毕业设计（论文）-基于组态王的电梯远程监控系统设计.doc

基于组态王的电梯远程监控系统设计xxx（指导老师 xx）（湖北师范学院 机电与控制工程学院 湖北 黄石 435002）摘要：在现代社会和科技的不断发展中，计算机，弱电控制技术已经得到了快速的发展，电梯已经成为了现代城市发展的必要条件和标志。特别是在一些高层建筑中电梯已经成为了一种必不可少的交通运输工具，而随着现在高层建筑如雨后春笋般的涌出，电梯行业也进入了一个新的发展高峰期。电梯的控制技术也已经从以前简单的机械控制发展到了现在的全电子计算机控制，以往的继电器也已经完全不能满足现代电梯运行的要求，很多现代的功能都不能实现，所以我们现在使用plc来代替继电器来实现电梯的逻辑控制。本次设计主要是针对国内电梯行业的现状，用可编程序控制器（plc）来实现对电梯的逻辑控制，通过适当的选择和设计，不但可以提高电梯的安全性、灵活性、维护性及其使用寿命，可以大大的减少对电梯新功能的研发周期，提高了电梯的控制水平，改善了电梯的稳定性，使之达到我们所期待的目标。本设计中的电梯相对于以往的传统电梯，大大的提高了舒适性及其功耗，在现在社会中有着广泛的应用。该电梯控制系统具有指层、厅召唤、选层选向、手动和自动等功能，具有集选控制的特点。而对于现在的plc控制的电梯，在监控室的上位机监控电梯的运行状态是电梯控制的发展必然趋势。本设计中我们简要分析了电梯监控系统的组成，详细介绍了plc实现对四层电梯的运行监控，并采用组态王软件实现电梯监控系统的设计，组态监控系统与plc控制系统进行实时数据交换，在组态监控画面上能实时反映电梯的运行状态，从而实现对电梯运行状态的双向监控。本设计在深入介绍电梯的运行状态的同时介绍可编程序控制器（plc），并详细介绍其优点及特点，着重介绍了电梯的软件及监控状态，研究并提出了基于plc电梯控制系统设计的实现方案，最后对本论文的研究内容进行了总结与展望。关键词：plc，电梯，组态王，监控中图分类号：目 录前言第1章 绪论 1.1电梯继电器控制系统的特点及存在问题 1.1.1电梯继电器控制系统的优点 1.1.2电梯继电器控制系统存在的问题 1.2 plc及在电梯控制中的应用特点 1.2.1 plc的特点 1.2.2 plc控制电梯的逻辑关系 1.2.3 plc控制电梯的优点第2章 plc控制系统硬件设计 2.1 四层电梯主电路 2.1.1电梯控制系统原理图 2.1.2电梯理想运行曲线 2.1.3四层电梯驱动电机 2.1.4 plc外部接线图 2.3工/0点数的分配及机型的选择 2.2.1 i/o点数的估算 2.2.2输入/输出的分配 2.2.3 机型的选择 2.4 编码器与plc的连接 2.5系统结构框图第三章 软件设计 3.1四层电梯梯形图 3.1.1电梯控制主程序流程图 3.1.2外召唤信号登记及消除 3.1.3内指令信号登记及消除 3.1.4电梯的平层信号及处理 3.1.5选层定向及反向截梯 3.1.6内指令外召唤信号的保持 3.1.7各楼层停车信号 3.1.8自动开关门3.2 stl语句表第4章 软硬件的调试 4.1组态王6.5的简介 4.2组态王的基本操作 4.2.1 建立新工程及画面 4.2.2 变量的定义及管理 4.2.3 组态王的命令语言 4.3图库与控件及命令语言程序 4.4 四层电梯在组态王中的仿真调试结论谢 辞参考文献附录基于组态王的电梯远程监控系统设计余玮龙（指导老师 杨青胜）（湖北师范学院 机电与控制工程学院 湖北 黄石 435002）前 言电梯是随着现代高楼的林立而兴起的一个比较新的新兴行业，它主要就是一个垂直的交通运输工具。在现代的大型工厂厂房、居民住房、商业大厦等高层建筑中，电梯已经成为了其中必不可少的组成部分。在现代社会中电梯已经成为如同汽车轮船一样人们生活中必不可少的交通工具之一了。据统计，美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史,据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出-人力驱动的卷筒式卷扬机。1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现,继而又在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力,这才出现名副其实的电梯,并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯,首批46台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。实际上，电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足要求的，因此，电梯控制系统应采用随机逻辑控制方式控制。目前电梯的控制普遍采用两种控制方式：一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯的信号采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（plc）取代微机实现信号集选控制，微机进行实时数据采集和监控，采用组态软件（如组态王）制作监控画面以实时反映电梯的运行状况。从控制方式和性能上来说，这两种方式并没有太大的区别。国内厂家大多采用答二种方式，其原因在于用plc控制有许多优点： 1，可靠性高，由于采取了一系类的plc高可靠性的措施，plc的平均无故障时间（mtbf）一般可达35万小时。而且plc的环境适应性也很强，它能在工业环境下可靠地工作；2，编程简单，plc最常用的编程语言是梯形图语言。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当工作流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活；3，体积小、结构紧凑、安装、维修方便。plc的体积小，重量轻，便于安装。一般plc都具有自诊断、故障报警、故障种类显示等功能。可编程序逻辑控制器（plc）是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统练成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。它是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。在现代已经白广泛应用于各个方面尤其是在数据处理、网络通信及与dcs的集散系统融合方面有了很大的进展。可编程逻辑控制器（plc）充分利用微处理器的特点，能够对不同的系统进行不同的实时操控，达到不同系统的控制要求，同时它属于一种远程的控制系统，能极大的提高操作人员的人生安全性及习惯性，同时它特定的编程语言形象具体清晰，能够让使用者更容易理解，更方便检测。用户买到所需要的plc后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可以灵活而方便地将plc应用于生产实践，而且用户程序的编制、修改和调试都不需要具有专门的计算机编程语言知识。plc现在已经成为现代工业控制三大支柱（plc、cad/cam、robot）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代有大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的继电-接触控制系统，在机械、化工、石油、冶金、轻工、电子、纺织、食品、交通等各行各业都得到广泛的应用。总的来说，电梯的控制是一门相当深奥的学问，在过去的几十年里，继电器为电梯的发展起到了不可磨灭的作用，在plc和计算机之前，继电器作为电梯运动控制的主要逻辑控制手段，不停地引领者电梯行业的发展。可惜随着科技的不断发展，继电器已经越来越不能满足电梯行业的迅速发展与要求，与plc相比，继电器已经成为制约电梯行业发展的主要因素。在继电器控制的时代，电梯的功能比较单一，控制性也存在不稳定因素，而现在plc的出现及使用给电梯行业带来了一个新的纪元。plc是专门为工业控制而设计的控制设备，它体积不大，功能强大，过程控制十分稳定安全，抗干扰能力极强，能够和计算机联机组成远程监控界面，大大的提高了工业控制的安全性和实时性。因此plc已经成为了电梯行业中的关键控制技术。第1章 绪 论1.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题1.1.1电梯继电器控制系统的优点：(1) 所有控制功能及信号处理均有硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。 (2) 系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。 (3) 大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格较便宜。 (4) 多年来我国一直生产这类电梯，技术成熟，已经形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉、掌握的人员较多。1.1.2电梯继电器控制的缺点：(1) 系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。 (2) 普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。 (3)电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。 (4) 系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。 (5) 由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大。费用高；而且检查故障困难，费时费工。总而言之，电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘客人员带来不便和惊扰。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。所以目前电梯的继电器控制已经很少使用了。1.2 plc及在电梯控制中的应用特点1.2.1 plc简介及其特点：可编程序扩及控制器（plc，programmable logic controller）是上世纪60年代末在美国首次出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、技术等顺序控制功能。plc的基本思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电器控制系统中机械触点的界限复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用课编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快收到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，课编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到广泛应用。plc的特点：1. 抗干扰能力强，可靠性高 plc主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，i/o系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；对电源部分采取了很好的调整和保护措施，以适应电网电压波动和过电压、欠电压的影响；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施，采用信息保护和恢复技术，实时报警和运行信息显示等。 plc采用微电子技术，大量的开关动作有无触点的电子存储器件来完成，所以plc控制系统的可靠性大大提高了。2. 控制系统结构简单，通用性强大部分情况下，一个plc主机就能组成一个控制系统。对于需要扩展的系统，只要选好扩展模块，经过简单的连接即可。plc控制系统的实质性好处是当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只需对程序惊醒简单的修改，对硬件部分稍作改动即可，而不像继电器控制系统那样，在一个装配好的控制键盘上，对系统进行修改几乎是不可能的事情。所以说plc控制系统有极高的柔性，及通用性强。 3.编程方便，易于使用plc是面向底层用户的智能控制器，因为其最初的目的就是要取代继电器逻辑，所以，plc诞生之时，其设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，其编程语言采用了和传统控制系统中电气原理图类似的梯形图语言，plc的内部元件也用过去就熟悉的诸如中间继电器、定时器、计数器等名称。这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电气和工艺知识的人员都可在短时间学会。 4.功能强大，成本低现在plc几乎能满足所有的工业控制领域的需要。plc控制系统可大可小，能轻松完成单机控制系统、批量控制系统、制造业自动化中的复杂逻辑顺序控制、流程工业中大量的模拟量控制，以及组成通信网络、进行数据处理和管理等任务。由于其专为工业应用而设计，所以，plc控制系统中的io系统、hmi等可以直接和县城信号连接、使用。系统也不需要进行专门的抗干扰设计。所以和其他控制系统（如dcs、ipc等）相比，其成本较低，而且这种趋势还将持续下去。 5.设计、施工、调试的周期短用plc控制，由于其硬件软件齐全，为模拟化积木式结构，且已商品化，谷仅需要按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也了在plc到货前进行因而缩短了设计周期，是设计和施工可同时进行。由于软件编程取代了硬接线实现控制任务的，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。因为plc是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和方针的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。 6.维护方便plc的输入输出端子能够直观反映现场信号的变化状态，通过编程工具（装有编程软件的电脑等）可以直观的观察控制程序和控制系统的运动状态，如内部工作状态、通信状态、io点状态、异常状态和电源状态等，极大地方便了维护人员差债故障，缩短了对系统的维护时间。plc的应用领域目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石油、化工、制药、电力、建材、机械制造、汽车、批量控制、装卸、造纸纸浆、食品粮食加工、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：1.开关量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统； 6.通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。1.2.2 plc控制电梯的逻辑关系 电梯控制逻辑关系如下: 1)行车方向由内选信号决定,顺向优先执行; 2)行车途中如遇呼梯信号时,顺向截车,反向不截车; 3)内选信号、呼梯信号具有记忆功能,执行后解除。 4)内选信号、呼梯信号、行车方向、行车楼层位置均由信号灯指示5)停层时可延时自动开门、手动开门、(关门过程中)本层顺向呼梯开门; 6)有内选信号时延时自动关门,关门后延时自动行车; 7)无内选时延时5s自动关门，但不能自动行车; 8)行车时不能手动开门或本层呼梯开门,开门不能行车。9)自动关门待客。当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门在调定时间内自动关闭轿厢照明。10)自动换向。当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号。1.2.3 plc控制电梯的优点 （1）在电梯控制中采用了plc，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。 （2）去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。 （3）plc可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 （4）plc可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 （5）用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。 （6）更改控制方案是不需要改动硬件接线。此外，微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术等缺陷而没被广泛采用。plc控制由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强，设计和调试周期短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式。本文主要讨论研究利用西门子公司可编程控制器对四层电梯的控制，形成电梯控制系统。第2章 plc控制系统硬件设计2.1 四层电梯主电路2.1.1电梯控制系统原理图图21电梯系统原理图2.1.2电梯理想运行曲线根据大量的研究和实验表明，人可接受的最大加速度为am1.5m/s2，加速度变化率m3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即 m跳变到-m或由-m跳变到 m的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置410cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。图22抛物线直线综合速度曲线2.1.3 四层电梯曳引电机及门电机电路图根据设计要求，本次设计的电气控制系统主回路原理图如图所示。图中m1，m2为曳引电机和门电机，交流接触器km1km4通过控制两台电动机的运行来控制轿厢和厅门，从而进行对电梯的控制。fr1，fr2为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。fu1为熔断器，起过电流保护作用。图23 电梯曳引电机及门电机电路图2.1.4 plc外部接线图本设计的plc外部接线图如图所示.cpu226cn的传感器电源24v(dc)可以输出600ma电流，通过核算在本设计中plc容量完全满足要求，cpu226cn的输出继电器触点容量为2a，电压范围为530v（dc）或5250v（ac）。图24 plc外部接线图2.2i/0点数的分配及机型的选择2.2.1 i/o点数的估算 本设计采用plc控制这个简易的四层电梯系统电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮k1和指示灯h1，二层有上升呼叫按钮k2和指示灯h2以及下降呼叫按钮k4和指示灯h4，三层有上升呼叫按钮k3和指示灯h3以及下降呼叫按钮k5和指示灯h5，四层有下降呼叫按钮k6和指示灯h6。一至四层有到位行程开关sq1sq4。电梯内有一至四层呼叫按钮k10k7和指示灯h10h7；电梯开门和关门按钮sb5和sb6，电梯开门和关门分别通过电磁铁km3和km4控制，关门到位由行程开关st1检测，开门到位由行程开关st2检测。轿厢上行和下行由接触器km1和km2控制，并有上行记忆和下行记忆两路指示灯。综上所述，输入点共有14个，输出点共有16个。可编程控制器s7200的cpu226输入，输出点数为2416。足以满足要求2.2.2输入/输出的分配如下：该系统占用plc的30个i/o口，14个输入点，16个输出点，具体的i/o分配如下图所示：序号名 称输入点序号名 称输出点0一层平层i0.00电梯上行记忆q0.01二层平层i0.11电梯下行记忆q0.12三层平层i0.22电机正转q0.23四层平层i0.33电机反转q0.34内呼一楼i0.44内呼一楼指示q0.45内呼二楼i0.55内呼二楼指示q0.56内呼三楼i0.66内呼三楼指示q0.67内呼四楼i0.77内呼四楼指示q0.78一层外呼上行i1.08一层外呼上行指示q1.09二层外呼上行i1.19二层外呼上行指示q1.110三楼外呼上行i1.210三楼外呼上行指示q1.211二楼外呼下行i1.311二楼外呼下行指示q1.312三楼外呼下行i1.412三楼外呼下行指示q1.413四楼外呼下行i1.513四楼外呼下行指示q1.514手动开门i2.014门电机正转q1.615手动关门i2.115门电机反转q1.716开门限位i2.2 17关门限位i2.318电梯上升极限位i2.419电梯下降极限位i2.52.2.3 机型的选择simatic s7-200系列plc及其编程软件step 7-micro/win 32。simatic 小型s7-200系列plc适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。s7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。s7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块等。s7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 step 7-micro/win 32是西门子公司专门为s7-200系列plc设计在个人计算机windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便，简单易学，可用梯形图（lad）、语句表（stl）和功能块图三种编程语言编制程序，不同的编程语言编制的程序可以相互转换。step 7-micro/win 32提供两套指令集，即simatic指令集（s7-200方式）和国际标准指令集（iec1131-3方式）。程序编制完成之后，利用plc与计算机专用的pc/ppi电缆传送程序至plc。2.3 编码器与plc的连接 1、thplc-dt型四层电梯实验教学模型一台 2、安装了v3.2 step 7 microwin编程软件的计算机一台 3、pc/ppi编程电缆一根 4、plc主机一台（西门子自配），应选用40点机型（输入口大于20点、输出口大于14点）。2.4系统结构框图图25电梯开关门流程图图26电梯上升下降流程图第3章 系统软件设计3.1 四层电梯梯形图 plc的编程语言 plc程序是plc指令的有序集合，plc运行程序就是按一定的顺序，执行这集合中的一条条指令。指令是指示plc动作的文字代码或图形符号。使用的编程语言不同，这些文字代码和图形符号就不相同。但从本质上来讲，指令的实质都是二进制机器码。同普通的计算机一样，plc的编程软件通过编译系统把plc程序编译成机器代码。plc提供了功能较为完整的编程语言，以适应plc在工业环境中的应用。利用plc的编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。国际电工委员会(iec）制定了一个关于plc的国际标准iec61131，其中在iec61131-3中提供了5种plc的标准语言，其中有三种图形语言，即梯形图（ld，ladder diagram）、功能块图（fbd，function block diagram）和顺序功能图（sfc，sequential function chart）；两种文本语言，即结构化文本（st，structured text）和指令表（il，instruction list）。其中梯形图（ld）是最早使用的一种plc的编程语言，也是现在最常用的编程语言。它是从继电器控制系统的原理图的基础上演变而来的，它继承了继电器控制系统中的基本工作原理和电气逻辑关系的表示方法，梯形图与继电器控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定的区别。它最大的特点就是直观、清晰，比较易于掌握、程序表达清楚。本系统plc程序的编制采用梯形图语言，编程软件为step 7。该软件能够完成制作程序、对可编程控制器cpu的写入/读出、监控程序运行、调试程序、plc错误诊断等一系列功能。step 7概述西门子step 7是用于simatic可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，可使用梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作。它是simatic工业软件的组成部分。有下列版本的step 7标准软件包： 用于simatic s7-200上简单单站应用的step 7 micro/dos和step 7 micro/win。 用于使用带有各种功能的simatic s7-300/st-400、simatic m7-300/m7-400和simatic c 7的step 7：- 可通过选择simatic工业软件中的软件产品进行扩展- 为功能模板和通讯处理器赋值参数- 强制和多处理器模式- 全局数据通讯- 使用通讯功能块的事件驱动数据传送- 组态连接step7编程软件允许结构化用户程序，可以将程序分解为单个的自成体系的程序部分从而使大规模的程序更容易理解，可以对单个的程序部分进行标准化程序组织简化，修改更容易系统的调试也容易了许多在7s用户程序中可以使用如下几种不同类型的块:组织块(ob)是操作系统和用户程序的接口它们由操作系统调用，并控制循环和中断驱动程序的执行，以及可编程控制器如何启动。它们还处理对错误的响应组织块决定各个程序部分执行的顺序用于循环程序处理的组织块ob1的优先级最高。操作系统循环调用ob1并用这个调用启动用户程序的循环执行。功能（fc）属于用户自己编程的块功能是“无存储区”的逻辑块fc的临时变量存储在局域数据堆栈中，当fc执行结束后，这些数据就丢失了。功能块（fb）属于用户自己编程的块功能块是具有“存储功能”的块，用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)传递给fb的参数和静态变量存在背景数据块中，背景数据块(背景db)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。系统功能块(sfb)和系统功能(sfc)是step7为用户提供的己编程好的程序的块，经过测试集成在cpu中的功能程序库sfb作为操作系统的一部分并不占用程序空间，是具有存储能力的块，它需要一个背景数据块，并须将此块作为程序的一部分安装到cpu中。plc程序设计常用方法 在工业控制中根据不同的系统及控制要求，我们要设计出不同的plc控制程序，而程序设计的方法根据设计者的习惯，喜好的不同又分为许多种。而一般常用的几种plc程序设计方法有： 1.经验设计法经验设计法即在一些典型的控制电路程序的基础上，根据被控制对象的具体要求，进行选择组合，并进行多次反复调试和修改梯形图，有时需增加一些辅助触点和中间编程环节，才能达到控制要求。这种方法没有规律可遵循，与设计质量和设计者的经验有很大的关系，所以称之为经验设计法。这种方法对于一些简单的控制系统的设计是比较凑效的，可以收到快速、简单的效果。经验设计法的具体步骤如下：（1） 确定输入/输出电器；（2） 确定输入和输出点的个数、选择plc机型、进行i/o分配；（3） 做出系统动作工程流程图；（4） 选择plc指令并编写程序； （5） 编写其它控制控制要求的程序；（6） 将各个环节编写的程序合理地联系起来，即得到一个满足控制要求的程序。 2.顺序控制设计法： 顺序控制设计法根据功能流程图，从起始开始一步一步地设计下去。对那些按动作的先后顺序进行控制的系统，非常适合使用顺序控制设计法进行编程。顺序控制法规律性很强，虽然编程相当长，但程序结构清晰、可读性。在用顺序控制设计法编程时，功能图是很重要的工具。功能图能够清楚地表现出系统各工作步的功能、步与步之间的转换顺序及其转换条件。此法的关键是画出功能流程图。功能图由流程步、有向线段、转移和动作组成，在使用时它有一些使用规则，具体如下：（1）步于步之间必须用转移隔开；（2）转移与转移之间必须用步隔开；（3）转移和步之间用有向线段连接，正常画顺序功能图的方向是从上向下或则从左向右。按照正常顺序画图时，有向线段可以不加箭头，否则必须加箭头。（4）一个顺序功能图中至少有一个出初始步。3.1.1 电梯控制主程序流程图图31电梯控制主程序流程图3.1.2外召唤信号登记及消除厅外召唤指令具有登记指示，到层取消。3.1.3内指令信号登记及消除点动内呼按钮，信号登记显示。到层信号取消。本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。3.1.4 电梯的平层信号处理3.1.5 选层定向及反向截梯轿厢上行轿厢下行3.1.6 内指令外召唤信号的保持轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。开关门执行一次之后，信号取消。使电梯能够继续响应其他乘坐信号。3.1.7 各楼层停车信号3.1.8 自动开关门如梯形图所示，电梯到层停车后，延时2s开门，5s后自动关门。并设有手动开门按扭和关门按钮。可实现即时开关门。3.2 四层电梯stl语句表第四章 软硬件的调试4.1组态王6.53的简介组态王是北京亚控科技发展有限公司开发的一个集成人机界面（hmi）系统和监控管理系统的工业上位监控软件，可与可编程控制器（plc）、智能模块、板卡智能仪表、远程数据采集装置（rtv）等多种外部设备进行通讯。组态王6.53是亚控科技根据目前的自动化技术发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（kinghistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据总汇、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效的获取信息，及时的做出反应，一伙的最优化的结果。组态王6.53保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升和改进，软件的功能和可用性有了很大的提高。画面 1.支持大画面、导航图：用户可以制作任意大小的画面，利用滚动条和导航图控制画面显示内容；绘制、移动、选择图素时，画面自动跟踪滚动。 2.方便的变量替换：可以单独替换某个画面中的变量，也可以在画面中任意选中的图素范围内进行变量替换。 3.自定义菜单：支持二级子菜单。 4.丰富的提示文本：系统提供丰富的图素提示条文本，包括简单图素和组合图素。 5.任意选择画面中的图素：在画面中使用键盘和鼠标结合可以任意选择多个图素进行组合、排列等操作。变量 1.定义结构成员时可以定义基本属性，例如变量属性、报警属性和记录属性等。 2.定义结构变量时自动继承结构成员的属性。 3.结构变量可整体赋值。 4.结构变量可作为自定义函数的参数。 5.在数据词典中可以任意选择多个变量集中修改变量共有属性。主要技术亮点1.可以获得更加强大的数据存储能力。2.连接与采集。3.强大无比的通讯能力。4.全新的温控曲线控件。5.新增数据词典变量的导入导出功能和变量名替换功能。6.新增配方管理功能。7.新增组态王工程打包工具。8.历史库的优化。9组态王集成的报表系统。4.2 组态王的基本操作4.2.1 制作一个工程的一般过程建立新组态王工程的一般过程是： 1.设计图形界面（定义画面） 2.定义设备 3.构造数据库（定义变量） 4.建立动画连接 5.运行和调试建立组态王新工程创建工程路径启动“组态王”工程管理器（projmanager），选择菜单“文件新建工程”或单击“新建”按钮单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之二对话框”在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览”按钮，在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”图4-1新建工程创建组态画面第一步：定义新画面进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件画面”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标在“画面名称”处输入新的画面名称，如“test”，其它属性目前不用更改，（关于其它属性的设置请参见“第四章 组态王开发环境工程浏览器”）。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统第二步：在组态王开发系统中从“工具箱”中分别选择“矩形”和“文本”图标，绘制一个矩形对象和一个文本对象定义io设备继续上节的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“设备com1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”， 选择“仿真plc”的“串行”项，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为外部设备取一个名称，输入plc，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”为设备选择连接串口，假设为com1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，填写设备地址，假设为1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。 设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“plc”。在定义数据库变量时，只要把io变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。构造数据库继续上节的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“数据库数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框 在“变量名”处输入变量名，如：a；在“变量类型”处选择变量类型如：内存实数，其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。 下面继续定义一个io变量， 在“变量名”处输入变量名，如：b；在“变量类型”处选择变量类型如：io整数；在“连接设备”中选择先前定义好的io设备：plc；在“寄存器”中定义为：i0.0；在“数据类型”中定义为：bit类型。其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。创建动画连接继续上节的工程。双击图形对象即矩形，可弹出“动画连接”对话框，用鼠标单击“填充”按钮。 在“表达式”处输入“a”，“缺省填充刷”的颜色改为黄色，其余属性目前不用更改。 单击“确定”，再单击“确定”返回组态王开发系统。为了让矩形动起来，需要使变量即a能够动态变化，选择“编辑画面属性”菜单命令，弹出对话框 单击“命令语言”按钮，弹出画面命令语言对话框， 在编辑框处输入命令语言： if(a100)a=a+10;else a=0; 可将“每3000毫秒”改为“每100毫秒”，此为画面执行命令语言的执行周期。单击“确认”，及“确定”回到开发系统。 双击文本对象“#”，可弹出“动画连接”对话框， 用鼠标单击“模拟值输出”按钮，弹出对话框在“表达式”处输入“b”，其余属性目前不用更改。单击“确定”，再单击“确定”返回组态王开发系统。运行和调试组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件切换到 view”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择“test”画面。显示出组态王运行系统画面，即可看到矩形框和文本在动态变化。4.2.2变量的定义及管理（一）变量的类型 组态王系统中定义的变量与一般程序设计语言，比如basic、pascal、c语言，定义的变量有很大的不同，既能满足程序设计的一般需要，又考虑到工控软件的特殊需要。基本变量类型 变量的基本类型共有两类：内存变量、i/o变量。io变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如plc、仪表等）或其它应用程序（如dde、opc服务器等）。内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王”内需要的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。变量的数据类型 组态王中变量的数据类型与一般程序设计语言中的变量比较类似，主要有以下几种：u 实型变量 类似一般程序设计语言中的浮点型变量，用于表示浮点（float）型数据，取值范围10e-3810e+38，有效值7位。u 离散变量 类似一般程序设计语言中的布尔（bool）变量，只有0，1两种取值，用于表示一些开关量。u 字符串型变量 类似一般程序设计语言中的字符串变量，可用于记录一些有特定含义的字符串，如名称，密码等。u 整数变量 类似一般程序设计语言中的有符号长整数型变量，用于表示带符号的整型数据，取值范围（2147483648)2147483647。u 结构变量当组态王工程中定义了结构变量时，在变量类型的下拉列表框中会自动列出已定义的结构变量，一个结构变量做为一种变量类型，结构变量下可包含多个成员（基本变量），成员类型可以为：内存离散、内存整型、内存实型、内存字符串、io离散、io整型、io实型、io字符串。基本变量的定义内存离散、内存实型、内存长整数、内存字符串、i/o离散、i/o实型、i/o长整数、i/o字符串，这八种基本类型的变量是通过 “变量属性”对话框定义的，同时在“变量属性”对话框的属性卡片中设置它们的部分属性。变量及变量属性的定义在工程浏览器中左边的目录树中选择“数据词典”项，右侧的内容显示区会显示当前工程中所定义的变量。双击“新建”图标，弹出“定义变量”属性对话框。组态王的变量属性由基本属性、报警配置、记录配置三个属性页组成。采用这种卡片式管理方式，用户只要用鼠标单击卡片顶部的属性标签，则该属性卡片有效，用户可以定义相应的属性。“变量属性”对话框如下所示：单击“确定”按钮，则工程人员定义的变量有效时保存新建的变量名到数据库的数据词典中。若变量名不合法，会弹出提示对话框提醒工程人员修改变量名。单击“取消”按钮，则工程人员定义的变量无效，并返回“数据词典”界面。i/o设备管理与动画连接设备管理组态王的设备管理结构列出已配置的与组态王通讯的各种i/o设备名，每个设备名实际上是具体设备的逻辑名称（简称逻辑设备名，以此区别i/