祁 鯤 張巧杰

北京信息科技大學自動化學院 北京 100192

電氣控制與PLC技術課程是自動化、電氣工程等專業(yè)的一門專業(yè)課，其培養(yǎng)目標是使學生了解現代工業(yè)自動化實用技術，掌握常用的電氣控制線路和可編程控制技術，能夠閱讀、理解、設計基本的電氣控制線路，能夠獨立地用可編程控制器(PLC)解決一些簡單的工程實際問題；同時通過課程實驗，掌握簡單的電氣控制線路設計方法，認識和使用可編程控制器，培養(yǎng)學生的工程實踐意識。該課程屬于應用型課程，具有實踐性強、軟硬結合、強弱電結合的特點，重視實驗，強調動手能力的培養(yǎng)。在該課程實驗中，多層電梯控制實驗是一個典型的設計型實驗，但由于實驗場地或實驗裝置數量的限制，每批開出人數有限，往往不能滿足學生的需求。而Visual Basic(以下簡稱“VB”)語言功能強大，編程效率高，數據處理能力強，可方便地實現與RS232串口的通訊功能，并可方便地設計可視化的用戶界面[1]。為此，采用VB編程語言設計了基于歐姆龍PLC的電梯模擬實驗平臺。

1 通訊功能實現

電梯模擬實驗平臺以真實電梯為依據，設計PLC梯形圖程序發(fā)布命令控制三層電梯運行，而VB程序僅為PLC提供被控對象，模擬電梯的運行狀態(tài)與過程。在這個模擬控制過程中，實現安裝VB程序的上位計算機(PC)與PLC之間可靠的實時通訊是必不可少的。

PLC與PC端通訊的硬件實現是通過RS-232串口來連接的。同時需要設置PLC端的通訊協(xié)議與PC端VB軟件MSCOMM控件中的通訊協(xié)議一致。例如，對于歐姆龍CP1E型PLC，需要在CX-P編程環(huán)境的“PLC設置”頁面中設定串行通訊的波特率、起始位、數據位、停止位等通訊幀格式，如將通訊幀格式設定為9600波特、7位數據位、2位停止位、偶校驗等。對于PC，需要通過VB“Microsoft Comm Control”選項設置通訊控件屬性的波特率參數為“9600，e，7，2”等。完成上述操作，并且將PC與PLC通過RS-232串口線連接后，二者之間即可按照上述通訊協(xié)議相互收發(fā)指令。

PC對歐姆龍PLC的監(jiān)控方式有兩種。一種是由PC向PLC發(fā)送命令，要求PLC返回相關運行數據進而實現監(jiān)控；另一種是由PLC主動向PC定時發(fā)送相關運行數據，PC接收數據并實現監(jiān)控[2]。這里采用前者。PC向歐姆龍PLC發(fā)送命令需采用PLC認可的命令格式，同樣PLC的響應格式也是固定的，如圖1所示[3]。發(fā)送命令必須以“@”打頭，節(jié)點號指定與PC通訊的PLC代碼，頭代碼為兩字符命令代碼，正文設置命令數據，FCS為組檢驗序列，終止符固定設定為“*”與“CR”。響應幀中尾代碼返回完成狀態(tài)(是否有錯誤發(fā)生)，正文為所返回的數據(ASCII形式，如果有)。由于PLC返回的數據中自動加入了“@”、節(jié)點號、FCS、終止符等以滿足響應幀格式的要求，因此PC在收到數據后應進行處理，校驗通訊是否正常，并截取所需要的數據內容。

圖1 歐姆龍PLC命令幀及響應幀格式

2 電梯模擬程序設計

在PC中采用VB軟件實現電梯模擬程序設計。VB采用可視化的開發(fā)圖形用戶界面，可方便地進行電梯模擬界面設計。如圖2所示，電梯模擬界面中包括電梯外部界面、電梯內部界面、電梯模型信號說明與模擬界面三部分。電梯外部界面模擬了三層電梯的轎廂上下行運行狀態(tài)，并設置有電梯外部呼叫按鍵、電梯上下行指示燈以及電梯平層指示燈等。電梯內部界面設計了電梯轎廂開關門動畫，并設置有電梯內部各層呼叫按鍵、電梯開關門按鍵以及電梯上下行指示燈、電梯平層指示燈等。當電梯上行下行或到達某一層時，相應樓層的平層指示燈點亮。電梯模型信號說明與模擬界面給出了VB程序中所涉及的與電梯PLC控制相關的輸入輸出信號分配表，其中輸入信號設置為按鈕形式，可通過點擊來模擬實際信號的產生。電梯模型信號說明與模擬界面中還包含有串口設置界面，可設置端口號、波特率等通訊參數。

圖2 電梯模擬程序界面

3 PLC控制程序設計

基于歐姆龍PLC實現電梯控制。PLC輸入輸出分配表與圖2中“電梯模型信號說明與模擬”一致，這里不再細述。采用梯形圖形式設計控制程序，主要包括樓層信號控制、電梯上下行控制、電梯門開關控制三部分內容。樓層信號控制采集各層呼叫信號、平層信號，依據電梯運行狀態(tài)，控制各層指示燈、上下行指示燈信號輸出。電梯門開關控制設計要求為電梯停止時允許開關門、自動或手動開門、手動或延時關門。電梯上下行控制較為復雜，將三層電梯的運行狀態(tài)分為以下幾種，針對不同的運行狀態(tài)實施不同的邏輯控制。

(1)電梯轎廂在任一層，本層有呼叫，電梯開門、本層呼叫復位。(2)電梯轎廂在一層，二層或/和三層有呼叫，電梯上行。(3)電梯轎廂在二層，一層無呼叫，三層有呼叫，電梯上行。(4)電梯轎廂在二層，一層有呼叫，三層無呼叫，電梯下行。(5)電梯轎廂在二層，一層三層均有呼叫，電梯上行中，電梯繼續(xù)上行。(6)電梯轎廂在二層，一層三層均有呼叫，電梯下行中，電梯繼續(xù)下行。(7)電梯轎廂在三層，一層或/和二層有呼叫，電梯下行。

此外，需要注意的是，為保證運行安全，電梯上/下行、開/關門之間的互鎖設計是不可缺少的。

4 結語

本文充分利用Visual Basic語言的軟件優(yōu)勢，開發(fā)了基于PLC的電梯控制模擬實驗平臺，具有良好的可視性、操作性；并設計了三層電梯PLC控制程序，實現了電梯模擬控制。該實驗平臺無須真正的電梯裝置，利用一臺計算機和一臺PLC就可以模擬實現多層電梯控制，不受場地限制，使用便利，具有一定的應用價值。