程序編寫(xiě)及系統(tǒng)配置等；下位機(jī)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(kāi)發(fā)了五層電梯控制梯形圖程序并調(diào)試仿真運(yùn)行正確，設(shè)計(jì)結(jié)果能在開(kāi)發(fā)界面上直觀的反映電梯的運(yùn)行狀態(tài)，該系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，方便調(diào)試。

【關(guān)鍵詞】力控組態(tài)軟件；五層電梯；梯形圖；PLC

本設(shè)計(jì)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(yīng)環(huán)境的可靠性與簡(jiǎn)單方便的使用性能完全能適合電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。基于FP1-C24和力控組態(tài)軟件的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要是對(duì)電梯控制系統(tǒng)的模擬運(yùn)行，以及繪制人機(jī)界面的友好顯示圖，從而為實(shí)現(xiàn)電梯的高效快速運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，滿足廣大顧客的需求。當(dāng)繪制仿真圖形界面，3D版組態(tài)軟件是用來(lái)模擬在工程窗口的電梯房圖和操作按鈕，使動(dòng)畫(huà)連接。并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，建立數(shù)據(jù)點(diǎn)，并給上位機(jī)和下位機(jī)設(shè)置通信方式，最后實(shí)現(xiàn)模擬電梯控制系統(tǒng)被該控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

一、電梯模型控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本五層電梯控制系統(tǒng)由PC機(jī)、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(shí)物圖，在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立46個(gè)數(shù)字點(diǎn)、并對(duì)每個(gè)點(diǎn)添加動(dòng)畫(huà)連接，在FPWIN GR里編寫(xiě)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(shè)備，使PLC和PC機(jī)能相互通信，使組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，最終可實(shí)現(xiàn)PLC和PC機(jī)的通信連接，從而完成對(duì)控制程序梯形圖的調(diào)試和仿真運(yùn)行。設(shè)計(jì)者和使用者都可在開(kāi)發(fā)界面上直觀、確切地觀看電梯的運(yùn)行狀況，以及進(jìn)行一些相關(guān)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(diǎn)：運(yùn)行界面直觀反映電梯狀態(tài)、運(yùn)行安全放心、抗電磁干擾能力強(qiáng)，自動(dòng)化程度高。

為使系統(tǒng)能夠在最佳性能狀態(tài)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)分析，確定如圖一所示的設(shè)計(jì)過(guò)程。

二、模擬電梯界面設(shè)計(jì)

1、電梯控制組態(tài)仿真界面

力控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的電梯監(jiān)控系統(tǒng)的主要過(guò)程有：首先，在三維軟件里新建項(xiàng)目為項(xiàng)目命名（new APP1）；在組態(tài)窗口中新配置邏輯設(shè)備，然后選擇松下PLC，F(xiàn)P1串口，PPI通信協(xié)議、設(shè)備地址1和通訊口COM1；命名新I/O設(shè)備名稱（5層電梯）并優(yōu)化設(shè)備信息。其次，在力控組態(tài)軟件的主窗口中，繪制電梯實(shí)物圖，把界面上各個(gè)按鈕設(shè)置上各自的對(duì)象屬性，按需求制作動(dòng)畫(huà)連接，使設(shè)置按鈕按各自的功能情況變化，檢驗(yàn)和測(cè)試PLC電梯控制系統(tǒng)在組態(tài)開(kāi)發(fā)界面的運(yùn)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(shí)現(xiàn)PLC與組態(tài)軟件的通信，PLC和組態(tài)軟件的串口設(shè)置相同的通訊參數(shù)，使PLC和PC實(shí)現(xiàn)互相通信。顯示畫(huà)面如圖二所示。

2、PLC程序中I/O端口分配

首先，依據(jù)27點(diǎn)輸入和19點(diǎn)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(gè)輸入和輸出信息一一對(duì)應(yīng)。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(kāi)關(guān)，開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕，大廳呼叫按鈕，電梯上行和下行指示燈等，共需開(kāi)關(guān)量輸入口27個(gè)。控制電梯的上下，上下指示燈，轎廂外的開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)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(hào)，共需開(kāi)關(guān)量輸出口19路。在Draw導(dǎo)航器中選擇“I/O設(shè)備驅(qū)動(dòng)/PLC/松下電工/FP系列串口”對(duì)話框。

設(shè)備的名稱，第一步：起名為“5層電梯”，設(shè)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(shè)置為COM1，通信參數(shù)配置：波特率和PLC設(shè)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(wú)法正常通信，本設(shè)計(jì)選用波特率19200，奇偶校驗(yàn)，奇校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8位。

3、動(dòng)畫(huà)連接

經(jīng)制作動(dòng)畫(huà)連接賦予顯示畫(huà)面“血液”使其動(dòng)起來(lái)，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、界面運(yùn)行系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都是力控的基本組成部分，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)系統(tǒng)主要完成五層電梯的模擬，界面運(yùn)行系統(tǒng)主要完成仿真運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要完成過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理、歷史數(shù)據(jù)處理等。對(duì)一個(gè)圖形對(duì)象制作動(dòng)畫(huà)連接，使其“活動(dòng)”起來(lái)，動(dòng)畫(huà)連接使對(duì)象隨變量的值的改變而改變。我們要讓電梯門(mén)在水平方向上變化，選用鏈接“動(dòng)畫(huà)連接/尺寸旋轉(zhuǎn)移動(dòng)”。設(shè)置值變化和移動(dòng)像素變化。如法炮制，我們定義電梯其他按鈕的動(dòng)作。

三、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、軟件編程流程圖

基于對(duì)本設(shè)計(jì)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(chǎng)動(dòng)作腳本的編程與調(diào)試

為了使工程界面的圖形控件的動(dòng)畫(huà)效果更加逼真的呈現(xiàn)在開(kāi)發(fā)界面，我們需要對(duì)某些細(xì)節(jié)采用對(duì)變量進(jìn)行動(dòng)作腳本編程的操作，在導(dǎo)航欄工程項(xiàng)目下點(diǎn)擊功能/動(dòng)作/應(yīng)用程序動(dòng)作，雙擊進(jìn)入腳本編輯器。如：電梯門(mén)打開(kāi)，正確設(shè)置門(mén)控與水平移動(dòng)變量像素值，選擇運(yùn)行時(shí)周期執(zhí)行，就可實(shí)現(xiàn)各樓層開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)的動(dòng)畫(huà)效果，并且水平移動(dòng)多少，由門(mén)所處工程界面的位置及對(duì)應(yīng)門(mén)相對(duì)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(xiě)的腳本程序經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、運(yùn)行、最終達(dá)到與現(xiàn)場(chǎng)同步。

四、PLC與力控組態(tài)軟件聯(lián)合仿真

1、進(jìn)入系統(tǒng)仿真運(yùn)行

PLC狀態(tài)開(kāi)關(guān)置為運(yùn)行，梯形圖程序下載到PLC，啟動(dòng)力控組態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)，進(jìn)入開(kāi)發(fā)界面，檢驗(yàn)電梯控制系統(tǒng)仿真運(yùn)行狀態(tài)，觀察電梯仿真界面的運(yùn)行是不是符合邏輯控制關(guān)系，最終滿足設(shè)計(jì)者的最佳想法，實(shí)現(xiàn)電梯的智能化功能，完成組態(tài)軟件對(duì)PLC的控制及PLC對(duì)組態(tài)軟件仿真模型的控制功能。

2、仿真結(jié)果

進(jìn)入開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，開(kāi)始運(yùn)行。由于對(duì)電梯初始化的設(shè)計(jì)，包括電梯停止時(shí)處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，所有顯示值為“1”及不響應(yīng)任何樓層的呼叫。如圖四。

電梯處于二層開(kāi)門(mén)。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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，性能穩(wěn)定，采用FPWIN GR軟件編寫(xiě)梯形圖，編程易學(xué)易懂，功能強(qiáng)大。然后，把梯形圖下載到PLC里，并設(shè)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(shè)計(jì)在三維力控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)界面描述，此開(kāi)發(fā)界面靈活、方便，通過(guò)添加數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)按鈕制作動(dòng)畫(huà)連接，選擇松下I/O設(shè)備，最后實(shí)現(xiàn)PLC和PC機(jī)雙向通信。在組態(tài)軟件運(yùn)行界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控界面，操作方便，可視性強(qiáng)，直觀的展示電梯運(yùn)行狀態(tài)。因此，在實(shí)踐中，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，近似真實(shí)的模擬調(diào)試，PLC控制電梯具有很強(qiáng)特點(diǎn)：高性能、電路簡(jiǎn)單、成本低。經(jīng)調(diào)試，通過(guò)PLC控制電梯，實(shí)現(xiàn)電梯的基本功能，并能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求，該設(shè)計(jì)已基本完成任務(wù)的要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，在今后的生活和生產(chǎn)實(shí)踐中具有良好的應(yīng)用前景。

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【作者簡(jiǎn)介】

汪金萍（1991—），女，漢族，甘肅會(huì)寧人，西安科技大學(xué)通信學(xué)院2016級(jí)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)碩士研究生。