基于FP1—C24和力控組態軟件的電梯控制系統設計

【摘要】五層電梯控制系統由上位機和下位機組成，上位機由PC機及三維力控組態軟件（Force Control V7.0）組成，主要包括工程創建、窗口創建、變量定義、I/O設備定義、動畫鏈接、腳本程序編寫及系統配置等；下位機由松下FP1-C24的PLC硬件及梯形圖軟件組成，主要包括I/O端口分配，外部接線，程序梯形圖等。開發了五層電梯控制梯形圖程序并調試仿真運行正確，設計結果能在開發界面上直觀的反映電梯的運行狀態，該系統具有的優點是：系統簡單，運行穩定，方便調試。

【關鍵詞】力控組態軟件；五層電梯；梯形圖；PLC

本設計中，可編程序控制器（PLC）及組態軟件以其通用靈活的控制性能，適應環境的可靠性與簡單方便的使用性能完全能適合電梯控制系統的設計要求?；贔P1-C24和力控組態軟件的電梯控制系統設計，主要是對電梯控制系統的模擬運行，以及繪制人機界面的友好顯示圖，從而為實現電梯的高效快速運行奠定基礎，滿足廣大顧客的需求。當繪制仿真圖形界面，3D版組態軟件是用來模擬在工程窗口的電梯房圖和操作按鈕，使動畫連接。并設計數據庫，建立數據點，并給上位機和下位機設置通信方式，最后實現模擬電梯控制系統被該控制系統實時監控。

一、電梯模型控制系統總體方案設計

本五層電梯控制系統由PC機、松下FP1-C24的PLC及三維力控軟件Force Control V7.0組成，在三維力控軟件工程界面繪制模擬的五層電梯實物圖，在數據庫中建立46個數字點、并對每個點添加動畫連接，在FPWIN GR里編寫梯形圖控制程序，下載到PLC里，選用松下電工FP系列PLC作為硬件設備，使PLC和PC機能相互通信，使組態監控系統與PLC控制系統進行實時數據交換，最終可實現PLC和PC機的通信連接，從而完成對控制程序梯形圖的調試和仿真運行。設計者和使用者都可在開發界面上直觀、確切地觀看電梯的運行狀況，以及進行一些相關的調試監控操作。最終結果可以看到，本五層電梯具有四大優點：運行界面直觀反映電梯狀態、運行安全放心、抗電磁干擾能力強，自動化程度高。

為使系統能夠在最佳性能狀態運行。經過分析，確定如圖一所示的設計過程。

二、模擬電梯界面設計

1、電梯控制組態仿真界面

力控組態軟件設計的電梯監控系統的主要過程有：首先，在三維軟件里新建項目為項目命名（new APP1）；在組態窗口中新配置邏輯設備，然后選擇松下PLC，FP1串口，PPI通信協議、設備地址1和通訊口COM1；命名新I/O設備名稱（5層電梯）并優化設備信息。其次，在力控組態軟件的主窗口中，繪制電梯實物圖，把界面上各個按鈕設置上各自的對象屬性，按需求制作動畫連接，使設置按鈕按各自的功能情況變化，檢驗和測試PLC電梯控制系統在組態開發界面的運轉狀況。最后，組態軟件的數據變量和PLC的數據地址鏈接，可實現PLC與組態軟件的通信，PLC和組態軟件的串口設置相同的通訊參數，使PLC和PC實現互相通信。顯示畫面如圖二所示。

2、PLC程序中I/O端口分配

首先，依據27點輸入和19點輸出，構思I/O地址分配，使PLC內部繼電器的輸入和輸出和每個輸入和輸出信息一一對應。電梯的控制系統要求，電梯內部有5層的選擇命令按鈕，電梯平層行程開關，開門按鈕和關門按鈕，大廳呼叫按鈕，電梯上行和下行指示燈等，共需開關量輸入口27個?？刂齐娞莸纳舷?，上下指示燈，轎廂外的開門關門控制，顯示1至5樓位置指示數字，電梯轎廂外部各層指令信號，共需開關量輸出口19路。在Draw導航器中選擇“I/O設備驅動/PLC/松下電工/FP系列串口”對話框。

設備的名稱，第一步：起名為“5層電梯”，設備地址為“1”，數據更新周期為“1000”，通信方式為RS232，第二步：串口設置為COM1，通信參數配置：波特率和PLC設備的波特率必須保持一致，我選擇的松下FP1-C24的PLC只有兩種類型的波特率，為19200或9600，若波特率選擇不一致，則無法正常通信，本設計選用波特率19200，奇偶校驗，奇校驗，數據位8位。

3、動畫連接

經制作動畫連接賦予顯示畫面“血液”使其動起來，開發系統、界面運行系統和數據庫系統都是力控的基本組成部分，開發系統系統主要完成五層電梯的模擬，界面運行系統主要完成仿真運行，數據庫系統主要完成過程實時數據的采集、處理、歷史數據處理等。對一個圖形對象制作動畫連接，使其“活動”起來，動畫連接使對象隨變量的值的改變而改變。我們要讓電梯門在水平方向上變化，選用鏈接“動畫連接/尺寸旋轉移動”。設置值變化和移動像素變化。如法炮制，我們定義電梯其他按鈕的動作。

三、PLC控制系統設計

1、軟件編程流程圖

基于對本設計軟件的分析與控制需求，確定總體系統軟件結構流程，如圖三。

2、現場動作腳本的編程與調試

為了使工程界面的圖形控件的動畫效果更加逼真的呈現在開發界面，我們需要對某些細節采用對變量進行動作腳本編程的操作，在導航欄工程項目下點擊功能/動作/應用程序動作，雙擊進入腳本編輯器。如：電梯門打開，正確設置門控與水平移動變量像素值，選擇運行時周期執行，就可實現各樓層開門和關門的動畫效果，并且水平移動多少，由門所處工程界面的位置及對應門相對距離決定。電梯上下行速度隨上下層電梯位置之間的距離而變，本次腳本編程編寫的腳本程序經過反復調試、運行、最終達到與現場同步。

四、PLC與力控組態軟件聯合仿真

1、進入系統仿真運行

PLC狀態開關置為運行，梯形圖程序下載到PLC，啟動力控組態運行系統，進入開發界面，檢驗電梯控制系統仿真運行狀態，觀察電梯仿真界面的運行是不是符合邏輯控制關系，最終滿足設計者的最佳想法，實現電梯的智能化功能，完成組態軟件對PLC的控制及PLC對組態軟件仿真模型的控制功能。

2、仿真結果

進入開發系統，開始運行。由于對電梯初始化的設計，包括電梯停止時處于關門狀態，所有顯示值為“1”及不響應任何樓層的呼叫。如圖四。

電梯處于二層開門。如圖五。

五、結論

基于FP1-C24和力控組態軟件的電梯控制系統的設計簡單易懂，性能穩定，采用FPWIN GR軟件編寫梯形圖，編程易學易懂，功能強大。然后，把梯形圖下載到PLC里，并設置通信參數和力控組態軟件參數保持一致。最后，界面設計在三維力控組態軟件開發界面描述，此開發界面靈活、方便，通過添加數據庫點，對每一個按鈕制作動畫連接，選擇松下I/O設備，最后實現PLC和PC機雙向通信。在組態軟件運行界面可以實時監控界面，操作方便，可視性強，直觀的展示電梯運行狀態。因此，在實踐中，可以進行設計，近似真實的模擬調試，PLC控制電梯具有很強特點：高性能、電路簡單、成本低。經調試，通過PLC控制電梯，實現電梯的基本功能，并能達到穩、準、快的要求，該設計已基本完成任務的要求，達到了預期目標，在今后的生活和生產實踐中具有良好的應用前景。

【參考文獻】

[1] 周美蘭， 周 封， 王岳宇. PLC電氣控制與組態設計（第二版）[M]. 科學出版社， 2004.

[2] 劉 偉. 基于西門子S7-300PLC的虛擬電梯設計[D]. 青島： 中國海洋大學， 2009.

[3] 殷洪義. 可編程序控制器選擇設計與維護[M]. 北京： 機械工業出版社， 2004.

[4] 李秧耕， 何喬治， 何峰峰. 電梯基本原理及安裝維修全書[M]. 北京機械工業出版社， 2003.

[5] 鄭學偉. 基于PLC的電梯控制系統[D]. 天津： 天津大學， 2006.

【作者簡介】

汪金萍（1991—），女，漢族，甘肅會寧人，西安科技大學通信學院2016級通信與信息系統專業碩士研究生。