组态王设计电梯监控系统.docx
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组态王设计电梯监控系统
用组态王设计电梯监控系统
林永生（指导老师：
王芳楷）
（广东轻工职业技术学院机电工程系楼宇091广州海珠区510300）
摘要：
目前电梯控制系统主要有三种控制方式：
继电器控制系统、PLC控制系统、微机控制系统。
PLC控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。
本文在阐述电梯的结构和可编程控制器的结构和工作原理的基础上，针对5层电梯，使用西门子S7-200可编程控制器，设计了电梯的控制系统，包括轿内指令和厅外召唤信号的登记与消除、电梯的选层和定向、电梯的开关门运行、电梯上下行控制、电梯的指层控制等部分，实现了轿内与各层呼梯指令的记录、电梯运行方向和选层的控制，电梯上下行和自动开关门、电梯的指层控制等功能。
同时也使用了组态王6.53完成上位机对PLC控制电梯的仿真。
关键词：
五层电梯控制系统可编程控制器组态王
Abstract：
Atpresenttheelevatorcontrolsystemmainlyhasthreecontrolmodes:
Followingelectriccircuitcontrolsystem,PLC（ProgrammableLogicController）controlsystem,microcomputercontrolsystem.PLCcontrolsystem,becausemovesthereliabilitytobehigh,theuseserviceisconvenient,anti-jamming,thedesignandthedebuggingcycleisshortandsoonmerits,timeistakenseriouslythepeopleandsoonmerits,havebecomepresentusemostcontrolmodesintheelevatorcontrolsystem.
Thisarticleelaboratedtheelevatorstructure，thestructureandtheworkingprincipleoftheprogrammablelogiccontroller．Aimattheelevatorof
fivefloors，thewriterdesignthiselevatorcontrolsystembytheuseofSiemensS7-200programmablelogiccontroller．Thewriterdesigntheelevatorcontrolparts,suchas,thepartofregisterandcanceltheinstructionsfromthecabin,thepartofregisterandcanceltheinstructionsfromthestationhall,thepartofchoosestationanddirection,thepartofdoormovement，thepartofelevatoroperation，thepartofshownlayer，andsoon．Thesepartsachievethefunctions：
registeringtheinstructionsfromthecabinandthestationhall,choosingthedirectionandthestationofelevator，elevatorgoupordownanddoorautomatically，fingeringoutthelocationofthecabin,andotherfunctions.Alsousekingview6.53completepctoplccontrolelevatorsimulation.
KeyWords：
Five-storyElevator;ControlSystem;ProgrammableLogicController;kingview
前言
第一章绪论
1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题
1.1.1电梯继电器控制系统的优点
1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题
1.2PLC及在电梯控制中的应用特点
1.2.1PLC的特点
1.2.2PLC控制电梯的逻辑关系
1.2.3PLC控制电梯的优点
第二章PLC软件设计
2.1五层电梯梯形图
2.1.1电梯控制主程序流程图
2.1.2外召唤信号登记及消除
2.1.3内指令信号登记及消除
2.1.4电梯的平层信号及处理
2.1.5选层定向及反向截梯
2.1.6内指令外召唤信号的保持
2.1.7各层楼停车信号
2.1.8自动开关门
第三章软硬件的调试
3.1组态王6.53的简介
3.2组态王6.53的基本操作
3.2.1建立新工程及画面
3.2.2变量的定义及管理
3.2.3组态王的命令语言
3.3图库与控制及命令语言程序
3.4五层电梯在组态王中的仿真调试
第四章结论和展望
致谢
参考文献
附录
前言
电梯是随着现代高楼的林立而兴起的一个比较新的新兴行业，它主要就是一个垂直的交通运输工具。
在现代的大型工厂厂房、居民住房、商业大厦等高层建筑中，电梯已经成为了其中必不可少的组成部分。
在现代社会中电梯已经成为如同汽车、轮船一样人们生活中必不可少的交通工具之一了。
据统计，美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。
当今世界电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。
实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。
目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：
一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制，微机进行实时数据采集和监控，采用组态软件（如组态王）制作监控画面以实时反映电梯的运行状况。
从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。
国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用PLC控制有许多优点：
1，可靠性高，由于采取了一系类的PLC高可靠性的措施，PLC的平均无故障时间（MTBF）一般可达35万小时。
而且PLC的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，PLC最常用的编程语言是梯形图语言。
这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。
当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。
PLC的体积小，重量轻，便于安装。
一般PLC都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。
可编程序逻辑控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统练成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
它是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。
在现代已经白广泛应用于各个方面尤其是在数据处理、网络通信及与DCS的集散系统融合方面有了很大的进展。
可编程逻辑控制器（PLC）充分利用微处理器的特点，能够对不同的系统进行不同的实时操控，达到不同系统的控制要求，同时它属于一种远程的控制系统，能极大的提高操作人员的人生安全性及习惯性，同时它特定的编程语言形象具体清晰，能够让使用者更容易理解，更方便检测。
用户买到所需要的PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将PLC应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。
PLC现在已经成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。
总的来说，电梯的控制是一门相当深奥的学问，在过去的几十年里，继电器为电梯的发展起到了不可磨灭的作用，在PLC和计算机之前，继电器作为电梯运动控制的主要逻辑控制手段，不停地引领者电梯行业的发展。
可惜随着科技的不断发展，与继电器已经越来越不能满足电梯行业的迅速发展与要求，PLC相比，继电器已经成为制约电梯行业发展的主要因素。
在继电器控制的时代，电梯的功能比较单一，控制性也存在不稳定因素，而现在PLC的出现及使用给电梯行业带来了一个新的纪元。
PLC是专门为工业控制而设计的控制设备，它体积不大，功能强大，过程控制十分稳定安全，抗干扰能力极强，能够和计算机联机组成远程监控界面，大大的提高了工业控制的安全性和实时性。
因此PLC已经成为了电梯行业中的关键控制技术。
第一章绪论
1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题
1.1.1电梯继电器控制系统的优点：
（1）所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。
（2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。
（3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。
（4）多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。
1.1.2电梯继电器控制的缺点：
（1）系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。
（2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。
（3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。
（4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。
（5）.由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。
费用高；而且检查故障困难，费时费工。
总而言之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。
且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。
1.2PLC及在电梯控制中的应用特点:
1.2.1PLC简介及其特点：
可编程序扩及控制器（PLC，ProgrammableLogicController）是上世纪60年代末在美国首次出现的，它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器控制系统中机械触点的界限复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。
可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用课编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。
由于这些特点，可编程控制器问世以后很快收到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。
目前，课编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到广泛应用。
PLC的特点：
1.抗干扰能力强，可靠性高
2.控制系统结构简单，通用性强
3.编程方便，易于使用
4.功能强大，成本低
5.设计、施工、调试的周期短
6.维护方便\PLC的输入∕输出端子能够直观反映现场信号的变化状态
PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石油、化工、制药、电力、建材、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸∕纸浆、食品∕粮食加工、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：
1.开关量的逻辑控制,这是PLC最基本、最广泛的应用领域，用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.模拟量控制，使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制,在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5.数据处理,一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；
6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
1.2.2PLC控制电梯的逻辑关系
电梯控制逻辑关系如下:
1.行车方向由内选信号决定顺向优先执行
2.行车途中如遇呼梯信号时顺向截车反向不截车
3.内选信号、呼梯信号具有记忆功能执行后解除。
4.内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示
5.停层时可延时自动开门、手动开门、关门过程中本层顺向呼梯开门
6.有内选信号时延时自动关门关门后延时自动行车
7.无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车
8.行车时不能手动开门或本层呼梯开门开门不能行车。
9.自动关门待客。
当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。
10.自动换向。
当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。
1.2.3PLC控制电梯的优点
（1）在电梯控制中采用了PLC，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。
（2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。
（3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。
（4）PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。
（5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
（6）更改控制方案是不需要改动硬件接线。
第二章PLC软件设计
2.1五层电梯梯形图
PLC的编程语言
PLC程序是PLC指令的有序集合，PLC运行程序就是按一定的顺序，执行者集合中的一条条指令。
PLC提供了功能较为完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用，利用PLC的编程语言，按照不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。
PLC程序设计常用方法
常用的几种PLC程序设计方法有：
1.经验设计法
经验设计法即在一些经典的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并进行多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。
具体步骤：
1.确定输入/输出电器；
2.确定输入和输出点的个数、选择PLC机型、进行I/O分配；
3.做出系统动作工程流程图；
4.选择PLC指令并编写程序；
5.编写其他控制要求的程序；
6.将各个环节编写的程序合理地联系起来。
2.顺序控制设计法：
顺序控制设计法，是指从起始一步一步地设计下去。
具体如下：
1.步与步之间必须用转移隔开；
2.转移与转移之间必须用步隔开；
3.转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。
按照正常顺序画图时，有时线段可以不加箭头，否则必须加箭头。
4.一个顺序功能图中至少有一个初始步。
2.1.1电梯控制主程序流程图
图—电梯控制主程序流程图
2.1.2外召唤信号登记及消除
厅外召唤指令具有登记指示，到层取消。
2.1.3内指令信号登记及消除
点动内呼按钮，信号登记显示，到层信号取消。
2.14电梯的平层信号处理
2.1.5选层定向及反向截图
轿厢上行
轿厢下行
2.1.6内指令外召唤信号的保持
轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行一次之后，信号取消。
使电梯能够继续响应其他乘坐信号。
2.1.7各层楼停车信号
2.1.8自动开关门
电梯到层停车后，延时2s开门，10s自动关门。
并没有手动开门按钮和关门按钮。
可实现即时开关门。
第三章软硬件的测试
3.1组态王6.53的简介
组态王6.53是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。
该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效的获取信息，及时的做出反应，以获得最优化的结果。
功能强大、性能稳定且易于使用
组态王6.53保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。
并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。
该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。
组态王6.53的主要功能特性
·可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接
·无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能
·可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印
·变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间
·强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存
·强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理
·全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布
3.2组态王6.53的基本操作
3.2.1建立新工程及画面
建立新组态王工程的一般过程是：
1.设计图形界面（定义画面）
2．定义设备
3.构造数据库（定义变量）
4.建立动画连接
5.运行和调试
建立组态王新工程
创建工程路径
启动“组态王”工程管理器，选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮
单击“下一步”继续，弹出“新建工程向导之二对话框”
在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览…”按钮，在弹出来的途径选择对话框中选择一个幼小的路径，单击“下一个”继续，弹出“新建工程向导之三对话框”
新建工程
创建组态画面
第一步：
定义新画面
进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲领“文件\画面
”，在工程浏览器右键用鼠标左键双击“新建”图标。
在“画面名称”处输入新德画面名称，如“Test”,其他属性目前不用更改，点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。
第二步：
在组态王开发系统中从“工具箱”中分别选择“矩形”和“文本”图形，绘制一个矩形对象和一个文本对象。
运行和调试
组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。
在组态王开发系统中选择“文件\切换到VIEW”菜单命令，进入组态王运行系统，在运行系统中选择“画面\打开”命令，从“打开画面”窗口选择“Test”画面。
显示出组态王进行系统画面，即可看到矩形框和文本在动态变化。
3.2.2变量的类型及管理
（一）变量的类型
组态王系统中定义的变量与一般程序设计语言，比如BASIC、PASCAL、C言语。
定义的变量有很大的不同，既能满足程序设计的一般需要，又考虑到工控软件的特殊需要。
变量的基本类型
变量的基本类型共有两类：
内存变量、I/O变量。
其中，内存变量是指那些不需要和其他应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王“内需要的变量，比如计算机的中间变量，就可以设置成”内存变量“。
变量的数据类型
组态王中变量的数据类型与一般程序设计语言中的变量比较类似，主要有以下几种：
实型变量、离散变量、字符串型变量、整数变量、结构变量。
基本变量的定义
内存离散、内存实型、内存长整数、内存字符串、I/O离散、I/O长整数、I/O字符串，这八种基本类型的变量是通过“变量属性”对话框定义的，同时在“变量属性”对话框的属性片卡中设置它们的部分属性。
变量及变量属性的定义
在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典“项，右侧的内容显示区会显示当前工程所定义的变量。
双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框。
组态王的变量属性由基本属性、报警配置、记录配置三个属性页组成。
采用这种卡片式管理方式，采用这种卡片式管理方式，用户只要用鼠标单击卡片顶部的属性标签，则该属性卡片有效，用户可以定义相应的属性。
“变量属性”对话框如下所示：
单击“确定”按钮，则工程人员定义的变量有效时保存新建的变量名到数据库的数据词典中。
若变量名不合法，会弹出提示对话框提醒工程人员修改变量名。
单击“取消”按钮，则工程人员定义的变量无效，并返回“数据词典”界面。
I/O设备管理与动画连接设备管理
组态王的设备管理结构列出已配置的与组态王通讯的各种I/O设备名，每个设备名实际上是具体设备的逻辑名称，
每一个逻辑设备名对应一个相应的驱动程序，以此与实际设备相对应。
组态王的设备管理增加了驱动设备的配置向导。
工程人员只要按照配置向导的提示进行相应的参数设置，选择I/O设备的生产厂家、设备名称、通讯方式、指定设备的逻辑名称和通讯地址，则组态王自动完成驱动程序的启动和通讯方式，指定设备的逻辑名称和通讯地址，则组态王自动完成驱动程序的启动和通讯，不需要工程人员人工进行。
3.2.3组态王的命令语言
命令语言类型
组态王中命令语言是一种在语法上类似C语言的程序，工程人员可以利用这些程序来增强应用程序的灵活性，处理一些算法和操作等。
命令语言都是靠事件触发执行的，如定时、数据的变化、键盘键的按下、鼠标的点击等。
根据事件和功能的不同，包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言、动画连接命令语言和画面命令语言等。
具有完备的此法语法差错功能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数、SQL函数和系统函数。
各种命令语言通过“命令语言编辑器”编辑输入，在“组态王”运行系统中被编译执行。
3.3图库与控件及命令语言程序
图库概述
图库是指组态王中提供的已制作成型的图素组合。
图库中的每个成员称为“图库精灵”。
使用图库开发工程界面至少有三面的好处：
一是降低了工程人员设计界面的难度，使他们能更加集中精力于维护数
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