PLC控制系统的动态仿真毕业论文

1、武汉工业学院毕业论文题目:plc控制系统的动态仿真作 者: 严 荣 波专 业: 自 动 化指导老师: 时 间: plc控制系统动态仿真四层楼电梯plc控制系统【摘要】: 本文首先介绍了wonderware公司推出的intouch和incontrol这两种仿真软件的特点和功能,然后介绍了四层楼电梯控制系统的工作原理以及如何应用intouch和incontrol两种软件来实现四层楼电梯控制系统的动态仿真.即先利用intouch制作出四层楼电梯动态监控画面,然后利用incontrol制作出四层楼电梯动态梯形图(控制程序).最后把动态模型界面和动态监控程序链接起来制作出相应的动画效果.另外本文最后还简

2、单介绍了incontrol(软plc)与实际plc(硬plc)的连接方法,从而可以利用incontrol软件设计出来的程序去控制实际的系统.使这一课题有了实际的应用价值.【关键字】: plc 电梯 intouch incontrol 动态仿真the dynamic simulation of plc contorl systems【abstract】: this paper first introduces the characteristics and the function of the intouch and the incontrol two kinds of softwares m

3、ade by wonderware.then it introduces us the principle of four floors elevator control system. this paper also tells us about using intouch and incontrol to make out this kind of system.that means we can make out the control picture using intouch and we can make out the control function using incontr

4、ol. after that, we can view the result by connecting the control picture and control function. at last, the paper introduces the connection method between incontrol and real plc. so we can use incontrol to control the real system. that makes this kind of working having actual value.【key words】: plc

5、elevator intouch incontrol dynamic simulation目录摘要abstract第一章.前言1.1 该课题的研究背景和发展方向1.2 组态软件intouch的特点及功能1.3组态软件incontrol的特点及功能第二章. 系统的动态监控模型2.1 动态监控画面的绘制2.2动态监控画面参数设定2.3动态监控画面的动画连接2.4脚本程序的应用第三章. 系统控制程序模型3.1系统控制程序流程图3.2系统控制程序模型3.3实现软plc对动态监控画面的控制第四章. 软plc与实际电梯系统的连接方法4.1 软plc与硬plc的连接4.2 硬plc与实际电梯系统的连接4.3

6、 i/o驱动程序第五章. 事故报警5.1硬件报警设置5.2软件报警设置第六章. 结束语第一章 前 言1. 1.1课题的研究背景:作为计算机技术的应用,可编程控制器(programmable controller 简称plc)是现代新型电气控制的标志产品.它已经取代了继点接触控制而成为解决电气控制的最有效、最便捷的工具,在各行各业得到了广泛的应用.20世纪90年代以后,又出现了相对与实际plc(硬plc)的软plc,即plc仿真软件,它在一定程度上可以代替硬plc实现控制系统的动态仿真,四层楼电梯plc控制系统动态仿真就是由此产生的一个新的研究课题.它利用仿真软件intouch制作出仿真界面,然

7、后用incontrol制作出仿真控制程序,这样就可以在microsoft windows 下演示仿真动画.其控制系统框图如下: 电梯监控模型 intouch软件dde服务程序电梯控制系统模型仿真电梯运行现场c incontrol软件数据指令 数据数据指令intouch软件 通过这一课题的设计,要求我们掌握plc仿真控制系统的设计方法,能够利用仿真软件intouch和incontrol设计出四层楼电梯的动态监控模型.1.1.2发展方向:(1) 电梯群控系统更加智能化:电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源,如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控等.这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控

8、制目标的多样化、非线性表现等动态特性.随着只能建筑的发展 ,电梯的只能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统.(2) 超高速电梯:21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑,超高速电梯继续成为研究方向.(3) 蓝牙技术在电梯上的广泛应用:蓝牙技术将减少电梯的安装周期和费用,提高电梯的可靠性和控制精度,更好的解决电气设备的兼容性,有利于把电梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中.(4) 绿色电梯的普及:绿色电梯要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪音低、寿命长、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等.1.2 组态软件intouch的特点和功能 wonderware intouch

9、 7.1 是用于工业自动化、过程控制和管理监视的一个强大的图形人机界面( hmi ) 软件。intouch hmi 软件用于可视化和控制工业生产过程。 它为工程师提供了一种易用的开发环境和广泛的功能，使工程师能够快速地建立、测试和部署强大的连接和传递实时信息的自动化应用。 intouch 软件是一个开放的、可扩展的人机界面，为定制应用程序设计提供了灵活性，同时为工业中的各种自动化设备提供了连接能力。1.2.1 它的功能: intouch hmi 为用户提供了今天的hmi和监控应用所需的能力和通用性.wonderare在研究与开发中进行了大量投入,保证为用户提供新型的、强大的、创新的产品.其结果

10、是:各种公司可以把他们的精力集中于业务的运转方面,而工程师可以利用最新的软件技术.它可以给拥护提供一个通用的开发环境和一个灵活的体系结构,使用户可以为任何自动化应用场合建立灵活的应用.intouch软件适合于部署在独立机械中、在分布式的服务器/客户机体系结构中,也可以作为使用终端业务的瘦客户机应用.intouch还是实现了微软公司的支持windows xp”认证的第一个hmi产品,可以从工作站、个人数字助理(pda)和浏览器观看显示内容.1.2.2 它的优点: wonderware intouch包含几个组件，它们分别实现可视化、设计和展示、与外部组件/系统的数据访问扩展、历史、事件处理、报警

11、记录、以及报表和分析工具。wonderware intouch 的易开发性可支持用户迅速便捷地创建复杂的、强大的操作员界面显示。(1).开放易用的开发环境: wonderware利用了我们在通信技术中的现有标准，并把它们与微软的未来技术相结合，为应用开发人员提供了一个更加开放和易用的开发环境。intouch支持所有最新的工具，包括activex、opc、wonderware的suitelink?以及标准的dde。wonderware intouch 是一个activex容器。它允许intouch用户安装第三方activex控件，并且只需经过简单的点击配置就可以在任何应用窗口中使用这些控件-根本

12、不需要编程. 用户可以使用activex控件处理控件事件，调用控件方法，以及设置和获取控件属性等，而这些操作都可在intouch quickscripts中完成。(2).设备兼容性强: (i/o)wonderware和100多家第三方开发公司合作，提供了各种32位i/o server, 所有wonderware server 都提供了微软dde通信功能，以及可以用来与任何windows应用程序通信的wonderware的suitelink协议。wonderware支持进程控制规范的ole。intouch和所有其它的factorysuite组件都是一种opc客户机，因而可以与任何opc serv

13、er一起使用。1.3 组态软件incontrol的特点和功能 wonderware incontrol是一个实时应用程序引擎 -在工业界俗称软plc 。 它广泛适用于各种需要高速，确定时间处理数据和逻辑的工业行业。incontrol 运行 在一个开放的系统中，同时提供了良好的连接性和可靠的处理复杂逻辑控制的能力。incontrol 基于microsoft windows nt 和 windows 2000 的 运行引擎扩展了您的控制能力. incontrol 支持多种友好的开发方式：梯形图（rll）、顺序 功能图（sfc）和结构文本（st）方式。incontrol 可以连接 多种i/o 系统以

14、及suitelink 和opc server 。 incontrol 增强了wonderware factorysuite 的可操作性和处理 实时数据的能力。incontrol 的模块化设计，加上opc 和 suitelink 的通讯方式是一套灵活、可扩展的软逻辑包。incontrol提供了一套集成的控制和脚本(scripting)的解决方案，用开放的基于 nt 的系统代替了封闭的控制系统，开放的连接特性降低了系统成本，增强了处 理能力，更易于扩展。 oem 制造商可以从灵活连接不同i/o 系统、灵活的编辑器、支持activex 的特性中直接受益。实际应用可以从分布式运行引擎、强大的pid 控

15、制、仿真工具和大量i/o 处理能力中 受益。对于机器控制的应用，incontrol 提供了可嵌入、实时的离散量控制能力。第二章 系统动态监控模型1. 1动态监控画面的绘制这一步的任务主要是利用intouch自带的图形绘制工具在相应的环境下绘制出电梯的动态监控画面.动态监控画面主要包括电机、轿厢、各楼楼层显示、检修开关、轿厢控制面板、报警灯以及各种控制按钮组成.我在这里简称它们为“画面要素”.下图就是本组设计的电梯动态画面: 图2.12.2动态监控画面参数的设定电梯控制系统的动态监控画面绘制完成以后,就因该对该画面里的每一个控制变量(这里的控制变量就是指的那些画面要素)设定其相应的参数值,以便能

16、使每一个变量在下一步进行动画连接时对应一个动画效果.为了完成这一步工作,首先必须了解intouch软件的核心“标记名字典”(运行是数据库).作intouch的核心部件,在运行时,数据库包含数据库中所有项目的当前值.为了创建运行时数据库,intouch需要所有已经创建的变量的信息,每个变量必须指定标记名和变量类型.对某些变量类型intouch需要额外的信息.例如，对于i/o类型标记名，intouch需要更多的信息,以便获得数据并将它转换后供内部使用.标记名字典就是用来输入这些资料的机制.了解了这些以后就应该计算出电梯动态监控画面中总共有多少个参数了,这是因为我们用的intouch软件最多只能支持

17、32个标记名,所以我们创建的标记名的总数一定不能超过32个.因此我们把必须创建的标记名列举如下:轿厢内的选层按钮标记名:一楼选层 ： x1001二楼选层 ： x2001三楼选层 ： x3001四楼选层 ： x4001开门 ： open关门 ： close每层楼的呼叫按钮标记名:一楼上行呼叫： x1010二楼上行呼叫： x2010三楼上行呼叫： x3010二楼下行呼叫： x2100三楼下行呼叫： x3100四楼下行呼叫： x4100轿厢到达各楼层的定位信号标记名:一楼到达：x1002二楼到达：x2002三楼到达：x3002四楼到达：x4002电梯运行/检修开关信号标记名: x0我们设定的标记名中

18、共有各种呼叫按钮、选层按钮和开关门按钮16个，开关2个，定位变量4个，脚本程序变量4个，上行下行变量各一个,上述标记名总数是28个,符合该软件规定的范围.另外还要说明的就是脚程序标记名,它们主要是作为画面动画的中间变量,其作用将在下面一节中做详细介绍.2.3动态监控画面的动画连接 完成了标记名定义以后,接下来就要进行动画连接.电梯动态监控画面的动画连接主要是电梯轿厢上行或下行的动画连接.这一步的主要工作是对具体的标记名进行参数设定,使得绘制好的动态监控画面在同系统控制程序(该控制程序由incontrol设计完成)连接的时候产生相应的动画效果.下面我们来详细介绍每一个标记名的连接设置:1.轿厢的

19、标记名设置和动画连接双击轿厢弹出相应链接对话框,如下图所示:图2.2在图2.2中,点击vertical(垂直),立即出现下一个对话框,如2.3图所示.图2.3图2.3中出现了在上面一节中没有解释的脚本程序标记名,现在对它做下列解释:counter作为中间变量,用于轿厢在各楼层运行时的定位,即轿厢在系统中的实际位置由counter表示,当轿厢运行至相应楼层时(即当counter等于相应的数值时),轿厢停止运行,开门载客或做出其他的动作.所以,在电梯静态画面中,轿厢每到一个楼层就有一个特定的数值与counter一一对应.而这一数值具体应该等于多少则是根据图形大小来决定的,可以是任意合理数值.本组设

20、计的图形中,counter数值设定如下:轿厢在一楼时counter=0;轿厢在二楼时counter=100;轿厢在三楼时counter=190;轿厢在四楼时counter=281.另外,counter这个中间变量还与图形中的其他一些动画效果有关.列举如下:(1).各楼层显示灯与counter的联系:当电梯运行到达某一楼层时,楼层指示灯会显示相应的楼层数,而楼层的到达是由counter来测定的,所以灯的亮与灭和counter是有直接关联的,也就是说当counter数值等于设定值时,轿厢到达相应的楼层,于是该楼层的指示灯就亮.例如当counter=100时,2楼的楼层指示灯亮(否则就灭),当cou

21、nter=190时,3楼的楼层指示灯亮(否则就灭),依次类推.(2).轿厢缆线与counter的联系: 为了能使轿厢上升时缆线也随之自动隐藏,我们在设计时将几段不同长度的直线叠加在一起,它们的长度差值都相差一个轿厢的高度,当轿厢从a直线开始向上运行到b直线处时, a直线自动隐藏,当轿厢从b直线向上运行到c直线时b直线 c自动隐藏,依次类推.这样就达到了缆绳随轿厢的上升自动隐藏的效果.这种效果在动 b态画面中反映出来就会产生缆绳不断的把 a轿厢轿厢上拉的图相. 对每一条直线的参数设置方法是类似了,双击选中的直线,弹出直线设置对话框,如图2.4所示:图2.4单击图中visibility按钮,又弹出

22、下列对话框,如图2.5所示:图2.5以a直线为例,它的参数就应该是: counter=80 即只要轿厢离地面的距离超过了高度80的话,直线a就隐藏.2.3.2 呼叫信号、灯指示信号的连接: 此类信号连接因直接同软plc连接，没有直接动画效果，只有“亮”与“不亮”两种状态,因此它们的连接设置与轿厢的动画连接设置有所不同，只需直接定义其标记名和画面属性设置即可，如:一楼上行呼叫设置，双击一楼上行呼叫按钮，则出现以下对话框：图2.6点击图2.6中的action按钮,出现下面的对话框:图2.7在图2.7中有一段程序,它的作用这里做如下说明:(1)当轿厢离开1楼上行的过程中1楼有上行呼叫时, 1楼上行呼

23、叫开关闭合即x1010的值为1,上行指示灯亮;(2)当轿厢停靠在1楼时,1楼上行呼叫开关同样是闭合状态即电梯必定响应上行呼叫,一旦1楼有上行请求,电梯门打开,上行指示灯亮.如果点击图2.6中的line color按钮,就会出现下面的对话框,如图2.8所示:图2.8图2.8说明了:当某一楼层有呼叫时,该楼层的呼叫显示灯为红色,当该楼层没有呼叫时该楼层的呼叫显示灯为灰色.2.4 脚本程序的应用: 一旦创建了图形对象或符号，就可以通过动画来赋予其“生命”。通过附加动画链接，可以改变对象或符号的外观，以反映标记名或表达式值的变化，使用这些和许多其它的特殊效果。intouch 支持两种基本的链接：触动链

24、接和显示链接。触动链接允许操作者向系统输入。显示链接允许向操作员输出。数值游标或按钮是触动链接的例子。填色、位置或闪烁链接是显示链接的例子。脚本程序就是指软件intouch中的一个插件,在“scripts”的“application”中编写,所编出来的脚本程序的作用就是使原本已经设定好的各个静态画面要素在此程序的控制下产生相应的动画效果.为此,我们编写了一段适合本系统的脚本程序,其内容和含义都相应的注释,如下: if z0 = 1 then # z0受软plc控制，当plcif counter = 0 then 程序运行结果z1为1时电梯 counter = counter - 1;endif

25、;endif; 上行if counter = 100 then 厢停靠在2楼，以及相应变 x2002 = 1; 量名的值 x3002 = 0; x4002 = 0; x1002 = 0; t2002 = 1; endif; endif;if counter 104 or counter 100 then t2002 = 0; endif; if counter = 191 then 轿厢在3楼时 x3002 = 1; x2002 = 0; x4002 = 0; x1002 = 0; t3002 = 1; endif; endif;if counter = 194thent3002 = 0;el

26、se if counter = 190then t3002 = 0; endif;endif;if counter = 3then # 轿厢所在楼层定位，轿厢 if counter = 4 then t1002 = 0; endif;if counter = 281 then # 轿厢所在楼层定位 x4002 = 1; 轿厢在1楼时 x2002 = 0; x3002 = 0; x1002 = 0;t4002 = 1; else t4002 = 0; endif;if counter = 100 and counter = 191 and counter = 281 then x4001 = 0

27、; x4100 = 0; endif;if counter = 0 then # 主要作用在于检修开关处 q1 = 1; 于检修状态时，将电梯定位于最底层 else q1 = 0; endif;if open1 = 1 then # 模拟乘客的动作变化 c = c + 10; else c = 0; endif;第三章 系统控制程序模型3.1 系统控制程序流程图xf1为1楼下行标记 sf1为1楼上行标记xf2为2楼下行标记 sf2为2楼上行标记xf3为3楼下行标记 sf3为3楼上行标记xf4为4楼下行标记 sf4为4楼上行标记z1为电梯下行动作 z0为电梯上行动作由系统的实际要求来看:xf1的

28、值始终等于0;sf4的值始终等于0;上述上下行标记之间的逻辑关系为: xf1=0sf4=01楼上行: sf1= 一楼以上有呼叫2楼上行: sf2= sf1二搂以上有呼叫 + xf3二楼以上有呼叫二楼以下无呼叫2楼下行: xf2= xf3一楼有呼叫 + sf1一楼有呼叫二楼以上无呼叫3楼上行: sf3= sf2四楼呼叫 + xf4四楼呼叫三楼以下无呼叫3楼下行: xf3 = xf4三楼以下有呼叫 + sf2三楼以下有呼叫三楼以上无呼叫4楼下行: xf4=四楼以下有呼叫系统控制流程框图如下所示:电梯运行到底部电梯起停开关 off电梯所在楼层 i on下行标记xf(i+1)是否为1上行标记sf(i-

29、1)是否为1i 层以下是否呼叫i层以下是否呼叫i 层以上是否呼叫i层以上是否有呼叫xf=1sf=1各楼层上下行标记清0各楼层上下行标记清0电梯门是否关电梯门是否关z1=1电梯下行z0=1电梯上行电梯是否到 i-1 层电梯是否到 i+1 层i=i-1i=i+1上述流程图所体现出来的设计思路是:电梯起停开关on时,电梯正常启动,电梯停靠在第i层,这时先判断当前状态下的上下行标记,如果当前上行标记sfi为1,而且i层以上的楼层有上行呼叫时,电梯上行,i层以下的楼层有上行呼叫时,电梯要先响应高层呼叫然后再响应低层呼叫.反之,如果当前上行标记sfi为0,下行标记xfi为1,同时有i层以下的楼层有下行呼叫

30、,则电梯下行;若此时有i层以上的楼层有上行呼叫,则电梯先响应低层下行呼叫,然后响应高层下行呼叫.一旦电梯到达了有呼叫请求的楼层时,电梯所在楼层标识i会自动加1或减1,然后电梯又在当前状态下测定上行或下行的标记,准备进入下一个工作循环这一思路还体现了:只有在行进方向上的呼叫才能被立即响应,而不在行进方向上的呼叫要等到响应完行进方向上的呼叫以后才能被响应的设计要求.3.2 系统控制程序模型根据系统控制流程框图和框图所体现的思路我们设计出符合要求的控制程序梯形图.下面的梯形图就是由incontrol设计的本系统的控制程序模型:电梯运行开关控制程序部分 电梯所在各层上下行判断 清除所在楼层以外楼层的上

31、下行表识电梯所在各层上下行判断 待添加的隐藏文字内容3 清除所在楼层以外楼层的上下行表识电梯所在各层上下行判断清除所在楼层以外楼层的上下行表识电梯所在各层上下行判断一楼开关门控制程序二楼开关门控制程序三楼开关门控制程序四楼开关门控制程序控制输出，电机正转，电梯上行控制输出，电机反转，电梯下行2. 3实现软plc对动态监控画面的控制:前面两步工作(电梯动态监控画面和电梯控制程序)做完以后,就应该进行画面与程序的连接工作,即连接调试 .这一步工作的做法是在制作好的电梯动态监控画面里添加一个插件,具体步骤如下:(1)在intouch界面下点击 “wizard selection”窗口中的“incon

32、trol”选项,如图: (2)然后点击 “incontrol project” 图标,将其拖到制作好的电梯动态监控画面内的适当位置,然后双击该图标,就会弹出“项目连接”对话框,如下:图中蓝色的选项就是用incontrol制作的电梯控制程序所存放的目录.点击图中的launch可以把电梯的图形界面和电梯的控制程序连接起来了.连接完成以后,就可以在intouch窗口中点击“file”菜单,选择“windowviewer”来演示整个动画效果了.第四章 软plc与实际电梯系统的连接方法作为与本课题密切相关的一个问题就是如何使软plc通过控制实际的plc来远程监控实际的电梯系统.只有这样我们做的课题才有实

33、际的意义,才能够运用到实际的系统中去.所以软plc与硬plc怎样连接和硬plc与实际电梯系统怎样连接就是我们在这一部分要说明的问题.下图为软plc与实际电梯系统的连接示意图:实 际电 梯系 统pc机(intouch)实际plc 数据 数据 数据 监控指令 监控指令 监控指令 i/o连接板4.1 软plc与硬plc的连接wonderware公司推出的仿真软件给我们提供了这方面的帮助.具体做法就是利用实际的i/o连接板把pc机和实际plc连接在一起,实际plc与pc机之间的数据交换要完全通过i/o连接板来完成.外部输入的数据pc控制命令输出intouch仿真界面可以对外部传输进来的数据进行实时监控

34、,而控制命令则是由incontrol去具体实施的.它们之间的相互联系是实现动态监控的基础.如图:4.2 硬plc与实际电梯系统的连接 这部分的连接方法是我们在查阅了一些参考资料后所作出的设想和推断,由于时间的因素并没有做出实际的连接电路证明其正确性和可行性,硬plc与实际电梯系统的外部i/o连接原理图如下所示: 在上述电气原理图中,有24个输入点和16个输出点,为了能够尽量减少输出点的使用个数,我们采取了一些压缩输入点使用的措施.如:直流电机的可逆切换与上下行指示在plc控制下是通过两个外部继电器来实现的;我们采用了4个led灯分别指示1-4层楼的楼号,若能在外部增加一组译码电路,则不用增加输入点就可以获得16个楼层的编码信号;另外我们还采用了一个led灯指示轿厢门的开关,从而简化了控制方法,在每个楼厅只设一个led灯作为呼唤指示.4.3 i/o驱动程序 intouch监控画面同现场的i/o设备进行通信，只是靠硬件的连接显然是不可能的，这就需要为数据的读取与发送提供一个软件接口，作为i/o驱动程序，这个软件接口称之为i/o驱动器。i/o驱动器是操作人员访问硬件系统数据的通信工具。为了读写硬件数据，我们首先在intouch画面中设置所需要数据的启始地址即接口名以及数据范围，运行i/o驱动程序之后，intouch将会通过驱动程序自动读取和传送数据到相应的i/o设备。对于每一