基于组态王的电梯监控系统设计

报告编码：安阳师范学院本科学生毕业设计报告基于组态王的电梯监控系统设计作者张丽敏系（院）物理与电气工程学院专业电子信息工程年级2007级专升本学号071851011指导教师陈永超日期2009.06.15学生诚信承诺书本人郑重承诺：所呈交的设计报告是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，报告中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：论文使用授权说明本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位报告的规定，即：学校有权保留送交报告的复印件，允许报告被查阅和借阅；学校可以公布报告的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存报告。签名：导师签名：日期：第1页基于组态王电梯的监控系统设计张丽敏（安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳455002）摘要：本文简要阐述了组态软件产生的背景，它的现状与发展，基本组成及功能；简要介绍了电梯的逻辑控制。本次专业综合设计正是利用松下及组态王kingview6.51设计四层模拟电梯装置远程监控系统设计。在设计过程中，简单分析了本次设计所要做的控制任务和要求以及电梯监控系统的组成，详细介绍了用组态王模拟出四层电梯并实现组态王与PLC的通信,监控PLC运行，在组态监控画面上能实时反映电梯的运行状态，并能通过监控画面控制电梯运行状态，从而实现对电梯运行状态的双向控制，最后接线进行总调试。该系统实现对电梯的数据采集与监控，仿真图形界面清晰度，取得了较好的控制。关键词：组态王；监控；电梯；1引言组态王主要用来组成监控和数据采集系统，使现场的信息实时地传送到控制室，保证现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据。电梯是楼宇现代文明的标志，已经成为高层建筑中的不可缺少的垂直交通工具。传统的电梯自动控制由继电器——接触器进行控制，其缺点是触点多，接线复杂，故障率高，可靠性差，维护工作量大，针对现代楼宇智能化对电梯控制的要求,结合组态软件特点,提出了将组态软件应用于电梯远程监控和故障诊断的实现方式,并对一些具体技术问题提出解决方法。先进的电梯远程监控系统可以远程在线随时掌握电梯的运行情况,检测电梯故障,因而可大大提高电梯发生故障时的修复速度，它使电梯的运行更加安全，方便；管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时和历史数据，优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。将新型组态监控系统应用于电梯控制及远程监控,不仅是现代楼宇大型化和高层化的发展要求,而且是目前楼宇智能化发展的迫切需要。2组态王软件介绍随着对自动化的要求越来越高，以及大量控制设备和过程监控装置之间的通信的要求，“监控和数据采集系统”越来越受到用户的重视。“组态王”是运行在Windows98/NT/2000上的一种组态软件。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠地工控计算机系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。使用“组态王”软件，用户可以方便地构造适应自己需要的“数据采集系统”，在任何需要的时候把设备的运行现场的信息实时地传送到控制室，使现场操作人员和工厂管理人员都可以看到所需要的各种数据。管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时和历史数据，优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。2.1组态软件产生的背景“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在20世纪80年代末期，由于个人计算机的普及，PC机开始走上工业监控的历史舞台，与此同时开始出现基于PC总线的各种数据I/O板卡，加上软件工业的迅速发展，开始有人研究和开发通用的PC监控软件第2页---组态软件。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已经成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。世界上第一个把组态软件作为商品进行开发、销售的专业软件公司是美国的Wonderware公司，它与80年代末率先推出第一个商品化监控组态软件Intouch。此后组态软件得到了迅猛的发展。目前世界上的组态软件有几十种之多，国际上较知名的监控组态软件有：Fix,Intouch,LabView,Citech等。2.2组态王软件结构组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。2.3组态王与I/O设备组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等如：西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、菱PLC、研华模块等等...组态王与现场的智能I/O设备（如PLC）可直接进行通信，I/O设备的输入现场的信息，例如产品的位置、机器的转速、炉温等。I/O设备的输出通常用于对现场的控制，如起动电动机、改变转速、控制阀门和指示灯等。有些I/O设备（例如PLC），其本身的程序就可完成对现场的控制，程序根据输入决定各输出的值。输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中，寄存器通过其地址进行引用。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通信的通信端口或数据通道，“组态王”通过这些通信通道读写I/O设备的寄存器，对采集到的数据可用于进一步的监控。“组态王”提供了一种数据定义方法，在拟定义I/O变量后，可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示。3四层楼电梯控制功能3.1电梯内部部件功能在电梯内部，应该有4个按钮、开门、关门按钮以及楼层显示器、报警灯、上升和下降显示器。当乘客进入电梯后，电梯内应该有能让乘客按下的代表其要去目的地的楼层按钮，成为内呼叫按钮。电梯停下时，应具有开门、关门的功能，即电梯门可以自动打开，经过一定的延时后，又可自动关闭。而且，在电梯内部也应有控制电梯开门、关门的按钮，使乘客可以在电梯停下时随时地控制电梯的开门与关门。电梯内部还应配有指示灯，用来显示电梯现在所处的状态，即电梯是上升还是下降以及电梯处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚地知道自己所处的位置，离自己要到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。3.2电梯外部部件功能电梯的外部共有4层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、上升和下降指示灯及楼层显示器。呼叫按钮是乘客用来发出呼叫的工具，呼叫指示灯在完成相应的呼叫请求之前应一直保持为亮，它和上升指示灯、下降指示灯、楼层显示器一样，都是用来显示电梯所处的状态。4层楼电梯中，1层只有上呼叫按钮，4层只有下呼叫按钮，其余2层都同时第3页具有上呼叫按钮和下呼叫按钮。而上升、下降指示灯以及楼层显示器，4层电梯均应该相同。3.3电梯的初始状态、运行状态和运行后状态分析1）电梯的初始状态。为了方便分析，假设电梯位于1层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态：a.各层呼叫灯均不亮；b.电梯内部及外部楼层显示器显示均为“1”；c.电梯内部及外部各层电梯门关。2）电梯在运行过程中：a.按下某层呼叫按钮（1--4）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫；b.电梯上行或下行直至该层；c.各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变；d.运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开；e.在电梯运行过程中，支持其他呼叫。3）电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。a.电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭，在此过程中，支持手动开门或关门；b.各楼层显示值为该层所在位置，且上行与下行指示灯均灭。4组态监控系统的总体设计组态软件体系结构是针对系统硬件体系来划分的，因此必须对系统的硬件结构和功能实现进行比较透彻的分析和了解，再根据实际情况设计具体实现方案。本章就是根据电梯控制系统的结构体系和现有的试验条件，简单阐述电梯控制系统的硬件结构，详细介绍KingView6.51实现电梯监控系统的软件设计过程。使整个系统具有通用性好，低成本的特点。组态软件仿真的被控对象（电梯）不仅可以接受多种由PLC发出的控制信号，亦可向PLC发出各种命令信号，还可与PLC之间进行各种状态数据的传输，从而反映出PLC于被控对象（组态软件仿真的被控对象）及控制结果之间的关系。4.1电梯监控系统的方案电梯是机械和电气结合的一种机电产品，其控制方案常采用以下方式：1)采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状况和功能的设定，实现电梯的自动调度和机选运行功能，拖动控制则由变频器来实现.2)可编程控制器（PLC）控制电梯的运行，微机进行实时数据采集和监控，采用组态软件（如组态王）制作监控画面以实时反映电梯的运行状况。目前组态软件作为人机接口的智能软件包，是一种流行的PC机上建立工控的对象，能够将现场的信号实时的传送到监控室，保证现场操作人员和管理人员不需要到现场即可得到各种数据以优化控制现场的作业。因此本文中采用第二种控制方案进行四层电梯的监控系统的设计。4.2电梯监控系统的组成四层电梯的监控系统主要由电梯,微机和PLC等组成,其主要功能如下:1）实现电梯的自动运行；2）实现组态软件与PLC之间的通讯连接；3）利用组态王软件监视并控制电梯的运行状态。控制系统的底层控制由PLC,直流电机,输入/输出部分组成;微机则作为上位机对电梯的状态进行监控。电梯的运行通过PLC进行控制,PLC采用松下公司的产品。上位机则采用组态王软件实现对电梯的开关量等信息的检测与监控。本系统中PLC采用松下与上位第4页机的通讯是按RS-232协议进行的,电梯运行状态由PLC送入上位机,上位机采集这些数据,分析处理后对电梯的运行状态进行监测;同时上位机也可发布命令给PLC,以控制电梯的运行。4.3PLC配置4.3.1PLC输入信号的确定在电梯的内外视图中，应有各层的选层指令按钮，4层共有4个。各楼层乘客呼梯时，一层有一个上呼叫按钮，四层有一个下呼叫按钮，其它各层均设上下两个呼叫按钮，4层共需6个输入按钮。4层电梯共有4个平层开关。1个开门开关，1个关门开关。1个开门限位，1个关门限位，1个轿厢上升极限，1个轿厢下降极限。经以上分析，可知共需20点开关量输入端口。4.3.2PLC输出信号的确定控制电梯轿厢上行、下行（即电机正、反转）需2点输出。即门电机开、门电机关20点。在电梯内外视图中，4层电梯有4个内呼指示，需4点输出。各楼层乘客呼叫楼层时，除一层和四层只有一个开关，其它各层均设上下两个显示开关，4层共需6点输出。电梯上行、下行指示需2点输出。经过以上分析共需16个输出。4.4PLC与上位机的通信连接设计中,上位机采用COM1端口,而PLC采用内置RS—232端口,通信方式采用半双工方式,同步启动停止,波特率为12900,数据位8位,停止位1位,奇校验,点对点传输方式。4.5组态监控系统设计过程系统的监控软件采用了北京亚控公司的kongview6.