基于PLC控制的電梯模型演示系統(tǒng)

1、基于PLC控制的電梯模型演示系統(tǒng)  摘要/關(guān)鍵詞 摘  要：以西門子S7200型PLC為例介紹了電梯模型演示系統(tǒng)的概念、功能及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)了通訊中可擴(kuò)展的協(xié)議格式，分析了電梯模型演示系統(tǒng)的通訊過(guò)程及通訊程序的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：電梯模型演示  PLC  通訊 1引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)模擬實(shí)際的物理模型?！疤摂M模型”就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，數(shù)字接口技術(shù)為支持， 對(duì)模型進(jìn)行研究和利用。虛擬電梯系統(tǒng)是指將計(jì)算機(jī)和PLC控制虛擬成一臺(tái)實(shí)際運(yùn)行的電梯，計(jì)算機(jī)通過(guò)動(dòng)畫(huà)顯示電梯的轎廂和井道并模擬電梯的運(yùn)行，同時(shí)將信

2、號(hào)傳送到PLC 控制器。PLC控制器運(yùn)行電梯控制程序，通過(guò)通訊程序?qū)⒖刂平Y(jié)果傳回計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的虛擬電梯根據(jù)控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行電梯的運(yùn)行和信號(hào)的指示，從而模擬電梯的運(yùn)行過(guò)程，并能模擬實(shí)際電梯的各種運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)。與傳統(tǒng)的物理模型電梯相比，虛擬電梯具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）                   成本低，使用方便，便于自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)電梯的控制功能。圖2 虛擬電梯仿真界面（2）   

3、                虛擬電梯可以作為電梯操作人員的培訓(xùn)軟件，熟悉電梯正常的運(yùn)行規(guī)律和各種控制信號(hào)的功能。虛擬電梯設(shè)置靈活，樓層數(shù)、梯速和電梯數(shù)量都可以改變，而實(shí)際物理模型都是不可更改的。（3）                   虛擬電梯可以作為PLC控制器

4、的控制對(duì)象，對(duì)實(shí)際電梯控制系統(tǒng)的PLC控制程序及功能進(jìn)行調(diào)試和完善。  因此虛擬電梯技術(shù)為開(kāi)發(fā)電梯控制系統(tǒng)以及電梯操作人員的培訓(xùn)提供了良好的應(yīng)用前景。2 虛擬電梯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理計(jì)算機(jī)虛擬電梯仿真界面通訊程序PLC電梯控制程序    圖1 虛擬電梯系統(tǒng)組成        虛擬電梯控制系統(tǒng)由PLC電梯控制程序、系統(tǒng)通信程序和虛擬電梯仿真界面三部分構(gòu)成。如圖1所示。虛擬電梯仿真界面如圖2所示，左側(cè)模擬虛擬電梯的轎廂和并道，其右側(cè)為轎箱門和內(nèi)外呼叫信號(hào)以及顯示摟層信號(hào)，上部為電梯的

5、運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)菜單的設(shè)置，可以配置電梯的數(shù)量、摟層數(shù)、電梯的運(yùn)行方式（自動(dòng)、司機(jī)、消防和檢修等方式）。       系統(tǒng)的硬件主要是計(jì)算機(jī)、西門子S7200型PLC和通訊電纜。系統(tǒng)的工作過(guò)程為：:通過(guò)設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)以及點(diǎn)擊仿真界面上的按鈕，使計(jì)算機(jī)將虛擬電梯的信號(hào)通過(guò)通訊程序發(fā)送給PLC，PLC根據(jù)接收到的信息，運(yùn)行電梯控制程序，并將控制程序的控制信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)則通過(guò)相應(yīng)的解釋程序，一方面將運(yùn)行狀態(tài)顯示在仿真界面上，另一方面控制虛擬電梯動(dòng)畫(huà)模塊的動(dòng)作，從而達(dá)到虛擬電梯控制的目的。計(jì)算機(jī)中的軟件采用VB編程，通訊方式采用串口通訊

6、。3通訊協(xié)議格式設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)中將計(jì)算機(jī)虛擬電梯模型和電梯控制器PLC有機(jī)連接起來(lái)的就是計(jì)算機(jī)和PLC的通訊程序。通訊協(xié)議就是定義的使計(jì)算機(jī)與PLC能夠識(shí)別相互之間通訊數(shù)據(jù)的通訊格式。本系統(tǒng)中S7-200與計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，是以“幀”為單位進(jìn)行的。本系統(tǒng)采用定長(zhǎng)的通訊幀，每一幀的格式為：開(kāi)始  字符命令類型正文數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼 結(jié)束字符定義：1）開(kāi)始字符標(biāo)志著通訊幀的開(kāi)始，在本系統(tǒng)中被定義為ASCII碼的""。2）結(jié)束字符標(biāo)志著通訊幀的結(jié)束，在本系統(tǒng)中被定義為ASCII碼的"#"。3）校驗(yàn)碼為正文各數(shù)據(jù)的異或和，用兩個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制ASCI

7、I碼表示。計(jì)算機(jī)與PLC通信時(shí)，為了避免通信中的沖突，采用主從方式，即計(jì)算機(jī)為主機(jī)，PLC為從機(jī)。只有主機(jī)才有權(quán)主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文（或稱為請(qǐng)求幀)，從機(jī)收到后進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)正確，則返回響應(yīng)報(bào)文。4）通訊幀中的命令類型則反映主從機(jī)之間的通訊數(shù)據(jù)類型。命令類型用兩個(gè)字符格式表示，定義CT表示控制字，ST表示狀態(tài)字，RS表示響應(yīng)字。對(duì)不同命令類型的通訊數(shù)據(jù)幀格式定義如下：（1） 狀態(tài)字為計(jì)算機(jī)傳向PLC的數(shù)據(jù)，表明虛擬電梯的狀態(tài)及呼叫命令。該通訊幀數(shù)據(jù)格式為：   ST正文數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼#正文數(shù)據(jù)包括： 電梯的運(yùn)行狀態(tài)（上行、下行、停），安全信號(hào)（是、否），電梯開(kāi)關(guān)門，電梯內(nèi)呼外呼信

8、號(hào)，平層信號(hào)等，用十進(jìn)制數(shù)字按照下列定義的順序表示：運(yùn)行方式定義為1位：自動(dòng)為0，司機(jī)為1，檢修為2，消防為3；運(yùn)行狀態(tài)定義為1位： 電梯上行 為2，下行 1 ，停止為0，故障為3電梯開(kāi)關(guān)門定義為3位，首位含義：按鈕未按0，電梯開(kāi)門1 ，電梯關(guān)門 2 ；二、三位表示門狀態(tài)：開(kāi)門過(guò)程00 ，開(kāi)門到位01，關(guān)門過(guò)程10 ，關(guān)門到位11 ；電梯內(nèi)呼數(shù)據(jù)以N開(kāi)始，以W結(jié)束，每?jī)晌槐硎緝?nèi)呼層數(shù)，如N0413W表示電梯內(nèi)有到4層和13層的內(nèi)內(nèi)呼信號(hào)；電梯外呼數(shù)據(jù)以內(nèi)呼結(jié)束字符W位開(kāi)始，以字符S為結(jié)束字符。每三位表示外呼層數(shù)：首位是外呼方向0為下行，1為上行，2為上下均有呼叫，另兩位表示層數(shù)。如數(shù)據(jù)W005

9、112S則表示五層有下行呼叫，12層有上行呼叫。平層信號(hào)用兩位表示。正文數(shù)據(jù)為A、B兩梯的數(shù)據(jù)，其格式相同，其中A梯數(shù)據(jù)在前，B梯數(shù)據(jù)在后。（2）響應(yīng)字是計(jì)算機(jī)或PLC接收到數(shù)據(jù)后返回發(fā)送方的的響應(yīng)。用于判斷通訊數(shù)據(jù)是否正確。正文包括：當(dāng)異或校驗(yàn)碼正確時(shí)用00表示，錯(cuò)誤時(shí)用11表示。當(dāng)計(jì)算機(jī)向PLC發(fā)送如前所示狀態(tài)字后，由PLC返回計(jì)算機(jī)的響應(yīng)為：   RS00或11校驗(yàn)碼#（3）當(dāng)計(jì)算機(jī)向PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為 RS22校驗(yàn)碼#表明計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，要求PLC傳送數(shù)據(jù)，主機(jī)處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，此時(shí)PLC向計(jì)算機(jī)傳送的數(shù)據(jù)幀稱為控制字，通過(guò)它來(lái)控制虛擬電梯的運(yùn)行，控制

10、字格式為   CT正文數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼#正文數(shù)據(jù)包括： 電梯的上行下行停止，電梯開(kāi)關(guān)門指令，信號(hào)指示（內(nèi)呼、外呼、摟層）。定義格式與狀態(tài)字類似。4 通訊程序設(shè)計(jì)通訊程序的設(shè)計(jì)就是要在計(jì)算機(jī)和PLC之間完成以上述協(xié)議為格式的數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)。分為計(jì)算機(jī)通訊程序和PLC通訊程序。3.1計(jì)算機(jī)通訊程序在開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)串行通信程序時(shí)采用VB編程語(yǔ)言，主要是利用MSComm （Microsoft Comm Control 6.0）通信控件，該控件提供了對(duì)串口的各種操作。MSComm提供兩種通信方式，事件驅(qū)動(dòng)方法和查詢法。本系統(tǒng)采用查詢法，查詢法適合于較小的應(yīng)用程序，每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作

11、后，將不斷檢查MSComm控件的CommEvent屬性，以檢查執(zhí)行結(jié)果或檢查某一事件是否發(fā)生。MSComm 控件主要屬性有：（1）Commport屬性，設(shè)置并返回通信端口號(hào)，用于指定使用PC機(jī)的哪一個(gè)串行端口（2）Setting屬性，以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位。（3）Portopen屬性，設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，用于打開(kāi)或關(guān)閉端口。（4）Output屬性，用于發(fā)送數(shù)據(jù)，可以是文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。（5）Input屬性，從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符，用于接收數(shù)據(jù)。（6） InputLen，設(shè)置并返回每次Input屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)。（7） CommEven

12、t，返回最近的通訊事件或錯(cuò)誤。   計(jì)算機(jī)虛擬電梯的通訊過(guò)程如圖3所示。3.2  PLC通訊程序圖4  PLC通訊過(guò)程 通訊中斷程序開(kāi)始通訊中斷結(jié)束調(diào)用XMT發(fā)送數(shù)據(jù)YN調(diào)用輸入子程序調(diào)用輸出子程序Y狀態(tài)字？校驗(yàn)程序N設(shè)置通訊初始化調(diào)用RVC接收數(shù)據(jù) 西門子S7200PLC提供了PPI(point to point)、MPI(multi point)和自由口(free port) 3種通訊方式，自由口通訊方式可以使S7- 200與任何具有串行口的設(shè)備進(jìn)行通訊，自由口通訊使用RS-485接口,在程序中可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令

13、(XMT)和接收指令(RCV)等來(lái)控制通訊操作。通訊過(guò)程中，計(jì)算機(jī)作為主站通過(guò)COM口發(fā)送指令到PLC的PORT0口，PLC通過(guò)Rcv接收指令，然后對(duì)指令譯碼后實(shí)現(xiàn)指令要求的操作，并返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。Y 發(fā)送后延時(shí)，處于接收狀態(tài)設(shè)置通訊把數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC        接收PLC數(shù)據(jù)  校驗(yàn)是否正確N  程序開(kāi)始通訊程序結(jié)束數(shù)據(jù)處理     圖3 計(jì)算機(jī)通訊過(guò)程PLC通訊程序采用中斷方式，S7- 200系列PL

14、C內(nèi)部的特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30和SMB 130用來(lái)為通訊端口0和1在自由口通訊方式下選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。利用XMT指令發(fā)送緩沖區(qū)的內(nèi)容，發(fā)送完后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷事件。利用RCV指令接收數(shù)據(jù),接收完后也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。PLC的通訊過(guò)程如圖4所示。3.3 系統(tǒng)的工作過(guò)程      虛擬電梯系統(tǒng)的通訊過(guò)程同樣分為計(jì)算機(jī)和PLC兩部分，計(jì)算機(jī)部分通訊過(guò)程是：虛擬電梯的仿真界面運(yùn)行后，每過(guò)一定的時(shí)間（設(shè)定為100ms）,計(jì)算機(jī)就將虛擬電梯仿真界面上的鼠標(biāo)指令以及電梯的狀態(tài)發(fā)送給PLC，PLC接收數(shù)據(jù)后，將其作為輸入端口數(shù)據(jù)運(yùn)行電梯的控制程序，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按協(xié)議格式傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接到后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后根據(jù)控制指令來(lái)進(jìn)行電梯的運(yùn)行和信號(hào)的指示。5 結(jié)束語(yǔ)通訊程序的設(shè)