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第 2期 总第 1 4 7 期 2 0 0 8年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUT0MAT1 0N No． 2 Apr ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 2 0 1 1 7 0 3 基 于 Wi n C C及 S 7 2 0 0 P L C 的电梯 监控 系统设计 许 磊 ，于海生 ，刘华波，张 良 青 岛大学 自动化 工程 学院，山东 青岛 2 6 6 0 7 1 摘 要 针对 电梯 的运行 特点 ， 采用西 门子 S 7 2 0 0系列 P L C和 Wi n C C监控软件相结合的控制模式实现 了 4 层 电梯的全 自动监视与控制 。 S 7 2 0 0 P L C和 以 Wi n C C为 OP C O L E f o r P r o c e s s C o n t r o 1 客户端的监控软件之 间 的通讯是采 用 S 7 2 0 0 P C Ac c e s s 作为 OP C服务器实 现的。经 过对 电梯 运行 的实 时监 控 ， 证 实该 系统 具有 很 高的稳定性 和实时性 ，能满足监 控系统的需要 。 关键 词 可编程序控制器 ；组态软件 ；电梯 中圈分 类号 T P 2 7 7 文献标识码 A 0 引言 电梯作为高层建筑物的重要交通工具与人们的工 作和生活密切相关[ 1 ] 。 电梯控制系统主要有 3种控制 方式[ 3 ] 继电器控制、P I C控制、微机控制。其中继 电器控制系统故障率高， 微机控制系统抗干扰能力弱， 而 P I C控制系统运行可靠、编程简单、维修方便 、抗 干扰性强，已成为 目前电梯系统 中使用最多的控制方 式，从而使电梯由传统的继电器控制方式 向计算机控 制方式发展 。同时监控软件的迅猛发展使得电梯的监 视与控制增加了可视化人机操作界面、图形显示 、通 讯及联 网等功能 ] ，成为 当前电梯控制及其技术改造 的热点之一。 本文以 TVT9 0 HC P I C实验平 台上 的电梯控制 模型为监控对象，实验平台的上位机装有 Wi n C C 5 ． 1 版本 的监控软件、S 7 2 0 0编程软件 S T E P 7 一Mi c r o ／ Wi n 3 2和 P C Ac c e s s软 件 。 1 电梯 P LC控 制 系统 总体 设计 系统主要实现电梯外呼信号、内呼信号的检测和 电梯上行 、下行以及相关操作的外部显示输出。控制 系统总体框图见图 1 。 1 ． 1 I ／ o 点 的估 算 为了以后 P I C选型、系统设计和 Wi n C C组态等 工作的方便 ，应该首先分析 出整个电梯控制系统 的输 入、输出点数。由图 1分析可以得出该控制系统的输 入 点 和输 出点 主要有 1 门厅呼叫按钮 位于电梯厅 门旁 ，除了顶层 4楼 只有向下呼叫按钮和底层 1楼 只有向上呼叫 按钮以外 ， 其余每层均有向上和向下 2个呼叫按钮 ， 共 有 6 个按钮 ，即 6个输入点 。当每个按钮按下时，按 钮 内部的指示灯会 自动亮起 。 2 厢体内呼叫按钮 位于电梯厢体内， 是电梯的 内选信号， 4 层电梯对应着 4 个按钮， 即 4个输入点。 当 每个按钮按下时，按钮内部的指示灯会 自动亮起。 3 平层检测信号的输入与输出在每一楼层上 均装有平层信号检测装置 ，当电梯到达或者位于该层 即被检测装置检测到，4层共有 4个检测信号的输入 点。相应地外部有 4个输 出灯显示电梯所在楼层 。 4 运行状况显示输 出电梯上行、下行以及所 在楼层各有 1 个外部输 出点对应 。 图 1 电梯模型控制系统总体框图 1 ． 2 S 7 2 0 0 P I C选型 }山东省 自然科学基金资助项 目 y 2 0 0 3 g 0 2 ；青岛大学重点基金资助项 目 2 O O 3 一l O 收稿 日期 2 0 0 7 0 8 2 8 ；修回 日期 2 0 0 7 1 2 - 0 1 作者简介 许磊 1 9 8 4 ． ， 男 ． 山东泰安人 ， 硕 士研究生 ， 主要研究方 向 现 场总线 、 计算机控制等 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 1 8 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8年第 2 期 P I C型号的选择主要取决于实际设计的系统中对 I ／ O点数的需求量以及控制的难易度。 通过以上分析可 知本系统输入点 为 1 4个 ， 输 出点为 7个 ，所 以可 以选 择经济适用 的 C P U 2 2 4 XP型号 P I C，它的内置 DI ／ D O点数为 1 4 ／ 1 0 ，完全能够满足本系统的控制要求。 1 ． 3系统硬件 设计 在此控制系统中对 C P U 2 2 4 X P的 I ／ O分配以及 硬件 的连接 见图 2 。 1 楼 向上按钮 2楼向上按钮 3 楼 向上按据 2楼向下按钮 3楼向下按钮 4楼向下按钮 1 楼平层信号 2楼平层信号 3 楼平 层信 号 4楼平层信 号 内呼 1层按钮 内呼 2层按钮 内呼 3层按钮 内呼 4层按钮 输入端 输 出端 I O ． O I O ． 1 1 0 ． 2 Q O ． 0 I O ． 3 Q O ．1 I O ． 4 1 0 5 言 Q O ． 5 1 0 ． 6 I I O ． 7 。 O ． 6 I1 - 0 Q O ．7 I1 ．1 I1 ． 2 Q1 O I1 3 I 1 ． 4 I1 ． 5 上行显示灯 卡进行现场数据采样 ，然后利用 OP C服务器来与现场 数据进行交换 ， 解决了人机界面与现场中的S 7 2 0 0进 行数 据交换的问题 。 P C Ac c e s s 是专 为 S 7 2 0 0 P I C所 作的 OP C服务器_ 6 ] ，内置 OP C测试 C l i e n t 端。 Wi n C C中连接的变量是 P C Ac c e s s软件中的各个 项 目名 ，所 以首先要 在 P C Ac c e s s中建立 和现 场 P I C 内存地址相对应 的项 目。所连接的 P I C内存地址都编 入了之前 的电梯程序中，1 7个 内存位置V0 ． 0 ～V1 ． 7 以及 VB 3分 别 对 应 着 P C Ac c e s s中 的 各 个 项 目 I t e m ，在 P C Ac c e s s中建立的变量连接见 图 4 。 回 赢i 下行显示灯 一 楼显示灯 N ． 瞩体 2 楼 显 示 灯 I l 确认本层与 目标 层 3 楼显示灯 i _ - 一 4楼显示灯 图 2 I ／ O 地 址 分 配与 连 接 图 1 ． 4 系统软件 设计 在 S TE P 7 一Mi c r o ／ Wi n 3 2上 编 制 4层 电 梯运 行 程序 ， 程序流程图见图 3 。 在该软件所在上位机的控制 面板上设 置 P C通讯 口 ， 通过 P C ／ P P I 电缆并使 用 P P I 协议与 S 7 2 0 0 通 讯 ，然 后进行 通讯 连接 ，当上位 机 扫描到所使用的 P I C时即连接正确 。 在软件上读取所 连接 P I C型号成功后 ，即可将程序下载到 P I C的存 储器 中并 运行 调试 。 2 基于 Wi n C C的 监控 系统 设计 目前对 S 7 2 0 0系列 P I C组成 的控制系统进行 监控主要有 3种方法 组态软件监控、第三方软件编 制的监控软件监控和触摸屏监控 ] 。 组态软件 Wi n C C 功能 强大 、灵 活性 好 、可 靠性高 ，在此 使用 西 门子 公 司的 Wi n C C监控软件来设计人机界面 HMI 对系统 进行 监控 。 2 ． 1 用 P C Ac c e s s建立 0P C服务器 W i n C C 中没 有 S 7 2 0 0系列 P I C的通 讯驱 动程 序， 因此 Wi n C C不能直接与 S 7 2 0 0系列P I C进行通 讯 。 在此可 以运用 现在流行 的 OP C技术 ， 用 C P 5 6 1 1网 目标层 与本层 是否 同层。 电梯选 向 ’ 电梯运 行 Y N ， 一 软件程序流程图 强 * 篱 忱键 | ≈ 囊 l | 蠢龟甍 箍≥鬣 毫 | 琵k l 墨e }e v a t d o w n V I ， 7 B 0 o L R w电樽下行 耀I 2 u p r o o t V O ． 7 B 0 o L R w 棰蚪呼 冉上极茸蚪帮呈示 l 墨2 d 0 f ∞r V l Q的 0 L R w 楼外呼冉下聂嚣外每要矛 } l 墨撩o 。 r V O ， 1 B 0 o L R w 褛盟示灯 履 糙 踟 ， 6 B O o L R w 内选及葛抖器墨示 糟 嚣_帕 V 1 ． 1 B 0 o L R w内琏三楼及葛外部墨示 l 墨州抽o r 1 ． ’B 0 o L R w内选日楼及萁外部显示 耀I 1 f 虹r v 。 ． ’B 0 o L R W 内i盎褛及葛蚪帮显示 眉I 科o 。 r V 1 ． 2 B 0 o L R w 三楼外呼阿上投茸外帮墨示 懋 3 d 口 f o o r V 1 ． 3 B 0 o L R W 三 耀I 3 f V O ． 2 B 0 o L R lw 三{ 鲞 显示灯 耀d 口 。 o r V 1 ， s B O o L R w 四褛蚪呼肖下殛萁抖帮里示 l 墨 f h v 0 ． 3 B O o L R w西耧显示灯 耀I o u ￡ 3 B Y T E R w 抖部楼詹数码曹显示 脑 l u p f∞r v 。 - s日 ‘ o L R w 一楼外呼晦上饺苴井每盟彖 l 墨l v 。 ． 0 B O o L R w 一{ 鲞 墨示灯 图 4 在 P C Ac c e s s中 建 立变 量 连 接 2 ． 2 在 Wi n C C的 O P C客户端建立链接 Wi n C C为了与现场 P I C建立通讯联系，需要一 定的通讯驱动程序 ， 由于在此处是使用 OP C采集现场 数据并发送给 Wi n C C的客户端，所以 Wi n C C只要添 图 ， _，Y 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 2期 许磊 ，等 基 于 Wi n C C及 S 7 --2 0 0 P L C 的电梯监控 系统设 计 1 1 9 加 O P C的通讯驱动程序建立与 OP C服务器之间的通 信联系即可。同时， 将 OP C服务器上的各个项 目添加 到驱动程序的变量组链 OP C G r o u p s 里面 ，这样就建 立了 Wi n C C与 OP C服务器之间的链接。 经过以上工作 ，在 Wi n C C中组态画面时就 可以 直接使用 O P C服务器中的项 目名， 相当于调用了现场 P I C中相应的内存地址。 2 ． 3 在 Wi n C C上 组 态人 机 界 面 在 Wi n C C监控界面中， 主要应该包括 4 层 电梯模 型图以及电梯到达该层 的显示灯；4个楼层 的外呼信 号； 厢体内部的内选信号；楼梯上行 、下行输出显示灯 和该楼层的外部数码管楼层显示灯。满足的工作要求 是 在工作过程中，当电梯上行、下行 以及到达某一楼 层时， 外部显示灯及数码管显示灯会监测到电梯的运行 情况 ； 当操作人员想要改变电梯运行情况时，可以直接 在上位机的监控界面中使用 鼠标左键操作界面中的外 呼按钮和内选按钮，使电梯 自动运行到指定楼层。 为了达到上述设计要求 ，需要对按钮控制器件和 输出显示器件进行一定的设置。对控制按钮的设置主 要是使其能够用鼠标左键来控制 ，当鼠标按下时相当 于对 P L C相应的内存 区置 1 ，所以可 以在 wi n C C中 将按钮按下时的控制信号 1直接链接到 P L C中一 内 部存储区；数码 管显示灯主要显示的是电梯运行过程 中所在的楼层 ，数码显示要对应一个 8位的字节，这 就 要求在 编制 程序 中要将 电梯 到 达的楼 层 号输 入 P I C中的一个 8位内存地址，而在 wi n C C中要做的 工作主要是将数码管显示与 P L C 中的 8位 内存地址 联系起来； Wi n C C中的输出显示灯是 以颜色的变化来 显示状态的变化， 而颜色的变化主要 由P I C中的内部 存储区数值的变化来决定 ，将输 出显示灯 的颜色属性 动态连接到 OP C服务器中的项 目名即可。 按 照 以上 方法 在 Wi n C C上 组 态 完 毕 各个 楼 层 的 外部显 示灯 、控 制按 钮 以及 数码 管显 示灯 。 3监 控 系统的调 试 和运行 在实际的设计过程中，首先要编制出电梯的运行 程序并下载到 P L C的 C P U 中，手动调试使电梯运行 良好后， 再使用 Wi n C C做出电梯系统的监控界面。 要 对实际系统进行直接监控 ，关键在于 Wi n C C中各个 显示器件和按钮所需 的外部变量要与 P I C中的各个 存储区精确地对应起来，这时 P C A c c e s s的数据采集 与传送功能就显得尤为重要。图 5为经过调试 以后的 Wi n C C监控界面， 各个显示器件能够较好地跟踪电梯 实物的运行状况 ，而使用各个按钮又能够控制电梯的 运行 ，达到了设计 目标。图 5 显示的过程是使用 鼠标 左键点击外呼 3 楼上行按钮， Wi n C C实时监控到位于 2 楼的电梯正在上行 3楼外呼上行显示灯保持住了外 呼按钮信号 ， 2 楼显示灯监测到 电梯此时位于 2 楼 ， 上 行显示灯显示电梯正处于上行状态 。 图 5 W i n C C 监 控 界 面 在调试过程 中要注意以下几点 ①给定电梯一个 初始化信号 ，使 电梯精确地位于某一楼层 ，以便平层 信号的确定 ； ②在 P I C的程序 中输入、 输 出的控制要 与 Wi n C C所需的 内存地址紧密结合起来 ；③为了避 免 P L C内存地址使用繁多的情况， 相应的外选和内选 信号可使用共 同的内存地址，显示灯和数码管显示也 可作类似的设置 。 4结束 语 本文设计 了一种使用 wi n C C软件监控 4层电梯 运行的控制系统 ，在设计过程中运用 P C Ac c e s s O P C 技术解决了 S 7 2 0 0 P L C与 Wi n C C通信的问题 。经 过实践证明，运用 wi n C C此系统既能监视电梯的运 行情况 ，又能在人机界面上控制电梯的运行 ，并且监 控情况较为理想 。 此种方法简便易行 ， 可操作性强 ， 成 本低廉 ，具有很强的实用价值 。 参考 文献 [ 1 ] 艾 辉． 西 门 子 S 7 2 0 0 P L C 在 电梯 串行 控 制 中 的应 用 [ J ] ． 中 国电梯 ， 2 0 0 2 ， 1 3 1 O 2 7 2 8 ， 3 3 ． [ 2 ] 赵海兰． P L C控制电梯教 学模 型的设计 与调试 [ J ] ． 信息 技术 ， 2 0 0 2 8 7 1 7 3 ． [ 3 3 徐月华， 汪仁煌． P L C在电梯电控模型中的应用[ J ] ． 微计 算机信息 ， 2 0 0 3 ， 1 9 8 ， 1 9 2 0 ． [ 4 3 马俊朋 ， 杨钢 。 工 业组 态软 件 Wi n C C及其 在水 电站 自动 化 中的应用 [ J ] ． 微计算机信息 ， 2 0 0 6 ， 2 2 3 1 6 2 6 4 ． [ 5 ] 周晓平 ， 姜 建芳 ， 苏少钰 ， 等． S 7 2 0 0系列 P L C与监控计 算 机通 信实现 的研究 [ J ] ． 微 计算机信 息， 2 0 0 4 ， 2 0 1 5 7 ． [ 6 ] 穆钢 ， 段智 敏． OP C技术在小 型立体仓库监控管理系统上 的应用 [ J ] ． 机械工 程师 ， 2 0 0 6 ， 6 8 1 2 6 8 7 0 ． 英 文摘要 转第 1 2 2页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 2 2 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8年第 2期 I N 引脚加上 拉 电阻 ， TE S T MO DE引脚加下 拉 电阻 。 P A R 一 一 ． L O CK P ER R 一 C ／ B E [ 3 0 ] F R A M E I RD 似 一 P CI I D E S E L 总线 C L K C Y 7 C R S T 0 9 4 4 9 P V T RD Y 一 S T O P n D E V S E L ． ． S E R R r I N T 一 A D [ 3 1 0 图 3 C Y7 C0 9 4 4 9 P V 与 P CI总 线 的 连接 T Ms 3 2 O VC 3 3 是 T I 公司新推出的 T Ms 3 2 O VC3 X系列 新一 代浮 点 DS P ，它 是在 原来 T Ms 3 2 O VC3 1 浮点 D S P的基础上开发的一个价格更 低的版本 ，该产品以高速、低功耗 、低成本、易于开 发 为显著 的特点 ] 。由于它采用 了内部 1 ． 8 V、外部 3 ． 3 V供电 ，因而功耗比原有型号降低 了大约一个数 量级， 而且能支持高达 1 5 O 1 0 次／ s的运行速度，是 需 浮点运 算 的便 携 式产 品中 的一 种理 想 的 D S P器件 。 作为控制 系统 的核 心 ， T MS 3 2 O VC 3 3主要 完成实时 中 断 的伺 服控制 程序 ，包括对 各种底 层硬件 的操 作 。它 采用 3 2 位局部总线接 口方式， 时钟信号可以是单独提 供的时钟源，也可以是 C Y7 C O 9 4 4 9 P V提供的 P C I 时 钟信号 P C I KO UT[ 2 O ] 中任意的一个。 4结束语 并联机床需要控制的轴数比较多，而且牵涉到并 联 机构 的正逆解 运算 ，运算 量 比较 大 ，采用基 于 P C I 总线的运动控制卡，整个数控系统的任务就由 P C机 和运动控制卡来共同承担 ，在开放式数控系统中能够 发挥 出理想 的运 动控制性 能 。随着 数控 系统的普及 和 产品档次的提高，这种运动控制卡将会有广泛的应用 前景 。 参考文献 [ 1 ] 施群， 王小椿． 并联机床位置控制卡局部总线接 口设计 [ J ] ． 工业仪表 与 自动化装置 ， 2 0 0 4 3 3 6 3 9 ． [ 2 ] 曹广忠 ， 邱建． 高性能浮点 DS P芯片 T MS 3 2 0 VC 3 3 [- J ] ． 国外电子元器件， 2 0 0 1 1 O 1 4 1 7 ． De s i g n o f M o t i o n Co nt r o l Bo a r d f o r Pa r a l l e l M a c h i n e To o l Ba s e d o n PCI BUS LI U Hu a， YUAN Xi a n y a o， W ANG You l i n， M A M i n g mi n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g， S ha n d o n g Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y． Zib o 2 5 5 0 4 9． China Ab s t r ac t Ac c or di ng t O t he c h ar a c t e r i s t i c s an d r e qui r e me nt s o f p a r a l l e l ma c hi ne t o ol ’ s NC s ys t e m ， t hi s pa p e r d e s i gn s a ki nd of mo t i on c ont r o l bo a r d b a s e d o n PCI bus b y a na l y z i ng t h e f un c t i on s a n d f e at ur e s o f TI Cor p o r a t i on’ s DS P c hi p TM S3 2 0 VC33 a nd Cypr e s s Cor p or a t i o n’ s PCI CY7 C0 9 44 9 PV．I t c a n we l l me e t p a r a l l e l ma c hi ne t oo l ’ s d e ma nd s i n r e a l t i me a nd c on t r ol a c c ur a c v t o mo t i o n c ont r ol pa r t s ． Ke y wo r ds p ar a l l e l ma ch i n e t o ol ； PCI b us； mot i o n c o nt r ol h o ar d llllll mllll mlll lll lll lll lll mll l’lll lll llllll lllll llll mmlll ，lll lll mmlll lll m， I- 接 第 1 1 9页 De s i g n o f El e v a t o r M o ni t o r i ng Sy s t e m Ba s e d o n W i nCC a n d S 7 2 0 0 PLC XU Le i ， YU Ha i s he n g， LI U Hua bo， ZHANG Li a ng Qi n g d a o Un i v e r s i t y． Qi n g d a o 2 6 6 0 71 ， Ch i n a Abs t r a c t Bas e d on t h e p e r f or man c e c ha r a ct e r i s t i c s o f e l ev a t o r s， t hi s p ap e r r e a l i z e s a ut o mat i c s u pe r vi s i o n of f ou r l a y e r e l e v a t or by u s e o f S i e me n s S 7 2 0 0 s e r i e s PL C a n d W i n CC c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ． M a k i n g u s e o f S7 2 0 0 PC Ac c e S S OP C 0I E f o r Pr o c e s s Co n t r o 1 S e r v e r c a r r i e s O u t t h e c o mmu n i c a t i o n b e t we e n S 7 2 0 0 P LC a n d t h e W i n CC c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ．The s v s t e m i s c o n f i r me d t O a c h i e v e s t a b i l i t y a n d r e a l t i m e p e r f o r ma n c e ， a n d t h e r e q u i r e me n t o f mo n i t o r a n d c o n t o r l i s me t ． Ke y wo r ds PLC； c on f i g ur at i o n s o f t wa r e； e l e va t or s 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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