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摘要

如今科学技术和社会经济的发展,高层建筑成为现代城市的重要标志。

电梯作为垂直运输工具,承担着大量的人流和物流的输送,其作用在建筑物中至关重要,尤其是在高层建筑中,电梯已经成为人们赖以依靠的上下楼工具,本次毕业设计主要是关于PLC与组态王结合，硬件与软件的工作状态，并且列出具体的主要硬件电路,分析输入输出点的主要作用。

在PLC的电梯控制系统中,电梯的使用功能都是通过控制软件来实现的。

为了使软件控制和电梯的运行具有良好的效果,所以此次将重点分为呼叫信号，上下行程序，开关门，楼层的显示,对电梯的运行进行控制。

设计使用三菱FX型PLC模拟进行四层电梯运行的仿真设计,同时为了实现对电梯的监控功能,还采用了PLC与组态王的通信，使其提高电梯的稳定运行水平。

关键词：

PLC、电梯模型、程序、调试、组态王；

ABSTRACT

Nowscienceandtechnologyandthedevelopmentofsocialeconomy,high-risebuildingsbecomeanimportantsymbolofmoderncities.Theelevatorasverticaltransportationtool,carriesalotofpeopleandlogisticstransportation,itisveryimportantfortheroleinthebuilding,Especiallyinhigh-risebuildings,Theelevatorhasbecomeafluctuationbuildingtools,onwhichpeoplerelyon.ThisgraduationdesignismainlyaboutPLCandkingview,theworkingstateofthehardwareandsoftware,Analysisofthemainhardwarecircuit,andliststhespecificinputandoutputpointsofamajorrole.InthePLCelevatorcontrolsystem,theuseoftheelevatorfunctionisachievedbycontrollingthesoftware.Inordertomakethesoftwarecontrolandtheoperationoftheelevatorhasgoodeffect,sothefocuscanbedividedintothecallsignalandhasprocedures,doors,floor,accordingtotherunningoftheelevatorcontrol.TypedesignUSESmitsubishiFXPLCsimulationforthesimulationofelevatorrunningfourlayers,inordertorealizethemonitoringfunctionoftheelevatoratthesametime,alsoUSESPLCandkingviewcommunication,improvethelevelofthestableoperationoftheelevator.

Keywords:

PLC,elevatormodel,program,debugandkingview;

第一章绪论1

1.1电梯的组成1

1.2组成系统2

第二章软件简介3

2.1PLC简介3

2.1.1PLC结构3

2.1.2PLC的工作原理4

2.2组态简介5

2.2.1组态软件定义5

2.2.2组态软件功能5

2.3.3组态王简介：

第三章电梯控制整体设计7

2.1电梯控制系统的设计要求7

2.2PLC的I/O口的分配表7

2.3PLC的IO接线8

2.4可编程控制器的选择9

2.5程序流程图10

第四章系统软件设计11

3.1PLC程序设计11

第五章组态王设计与上下机通信18

4.1组态软件的选用18

4.2监控画面设计18

4.3数据词典定义18

4.4动画连接20

4.5应用程序命令22

第一章绪论

1.1电梯的组成

电梯是一种大型复杂的机电产品，其驱动部分主要为机械，而控制部分主要是电器，机械与电器的高度运用，让电梯成为当代社会不可缺少的工具，然而其安全与快捷的需求使得电梯综合了现代大部分科学技术使之成为综合性产品，电梯的基本结构如图1.1所示。

图1

1.2组成系统

曳引系统：

曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。

其主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。

导向系统：

导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成，导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。

轿厢：

轿厢由轿厢架和轿厢体组成。

轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。

门系统：

门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。

门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。

重量平衡系统：

主要由对重和重量补偿装置组成。

统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之，保证电梯的曳引传动正常。

电力拖动系统：

电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。

电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。

电气控制系统：

电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏（柜），平层装置，选层器等组成。

电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。

安全保护系统：

保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。

由电梯限速器、安全钳、夹绳器、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。

1.3电梯工作原理

多条钢缆，把轿箱悬挂在电梯井顶部机房的曳引轮之上，钢缆一端悬挂作平衡的对重，对重一般为轿箱加上50%负载时的重量。

当轿箱移动时，对重会向反方向移动，曳引轮拉动轿箱是通过使用钢缆粗糙的表面和引轮上坑纹之间的摩擦力来实现的，所以当钢缆或曳引轮用旧之后，必需及时更换以防出现事故。

电动机负责带动曳引轮转动，提供动力升起或放下轿箱。

关于电机，交直流都有可能，然而部分电动机使用齿轮带动曳引轮，较为先进的电梯则一般使用无齿轮带动。

部分高层曳引式电梯还有重量补偿：

在轿箱及对重之下设有一条钢缆或锁链，连接到地上。

作用是补偿悬挂轿箱或对重的钢缆长度改变引起的重量变化。

第二章软件简介

2.1PLC简介

2.1.1PLC结构

CPU

中央处理器单元一般由控制器、运算器和寄存器组成。

CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。

CPU是PLC的核心，它不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。

系统存储器用于存放PLC的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。

现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

输入输出接口

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。

PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护部电路。

电源

电源是指为CPU、存储器、I/O接口等部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

编程器

编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检

查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。

除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线（SC-09）将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件（GX）进行电脑编程和监控。

输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元

（即主机）。

外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相

应的操作。

2.1.2PLC的工作原理

1、PLC的扫描工作方式

PLC有两种基本的工作模式，即运行模式与停止模式。

1、运行模式：

当处于运行工作模式时，PLC要进行从部处理、通信服务、输入处理、程序处理、输出处理，然后按上述过程循环扫描工作。

在运行模式下，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作模式。

注：

PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

2、停止模式：

当处于停止工作模式时，PLC只进行部处理和通信服务等容。

图2PLC运行模式

2.2组态简介

2.2.1组态软件定义

组态软件，译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制），通过数据采集与过程控制，处在控制系统监控层的软件平台和开发环境，其组态方式的多样化，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件的应用领域很广，可以应用于各个领域的数据采集与监视控制。

在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。

然而组态软件在国目前还没有明确定义到底是什么，不过它可以理解为“组态式监控软件”。

“配置”、“设定”、“设置”是组态软件的核心，是指用户可以通过类似“玩积木”的方式去完成自己所需要的功能的软件，而且不需要编写复杂的电脑程序，这就是所谓的“组态”软件

2.2.2组态软件功能

（1）强大的界面显示组态功能。

目前，组态软件主要运用在Windows环境下，忧郁Windows的图形的功能完善而且界面美观，加上可视化的风格和丰富的工具，使得操作人员可以直接开发，节省大量时间。

（2）广泛的开放性。

组态软件需要与多种设备通信，所以从某一程度上来说组态软件好坏的只依靠其开放性来判断，因为国际化的生产模式，使得构成系统的所以软硬件不可能出自一家公司，所以造成了如今控制系统的一大主要特点“异构”。

（3）功能模块的丰富。

可以满足绝大部分用户所需要的的测控要求与现场要求，功能模块包括了：

实时监控、功能报表、历史曲线、实时曲线、提醒报警等的功能，使系统具有良好的人机交互界面，而且操作简单，系统既可以适用于单机集中式、DCS分布式，也可以是远程测控系统。

（4）强大的数据库。

配有实时数据库，可存储各种数据，包括模拟量和离散量，便于与外部设备的数据交换。

（5）可编程的命令语言。

有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，加强图形界面

（6）缜密的系统安全防，对不同的用户，分配不同的权限，保证了系统的安全。

（7）仿真功能．强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发的周期。

2.3.3组态王简介：

组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以规的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

组态王是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低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地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。

具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

层次分明，分别是控制层、监控层、管理层的三个层次结构。

其中监控层负责连接连接控制层和管理层，实现了实时监测与控制，并且在自动控制系统中完成交换信息的重要作用。

尤其在一下三方面：

画面、数据与动画。

通过对实现功能和监控系统需求的分析，采用组态王对监控系统进行设计，为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控，而且Windows的图形编辑功能让组态王可以方便地构成监控画面，显示控制设备的状态以动画形式呈现，具有报警窗口、实时趋势曲线等功能，便于生成各种报表。

而且它支持绝大多数设备驱动程序以及丰富的组态方式和数据功能，可以满足绝大部分需求。

第三章电梯控制整体设计

2.1电梯控制系统的设计要求

1）二楼和三楼有两个电梯按钮，一楼和四楼则分别只有一个按钮，当按下按钮的时候对应的灯会亮起，楼层所在位置会储存并且显示在显示器中。

2）电梯上升运行过程中，如果更高楼的有上升信号，那么电梯会在那一层楼停下，如果在更高楼的信号是下降，那么会先到达原本预定的层数，然后再次运行到达更高的层数，即优先于更高楼层的上行信号不接受下行信号和下层楼的上行信号。

3）下行过程和上行过程类似，但是如果在运行过程中没有信号，电梯到达制定位置后不会再运行，而是等待下一次信号。

4）电梯外有电梯所在层数指示灯。

5）电梯停止时，在轿厢，可用按钮直接控制开门、关门。

开门若干秒后电梯自动关门。

电梯开门时，电梯不能上下行。

电梯上下行时，不可开门。

在门关闭到位后电梯方可运行。

2.2PLC的I/O口的分配表

表1PLC的I/O口的分配表

一层內呼

一层上指示灯

二层內呼

二层下指示灯

三层內呼

二层上指示灯

四层內呼

三层下指示灯

一层下限

三层上指示灯

一层上限

四层下指示灯

二层下限

下行驱动

X10

二层上限

上行驱动

X11

三层下限

Y10

內呼一层指示灯

X13

三层上限

Y11

內呼二层指示灯

X14

四层下限

Y12

內呼三层指示灯

X15

四层上限

Y13

內呼四层指示灯

X16

一层上呼叫

Y14

楼层判断标识位

X17

二层下呼叫

Y15

楼层判断标识位

X20

二层上呼叫

Y16

楼层判断标识位

X21

三层下呼叫

Y17

楼层判断标识位

X22

三层上呼叫

Y20

开门驱动

X23

四层下呼叫

Y21

关门驱动

X24

起动

Y31

轿厢在1楼

X25

开门（）

Y32

轿厢在2楼

X26

关门（）

Y33

轿厢在3楼

X31

开门限位

Y34

轿厢在4楼

X32

关门限位

2.3PLC的IO接线

图4PLC的IO口接线图

2.4可编程控制器的选择

1 PLC的I/O点数估算

根据被控对象对与PLC控制系统的技术指标与要求，确定用户所需要的输入与输出设备，据此确定PLC的输入/输出点数。

在估算系统的输入/输出点数和种类时，需要全面考虑输入、输出信号个数，输入/输出信号的类型（数字量／模拟量），电流和电压的等级，是否有其他特殊控制要求等因素。

以上统计的数据是一台PLC完成系统功能所必须满足的条件，但是具体要确定输入/输出点数时则需要按实际输入/输出的点数，再向上附加20％～15％的备用量。

根据机型的选择，再对被控对象进行输入/输出点数的估算，根据被控对象输入/输出信号的点数，考虑留有15％～20％的备用量以调整和扩充。

估算出被控对象的输入/输出点总数，就可根据此点数选择相当的PLC控制器。

输入/输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标，选择相应规模的PLC需要留有余量。

2 存估计

用户编的程序通过编程器键入主机，最后以机器语言的形式存放于存

中。

可编程控制器开关量I／0总点数是计算所需存储器容量的重要依据，一

般系统中，开关量输入输出的比为6：

4，然后根据I／0点数来估算所需存量，经验公式为

所需存总数=开关量（输入十输出）总点数×10

本设计共有49个开关量，大概需要49*10=490步程序

3机型确定

FX2N-64MR：

控制规模：

64点继电器方式输入32点/输出32点

置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K

CPU运算处理速度0.08μS/基本指令

在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块

基本单元置2轴独立最高20kHz定位功能（晶体管输出型）

FX2N-64MR是端子排型高性能标准机型。

以高速、强大的基本性能，适用于一般逻辑控制以及其他广泛用途。

完全适合本次设计。

2.5程序流程图

第四章系统软件设计

3.1PLC程序设计

1.外呼信号登记与清除

只有当电梯不在所呼叫信号的楼层时，楼层指示灯才会亮，当电梯运行方向和目的地一致时（一楼和四楼则是到达即可），呼叫信号才会被消除，指示灯熄灭，因为每一个指示灯所对应的线圈在接通后会自锁从而保持记忆，只有到达该层且运动方向与其呼叫信号方向一致时，对应的指示灯才会熄灭，消除记忆。

2.呼叫信号的登记与消除

在电梯部的面板上按下所要去的楼层后，在到达相对应的楼层之前，部呼叫灯会一直保持长亮，因为呼叫灯所对应的线圈具有自锁功能，只有达到相对应的楼层后，信号才会被清除，对应的呼叫灯熄灭。

3.开门

电梯在上下行时无法开门，而且接受到开门标志后自锁，只有开门标志位判定有效的时候才能开启T0，而开门标志位M7的判定则如下图所示。

电梯开门只有在电梯没有上下行，门关闭的情况下，通过电梯标志位有效判断，然后在经过3S延时后开门。

电梯开门主要是通过开门标志位判断来进行的，而开门标志位判定有效，只在以下两种情况:

1电梯到达外呼或者呼叫信号所指定的楼层时，电梯开门，即使对应的Mn继电器和Xn进行操作。

2电梯在行进过程中，遇见同向信号时，会在其信号对应的楼层停下开门即用对应线圈下降沿进行触发。

4.关门

电梯关门有以下情况：

1到达开门限位后计时5S后关门。

2部触发关门。

5.电梯所在楼层判断

根据上下行以及上下限的触发，来标记出实时所在楼层的位置，其中K2会将2转化成为二进制，分别使Y14-Y17对应其状态，0为断电，1为得点。

只有Mn得电后，才能够判断是否有开门标志位。

6.电梯上下行

先用Y14-Y17得电情况来判定电梯在几楼，然后根据所得电的线圈来进行处理，例如当Y14~Y17所存储的位置信息是1楼与所假设的1楼相吻合时，进行上行的判定。

除本层外，无论是上行呼叫还是下行呼亦或是轿厢选楼层，都在1楼的上方则触发上行判定继电器M5，2-4层时同理。

电梯运行时驱动

电梯不能同时接受上下行，而且在电梯开门时无法上下行，只有确保电梯关门后才能运行。

7.电梯楼层指示灯

电梯需实时向乘客提供所在楼层信息，可由位置信息直接判断。

如图所示，电梯的楼层指示灯采用了自锁和互锁，便于结构的简化和程序的简单有效，当轿厢从一楼到二楼时，Y31自动断电而Y32得电。

第五章组态王设计与上下机通信

4.1组态软件的选用

目前市场上的组态软件有很多种，如MCGS、WinCC、InTouch组态王等。

其中亚控公司的“组态王”以其可靠性高、通信快捷、功能强大、界面友好和开发简单方便等优点而得到了广泛的应用。

本次设计以组态王6.53为工具，监控六层电梯的运行，并且通过监控界面对电梯下达命令。

4.2监控画面设计

画面中实现的功能：

轿厢选层按钮，轿厢选层灯，厅门呼叫按钮，厅门指示器，轿厢门，轿厢位置，上下行指示灯。

4.3数据词典定义

序号

变量名

设备

寄存器

数据类型

读写属性

变量类型

一层內呼

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

二层內呼

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

三层內呼

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

四层內呼

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

一层上呼

三菱FX2

X16

Bit

读写

I/O离散

二层下呼

三菱FX2

X17

Bit

读写

I/O离散

二层上呼

三菱FX2

X20

Bit

读写

I/O离散

三层上呼

三菱FX2

X22

Bit

读写

I/O离散

三层下呼

三菱FX2

X21

Bit

读写

I/O离散

四层下呼

三菱FX2

X23

Bit

读写

I/O离散

开门

三菱FX2

X25

Bit

读写

I/O离散

关门

三菱FX2

X26

Bit

读写

I/O离散

一层上灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

二层上灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

二层下灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

三层下灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

三层上灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

四层下灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

一层灯

三菱FX2

Y10

Bit

读写

I/O离散

二层灯

三菱FX2

Y11

Bit

读写

I/O离散

三层灯

三菱FX2

Y12

Bit

读写

I/O离散

四层灯

三菱FX2

Y13

Bit

读写

I/O离散

在一层

三菱FX2

Y31

Bit

读写

I/O离散

在二层

三菱FX2

Y32

Bit

读写

I/O离散

在三层

三菱FX2

Y33

Bit

读写

I/O离散

在四层

三菱FX2

Y34

Bit

读写

I/O离散

上行灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

下行灯

三菱FX2

Bit

读写

I/O离散

开门驱动

三菱FX2

Y20

Bit

读写

I/O离散

关门驱动

三菱FX2

Y21

Bit

读写

I/O离散

左门

存实数

右门

存实数

4.4动画连接

1　电梯外呼按钮

门厅的呼叫按钮在弹起时令对应变量改变从而达到对PLC的控制。

2　指示灯

指示灯对应动画元件与PLC对应的寄存器连接。

3　轿厢的按钮连接

4　轿厢所在楼层显示器

5　轿厢门的动画连接

6　上下行

4.5应用程序命令

if（\\本站点\开门驱动==1）

\\本站点\左门=\\本站点\左门+10;

if（\\本站点\开门驱动==1）

\\本站点\右门=\\本站点\右门+10;

if（\\本站点\关门驱动==1）

\\本站点\左门=\\本站点\左门-10;

if（\\本站点\关门驱动==1）

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