毕业论文:基于MCGS组态软件的四层楼电梯模拟控制-精品_工学_高等教育_教育专区。南京工业大学自动化 060210 胡杰 目录 前言· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

  南京工业大学自动化 060210 胡杰 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) 基于 MCGS 组态软件的四层楼电梯模拟控制 (1/40) 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。f66永乐国际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 I0.0 S4 四层内呼 I0.7 叫 U1 一层上呼 I0.1 S3 三层内呼 I1.0 叫 U2 二层上呼 I0.2 S2 二层内呼 I1.1 叫 U3 三次上呼 I0.3 S1 一层内呼 I1.2 叫 SQ1 一层限位 I0.4 I0.5 I0.6 D4 D3 D2 四层下呼 三层下呼 二层下呼 I1.3 I1.4 I1.5 SQ2 SQ3 SQ4 二层限位 三层限位 四层限位 Q0.0 L4 轿 厢在 四 Q1.0 层 SL2 内 呼二 层 指示 Q0.1 L3 轿 厢在 三 Q1.1 层 SL1 内 呼一 层 指示 Q0.2 L2 轿 厢在 二 Q1.2 层 UP1 外 呼一 层 上指示 Q0.3 L1 轿 厢在 一 Q1.3 层 UP2 外 呼二 层 上指示 Q0.4 DOWN 轿厢上行 Q1.4 UP3 外 呼三 层 上指示 Q0.5 UP 轿厢下行 Q1.5 DN2 外 呼二 层 下指示 Q0.6 SL4 内 呼四 层 Q1.6 指示 DN3 外 呼三 层 下指示 Q0.7 SL3 内 呼三 层 Q1.7 指示 DN4 外 呼四 层 下指示 4.PLC 编程程序如下: 4.1 指令表: LD = LD = LD = LD = LD O LD O ALD LD O O AN LD O ALD OLD = sq1 l1 sq2 l2 sq3 l3 sq4 l4 sq1 up M0.5 M0.4 sq2 sq1 up M0.5 M0.7 M0.6 M2.0 LD O LD O ALD LD O O AN LD O ALD OLD = LDN AN AN LDN AN AN AN OLD sq4 down M0.7 M0.6 sq4 sq3 down M0.6 M0.5 M0.4 M2.1 M0.2 M3.0 down sq1 sq2 sq3 sq4 = LD O O O AN A AN O A = LDN AN AN LDN AN AN AN OLD = LD O M3.3 sq3 sq2 sq1 up M0.5 M1.0 M0.7 M2.0 M3.3 up M0.2 M2.7 up sq1 sq2 sq3 sq4 M3.4 sq4 sq3 O O AN A AN LD O OLD A = LD A LD O A OLD LD O A OLD LD A sq2 down M0.6 M0.3 M0.4 M2.1 M3.6 M3.4 down d4 sq4 u3 d3 sq3 u2 d2 sq2 u1 sq1 OLD = LD AN TON LD = R LD O AN = LD O O A O AN = LD O = M0.2 M0.2 M2.2 T37, 20 T37 M2.2 M0.2, 1 d4 dn4 sq4 dn4 sq1 sq2 sq3 s4 M1.6 sq4 M1.6 dn4 M1.6 M1.0 LD O LDN O ALD = LD A O LDN O ALD = LD O = LD O LDN O ALD = d3 dn3 sq3 M2.7 dn3 sq4 s3 M1.7 sq3 M2.7 M1.7 M1.7 dn3 M0.6 d2 dn2 sq2 M2.7 dn2 LD O A O LDN O ALD = LD O = LD O AN = LD O O A O AN = sq3 sq4 s2 M1.5 sq2 M2.7 M1.5 M1.5 dn2 M0.4 u1 up1 sq1 up1 sq2 sq3 sq4 s1 M1.4 sq1 M1.4 LD O = LD O AN = LD AN O AN O AN AN = LD AN O AN O AN AN M1.4 up1 M0.3 up down s3 M3.1 M0.5 sq2 M0.7 sq3 M1.0 sq4 M3.0 M2.7 M0.6 sq3 M0.4 sq2 M0.3 sq1 M2.7 = LD O LDN O ALD = LD O A O LDN O ALD = LD O = LD O LDN O M3.0 u2 up2 sq2 M3.0 up2 sq1 sq2 s2 M1.3 sq2 M3.0 M1.3 up2 M1.3 M0.5 u3 up3 sq3 M3.0 ALD = LD O A O LDN O ALD = LD O = LD AN AN AN AN S LD R LD M4.0 up3 M4.0 M0.7 SM0.1 sq1 sq2 sq3 sq4 M3.6, 1 sq1 M3.6, 1 M1.6 up3 sq1 sq2 s3 M4.0 sq3 M3.0 = LD O = LD = LD O = sl4 M1.7 M4.0 sl3 M1.4 sl1 M1.5 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 S1 类型 开关型 注释 一层内呼 叫 S3 开关型 三层内呼 叫 D4 D2 U2 DOWN L4 L2 F1LEFT F3LEFT F1flag 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 数值型 数值型 开关型 四层下呼 二层下呼 二层上呼 下降指示 四层指示 二层指示 一层门关 三层门关 一层门关 标志 F3flag 开关型 三层门关 标志 F4flag 开关型 D3 U1 U3 UP L3 L1 F2LEFT F4LEFT F2flag 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 开关型 数值型 数值型 开关型 S4 开关型 名称 S2 类型 开关型 注释 二层内呼 叫 四层内呼 叫 三层下呼 一层上呼 三层上呼 上升标志 三层指示 一层指示 二层门关 四层门关 二层门关 标志 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 F1LEFT100 then F1LEFT=F1LEFT+3 if F1LEFT=100 then F1flag=1 if F1LEFT=0 then F1flag=0 //一层电梯门开关控制 if L2=1 and UP=0 and DOWN=0 and F2flag=1 and F2LEFT0 then F2LEFT=F2LEFT-3 if ((UP=1 and L2=1) or (DOWN=1 and L2=1)) and F2LEFT100 then F2LEFT=F2LEFT+3 if F2LEFT=100 then F2flag=1 if F2LEFT=0 then F2flag=0 //二层电梯门开关控制 if L3=1 and UP=0 and L4=0 and DOWN=0 and F3flag=1 and F3LEFT0 then F3LEFT=F3LEFT-3 if((UP=1 and L3=1) or (DOWN=1 and L3=1)) and F3LEFT100 then F3LEFT=F3LEFT+3 if F3LEFT=100 then F3flag=1 if F3LEFT=0 then F3flag=0 //三层电梯门开关控制 if L4=1 and DOWN=0 and F4flag=1 and F4LEFT0 then F4LEFT=F4LEFT-3 if DOWN=1 and L4=1 and F4LEFT100 then F4LEFT=F4LEFT+3 if F4LEFT=100 then F4flag=1 if F4LEFT=0 then F4flag=0 //四层电梯门开关控制 if (((SL2=1 or UP2=1 or DN2=1) and jiaoxiang-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 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-150) or ((SL1=1 or UP1=1) and jiaoxiang0)) and (F2LEFT=100 and F3LEFT=100 and F4LEFT=100) and DOWN=1 then jiaoxiang=jiaoxiang+2 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。 // 移 // 移 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。f66永乐国际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。请教了实习老师,在老 师的指导下,完成了电梯上下和门开门关的设计! 6.3脚本程序的编写 在本次实习中,脚本程序的编写是我遇到的最大困难。课余时间 我在网上查找了有关脚本程序的编写方法, 可是没有找到有价值的东 西。 后来看了老师写的小车脚本参考程序, 然后结合电梯的控制要求, 我还是顺利地编写好了电梯的脚本程序。 6.4四层楼电梯的PLC控制程序的编写 四层楼电梯控制程序的编写有点难度, 我为了完成该程序的编写, 查看了许多的参考资料,可是不同版本的设计思想也不同,最后我选 择参考了其中一个程序。 结束语 本次课程设计为期两个星期,我设计的四层楼电梯模拟控制。在 设计PLC程序之前我先完成了组态界面的设计,我使用的是北京昆仑 公司的产品,通过对四层楼电梯的模拟组态,和在网上查找相关的资 料,我对该公司的组态软件有了一个很好的了解。利用MCGS开发的四 层电梯动画可分为两种:其一为演示界面,不与PLC连接,只要用鼠 标点击界面上相关楼层选择按钮, 通过编好的MCGS脚本程序控制门开 关和轿厢运行,目的是在实验前了解控制要求和实际的运行流程,为 编制实验程序奠定基础;其二是监控界面,使用时可以操作实验模块 上的楼层选择按钮,启动自己编写的PLC 程序,根据PLC程序的执行 情况控制门及轿厢,可以直观地看到自己编写的控制程序的运行效 果,为程序调试提供方便。 刚开始接触这个软件时我感觉无从下手,后来请教了实习老师, 老师认真地给我们讲解了组态软件的使用方法,在老师的帮助下,我 对该软件的认识越来越深。最后,我可以设计出理想的四层楼电梯的 模拟控制过程。通过这次PLC的实习,我认识到学习对于我们来说永 远是没有止境的,老师在课堂上教会的可能只是一小部分,还有许多 问题需要我们自己去理解,去琢磨,去体会,只有这样才能适应新时 代的要求