组态王在PLC电梯控制实验中的应用

王魏　张泽　张晨璐　张德俊　舒文

摘 要：针对大连海洋大学信息工程学院自动化专业PLC课程缺少组态实验的问题，以电梯控制实验为例，使用组态王软件设计了上位机画面用于监控，并成功实现了上下位机的连接，录制了操作视频，不仅锻炼了学生的动手能力，而且为今后的PLC课程教学改革提供了素材。

关键词：PLC；教学改革；组态王

中图分类号： TP27 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-160-2

0 引言

现代社会高楼林立，电梯已经越来越普遍的成为民用和商用的登楼代步设施。而伴随着现代电子和电子信息技术的发展，微机及可编程控制器逐渐在电梯控制中显示出一系列不可替代的优势。组态王软件是一种可以进行自主编程和演示画面编写的监控软件，它针对监控对象的控制过程和运行顺序进行设备通信，可以生动有效地控制现场的一些重要参数，实时的以演示动画的形式反馈给监控方。很多研究者在完成PLC控制程序设计后，用该软件实行对程序的动态模拟，以实现程序的客观性和可用性，近一步确保理论设计与实践环节的吻合[1]。因此该题目的研究具有良好的前景。基于上述原因以及本校现有条件，本文将研究对象定为电梯，研究的问题是基于PLC和组态王的电梯控制。利用组态王和实验室的现有PLC设备，通过查阅相关文献以实验的方式进行实践和创新。

1 电梯控制系统简介

电梯之所以能够上下飞腾，灵活而听话的随叫随到，来满足使用者的需求，是因为它有着一个能够“听”懂人话的大脑——就是它的控制系统。现实中电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、PLC、变频器、调速系统构成，其中PLC负责完成逻辑控制部分[2]。即PLC接收各种逻辑信号并将接收到的信号与预先设定的程序中的信号作对比，然后基于程序规则做出判断发出不同的反馈信号，即向变频器发出起停信号以此完成逻辑控制。这个过程中变频器会将自身的工作状态以信号的模式发送给PLC，二者形成较长作用时间的双相联系。这种控制可以很好地发挥PLC自身的优势，为电梯提供一个稳定灵活的“大脑”。

电梯由安装在各楼层厅门口的上升呼叫按钮和下降呼叫按钮进行呼叫控制，其控制内容为电梯运行方向[3-4]。电梯轿厢内部设有楼层内选按钮S1～S3，用以乘客选择需停靠的楼层；L1为一层指示、L2为二层指示、L3为三层指示，指示灯亮，表示电梯将要到达该层或停于该层；SQ1～SQ3为检测电梯轿厢所在位置的行程开关，是接收外界信号转入PLC内部的重要传感器，实验中需要人为操作给出信号。电梯轿厢在上升途中只响应上升呼叫信号，下降途中只对下降呼叫信号做出反馈，任何反方向的呼叫均不起效果。

基于校实验室现有设备允许的条件（S7-200实训操作台），将楼层定位三层。三层电梯一定程度上可以代表多乘电梯的控制方式，更高层电梯的实际控制是源于三层的控制理念并将这种控制方法重复的计算和判断下去。因此三层电梯是现有条件与控制方案研究相结合的最佳层数。确定电梯层数后我们通过穷举法举出电梯所有可能运行的方式。根据逻辑计算判断各种情况间的关系，得出结果。作为控制的核心部分，也是电梯的运行程序，我们必须考虑到电梯可能存在或处于的所有状态。并根据这种状态来给出响应判断，并指挥电梯进行下一步的运行。确定楼层为三层后，我们就可以根据层数来逐层分析电梯状态即可能发生的情况。

2 梯形图程序设计与分析

梯形图语言是与电气电路控制相呼应的图形语言，本次设计的电梯控制程序使用这种程序来完成控制要求[5]。下面举例说明一些主要环节的程序设计。系统的输入输出分配表如表1。

这段程序是为了完成控制要求中“电梯此时停靠于一层，一层门厅口有上升呼叫信号，进入电梯的乘客按动了三层内选按钮S3，或有三层外部呼叫信号”的程序事件。输入量I0.7是一层行程开关。根据电梯所在位置，I0.7的输入值会发生相应变化。当行程开关SQ1感应到电梯在一层时，I0.7会接通。因为电梯在最低层，因此电梯只能进行上升运行。I0.5表示一层门厅口上升呼叫信号的校验。以常闭指令装入的触点，一般是和网络本身相冲突或存在互锁关系的事件。下方设有相对应的事件自锁环节。网络2是在网络1基础上延伸，即在确定一层并有向上运行的趋势后，确定需要到达的楼层。I0.0表示进入电梯的乘客按动了三层内选按钮S3，此时电梯就产生了升至3层的需要，事件M2.3是程序后文单独定义的“电梯此时停靠于一层，一层门厅口有上升呼叫信号，三层外部呼叫信号”，事件M2.2是程序后文单独定义的“电梯此时停靠于一层，一层门厅口有上升呼叫信号，电梯内有三层内部呼叫信号”，M2.2与M2.3所产生的运行轨迹是相同的，因此可以归结为一个事件方便运行的判断。其他控制要求和控制程序原理相类似。电梯停靠显示的实现举例：

上图程序是在完成电梯所有可能出现的控制事件编程后，通过对事件间的逻辑关系来进行逻辑判断最终给出输出信号的程序。Q0.2是判断后的最终输出结果，有输出分配表得知，其代表一层指示，即电梯运行的过程中会经过或停于此处。将这些可能产生的控制事件具体成编程事件，则有M0.2表示电梯此时停靠于一层，一层门厅口有上升呼叫信号，进入电梯的乘客按动了三层内选按钮S3，或有三层外部呼叫信号；M0.3表示电梯此时停靠于一层、二层门厅口有上升呼叫信号，进入电梯的乘客按动了二层内选按钮S2；M1.1是前两者的同时交集，表示电梯此时停靠于一层、二层和三层门厅口同时有上升呼叫信号，或者进入电梯的乘客同时按动了二层和三层内选按钮S2等情况，即表示电梯需要先去一层后去二层。这三种情况都是电梯轿厢离开一层时的情况，显示电梯位置的指示信号应该是从有到无，这个过程由计时器来控制，在现实使用过程中可以根据电梯的运行加速、减速、平层时间来控制，在此次设计中只给出逻辑计算后的结果。M10.0代表的事件是电梯此时停靠于三层，三层门厅口有下降呼叫信号，进入电梯乘客按动了一层内选按钮S1，或有一层外部呼叫信号；M0.7表示电梯此时停靠于二层，二层门厅口有下降呼叫信号，进入电梯乘客按动了一层内选按钮S1，或有一层外部呼叫信号。M1.2是前两者的交集，电梯从三层下降至二层，停靠开门、关门后再次运行下降至一层。这三种情况都是电梯轿厢从其他层前往一层时的情况，显示电梯位置的指示信号应该是从无到有，这个过程也由计时器来控制。一些互斥的事件间需要设置互锁环节来保证二者不能同时发生，如离开一层时一层内选信号应该为无。

3 基于组态王的监控画面设计与实验

为了满足控制要求和监控要求，画面的设计一般要有与现实电梯相对应的输出显示装置和输入控制按钮。当电梯到达所在楼层时电梯左侧的行道示意图中会在指定位置出现电梯动画。电梯运行指示灯是为了方便乘客得知当前所在位置和将要到达的位置而设定的，这三个指示灯的亮灭是电梯运行过程最直观的体现。

4 总结

通过分析电梯响应呼叫信号而运行的特点，根据现代电梯自动控制理论，并在参考工业和民用领域电梯控制经验的基础上，提出了适合现代电梯运行的控制方案，控制判断核心选用PLC，监控仿真选用组态王软件，以所编写的程序根据内选或者外部呼叫的信号，使梯轿厢在楼层间运转完成乘客搭乘任务或货物运送任务。

本论文立足于现代电梯控制要求和特点来选择控制方案和监控软件并自主编写程序，并对控制过程中各种影响因素作了研究，电梯上升下降过程中避免反方向呼叫的干扰，保证电梯运行能够满足乘客或运送货物的要求，提高了运行效率，具有创新性。

参 考 文 献

[1] 尤翠英.基于PLC的电梯控制系统设计[J].科技创新导报，2010：82-83.

[2] 张学军，张苗苗，谢剑英.电梯控制系统的面向对象分析与实现[J].测控技术，1999，12.

[3] 赵迎春.PLC在电梯控制系统中的应用[J].辽宁师专学报，2004，6（4）：84-85.

[4] 汪浩然.基于PLC控制技术的电梯控制系统的设计与实现[J].数字技术与应用，2010：165-168.

[5] 李胜多.基于PLC和组态王电梯控制[J].青岛农业大学学报（自然科学版），2010（2）：168-171.