基于PLC的电梯模拟实验平台设计

祁 鲲 张巧杰

北京信息科技大学自动化学院 北京 100192

电气控制与PLC技术课程是自动化、电气工程等专业的一门专业课，其培养目标是使学生了解现代工业自动化实用技术，掌握常用的电气控制线路和可编程控制技术，能够阅读、理解、设计基本的电气控制线路，能够独立地用可编程控制器(PLC)解决一些简单的工程实际问题；同时通过课程实验，掌握简单的电气控制线路设计方法，认识和使用可编程控制器，培养学生的工程实践意识。该课程属于应用型课程，具有实践性强、软硬结合、强弱电结合的特点，重视实验，强调动手能力的培养。在该课程实验中，多层电梯控制实验是一个典型的设计型实验，但由于实验场地或实验装置数量的限制，每批开出人数有限，往往不能满足学生的需求。而Visual Basic(以下简称“VB”)语言功能强大，编程效率高，数据处理能力强，可方便地实现与RS232串口的通讯功能，并可方便地设计可视化的用户界面[1]。为此，采用VB编程语言设计了基于欧姆龙PLC的电梯模拟实验平台。

1 通讯功能实现

电梯模拟实验平台以真实电梯为依据，设计PLC梯形图程序发布命令控制三层电梯运行，而VB程序仅为PLC提供被控对象，模拟电梯的运行状态与过程。在这个模拟控制过程中，实现安装VB程序的上位计算机(PC)与PLC之间可靠的实时通讯是必不可少的。

PLC与PC端通讯的硬件实现是通过RS-232串口来连接的。同时需要设置PLC端的通讯协议与PC端VB软件MSCOMM控件中的通讯协议一致。例如，对于欧姆龙CP1E型PLC，需要在CX-P编程环境的“PLC设置”页面中设定串行通讯的波特率、起始位、数据位、停止位等通讯帧格式，如将通讯帧格式设定为9600波特、7位数据位、2位停止位、偶校验等。对于PC，需要通过VB“Microsoft Comm Control”选项设置通讯控件属性的波特率参数为“9600，e，7，2”等。完成上述操作，并且将PC与PLC通过RS-232串口线连接后，二者之间即可按照上述通讯协议相互收发指令。

PC对欧姆龙PLC的监控方式有两种。一种是由PC向PLC发送命令，要求PLC返回相关运行数据进而实现监控；另一种是由PLC主动向PC定时发送相关运行数据，PC接收数据并实现监控[2]。这里采用前者。PC向欧姆龙PLC发送命令需采用PLC认可的命令格式，同样PLC的响应格式也是固定的，如图1所示[3]。发送命令必须以“@”打头，节点号指定与PC通讯的PLC代码，头代码为两字符命令代码，正文设置命令数据，FCS为组检验序列，终止符固定设定为“*”与“CR”。响应帧中尾代码返回完成状态(是否有错误发生)，正文为所返回的数据(ASCII形式，如果有)。由于PLC返回的数据中自动加入了“@”、节点号、FCS、终止符等以满足响应帧格式的要求，因此PC在收到数据后应进行处理，校验通讯是否正常，并截取所需要的数据内容。

图1 欧姆龙PLC命令帧及响应帧格式

2 电梯模拟程序设计

在PC中采用VB软件实现电梯模拟程序设计。VB采用可视化的开发图形用户界面，可方便地进行电梯模拟界面设计。如图2所示，电梯模拟界面中包括电梯外部界面、电梯内部界面、电梯模型信号说明与模拟界面三部分。电梯外部界面模拟了三层电梯的轿厢上下行运行状态，并设置有电梯外部呼叫按键、电梯上下行指示灯以及电梯平层指示灯等。电梯内部界面设计了电梯轿厢开关门动画，并设置有电梯内部各层呼叫按键、电梯开关门按键以及电梯上下行指示灯、电梯平层指示灯等。当电梯上行下行或到达某一层时，相应楼层的平层指示灯点亮。电梯模型信号说明与模拟界面给出了VB程序中所涉及的与电梯PLC控制相关的输入输出信号分配表，其中输入信号设置为按钮形式，可通过点击来模拟实际信号的产生。电梯模型信号说明与模拟界面中还包含有串口设置界面，可设置端口号、波特率等通讯参数。

图2 电梯模拟程序界面

3 PLC控制程序设计

基于欧姆龙PLC实现电梯控制。PLC输入输出分配表与图2中“电梯模型信号说明与模拟”一致，这里不再细述。采用梯形图形式设计控制程序，主要包括楼层信号控制、电梯上下行控制、电梯门开关控制三部分内容。楼层信号控制采集各层呼叫信号、平层信号，依据电梯运行状态，控制各层指示灯、上下行指示灯信号输出。电梯门开关控制设计要求为电梯停止时允许开关门、自动或手动开门、手动或延时关门。电梯上下行控制较为复杂，将三层电梯的运行状态分为以下几种，针对不同的运行状态实施不同的逻辑控制。

(1)电梯轿厢在任一层，本层有呼叫，电梯开门、本层呼叫复位。(2)电梯轿厢在一层，二层或/和三层有呼叫，电梯上行。(3)电梯轿厢在二层，一层无呼叫，三层有呼叫，电梯上行。(4)电梯轿厢在二层，一层有呼叫，三层无呼叫，电梯下行。(5)电梯轿厢在二层，一层三层均有呼叫，电梯上行中，电梯继续上行。(6)电梯轿厢在二层，一层三层均有呼叫，电梯下行中，电梯继续下行。(7)电梯轿厢在三层，一层或/和二层有呼叫，电梯下行。

此外，需要注意的是，为保证运行安全，电梯上/下行、开/关门之间的互锁设计是不可缺少的。

4 结语

本文充分利用Visual Basic语言的软件优势，开发了基于PLC的电梯控制模拟实验平台，具有良好的可视性、操作性；并设计了三层电梯PLC控制程序，实现了电梯模拟控制。该实验平台无须真正的电梯装置，利用一台计算机和一台PLC就可以模拟实现多层电梯控制，不受场地限制，使用便利，具有一定的应用价值。