基于MCGS和三菱PLC的五層電梯控制仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)＊

潘益玲 ，羅坤明

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，廣東 河源 517000）

1 引 言

目前，全國(guó)開設(shè)有電子、電氣以及工業(yè)自動(dòng)化等專業(yè)的高校都將PLC課程教學(xué)納入教學(xué)任務(wù)。由于PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)備體積龐大，價(jià)格昂貴，大多數(shù)高校的PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備采用發(fā)光二極管教學(xué)模塊來代替實(shí)際的被控對(duì)象，通過操作開關(guān)來模擬被控對(duì)象的實(shí)際動(dòng)作過程。電梯作為編程練習(xí)的綜合性項(xiàng)目，常作為項(xiàng)目載體被用于PLC課程的教學(xué)及實(shí)踐編程練習(xí)中。學(xué)生編程時(shí)僅僅操作按鍵和觀察指示燈，看不到電梯動(dòng)作的具體過程，尤其操作限位開關(guān)時(shí)，學(xué)生經(jīng)常忘記把限位開關(guān)復(fù)位從而影響電梯的正確動(dòng)作，甚至有時(shí)還需要具體思考這樣動(dòng)作是否正確，即乏味又浪費(fèi)了時(shí)間，降低了學(xué)習(xí)效率。但引入反映真實(shí)動(dòng)作過程的實(shí)物電梯又價(jià)格昂貴，大大增加了教學(xué)成本。

為了更好的展示PLC控制的實(shí)際效果，使調(diào)試變得直觀，豐富學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課內(nèi)容，降低高校教學(xué)成本，提高學(xué)習(xí)效率，本文基于MCGS組態(tài)軟件開發(fā)了五層電梯PLC控制虛擬系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)控制要求

基于MCGS設(shè)計(jì)一PLC控制的五層電梯簡(jiǎn)易控制系統(tǒng)。（1）電梯的上下行用一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)為電梯上升，反轉(zhuǎn)為電梯下降。一層有上升呼叫按鈕和指示燈，二樓、三樓、四樓有上升呼叫按鈕和指示燈以及下降呼叫按鈕和指示燈，五層有下降呼叫按鈕和指示燈，且每層有一個(gè)七段數(shù)碼管顯示電梯所在樓層。一至五層有到位行程開關(guān)。電梯內(nèi)有一至五層呼叫按鈕和指示燈，電梯開門和關(guān)門按鈕。電梯開門和關(guān)門到位分別由行程開關(guān)檢測(cè)。（2）樓層呼叫按鈕及電梯內(nèi)按鈕按下，電梯未到達(dá)相應(yīng)樓層或?yàn)榈玫较鄳?yīng)的響應(yīng)時(shí)，相應(yīng)指示燈一直接通指示。（3）電梯運(yùn)行時(shí)，電梯開門與關(guān)門按鈕不起作用，電梯到達(dá)停在各樓層時(shí)，電梯開門或關(guān)門動(dòng)作皆可由電梯開門與關(guān)門按鈕控制，也可延時(shí)控制。（4）當(dāng)同時(shí)有多層呼梯信號(hào)時(shí)，電梯先按照同方向依次暫停。①天煌教儀團(tuán)隊(duì).THPTS－1型實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，32頁。

用計(jì)算機(jī)組態(tài)五層電梯畫面，控制完成PLC控制電梯的所有動(dòng)作，即樓層呼叫及顯示，轎廂的上升與下降，門的開關(guān)，并編寫MCGS的腳本程序來模擬轎廂及門的動(dòng)作動(dòng)畫。

3 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

以裝載MCGS組態(tài)軟件的電腦為上位機(jī)，PLC為下位機(jī)，通過通信線和硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成MCGS與PLC的通信，通過事先編好的程序，在電腦上控制PLC程序，帶動(dòng)電梯模型輸出指示燈點(diǎn)亮。實(shí)物教學(xué)模型也可不用，此時(shí)，電腦組態(tài)好的按鈕控制PLC程序執(zhí)行，并將執(zhí)行的動(dòng)畫在電腦上實(shí)時(shí)顯示，并構(gòu)成的系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1 五層電梯監(jiān)控系統(tǒng)整體框圖

3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是MCGS組態(tài)軟件與PLC通信的橋梁，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量與PLC內(nèi)部變量一一對(duì)應(yīng)，PLC的輸入輸出完全由驅(qū)動(dòng)程序與MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量進(jìn)行通道連接，因此在建組態(tài)畫面前，應(yīng)弄清楚分析系統(tǒng)控制要求，分析PLC的I／O口，并分配內(nèi)部寄存器變量，然后以PLC的內(nèi)部變量為依據(jù)建立MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量，MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量的名稱可以不同于PLC的內(nèi)部寄存器名，但數(shù)據(jù)類型必須一致，否則無法連接［1］。此外，為了觀察轎廂的上下行動(dòng)畫及門的開關(guān)動(dòng)畫，還必須新增2個(gè)數(shù)值型變量。PLC內(nèi)部變量與MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫變量對(duì)應(yīng)表如表1所示。

表1 五層電梯PLC內(nèi)部寄存器及MCGS組態(tài)變量分配表

四層下行呼叫按鈕 X6 X6 開關(guān)型 四層下呼叫燈 Y6 Y6 開關(guān)型五層下行呼叫按鈕 X7 X7 開關(guān)型 五層下呼叫燈 Y7 Y7 開關(guān)型轎廂內(nèi)開門按鈕 X10 X10 開關(guān)型 一層位燈 Y10 Y10 開關(guān)型轎廂內(nèi)關(guān)門按鈕 X11 X11 開關(guān)型 二層位燈 Y11 Y11 開關(guān)型開門極限觸點(diǎn) X12 X12 開關(guān)型 三層位燈 Y12 Y12 開關(guān)型關(guān)門極限觸點(diǎn) X13 X13 開關(guān)型 四層位燈 Y13 Y13 開關(guān)型一樓樓層信號(hào)觸點(diǎn) X14 X14 開關(guān)型 五層位燈 Y14 Y14 開關(guān)型二樓樓層信號(hào)觸點(diǎn) X15 X15 開關(guān)型 內(nèi)部一層呼叫燈 Y15 Y15 開關(guān)型三樓樓層信號(hào)觸點(diǎn) X16 X16 開關(guān)型 內(nèi)部二層呼叫燈 Y16 Y16 開關(guān)型四樓樓層信號(hào)觸點(diǎn) X17 X17 開關(guān)型 內(nèi)部三層呼叫燈 Y17 Y17 開關(guān)型五樓樓層信號(hào)觸點(diǎn) X20 X20 開關(guān)型 內(nèi)部四層呼叫燈 Y20 Y20 開關(guān)型轎廂內(nèi)一層呼叫按鈕 X21 X21 開關(guān)型 內(nèi)部五層呼叫燈 Y21 Y21 開關(guān)型轎廂內(nèi)二層呼叫按鈕 X22 X22 開關(guān)型 電梯上升指示 Y22 Y22 開關(guān)型轎廂內(nèi)三層呼叫按鈕 X23 X23 開關(guān)型 電梯下降指示 Y23 Y23 開關(guān)型轎廂內(nèi)四層呼叫按鈕 X24 X24 開關(guān)型 電梯開門 Y24 Y24 開關(guān)型轎廂內(nèi)五層呼叫按鈕 X25 X25 開關(guān)型 電梯關(guān)門 Y25 Y25 開關(guān)型數(shù)碼管A段 Y26 Y26 開關(guān)型數(shù)碼管B段 Y27 Y27 開關(guān)型數(shù)碼管C段 Y30 Y30 開關(guān)型數(shù)碼管D段 Y31 Y31 開關(guān)型組態(tài)軟件動(dòng)畫虛擬對(duì)象名稱及類型movey1 數(shù)值型門的移動(dòng) Movey2_____轎廂升降數(shù)值型____

3.2 畫面組態(tài)

畫面組態(tài)主要用于設(shè)置工程中用于人機(jī)交互的界面，生成各種動(dòng)畫顯示畫面①北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司，MCGS使用手冊(cè)，2005。。組態(tài)即是把一個(gè)個(gè)圖形元素如搭積木一樣搭成一副畫面，這個(gè)過程在MCGS組態(tài)軟件用戶窗口中完成，各圖形元素可從用戶窗口的“工具箱”中調(diào)取，根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的五層電梯組態(tài)畫面如圖2所示：

圖2 五層電梯組態(tài)畫面

3.3 動(dòng)畫鏈接

MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動(dòng)畫屬性，如：一個(gè)長(zhǎng)方形的動(dòng)畫屬性有可見度，大小變化，水平移動(dòng)等，每一種動(dòng)畫屬性都會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)畫效果①北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司，MCGS使用手冊(cè)，2005。。所謂動(dòng)畫屬性，實(shí)際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。把五層電梯中的圖形設(shè)置成具有動(dòng)畫效果的方法是：雙擊圖形，選中某一種動(dòng)畫屬性，在“表達(dá)式”設(shè)定欄中設(shè)定一個(gè)與圖形狀態(tài)相聯(lián)系的數(shù)據(jù)變量，連接到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。轎廂的動(dòng)畫鏈接如圖3所示。

圖3 轎廂動(dòng)畫屬性設(shè)置

3.4 腳本程序設(shè)計(jì)

腳本程序是用戶借助于高級(jí)語言所編制的操作程序，借助腳本程序，即可以使組態(tài)過程變得簡(jiǎn)單化，又可以使畫面動(dòng)態(tài)顯示。如轎廂的上升和下降，使用了Movey1這個(gè)數(shù)值型變量，通過編寫腳本IF Y22＝1then Movey1＝Movey1＋1；IF Y23＝1then Movey1＝Movey1－1來實(shí)現(xiàn)，門的開關(guān)過程控制腳本類似。為了展現(xiàn)電梯的自動(dòng)化控制過程，對(duì)每層樓的限位開關(guān)也進(jìn)行了腳本定義。

3.5 設(shè)備組態(tài)

設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備（PLC）的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。PLC設(shè)備掛接在串口通訊父設(shè)備下，為確保通信正常，應(yīng)設(shè)置好串口通訊父設(shè)備通信參數(shù)與PLC參數(shù)一致［2］，如圖4所示。

圖4 通道連接與設(shè)備調(diào)試

4 運(yùn)行調(diào)試

按要求編寫好五層電梯控制程序，下載至三菱FX2N－48MRPLC后，打開設(shè)備窗口的設(shè)備調(diào)試窗口，出現(xiàn)0，則表示通信連接正常，否則需檢查通信參數(shù)是否與PLC的參數(shù)設(shè)置一致；檢查PLC程序是否非監(jiān)控狀態(tài)。連接無誤后進(jìn)入MCGS組態(tài)運(yùn)行畫面，點(diǎn)擊畫面上樓層操作按鈕，觀察畫面指示燈及PLC輸出指示燈是否達(dá)到要求點(diǎn)亮，轎廂是否上升（下降），門是否正常開（關(guān)）［3］。

5 結(jié) 語

本五層電梯仿真系統(tǒng)利用昆侖通泰組態(tài)軟件MCGS，配合簡(jiǎn)單的三菱PLC主機(jī)，在PC機(jī)界面上能完成PLC課程實(shí)踐課的編程練習(xí)，不但教學(xué)成本低，還融入了現(xiàn)代控制新技術(shù)，解決了高等院校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)實(shí)訓(xùn)經(jīng)費(fèi)不足，設(shè)備不足難以滿足大批量學(xué)生進(jìn)行編程練習(xí)的難題。利用PLC、PC，基于MCGS開發(fā)的五層電梯虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，畫面直觀、操作簡(jiǎn)單，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高，學(xué)習(xí)效果好，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

［1］袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版，2007：72.

［2］劉 斌.MCGS在PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2004，17（12）：58－59.

［3］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，2006，4（137）：113－115.