基于PLC的电梯组态的设计论文.docx

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基于PLC的电梯组态的设计论文

基于PLC的电梯组态设计

前言

可编程序控制器（ProgrammableL0cController简称PLC）是以微处理器为核心，综合了计算机控制、自动化、通讯网络等技术的一种通用的工业控制装置。

PLC电梯控制系统有如下的特点：

（1）、PLC是基于工业环境下设计的控制装置，环境适应性强，可靠性高；

（2）、PLC最常用的编程语言是梯形图语言，编程语言形象、直观，编程简单，便于广大现场工程技术人员掌握。

（3）、PLC控制系统的体积小，重量轻，便于安装，维修方便。

（4）、PLC具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能，可以方便的实时监视系统的运行状态。

（5）、现代PLC具有传统控制系统无法比拟的远程数据传送、交换、控制和监视的网络通讯功能。

其中基于PLC的电梯的电气系统设计主要由拖动系统和控制系统两部分组成。

传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。

目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低。

维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。

当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后.控制系统进行下列运作：

根据轿厢所处位置及乘员所处层数.判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。

将轿厢停在选定的楼层上;同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。

另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

在设计电梯时我们经常会提到“组态”一词，简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。

在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。

编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。

组态软件的出现，解决了这个问题。

对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。

组态软件是有专业性的。

一种组态软件只能适合某种领域的应用。

组态的概念最早出现在工业计算机控制中。

如DCS（集散控制系统）组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。

组态软件相当丰富，相关品牌有：

MCGS、组态王、EASYCONTROL、Citect、FIX等。

他们都有一个相同的特征：

有丰富的图库及强大的图形编辑功能和通讯功能。

利用组态软件可以方便生产过程的生态模型、设定监视点、绘制实时过程曲线；通过串口（RS232或RS485）。

利用组态软件中的通讯程序或自己编制的通讯程序可以方便建立组态监控与PLC之间的实时通讯。

系统上位机监控部分应用MCGS组态软件来实现。

MCGS（MonitorandControlSystem）是一套基于Windows平台用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、事实和历史数据处理、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出等功能。

MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。

组态环境相当于一套完整的工具软件,帮助用户设计和构造自己的应用系统。

运行环境则按照组态环境中构造的组态工程,以用户指定的方式运行,并进行各种处理,完成用户组态设计的目标和功能。

运行环境本身没有任何意义,必须与组态结果数据库一起才能构成用户应用系统。

一旦组态工作完成,运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。

课程设计的目的和要求

1、设计目的

1.1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握PLC设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。

1.2掌握电梯及辅助设备选型、配置与量化的设计方法。

1.3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

2、性能要求：

1）一台电梯上行，当它的下方出现向上呼叫信号时，基站电梯立即起动应答；

2）一台电梯下行，它的上方出现任何厅外呼叫信号，基站电梯立即起动应答；

3）在以上两个条件都不满足时，两台电梯都在运行时，其中任何一台电梯没有轿内指令时，首先通过与另一台进行楼层比较判断自身是在高位还是低位，如在高位则继续上行，如在低位则反方向返回基站，这样就避开了两部电梯同时上行、同时应答最上方的呼梯信号，提高了运行效率。

4）通过软件解决了两部电梯同层、同步上行或下行、在应答外呼信号时同时换速停车的问题，通过设置条件只要这种情况出现只能一台电梯换速停车，另一台继续运行的程序，这样也大大减少了停车次数，提高了电梯运行效率。

5）当两部电梯都在基站时，厅外有呼叫信号先回基站的电梯启动应答。

6）无论A梯或B梯，由于内选定向后，都必须启动运行。

一、电梯监控系统的组成和控制要求

通过深入分析电梯各部分的构造和工作原理，熟悉电梯的控制要求。

能更好的将电梯监控系统的设计趋于合理化、完整化、高效化。

1.1、电梯的基本结构

电梯时用来载人或装货的一种做垂直上下运动的特殊起重运输设备。

现代电梯主要有曳引机、导轨、对重装置、安全装置、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。

这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。

电梯的轿厢及配重分系在钢丝绳的两端，钢丝绳跨挂在曳引机轮上，曳引机轮经减速机构由电动机拖动形成电梯的上下运动。

1.2、电梯的控制要求

由于电梯的运行时根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制的，而在楼层和轿厢的呼叫是随机的。

因此其系统控制采用随即逻辑控制。

即在顺序逻辑控制实现电梯的基本要求的基础上，根据随机的输入信号和电梯的相应状态适时地控制电梯的运行。

此外轿厢位置由脉冲编码器的脉冲数确定，并送至PLC的计数器来进行控制。

同时每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。

为方便观察蒂娜体的运行方向及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号采用指示灯显示。

为了提高电梯的运行效率和平层的精度系统要PLC能对叫响的加、减速及制动进行有效的控制，它是根据轿厢的实际位置及交流调速系统的控制算法来实现。

为了保证电梯的运行安全，系统应设置可靠地故障保护和相应的显示。

采用PLC实现的电梯控制系统具体要求如下：

1）一台电梯上行，当它的下方出现向上呼叫信号时，基站电梯立即起动应答；

2）一台电梯下行，它的上方出现任何厅外呼叫信号，基站电梯立即起动应答；

3）在以上两个条件都不满足时，两台电梯都在运行时，其中任何一台电梯没有轿内指令时，首先通过与另一台进行楼层比较判断自身是在高位还是低位，如在高位则继续上行，如在低位则反方向返回基站，这样就避开了两部电梯同时上行、同时应答最上方的呼梯信号，提高了运行效率。

4）通过软件解决了两部电梯同层、同步上行或下行、在应答外呼信号时同时换速停车的问题，通过设置条件只要这种情况出现只能一台电梯换速停车，另一台继续运行的程序，这样也大大减少了停车次数，提高了电梯运行效率。

5）当两部电梯都在基站时，厅外有呼叫信号先回基站的电梯启动应答。

6）无论A梯或B梯，由于内选定向后，都必须启动运行。

二、PLC控制系统设计

PLC是以微处理器为核心，综合了计算机控制、自动化、通讯网络等技术的一种通用的工业控制装置。

他因为极高的可靠性在工业控制领域得到广泛应用。

本设计中的PLC控制的电梯控制系统设计主要包含了硬件控制和程序控制两个部分。

硬件设计方面主要有PLC的配置、选型、通信电缆以及输入输出端口的分配情况，软件设计则是电梯控制程序编制。

本文以三层电梯监控系统为例来阐述电梯的组态设计。

2.1、PLC的硬件控制设计

本系统主要包括PC机、PLC和电梯等,以工控PC机为主控上位机,利用人机接口的智能软件包MCGS组态软件在PC机上建立工控的对象,完成对PLC下位机的控制,应用计算机构建动画模拟电梯运行,直接、直观、准确地反映电梯的实时运行状态。

图1为系统总体框图

2.2、PLC的软件控制设计

PLC控制程序主要包括电梯开关门、升降和楼层显示程序。

主要是对电梯的运行实行操纵和控制。

电梯的运行流程见图2

三、组态软件模拟三层电梯控制的基本功能实现

3.1设计监控界面

在组态平台上，创建“三层电梯实验监控”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。

利用组态工具，绘制三层电梯实验监控界面。

图4-26三层电梯PLC实验监控界面

3.2电梯的基本功能和控制要求

图3-1为三层电梯的组态仿真画面。

整个界面包括楼层数和电梯内的控制按钮。

图中的1、2、3三个按钮分别与1、2、3楼层对应。

▲和▼电梯代表上升和下降，和代表电梯门的关闭和打开。

红色的按钮为紧急求救按钮。

图3-1电梯仿真图

当乘客进入电梯按下其想去的楼层后，该楼层对应的数字保持常亮，当电梯到达对应的楼层时电梯门可以自动打开，经过一段时间后门自动关闭。

同时电梯的门可以乘客自己控制开闭，当到达楼层时按下时电梯门打开。

当有乘客进来时按下按钮电梯门关闭。

3.3电梯的各种状态

一、电梯处于初始状态

假设电梯处于第一层待命，各层现实都被初始化电梯处于一下状态：

电梯各层显示灯均不亮

电梯的门为关闭状态

二、电梯处于运行状态

由于电梯只有三层，所以当每个楼层都有乘客按按钮时电梯先按照当前的状态上升或下降，当该动作结束后在执行其相反的动作。

三、电梯运行后的状态

当电梯执行完上升或下降的任务后，电梯将停留在该层，直到有新的指令后电梯再次进入运行状态。

3.4总结

我们可以通过组态的实时监控功能来实现对电梯的实时监控，确保乘客的安全和电梯故障的即时发现及排除。

电梯的工作过程可以用图3-2和图3-3表示：

图3-2电梯上升工作过程

图3-3电梯下降工作过程

四、组态电梯程序的设计与模拟运行

4.1电梯工程中各按数据对象的设置

4.1.1增加数据对象

单击工作台上的【实时数据库】按钮，进入【实时数据库】窗口。

氨基数据库窗口的空白处，使数据库窗口中没有任何对象被选中。

然后单击窗口右边的【新增对象】按钮，在窗口的数据列表中，就会增加新的对象。

多次单击该按钮，则增加多个数据对象，系统默认的第一位“data1”“data2”“data3”等。

如图4-1所示：

图4-1实时数据库窗口

4.1.2修改对象属性

在【实时数据库】窗口中，选中数据对象，单击窗口右边的【对象属性】按钮或双击选中的对象，则打开【数据对象属性设置】窗口。

在此窗口中，将系统定义的默认对象改为用户自定义的名称，并指定对象类型，在【对象内容注释】栏中输入数据对象注释文字，提搞工程的可读性。

如图4-2所示：

图4-2按钮1对象属性设置

在【基本属性】中，将【对象名称】改为“按钮1”；【对象类型】选择“开关”。

对象内容注释为“下降到一层”。

其他设置不变。

用同样的方法，对对象“按钮2”“按钮3”和“报警“进行设置。

”一层”“二层”“三层”的设置和按钮设置类似只要把“按钮”改为“一层”“二层”和“三层”即可，将对象类型设置为【事件】即可。

“液位组“对象属性设置，如图4-3所示：

图4-3组对象基本属性

在【基本属性】中，【对象名称】设为“按钮组“；【对象类型】选择”组对象“：

其他设置不变。

单击【存盘属性】，打开数据对象【存盘属性】设置界面，如图4-4所示：

图4-4按钮组存盘属性

【数据值的存盘】选择【定时存盘】，【存盘周期】为5s

【存盘时间设置】选择为【永久存盘】，其他设置不变。

单击【组对象成员】，如图4-5所示：

图4-5组对象成员设置

在左边栏中选择“按钮1”、”按钮2”、“按钮3”选择增加即可添加最对象成员。

“层组”的设置和按“钮组“的设置一样。

4.2动画连接

4.2.1按钮的动画连接

在用户窗口中，双击【三层电梯模拟】进入窗口。

双击“按钮1”，弹出【动画组态属性设置】窗口，如图4-6所示：

图4-6按钮连接设置

选择【属性设置】，选择在【颜色动画连接】下的【填充颜色】。

同理选择在【输入输出连接】下的【显示输出】和【特殊动画连接】下方的【可见度】。

单击【填充颜色】，其设置如图4-7所示：

图4-7填充颜色设置

单击表达式右边的“？

”，选择“按钮1”，设置为“按钮1=1”，单击【增加】按钮，“0”对应的颜色可以改变颜色。

一般将“0”和“1“设置成红色和绿色。

单击【显示输出】按钮，如图4-8所示：

图4-8显示输出设置

设置过程和【填充颜色】设置一样。

【可见度】设置如图4-9所示：

图4-9可见度设置

同理“按钮2”、“按钮3”的设置同上。

4.2.2电梯层的设置

双击“一层”按钮进入到【动画组态属性设置】窗口。

如图4-10所示：

图4-10一层电梯动画属性设置

在【属性设置】窗口的设置如图所示。

单击【颜色填充】选项，设置如图所示：

图4-11颜色填充设置

【显示输出】设置如图4-12所示：

图4-12显示输出设置

同理“二层”和“三层”的设置和“一层”的设置一样。

4.2.3报警按钮的设置

双击“报警”按钮，进入【单元属性设置】窗口。

动画连接设置如图4-13所示：

图4-14报警设置

选中【椭圆】单击“>”进入如图4-15所示的界面：

图4-15报警设置

选中【颜色动画连接】下方的【填充颜色】和【输入输出连接】下方的【按钮动作】。

单击【填充颜色】选项，其设置如图4-16所示：

图4-16

设置完成后单击【按钮动作】选项，其设置如图4-17所示：

图4-17

选中【数据对象值操作】，单击“？

”，选中“报警”即可，单击【确认】完成设置。

4.2.4上升下降以及开关门按钮设置

双击“上升”按钮进入【单元属性】设置界面，选中【动画连接】选项，如图4-18所示：

图4-18上升按钮设置

单击右侧的“>”按钮进入图4-19的设置界面：

图4-19

在【操作属性】窗口设置，选中【数据对象值操作】，单击“？

”选中“上升”。

单击【可见度属性】，设置如图4-20所示：

图4-20

同理，下降按钮的设置与其一样。

双击关门”按钮，进入【单元属性设置】，选中动画连接，如图4-21所示：

图4-21关门按钮设置

单击右侧的“>”的按钮，进入如图所示的界面：

图4-22

选中【操作属性】，按图4-22所示设置各项属性。

单击【可见度属性】，进入如

图4-23所示设置界面;

图4-23

按照图4-23所示设置各项属性。

开门按钮和“关门”按钮设置一样，在这里就不在累述。

4.3程序的模拟运行

由于已经完成了电梯各个部分的动画连接，所以现在我们就可以模拟电梯的运行情况了。

按下F5按键程序就进入组态运行环境。

当把鼠标放在“三层”的按钮上时，鼠标会变成手状，当我们单击鼠标时，对应得“3”就会变为绿色。

如图4-24所示：

图4-24模拟电梯运行

当我们把报警按钮按下时，红色的报警器将会变成绿色，如图4-25所示：

图4-25电梯模拟运行报警模拟

五、总结

通过本次设计，我们学习了MCGS组态软件，虽然只是进行了简单的画面和相关操作的组态设计，没有和现场设备相连接。

但是我对于电梯的设计、运行、模拟等有了深刻的了解。

在设计组态界面时，我只是做了一些简单的设计，力求设计和画面简洁明了，以便能够清楚的完成电梯的控制要求，达到设计目的。

通过本次设计，我的知识领域得到了进一步的扩展，专业技能得到了进一步提高，同时也增强了我的分析和解决工程实际的综合能力。

除此之外，也培养自己严肃求实的工作作风。

由于本人的知识有限，因此本设计中还有许多的不足之处，希望老师可以批评指正。

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