保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張 娜 盧 超 曹麗蘋(píng) 李玉金 夏志華 陳 晨

PLC 的應(yīng)用涉及了多門(mén)學(xué)科，其本身屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)，在繼電器邏輯控制、工業(yè)過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程控制等方面有著廣泛的應(yīng)用，可以與上位PC 共同構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)管理、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)[1]。利用計(jì)算機(jī)串行口來(lái)采集電梯模型的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，配合組態(tài)軟件構(gòu)建相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬電梯的運(yùn)行，能夠幫助技術(shù)人員直觀的看到電梯的運(yùn)行狀態(tài)，也可以借助仿真試驗(yàn)的方式，驗(yàn)證PLC 控制程序的正確性[2]。

電梯在人們的日常生活中十分常見(jiàn)，從保證電梯運(yùn)行安全的角度，對(duì)電梯運(yùn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了非常嚴(yán)格的要求。文章將PLC 和組態(tài)軟件應(yīng)用到電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，開(kāi)展相應(yīng)的仿真試驗(yàn)，能夠?qū)﹄娞葸\(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，找出其中存在的缺陷和問(wèn)題。從相關(guān)概念的角度，就基于PLC 的電梯組態(tài)仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，以供參考。

1 相關(guān)概念

1.1 PLC

PLC 指可編程邏輯控制器，采用專用的可編程存儲(chǔ)器，將邏輯運(yùn)算、順序控制、算術(shù)運(yùn)算等指令存儲(chǔ)在其中，借助數(shù)字式或者模擬式輸入輸出的方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)機(jī)械設(shè)備以及生產(chǎn)過(guò)程的有效控制[3]。PLC 具有幾個(gè)十分鮮明的特點(diǎn)：

一是可靠性高。單片微型計(jì)算機(jī)是PLC 的核心所在，其本身的集成度相對(duì)較高，而且一般都會(huì)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)電路，具備自診斷功能，在實(shí)際運(yùn)行中有著極高的可靠性。

二是編程簡(jiǎn)單。PLC 編程使用的是繼電器控制梯形圖以及命令語(yǔ)句，和計(jì)算機(jī)以及微型機(jī)相比，在指令的數(shù)量上要少的多，工作人員即便不具備相應(yīng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)，也可以進(jìn)行編程操作。

三是組態(tài)靈活。PLC 采用的是積木式結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的組合來(lái)改變系統(tǒng)規(guī)模和功能，適應(yīng)性較強(qiáng)。

四是安裝方便。PLC 本身的體積相對(duì)較小，因此在安裝時(shí)并不需要額外的設(shè)置機(jī)房，直接將設(shè)備與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PLC 接口端子連接，就可以實(shí)現(xiàn)正常工作[4]。

1.2 組態(tài)軟件

組態(tài)軟件是對(duì)專門(mén)用于數(shù)據(jù)采集和過(guò)程控制的軟件，也指在自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)控層的軟件平臺(tái)，可以借助靈活的組態(tài)方式，為用戶提供相應(yīng)的軟件工具，確保其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的快速構(gòu)建。組態(tài)軟件同樣有著鮮明特征：

一是功能強(qiáng)大。組態(tài)軟件可以提供豐富的作圖工具、編輯工具、圖形化用戶界面等，能夠?yàn)椴僮魅藛T的集中監(jiān)控提供便利。

二是簡(jiǎn)單易學(xué)。組態(tài)軟件的使用并不要求工作人員掌握專業(yè)的編程語(yǔ)言，而是可以根據(jù)實(shí)際情況，提供底層設(shè)備的I/O 驅(qū)動(dòng)以及開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)，輔助工作人員完成各項(xiàng)工作。

三是擴(kuò)展性強(qiáng)。組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序在現(xiàn)場(chǎng)條件或者用戶需求發(fā)生變化時(shí)，不需要進(jìn)行過(guò)多的修改，就能夠完成軟件的更新和升級(jí)。

四是實(shí)時(shí)多任務(wù)。組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目中，數(shù)據(jù)采集輸出、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示、實(shí)時(shí)通信等可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行，可以極大提升系統(tǒng)的可靠性及開(kāi)發(fā)速率，減低了開(kāi)發(fā)的難度，可視化圖形化管理也能夠?yàn)楹罄m(xù)的生產(chǎn)管理以及系統(tǒng)維護(hù)提供便利[5]。

2 仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

仿真系統(tǒng)中不同接口之間的連接使用編程線來(lái)實(shí)現(xiàn)（圖1）。在PC 端安裝相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)來(lái)對(duì)電梯控制模型進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)也需要依照電梯的實(shí)際運(yùn)行控制需求，編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的控制程序，建立起動(dòng)態(tài)化的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電梯控制系統(tǒng)的模擬運(yùn)行及仿真試驗(yàn)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

在系統(tǒng)中，需要做好PLC 中I/O 端口的合理分配，從電梯操控的具體要求著眼，確定好接口并對(duì)相應(yīng)的地址進(jìn)行合理分配，要求所有的信號(hào)都可以對(duì)應(yīng)PLC 繼電器。需要在電梯轎廂中的操作面板上，設(shè)置選層指令按鈕、門(mén)廳召喚按鈕以及開(kāi)關(guān)按鈕，同時(shí)也需要設(shè)置電梯平層行程開(kāi)關(guān)以及復(fù)位開(kāi)關(guān)，輸入端口的數(shù)量為14個(gè)。

2.2 模型構(gòu)建

仿真電梯模型需要滿足幾個(gè)方面的要求：一是必須能夠發(fā)出PLC 需要的輸入信號(hào)，包括位置信號(hào)、指令信號(hào)、呼梯信號(hào)和開(kāi)關(guān)門(mén)控制信號(hào)；二是必須能夠接收PLC 發(fā)出的控制信號(hào)，完成相應(yīng)動(dòng)作，包括運(yùn)行方向信號(hào)、指令登記信號(hào)、呼梯登記信號(hào)、樓層數(shù)顯信號(hào)和開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)。

2.3 圖形界面

選擇組態(tài)王軟件，建立仿真圖形，如圖2所示。之后，在瀏覽器目錄窗口中點(diǎn)擊文件選項(xiàng)，在下拉菜單中選擇畫(huà)面，新建窗口后對(duì)圖形畫(huà)面進(jìn)行繪制，相應(yīng)的仿真畫(huà)面如圖3所示。

圖2 電梯控制系統(tǒng)工程建立

圖3 仿真畫(huà)面

2.4 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

對(duì)于仿真系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)庫(kù)是基礎(chǔ)也是核心，能夠針對(duì)數(shù)據(jù)變量進(jìn)行合理定義，體現(xiàn)出被控制對(duì)象的具體屬性，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的聯(lián)系。在組態(tài)王軟件中，數(shù)據(jù)變量包含了兩個(gè)組成部分：一個(gè)是內(nèi)存變量，這個(gè)變量在使用過(guò)程中，不需要和其他的程序交換數(shù)據(jù)；另一個(gè)是I/O 變量，這個(gè)變量需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。在程序運(yùn)行中，I/O 變量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將變化后的數(shù)據(jù)信息寫(xiě)入到內(nèi)存中，而當(dāng)PLC 中的變量發(fā)生變化，相應(yīng)的組態(tài)軟件中對(duì)應(yīng)的I/O 變量也會(huì)自動(dòng)更新。

在PLC 中，I/O 變量的設(shè)置需要選擇“定義變量”窗口中的“基本屬性”，將變量名稱輸入，設(shè)置變量類(lèi)型為“I/O”離散，連接設(shè)備和寄存器，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)類(lèi)型設(shè)置為Bit，只讀屬性，數(shù)據(jù)采集頻率為100ms，然后點(diǎn)擊確定，完成數(shù)據(jù)變量的定義。ADO 連接數(shù)據(jù)庫(kù)流程為：初始化COM 庫(kù)，引入ADO 庫(kù)定義文件-用connection 對(duì)象連接數(shù)據(jù)庫(kù)-執(zhí)行SQL 語(yǔ)句或其他數(shù)據(jù)庫(kù)操作-關(guān)閉連接，釋放對(duì)象。

2.5 動(dòng)畫(huà)連接

動(dòng)畫(huà)連接是建立數(shù)據(jù)庫(kù)和圖形畫(huà)面中圖素的關(guān)系，能夠通過(guò)圖形畫(huà)面，將數(shù)據(jù)庫(kù)中存在的變量信息反映出來(lái)，一旦變量改變圖形也會(huì)隨之變化，并通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式直觀呈現(xiàn)。圖形動(dòng)畫(huà)的變化可以幫助工作人員更好地控制數(shù)據(jù)庫(kù)變量，實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行。這里以“轎廂”圖形元件為例，可以雙擊圖形，在彈出的“動(dòng)畫(huà)連接”窗口中，點(diǎn)擊“垂直移動(dòng)”-“表達(dá)式”，將向上移動(dòng)的距離設(shè)置為200，向下移動(dòng)的距離設(shè)置為0，點(diǎn)擊確定后，電梯轎廂的動(dòng)畫(huà)連接就可以完成。以LED 等的添加為例，如圖4所示。

圖4 動(dòng)畫(huà)連接

2.6 程序編寫(xiě)

在控制程序編寫(xiě)環(huán)節(jié)，需要構(gòu)建仿真圖形，同時(shí)做好數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)工作，完成動(dòng)畫(huà)連接，這樣才能借助相應(yīng)的電梯組態(tài)畫(huà)面來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)仿真，之后還需要編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的控制命令。在實(shí)際操作中，可以選擇目錄中的“文件”-“命令語(yǔ)言”選項(xiàng)來(lái)打開(kāi)相應(yīng)的命令語(yǔ)言目錄，從電梯運(yùn)行控制的實(shí)際需求著眼，實(shí)施程序編寫(xiě)操作。一般情況下，系統(tǒng)中存在的一些常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)量事件，包括啟?？刂?、樓層指令、開(kāi)關(guān)門(mén)控制等采用的都是“事件命令語(yǔ)言”窗口，可以對(duì)事件進(jìn)行描述，建立對(duì)應(yīng)的程序。

表1 部分輸入輸出信號(hào)

2.7 仿真運(yùn)行

在仿真運(yùn)行環(huán)節(jié)，需要先對(duì)PLC 和PC 機(jī)的通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以雙擊打開(kāi)“電梯控制系統(tǒng)”選項(xiàng)，然后于內(nèi)容區(qū)域新建文件，依照設(shè)置向?qū)У囊龑?dǎo)，做好設(shè)備地址進(jìn)行定義，上位PC 需要和PLC 建立起有效的聯(lián)系。而如果設(shè)備的聯(lián)系已經(jīng)建立，則需要做好設(shè)備通訊參數(shù)設(shè)置工作，這樣才能真正確保仿真系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這里設(shè)置的參數(shù)如下。波特率：9600b/s；數(shù)據(jù)位：7位；停止位：1位；站號(hào)：0。

PLC 中不同數(shù)據(jù)寄存器的通信格式數(shù)據(jù)也會(huì)有所不同，具體如下。D8120數(shù)據(jù)寄存器：通信格式的數(shù)值為H6086；D8121數(shù)據(jù)寄存器：通信格式的數(shù)值為H0000；D8129數(shù)據(jù)寄存器：通信格式的數(shù)值為K5。

需要明確，在針對(duì)電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行的過(guò)程中，必須始終確保PLC 狀態(tài)開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)，啟動(dòng)系統(tǒng)中的Touch View 程序，針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的不足進(jìn)行調(diào)試，也可以檢測(cè)仿真界面運(yùn)行中存在的各種邏輯關(guān)系，確保仿真模型具備良好的控制效果。仿真平臺(tái)運(yùn)行邏輯圖如圖5所示。

圖5 仿真平臺(tái)運(yùn)行邏輯

2.8 仿真結(jié)果

仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，設(shè)備運(yùn)行情況可以通過(guò)相應(yīng)的串行口，傳輸?shù)缴衔槐O(jiān)控計(jì)算機(jī)，上位機(jī)和下位機(jī)之間的PLC 通信喜穩(wěn)定。在組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境中，構(gòu)建相應(yīng)的控制畫(huà)面，畫(huà)面直觀生動(dòng)，可以將電梯運(yùn)行情況和參數(shù)變化情況準(zhǔn)確反映出來(lái)，而測(cè)試人員可以通過(guò)在監(jiān)控畫(huà)面點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電梯運(yùn)行的有效控制。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在電梯系統(tǒng)建設(shè)中，需要做好相應(yīng)的仿真模擬，檢驗(yàn)電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。借助PLC 和組態(tài)王軟件，可以構(gòu)建起仿真電梯控制系統(tǒng)，通過(guò)仿真運(yùn)行的方式來(lái)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種方法既可以用于仿真調(diào)試，也可以用于教學(xué)實(shí)踐，有著良好的仿真效果。