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1、毕业论文基于MCGS组态软件的四层楼电梯模拟控制南京工业大学自动化060210胡杰 基于MCGS组态软件的四层楼电梯模拟控制 1/40 目录 前言2 1.电梯PLC控制系统2 1.1什么是可编程控制器它有什么特点2 1.2系统结构和控制器选型3 1.3本次实习所选用的PLC机型以及编程软件4 2.四层楼电梯模拟控制的设计控制要求4 3.I/O点的分配5 4.PLC编程程序6 4.1指令表6 4.2 梯形图17 5.MCGS组态过程以及相关画面31 5.1设计监控界面31 5.2定义数据变量31 5.3动画连接33 5.4 MCGS与PLC的连接35 5.5 编制循环策略36 6.实习中的问题3
2、8 6.1组态画面的设计38 6.2组态动画的设计38 6.3脚本程序的编写38 6.4四层楼电梯的PLC控制程序的编写38 结束语39 前言 电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多故障率高可靠性差体积大等缺点正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器PLC要求功能变化灵活编程简单故障少噪音低。维修保护方便节能省工抗干扰能力强控制箱占地面积少。当乘员进入电梯按下楼层按钮电梯门自动关闭。控制系统进行下列运作根据轿厢所处位臵及乘员所处层数判定轿厢的运行方向保证轿厢平层减速将轿厢停在选定的楼层上同时楼层的呼叫顺路停车自动开关门。另外在轿厢外均要
3、有信号灯显示电梯的运行方向及楼层数。 MCGSMonitor and Control Generated System即通用监控系统。它是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集和处理以及动画显示报警处理流程控制实时曲线历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案充分利用Windows图形功能完备界面一致性好易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性。在自动化领域有着广泛的应用。本文利用MCGS组态软件检验电梯PLC控制系统的运行情况。 1.电梯PLC控制系统 1.1什么是可编程控制器它有什么特点 可
4、编程序控制器(Programmable L0 c Controller简称PLC)是以微 处理器为核心综合了计算机控制、自动化、通讯网络等技术的一种通用的工业控制装臵。PLC电梯控制系统有如下的特点(1)、PLC是基于工业环境下设计的控制装臵环境适应性强可靠性高(2)、PLC最常用的编程语言是梯形图语言编程语言形象、直观编程简单便于广大现场工程技术人员掌握。(3)、PLC控制系统的体积小重量轻便于安装维修方便。(4)、PLC具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能可以方便的实时监视系统的运行状态。(5)、现代PLC具有传统控制系统无法比拟的远程数据传送、交换、控制和监视的网络通讯功能。 1.2
5、系统结构和控制器选型 电梯的PLC控制系统的结构如图1所示主要硬件包括可编控制器PLC、变频器、光电旋转编码器、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、门机及其他电气元 件等。 1.3本次实习所选用的PLC机型以及编程软件 S7-200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。它工作可靠功能极其强大存储容量大编程方便输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈抗干扰能力强。因此能够满足电梯对电气控制系统的要求。S7-200系列小型PLCMicro PLC可应用于各种自动化系统。紧凑的结构低廉的成本强大的功能使得它成为各种小型控制任务的理想解决方案。在本次设计中利用它编写控制一个四层楼电梯的控制系统
6、。 分别完成轿厢内指令厅外召唤指令楼层位臵指示开门控制等任务。 STEP 7/WIN 32是S7-200系列的PLC编程软件可以对S7-200的所有功能进行编程。该软件在Windows平台上运行。其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序修改和编辑过程中编辑器具有简单的语法检查功能。还可以直接用软件设臵PLC的工作方式参数和运行监控。 2.四层楼电梯模拟控制的设计控制要求 1开始时电梯处于任意一层。 2当有外呼电梯信号到来是轿厢响应该呼梯信号达到该楼层时轿厢停止运行轿厢门打开延时3秒后自动关门 3当有内呼电梯信号到来是轿厢响应该呼梯信号达到该楼层时轿厢停止运行轿厢门打开延时3秒后自
7、动关门 4在电梯轿厢运行过程中即轿厢上升或下降途中任何反 方向下降或上升的外呼信号均不响应但如果反方向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时则电梯响应该外呼梯信号。例如电梯轿厢在一楼将要运行到三楼在次过程中可以响应二层向上的外呼梯信号但不响应二层向下的外呼梯信号。当到达三层如果四层没有任何呼梯信号则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。否则电梯将继续运行至四楼然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。 5电梯具有最远反向外呼梯功能。例如电梯轿厢在一楼而同时有二层向下呼梯三层向下呼梯四层向下外呼梯则电梯轿厢先去四楼响应四层向下外呼梯信号。 6电梯未平层或运行时开门按钮和关门按钮均不起作用。平层且电梯轿厢停止
8、运行后按开门按钮轿厢开门按关门按钮轿厢关门。 3.I/O点的分配如下 I0.0S4 四层内呼叫 I0.7 U1 一层上呼 I0.1 S3 三层内呼叫 I1.0 U2 二层上呼 I0.2 S2 二层内呼叫 I1.1 U3 三次上呼 I0.3 S1 一层内呼叫 I1.2 SQ1 一层限位 I0.4D4 四层下呼 I1.3 SQ2 二层限位 I0.5 D3 三层下呼 I1.4 SQ3 三层限位 I0.6 D2 二层下呼 I1.5 SQ4 四层限位 Q0.0 L4 轿厢在四层 Q1.0 SL2 内呼二层指示 Q0.1 L3 轿厢在三层 Q1.1 SL1 内呼一层指示 Q0.2 L2 轿厢在二层 Q1.
9、2 UP1 外呼一层上指示 Q0.3 L1 轿厢在一层 Q1.3 UP2 外呼二层上指示 Q0.4 DOWN 轿厢上行 Q1.4 UP3 外呼三层上指示 Q0.5 UP 轿厢下行 Q1.5 DN2 外呼二层下指示 Q0.6 SL4 内呼四层指示 Q1.6 DN3 外呼三层下指示 Q0.7 SL3 内呼三层指示 Q1.7 DN4 外呼四层下指示 4.PLC编程程序如下 4.1指令表 LD sq1 = l1 LD sq2 = l2 LD sq3 = l3 LD sq4 = l4 LD sq1 O up LD M0.5 O M0.4 ALD LD sq2 O sq1 O up AN M0.5 LD
10、M0.7 O M0.6 ALD OLD = M2.0 LD sq4 O down LD M0.7 O M0.6 ALD LD sq4 O sq3 O down AN M0.6 LD M0.5 O M0.4 ALD OLD = M2.1 LDN M0.2 AN M3.0 AN down LDN sq1 AN sq2 AN sq3 AN sq4 OLD = M3.3 LD sq3 O sq2 O sq1 O up AN M0.5 A M1.0 AN M0.7 O M2.0 A M3.3 = up LDN M0.2 AN M2.7 AN up LDN sq1 AN sq2 AN sq3 AN sq4
11、 OLD = M3.4 LD sq4 O sq3 O sq2O down AN M0.6 A M0.3 AN M0.4 LD M2.1 O M3.6 OLD A M3.4 = down LD d4 A sq4 LD u3 O d3 A sq3 OLD LD u2 O d2 A sq2 OLD LD u1 A sq1 OLD = M0.2 LD M0.2 AN M2.2 TON T37, 20 LD T37 = M2.2 R M0.2, 1 LD d4 O dn4 AN sq4 = dn4 LD sq1 O sq2 O sq3 A s4 O M1.6 AN sq4 = M1.6 LD dn4 O
12、 M1.6 = M1.0 LD d3 O dn3 LDN sq3 O M2.7 ALD = dn3 LD sq4 A s3 O M1.7 LDN sq3 O M2.7 ALD = M1.7 LD M1.7 O dn3 = M0.6 LD d2 O dn2 LDN sq2 O M2.7 ALD = dn2 LD sq3 O sq4 A s2 O M1.5 LDN sq2 O M2.7 ALD = M1.5 LD M1.5 O dn2 = M0.4 LD u1 O up1 AN sq1 = up1 LD sq2 O sq3 O sq4 A s1 O M1.4 AN sq1 = M1.4 LD M1
13、.4 O up1 = M0.3 LD up O down AN s3 = M3.1 LD M0.5 AN sq2 O M0.7 AN sq3 O M1.0 AN sq4 AN M3.0 = M2.7 LD M0.6 AN sq3 O M0.4 AN sq2 O M0.3 AN sq1 AN M2.7 = M3.0 LD u2 O up2 LDN sq2 O M3.0 ALD = up2 LD sq1 O sq2 A s2 O M1.3 LDN sq2 O M3.0 ALD = M1.3 LD up2 O M1.3 = M0.5 LD u3 O up3 LDN sq3 O M3.0 ALD =
14、up3 LD sq1 O sq2 A s3 O M4.0 LDN sq3 O M3.0 ALD = M4.0 LD up3 O M4.0 = M0.7 LD SM0.1 AN sq1 AN sq2 AN sq3 AN sq4 S M3.6, 1 LD sq1 R M3.6, 1 LD M1.6 = sl4 LD M1.7 O M4.0 = sl3 LD M1.4 = sl1 LD M1.5 O M1.3 = sl2 4.2梯形图 5.MCGS组态过程以及相关画面如下 5.1设计监控界面 在组态平台上创建“四层电梯实验监控”用户窗口单击“动画组态”进入动画制作窗口。利用组态工具绘制四层电梯实验监
15、控界面。 图2 四层电梯PLC实验监控界面 5.2定义数据变量 实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心。数据变量是构成实时数据库的基本单元建立实时数据库的过程也就是定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围确定与数据变量存盘相关的参数如存盘的周期、 存盘的时间范围和保存期限等。 1对象列表 名称 类型 注释 名称 类型 注释 S1 开关型 一层内呼叫 S2 开关型 二层内呼叫 S3 开关型 三层内呼叫 S4 开关型 四层内呼叫 D4 开关型 四层下呼 D3 开关型 三层下呼 D2 开关型 二层下呼 U1 开关型 一层上呼 U2 开关型 二层上呼
16、U3 开关型 三层上呼 DOWN 开关型 下降指示 UP 开关型 上升标志 L4 开关型 四层指示 L3 开关型 三层指示 L2 开关型 二层指示 L1 开关型 一层指示 F1LEFT 数值型 一层门关 F2LEFT 数值型 二层门关 F3LEFT 数值型 三层门关 F4LEFT 数值型 四层门关 F1flag 开关型 一层门关标志 F2flag 开关型 二层门关标志 F3flag 开关型 三层门关标志 F4flag 开关型 四层门关标志 2属性设臵 将开关型变量的基本属性中的对象初值设臵为0,数值型变量的 属性设臵以F1LEFT 为例基本属性中的对象初值设臵为100最小值为0最大值为100其
17、它变量的设臵与其相似。 (3)MCGS中定义的实时数据库如下 5.3动画连接 由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的需要对这些图形对象进行动画设计真实地描述外界对象的状态变化达到过程实时监控的目的。实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接并设臵相应的动画属性。在系统运行过程中图形对象的外观和状态特征由数据对象的实时采集值驱动从而实现了图形的动画效果。 1指示灯的属性设臵 在用户窗口中双击三层电梯PLC 实验监控窗口进入选中一层内选指示图标并双击弹出单元属性设臵窗口。 其它指示灯的属性设臵和上面基本相同只是表达式的值对应不同的数据变量不在一一列举
18、2轿厢属性的设臵 双击界面中表示电梯上升下降的轿厢弹出属性设臵窗口属性设臵如下 3数值型变量的设臵 数值型变量有六个以变量F1LEFT 为例一层左门的属性设臵如图所示。 一层右门设臵同左门区别在于变化方向相反。 5.4 MCGS与PLC的连接 设备窗口是MCGS系统的重要组成部分负责建立系统与外部硬件设备的连接使得MCGS 能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态实现对工业过程的实时监控。 在MCGS组态软件开发平台上单击“设备窗口”再单击“设备 组态”按钮进入设备组态。在“设备工具箱”中选中“串口通讯父设备”和“西门子_S7200PPI”)!” 加到右面已选设备并分别设臵两者的属性,与P
19、LC的I/O设臵保持一致 基本设臵如下图 5.5 编制循环策略 在“运行策略”中双击“循环策略”进入双击图标进入“策略属性设臵”把“循环时间”设为100ms按“确定”。 双击进入脚本程序编辑环境程序如下 if L1=1 and UP=0 and F1flag=1 and F1LEFT>0 then F1LEFT=F1LEFT-3 if UP=1 and L1=1 and F1LEFT<100 then F1LEFT=F1LEFT+3 if F1LEFT=100 then F1flag=1 if F1LEFT=0 then F1flag=0 /一层电梯门开关控制 if L2=1 and
20、UP=0 and DOWN=0 and F2flag=1 and F2LEFT>0 then F2LEFT=F2LEFT-3 if (UP=1 and L2=1) or (DOWN=1 and L2=1) and F2LEFT<100 then F2LEFT=F2LEFT+3 if F2LEFT=100 then F2flag=1 if F2LEFT=0 then F2flag=0 /二层电梯门开关控制 if L3=1 and UP=0 and L4=0 and DOWN=0 and F3flag=1 and F3LEFT>0 then F3LEFT=F3LEFT-3 if(UP=
21、1 and L3=1) or (DOWN=1 and L3=1) and F3LEFT<100 then F3LEFT=F3LEFT+3 if F3LEFT=100 then F3flag=1 if F3LEFT=0 then F3flag=0 /三层电梯门开关控制 if L4=1 and DOWN=0 and F4flag=1 and F4LEFT>0 then F4LEFT=F4LEFT-3 if DOWN=1 and L4=1 and F4LEFT<100 then F4LEFT=F4LEFT+3 if F4LEFT=100 then F4flag=1 if F4LEFT=0
22、 then F4flag=0 /四层电梯门开关控制 if (SL2=1 or UP2=1 or DN2=1) and jiaoxiang>-150) or (SL3=1 or UP3=1 or DN3=1) and jiaoxiang>-300) or (SL4=1 or DN4=1) and jiaoxiang>-450) and (F1LEFT>=100 and F2LEFT>=100 and F3LEFT>=100) and UP=1 then jiaoxiang=jiaoxiang-2 / 移动块轿厢上升控制 if (SL3=1 or DN3=1 or UP3=
23、1) and jiaoxiang<-300) or (SL2=1 or DN2=1 or UP2=1) and jiaoxiang<-150) or (SL1=1 or UP1=1) and jiaoxiang<0) and (F2LEFT>=100 and F3LEFT>=100 and F4LEFT>=100) and DOWN=1 then jiaoxiang=jiaoxiang+2 / 移动块轿厢上升控制 按“确认”退出完成脚本程序编写。在菜单项“文件”中选“进入运行环境”或直接按“F5”或直接按工具条中图标都可以进入运行环境。 6.实习中的问题 6.1组态画面
24、的设计 本次实习之前我们在DCS课程中接触过组态软件当时使用的是浙江中控的产品我们只是进行了简单的画面和相关操作员站的组态设计没有和现场设备相连接。我还记得当时我一直困惑着画面为什么就可以动起来了可是一直没有能够彻底的弄清楚。本次课程设计可以说是对组态软件的又一次深刻了解。在设计组态界面时我没有过分追求画面的视觉效果力求简洁明了能够清楚的完成控制要求 即可 6.2组态动画的设计 电梯在上行和下行时指示灯UP和DOWN会变亮每到达一层时也应该显示此时所处层数等等可是如何在组态画面中显示出来呢初期这是一个一直困扰我的问题。随着对该软件的逐渐了解通过对画面可见度的设计该问题得到了解决。如何设计电梯轿
25、厢的上下移动和电梯门的开关呢这又是一个困扰我的问题。请教了实习老师在老师的指导下完成了电梯上下和门开门关的设计 6.3脚本程序的编写 在本次实习中脚本程序的编写是我遇到的最大困难。课余时间我在网上查找了有关脚本程序的编写方法可是没有找到有价值的东西。后来看了老师写的小车脚本参考程序然后结合电梯的控制要求我还是顺利地编写好了电梯的脚本程序。 6.4四层楼电梯的PLC控制程序的编写 四层楼电梯控制程序的编写有点难度我为了完成该程序的编写查看了许多的参考资料可是不同版本的设计思想也不同最后我选择参考了其中一个程序。 结束语 本次课程设计为期两个星期我设计的四层楼电梯模拟控制。在设计PLC程序之前我先
26、完成了组态界面的设计我使用的是北京昆仑公司的产品通过对四层楼电梯的模拟组态和在网上查找相关的资料我对该公司的组态软件有了一个很好的了解。利用MCGS开发的四 层电梯动画可分为两种其一为演示界面不与PLC连接只要用鼠标点击界面上相关楼层选择按钮通过编好的MCGS脚本程序控制门开关和轿厢运行目的是在实验前了解控制要求和实际的运行流程为编制实验程序奠定基础其二是监控界面使用时可以操作实验模块上的楼层选择按钮启动自己编写的PLC 程序根据PLC程序的执行情况控制门及轿厢可以直观地看到自己编写的控制程序的运行效果为程序调试提供方便。 刚开始接触这个软件时我感觉无从下手后来请教了实习老师老师认真地给我们讲解了组态软件的使用方法在老师的帮助下我对该软件的认识越来越深。最后我可以设计出理想的四层楼电梯的模拟控制过程。通过这次PLC的实习我认识到学习对于我们来说永远是没有止境的老师在课堂上教会的可能只是一小部分还有许多问题需要我们自己去理解去琢磨去体会只有这样才能适应新时代的要求
