基于MCGS和三菱PLC的五層電梯控制仿真系統設計＊

潘益玲 ，羅坤明

（河源職業技術學院 電子與信息工程學院，廣東 河源 517000）

1 引 言

目前，全國開設有電子、電氣以及工業自動化等專業的高校都將PLC課程教學納入教學任務。由于PLC實訓設備體積龐大，價格昂貴，大多數高校的PLC實訓教學設備采用發光二極管教學模塊來代替實際的被控對象，通過操作開關來模擬被控對象的實際動作過程。電梯作為編程練習的綜合性項目，常作為項目載體被用于PLC課程的教學及實踐編程練習中。學生編程時僅僅操作按鍵和觀察指示燈，看不到電梯動作的具體過程，尤其操作限位開關時，學生經常忘記把限位開關復位從而影響電梯的正確動作，甚至有時還需要具體思考這樣動作是否正確，即乏味又浪費了時間，降低了學習效率。但引入反映真實動作過程的實物電梯又價格昂貴，大大增加了教學成本。

為了更好的展示PLC控制的實際效果，使調試變得直觀，豐富學生的實訓課內容，降低高校教學成本，提高學習效率，本文基于MCGS組態軟件開發了五層電梯PLC控制虛擬系統。

2 系統控制要求

基于MCGS設計一PLC控制的五層電梯簡易控制系統。（1）電梯的上下行用一臺電機拖動，電動機正轉為電梯上升，反轉為電梯下降。一層有上升呼叫按鈕和指示燈，二樓、三樓、四樓有上升呼叫按鈕和指示燈以及下降呼叫按鈕和指示燈，五層有下降呼叫按鈕和指示燈，且每層有一個七段數碼管顯示電梯所在樓層。一至五層有到位行程開關。電梯內有一至五層呼叫按鈕和指示燈，電梯開門和關門按鈕。電梯開門和關門到位分別由行程開關檢測。（2）樓層呼叫按鈕及電梯內按鈕按下，電梯未到達相應樓層或為得到相應的響應時，相應指示燈一直接通指示。（3）電梯運行時，電梯開門與關門按鈕不起作用，電梯到達停在各樓層時，電梯開門或關門動作皆可由電梯開門與關門按鈕控制，也可延時控制。（4）當同時有多層呼梯信號時，電梯先按照同方向依次暫停。①天煌教儀團隊.THPTS－1型實驗指導書，32頁。

用計算機組態五層電梯畫面，控制完成PLC控制電梯的所有動作，即樓層呼叫及顯示，轎廂的上升與下降，門的開關，并編寫MCGS的腳本程序來模擬轎廂及門的動作動畫。

3 組態畫面設計

以裝載MCGS組態軟件的電腦為上位機，PLC為下位機，通過通信線和硬件設備驅動程序完成MCGS與PLC的通信，通過事先編好的程序，在電腦上控制PLC程序，帶動電梯模型輸出指示燈點亮。實物教學模型也可不用，此時，電腦組態好的按鈕控制PLC程序執行，并將執行的動畫在電腦上實時顯示，并構成的系統整體框圖如圖1所示。

圖1 五層電梯監控系統整體框圖

3.1 實時數據庫組態

實時數據庫是MCGS組態軟件與PLC通信的橋梁，實時數據庫變量與PLC內部變量一一對應，PLC的輸入輸出完全由驅動程序與MCGS實時數據庫變量進行通道連接，因此在建組態畫面前，應弄清楚分析系統控制要求，分析PLC的I／O口，并分配內部寄存器變量，然后以PLC的內部變量為依據建立MCGS實時數據庫變量，MCGS實時數據庫變量的名稱可以不同于PLC的內部寄存器名，但數據類型必須一致，否則無法連接［1］。此外，為了觀察轎廂的上下行動畫及門的開關動畫，還必須新增2個數值型變量。PLC內部變量與MCGS實時數據庫變量對應表如表1所示。

表1 五層電梯PLC內部寄存器及MCGS組態變量分配表

四層下行呼叫按鈕 X6 X6 開關型 四層下呼叫燈 Y6 Y6 開關型五層下行呼叫按鈕 X7 X7 開關型 五層下呼叫燈 Y7 Y7 開關型轎廂內開門按鈕 X10 X10 開關型 一層位燈 Y10 Y10 開關型轎廂內關門按鈕 X11 X11 開關型 二層位燈 Y11 Y11 開關型開門極限觸點 X12 X12 開關型 三層位燈 Y12 Y12 開關型關門極限觸點 X13 X13 開關型 四層位燈 Y13 Y13 開關型一樓樓層信號觸點 X14 X14 開關型 五層位燈 Y14 Y14 開關型二樓樓層信號觸點 X15 X15 開關型 內部一層呼叫燈 Y15 Y15 開關型三樓樓層信號觸點 X16 X16 開關型 內部二層呼叫燈 Y16 Y16 開關型四樓樓層信號觸點 X17 X17 開關型 內部三層呼叫燈 Y17 Y17 開關型五樓樓層信號觸點 X20 X20 開關型 內部四層呼叫燈 Y20 Y20 開關型轎廂內一層呼叫按鈕 X21 X21 開關型 內部五層呼叫燈 Y21 Y21 開關型轎廂內二層呼叫按鈕 X22 X22 開關型 電梯上升指示 Y22 Y22 開關型轎廂內三層呼叫按鈕 X23 X23 開關型 電梯下降指示 Y23 Y23 開關型轎廂內四層呼叫按鈕 X24 X24 開關型 電梯開門 Y24 Y24 開關型轎廂內五層呼叫按鈕 X25 X25 開關型 電梯關門 Y25 Y25 開關型數碼管A段 Y26 Y26 開關型數碼管B段 Y27 Y27 開關型數碼管C段 Y30 Y30 開關型數碼管D段 Y31 Y31 開關型組態軟件動畫虛擬對象名稱及類型movey1 數值型門的移動 Movey2_____轎廂升降數值型____

3.2 畫面組態

畫面組態主要用于設置工程中用于人機交互的界面，生成各種動畫顯示畫面①北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司，MCGS使用手冊，2005。。組態即是把一個個圖形元素如搭積木一樣搭成一副畫面，這個過程在MCGS組態軟件用戶窗口中完成，各圖形元素可從用戶窗口的“工具箱”中調取，根據系統要求設計的五層電梯組態畫面如圖2所示：

圖2 五層電梯組態畫面

3.3 動畫鏈接

MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產生一定的動畫效果①北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司，MCGS使用手冊，2005。。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態的特征參數。把五層電梯中的圖形設置成具有動畫效果的方法是：雙擊圖形，選中某一種動畫屬性，在“表達式”設定欄中設定一個與圖形狀態相聯系的數據變量，連接到實時數據庫中。轎廂的動畫鏈接如圖3所示。

圖3 轎廂動畫屬性設置

3.4 腳本程序設計

腳本程序是用戶借助于高級語言所編制的操作程序，借助腳本程序，即可以使組態過程變得簡單化，又可以使畫面動態顯示。如轎廂的上升和下降，使用了Movey1這個數值型變量，通過編寫腳本IF Y22＝1then Movey1＝Movey1＋1；IF Y23＝1then Movey1＝Movey1－1來實現，門的開關過程控制腳本類似。為了展現電梯的自動化控制過程，對每層樓的限位開關也進行了腳本定義。

3.5 設備組態

設備窗口是連接和驅動外部設備（PLC）的工作環境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，定義連接與驅動設備用的數據變量。PLC設備掛接在串口通訊父設備下，為確保通信正常，應設置好串口通訊父設備通信參數與PLC參數一致［2］，如圖4所示。

圖4 通道連接與設備調試

4 運行調試

按要求編寫好五層電梯控制程序，下載至三菱FX2N－48MRPLC后，打開設備窗口的設備調試窗口，出現0，則表示通信連接正常，否則需檢查通信參數是否與PLC的參數設置一致；檢查PLC程序是否非監控狀態。連接無誤后進入MCGS組態運行畫面，點擊畫面上樓層操作按鈕，觀察畫面指示燈及PLC輸出指示燈是否達到要求點亮，轎廂是否上升（下降），門是否正常開（關）［3］。

5 結 語

本五層電梯仿真系統利用昆侖通泰組態軟件MCGS，配合簡單的三菱PLC主機，在PC機界面上能完成PLC課程實踐課的編程練習，不但教學成本低，還融入了現代控制新技術，解決了高等院校及培訓機構實訓經費不足，設備不足難以滿足大批量學生進行編程練習的難題。利用PLC、PC，基于MCGS開發的五層電梯虛擬仿真教學系統，畫面直觀、操作簡單，學生學習興趣高，學習效果好，具有很好的應用價值。

［1］袁秀英.組態控制技術［M］.北京：電子工業出版，2007：72.

［2］劉 斌.MCGS在PLC實驗教學中的應用［J］.工業控制計算機，2004，17（12）：58－59.

［3］吳其洲.MCGS組態軟件在電梯控制系統中的應用［J］.機械工程與自動化，2006，4（137）：113－115.