基于MCGS和三菱PLC的五层电梯控制仿真系统设计＊

潘益玲 ，罗坤明

（河源职业技术学院 电子与信息工程学院，广东 河源 517000）

1 引 言

目前，全国开设有电子、电气以及工业自动化等专业的高校都将PLC课程教学纳入教学任务。由于PLC实训设备体积庞大，价格昂贵，大多数高校的PLC实训教学设备采用发光二极管教学模块来代替实际的被控对象，通过操作开关来模拟被控对象的实际动作过程。电梯作为编程练习的综合性项目，常作为项目载体被用于PLC课程的教学及实践编程练习中。学生编程时仅仅操作按键和观察指示灯，看不到电梯动作的具体过程，尤其操作限位开关时，学生经常忘记把限位开关复位从而影响电梯的正确动作，甚至有时还需要具体思考这样动作是否正确，即乏味又浪费了时间，降低了学习效率。但引入反映真实动作过程的实物电梯又价格昂贵，大大增加了教学成本。

为了更好的展示PLC控制的实际效果，使调试变得直观，丰富学生的实训课内容，降低高校教学成本，提高学习效率，本文基于MCGS组态软件开发了五层电梯PLC控制虚拟系统。

2 系统控制要求

基于MCGS设计一PLC控制的五层电梯简易控制系统。（1）电梯的上下行用一台电机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为电梯下降。一层有上升呼叫按钮和指示灯，二楼、三楼、四楼有上升呼叫按钮和指示灯以及下降呼叫按钮和指示灯，五层有下降呼叫按钮和指示灯，且每层有一个七段数码管显示电梯所在楼层。一至五层有到位行程开关。电梯内有一至五层呼叫按钮和指示灯，电梯开门和关门按钮。电梯开门和关门到位分别由行程开关检测。（2）楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未到达相应楼层或为得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。（3）电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门或关门动作皆可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制。（4）当同时有多层呼梯信号时，电梯先按照同方向依次暂停。①天煌教仪团队.THPTS－1型实验指导书，32页。

用计算机组态五层电梯画面，控制完成PLC控制电梯的所有动作，即楼层呼叫及显示，轿厢的上升与下降，门的开关，并编写MCGS的脚本程序来模拟轿厢及门的动作动画。

3 组态画面设计

以装载MCGS组态软件的电脑为上位机，PLC为下位机，通过通信线和硬件设备驱动程序完成MCGS与PLC的通信，通过事先编好的程序，在电脑上控制PLC程序，带动电梯模型输出指示灯点亮。实物教学模型也可不用，此时，电脑组态好的按钮控制PLC程序执行，并将执行的动画在电脑上实时显示，并构成的系统整体框图如图1所示。

图1 五层电梯监控系统整体框图

3.1 实时数据库组态

实时数据库是MCGS组态软件与PLC通信的桥梁，实时数据库变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由驱动程序与MCGS实时数据库变量进行通道连接，因此在建组态画面前，应弄清楚分析系统控制要求，分析PLC的I／O口，并分配内部寄存器变量，然后以PLC的内部变量为依据建立MCGS实时数据库变量，MCGS实时数据库变量的名称可以不同于PLC的内部寄存器名，但数据类型必须一致，否则无法连接［1］。此外，为了观察轿厢的上下行动画及门的开关动画，还必须新增2个数值型变量。PLC内部变量与MCGS实时数据库变量对应表如表1所示。

表1 五层电梯PLC内部寄存器及MCGS组态变量分配表

四层下行呼叫按钮 X6 X6 开关型 四层下呼叫灯 Y6 Y6 开关型五层下行呼叫按钮 X7 X7 开关型 五层下呼叫灯 Y7 Y7 开关型轿厢内开门按钮 X10 X10 开关型 一层位灯 Y10 Y10 开关型轿厢内关门按钮 X11 X11 开关型 二层位灯 Y11 Y11 开关型开门极限触点 X12 X12 开关型 三层位灯 Y12 Y12 开关型关门极限触点 X13 X13 开关型 四层位灯 Y13 Y13 开关型一楼楼层信号触点 X14 X14 开关型 五层位灯 Y14 Y14 开关型二楼楼层信号触点 X15 X15 开关型 内部一层呼叫灯 Y15 Y15 开关型三楼楼层信号触点 X16 X16 开关型 内部二层呼叫灯 Y16 Y16 开关型四楼楼层信号触点 X17 X17 开关型 内部三层呼叫灯 Y17 Y17 开关型五楼楼层信号触点 X20 X20 开关型 内部四层呼叫灯 Y20 Y20 开关型轿厢内一层呼叫按钮 X21 X21 开关型 内部五层呼叫灯 Y21 Y21 开关型轿厢内二层呼叫按钮 X22 X22 开关型 电梯上升指示 Y22 Y22 开关型轿厢内三层呼叫按钮 X23 X23 开关型 电梯下降指示 Y23 Y23 开关型轿厢内四层呼叫按钮 X24 X24 开关型 电梯开门 Y24 Y24 开关型轿厢内五层呼叫按钮 X25 X25 开关型 电梯关门 Y25 Y25 开关型数码管A段 Y26 Y26 开关型数码管B段 Y27 Y27 开关型数码管C段 Y30 Y30 开关型数码管D段 Y31 Y31 开关型组态软件动画虚拟对象名称及类型movey1 数值型门的移动 Movey2_____轿厢升降数值型____

3.2 画面组态

画面组态主要用于设置工程中用于人机交互的界面，生成各种动画显示画面①北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，MCGS使用手册，2005。。组态即是把一个个图形元素如搭积木一样搭成一副画面，这个过程在MCGS组态软件用户窗口中完成，各图形元素可从用户窗口的“工具箱”中调取，根据系统要求设计的五层电梯组态画面如图2所示：

图2 五层电梯组态画面

3.3 动画链接

MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果①北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，MCGS使用手册，2005。。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。把五层电梯中的图形设置成具有动画效果的方法是：双击图形，选中某一种动画属性，在“表达式”设定栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中。轿厢的动画链接如图3所示。

图3 轿厢动画属性设置

3.4 脚本程序设计

脚本程序是用户借助于高级语言所编制的操作程序，借助脚本程序，即可以使组态过程变得简单化，又可以使画面动态显示。如轿厢的上升和下降，使用了Movey1这个数值型变量，通过编写脚本IF Y22＝1then Movey1＝Movey1＋1；IF Y23＝1then Movey1＝Movey1－1来实现，门的开关过程控制脚本类似。为了展现电梯的自动化控制过程，对每层楼的限位开关也进行了脚本定义。

3.5 设备组态

设备窗口是连接和驱动外部设备（PLC）的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，定义连接与驱动设备用的数据变量。PLC设备挂接在串口通讯父设备下，为确保通信正常，应设置好串口通讯父设备通信参数与PLC参数一致［2］，如图4所示。

图4 通道连接与设备调试

4 运行调试

按要求编写好五层电梯控制程序，下载至三菱FX2N－48MRPLC后，打开设备窗口的设备调试窗口，出现0，则表示通信连接正常，否则需检查通信参数是否与PLC的参数设置一致；检查PLC程序是否非监控状态。连接无误后进入MCGS组态运行画面，点击画面上楼层操作按钮，观察画面指示灯及PLC输出指示灯是否达到要求点亮，轿厢是否上升（下降），门是否正常开（关）［3］。

5 结 语

本五层电梯仿真系统利用昆仑通泰组态软件MCGS，配合简单的三菱PLC主机，在PC机界面上能完成PLC课程实践课的编程练习，不但教学成本低，还融入了现代控制新技术，解决了高等院校及培训机构实训经费不足，设备不足难以满足大批量学生进行编程练习的难题。利用PLC、PC，基于MCGS开发的五层电梯虚拟仿真教学系统，画面直观、操作简单，学生学习兴趣高，学习效果好，具有很好的应用价值。

［1］袁秀英.组态控制技术［M］.北京：电子工业出版，2007：72.

［2］刘 斌.MCGS在PLC实验教学中的应用［J］.工业控制计算机，2004，17（12）：58－59.

［3］吴其洲.MCGS组态软件在电梯控制系统中的应用［J］.机械工程与自动化，2006，4（137）：113－115.