毕业论文：基于MCGS组态软件的四层楼电梯模拟控制-精品.pdf

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 （1/41） 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 （38） 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：根据轿厢所处位置及乘员所处层数，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。另外在轿厢外均要有信号灯显示电梯的运 行方向及楼层数。 mcgs（monitor 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置。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置，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 plc（micro 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。 分别完成轿厢内指令，厅外召唤指令，楼层位置指示，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置 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 i0.7u1 一层上呼 i0.1s3 三层内呼 叫 i1.0u2 二层上呼 i0.2s2 二层内呼 叫 i1.1u3 三次上呼 i0.3s1 一层内呼 叫 i1.2sq1 一层限位 i0.4d4 四层下呼 i1.3sq2 二层限位 i0.5d3 三层下呼 i1.4sq3 三层限位 i0.6d2 二层下呼 i1.5sq4 四层限位 q0.0l4 轿厢在四 层 q1.0sl2 内呼二层 指示 q0.1l3 轿厢在三 层 q1.1sl1 内呼一层 指示 q0.2l2 轿厢在二 层 q1.2up1 外呼一层 上指示 q0.3l1 轿厢在一 层 q1.3up2 外呼二层 上指示 q0.4down 轿厢上行 q1.4up3 外呼三层 上指示 q0.5up 轿厢下行 q1.5dn2 外呼二层 下指示 q0.6sl4 内呼四层 指示 q1.6dn3 外呼三层 下指示 q0.7sl3 内呼三层 指示 q1.7dn4 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 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 old = m3.4 ld sq4 o sq3 o sq2 o 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 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 m1.4 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 = 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 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）属性设置 将开关型变量的基本属性中的对象初值设置为0,数值型变量的 属性设置：以f1left 为例，基本属性中的对象初值设置为100，最 小值为0，最大值为100，其它变量的设置与其相似。 (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，并设置相应的 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）指示灯的属性设置 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，弹出单元属性设置窗口。 其它指示灯的属性设置和上面基本相同，只是表达式的值对应不同 的数据变量，不在一一列举！ （2）轿厢属性的设置 双击界面中表示电梯上升下降的轿厢，弹出属性设置窗口，属 性设置如下： （3）数值型变量的设置 数值型变量有六个，以变量f1left 为例：一层左门的属性设 置如图所示。 一层右门设置同左门，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 别设置两者的属性,与plc的i/o设置保持一致！ 基本设置如下图： 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 “策略属性设置”，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 f1left0 then f1left=f1left-3 if up=1 and l1=1 and f1left0 then f2left=f2left-3 if (up=1 and l2=1) or (down=1 and l2=1) and f2left0 then f3left=f3left-3 if(up=1 and l3=1) or (down=1 and l3=1) and f3left0 then f4left=f4left-3 if down=1 and l4=1 and f4left-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=1) and jiaoxiang-300) or (sl2=1 or dn2=1 or up2=1) and jiaoxiang=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