車(chē) 玲，蔣金周

(南通職業(yè)大學(xué)，江蘇 南通 226007)

引言

電梯在當(dāng)今社會(huì)中已成為城市生產(chǎn)和生活中不可或缺的交通運(yùn)輸工具。同時(shí)，各高等院校的電氣自動(dòng)化、建筑工程、應(yīng)用電子、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)也將電梯的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行控制等知識(shí)做為理論及實(shí)訓(xùn)的課程內(nèi)容。教學(xué)電梯模型被普遍應(yīng)用在各專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中，并取得了較好的教學(xué)效果。各院校正在使用的市售或自制電梯教學(xué)模型，普遍使用PLC控制系統(tǒng)，進(jìn)行PLC、電機(jī)拖動(dòng)、電梯結(jié)構(gòu)及控制等教學(xué)。

為拓展教學(xué)范圍，增加電梯教學(xué)模型設(shè)備使用率，提高教學(xué)質(zhì)量，電氣教研組設(shè)計(jì)了電梯的雙控制系統(tǒng)，即PLC和單片機(jī)雙控制系統(tǒng)，并增加了電梯監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用組態(tài)對(duì)電梯進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1．電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代常用電梯的控制器以可編程控制器(PLC)為主流，其特點(diǎn)為可靠性高，穩(wěn)定性好，編程簡(jiǎn)單，易讀易懂，維護(hù)方便，這也是近年來(lái)機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化、智能樓宇控制等專(zhuān)業(yè)的配套教學(xué)和實(shí)驗(yàn)裝置主要使用的控制方式。而基于單片機(jī)的電梯控制方式與PLC控制方式相比面言，具有成本低、功能多等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用89C52單片機(jī)，成本較PLC低很多。此外，除主要用于了解電梯的工作原理和應(yīng)用外，其硬件采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式，各模塊可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和重新開(kāi)發(fā)，學(xué)生可以以電梯模型為基本平臺(tái)，進(jìn)行單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)，或進(jìn)行集中實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等工作。

電梯模型的雙系統(tǒng)控制圖如圖1所示。可編程控制器(PLC)和單片機(jī)均與內(nèi)呼面板、外呼面板、變頻器、手動(dòng)控制面板及上位機(jī)相連接，通過(guò)電源開(kāi)關(guān)選擇控制器的類(lèi)型，以達(dá)到不同的教學(xué)目的。

圖1 控制系統(tǒng)框圖

2．系統(tǒng)硬件電路圖

本方案是在原有電梯模型的基礎(chǔ)上而進(jìn)行的改進(jìn)設(shè)計(jì)，在原有的PLC控制線(xiàn)路基礎(chǔ)上增設(shè)了單片機(jī)控制線(xiàn)路。當(dāng)電梯系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用電源選擇所使用的控制核心，即選擇PLC系統(tǒng)或單片機(jī)系統(tǒng)。

圖2 電梯信號(hào)控制系統(tǒng)框圖

如圖2所示，控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括:運(yùn)行控制信號(hào)、運(yùn)行方式信號(hào)、內(nèi)選按鈕信號(hào)、電梯換速信號(hào)、外選按鈕信號(hào)、編碼器信號(hào)、安全保護(hù)信號(hào)、開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)、樓層顯示信號(hào)。各信號(hào)并聯(lián)接入PLC的輸入端及單片機(jī)的P0和兩個(gè)P1端口，如PLC上電，則輸入信號(hào)由PLC采集，反之則由單片機(jī)的I/O口采集，兩個(gè)控制器互不干擾。同樣，PLC和單片機(jī)通過(guò)加載不同的程序來(lái)控制門(mén)電機(jī)、呼梯信號(hào)顯示、呼梯蜂鳴器、運(yùn)行方式顯示、電動(dòng)控制系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)門(mén)控制、樓層顯示、變頻器等控制對(duì)象使電梯運(yùn)行起來(lái)。

同時(shí)，學(xué)生可以利用手持編程器對(duì)PLC編程，利用燒錄器對(duì)單片機(jī)編程，或進(jìn)行PLC、單片機(jī)與變頻器的接口線(xiàn)路的設(shè)計(jì)等，擴(kuò)展了教學(xué)電梯模型的應(yīng)用范圍，提高了教學(xué)效果。

3．系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3．1 PLC程序設(shè)計(jì)采用GX Developer編程軟件，該軟件支持32位系統(tǒng)，是應(yīng)用于三菱系列PLC的中文編程軟件，交互界面友好，可視性強(qiáng)。GX Developer編程軟件功能強(qiáng)大，是工程技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)快速、有效編程不可或缺的工具。

(1)在GX－Developer中，可通過(guò)線(xiàn)路符號(hào)，列表語(yǔ)言及SFC符號(hào)來(lái)創(chuàng)建PLC程序，建立注釋數(shù)據(jù)及設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。

(2)創(chuàng)建PLC程序并將其存儲(chǔ)為文件，能夠滿(mǎn)足多層次的邏輯設(shè)計(jì)要求。

(3)PLC使用串口通信方式與上位機(jī)進(jìn)行通訊，文件傳送，操作監(jiān)控以及各種測(cè)試功能。

(4)程序可脫離PLC進(jìn)行離線(xiàn)仿真調(diào)試。

3．2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)采用目前較流行的Keil編程軟件，它是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，既可使用C語(yǔ)言，也可使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程。Keil軟件提供了包括宏匯編、C編譯器、庫(kù)管理、連接器和仿真器等的完善開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可在目前使用的任何操作系統(tǒng)上運(yùn)行。Keil軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，程序具有功能性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、可讀性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單，容易解讀等特點(diǎn)。

保證電梯能夠準(zhǔn)確、高效、人性化的運(yùn)行，電梯所處狀態(tài)的正確分類(lèi)及判斷是關(guān)鍵。電梯運(yùn)行時(shí)，程序分四種情況判斷:電梯上行送人、電梯上行接人、電梯下行送人、電梯下行接人。程序依據(jù)電梯上行還是下行及接人還是送人來(lái)判斷這四種情況。如電梯處于上行狀態(tài)，則在該過(guò)程中響應(yīng)不同顧客的優(yōu)先級(jí)為:高層呼叫上行乘客＞高層呼叫下行乘客＞底層呼叫下行乘客＞底層呼叫上行乘客。

4．電梯監(jiān)控系統(tǒng)

目前，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展，使得人機(jī)交互、實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)成為現(xiàn)代控制技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。現(xiàn)代的控制系統(tǒng)與以往的最大區(qū)別就是交互性越來(lái)越高，傳統(tǒng)的控制方式需要很多工作人員分布在現(xiàn)場(chǎng)，而現(xiàn)在只需一名工作人員坐在控制室計(jì)算機(jī)前便可對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行全方位的監(jiān)控。人機(jī)交互的工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)和發(fā)展極大的方便了系統(tǒng)的監(jiān)視、控制與管理。對(duì)于電梯系統(tǒng)而言，有了監(jiān)控系統(tǒng)可為電梯的正常有效運(yùn)行提供更加安全的保障。

本方案采用的MCGS是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的一套組態(tài)軟件，基于Windows平臺(tái)，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)視、前端數(shù)據(jù)的處理與控制等功能。目前，我院學(xué)生學(xué)習(xí)的組態(tài)技術(shù)以MCGS為主，因此，通過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)電梯模型的監(jiān)控系統(tǒng)，可讓學(xué)生在學(xué)習(xí)組態(tài)技術(shù)時(shí)有真實(shí)的控制對(duì)象，提高學(xué)習(xí)效率。

對(duì)于雙控系統(tǒng)，即包含PLC和單片機(jī)的控制系統(tǒng)，解決的主要問(wèn)題是兩種控制器與上位機(jī)的通信問(wèn)題，如圖3所示。

(1)單片機(jī)上位機(jī)之間的通信采用RS232轉(zhuǎn)接模塊實(shí)現(xiàn)串行通信方式;

(2)三菱FX系列PLC本機(jī)無(wú)串行通信的能力，為了得到這個(gè)功能需外擴(kuò)FX232－BD或FX485－BD通信模塊，本設(shè)計(jì)采用FX232－BD模塊，通過(guò)RS232通信接口與上位機(jī)通信;

(3)上位機(jī)安裝MCGS組態(tài)軟件，通過(guò)設(shè)置通信方式、通信端口、波特率等參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)通信。

圖3 控制系統(tǒng)與上位機(jī)通信框圖

利用MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控電梯的運(yùn)行狀態(tài)，要將繪制的圖形界面進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)置，才能真實(shí)描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的方法是將用戶(hù)窗口中圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，圖形對(duì)象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)效果，達(dá)到在線(xiàn)監(jiān)控的目的。

在MCGS中，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)是由MCGS與PLC通信實(shí)現(xiàn)的。首先進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口完成設(shè)備組態(tài);設(shè)備組態(tài)完成后，進(jìn)入通用串口父設(shè)備屬性編輯界面，根據(jù)設(shè)備通訊要求和連接情況，完成通用串口父設(shè)備屬性編輯界面中相關(guān)的參數(shù)設(shè)置，如圖4所示;再返回設(shè)備組態(tài)窗口，選擇設(shè)備1－[三菱Fx－232]屬性設(shè)置窗口，設(shè)置“基本屬性”，“通道連接”，“設(shè)備調(diào)試”，“數(shù)據(jù)處理”選項(xiàng)中最小采集周期、通信波特率、通道類(lèi)型等參數(shù)，其中，“通訊狀態(tài)標(biāo)志”欄中，顯示“0”則表示通訊正常，若顯示“1”則表示通訊不正常。四層電梯的組態(tài)監(jiān)控界面如圖5所示。

圖4 通用串口父設(shè)備屬性編輯窗口

圖5 四層電梯組態(tài)監(jiān)控界面

5．結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)教學(xué)電梯模型進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，增加了其使用范圍，可進(jìn)行多學(xué)科的教學(xué)實(shí)驗(yàn)工作，同時(shí)也提高了設(shè)備的使用率。此外，為更接近真實(shí)的電梯，在后續(xù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)中可增加稱(chēng)重系統(tǒng)、屏蔽電路等設(shè)計(jì)，以提高電梯系統(tǒng)的整體運(yùn)行能力。

[1]鄭新志，樊育，鄭兆生．PLC電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與組態(tài)監(jiān)控[J]．2007年9月，第21卷 第3期:37－39

[2]吳其洲．MCGS組態(tài)軟件在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．機(jī)械工程與自動(dòng)化，2006年8月，第4期:113－115

[3]孫亞寧．電梯模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．低壓電器．2007年，第16卷:12－15