基于组态王软件的电梯控制.docx

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基于组态王软件的电梯控制

基于组态王软件的电梯控制

摘要：

本文介绍了利用组态王KingView6.51制作四层电梯监控系统的设计过程，该系统与PLC控制系统进行实时数据交换，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。

这种用组态王建立的四层电梯软件模型，对建立双梯以及多梯软件模型提供了思路，并且在应用中容易实现监测，因此有较大的应用价值。

关键词：

电梯；组态王软件；监控

1引言

电梯作为建筑物内的一种主要交通工具，向人们提供安全、快速、舒适的垂直交通运输服务，随着建筑物向高层化和大型化方向发展，特别是近年来由于智能大楼的出现，电梯控制系统变得越来越复杂，可编程控制器和交流调速控制在电梯领域的广泛应用，使电

梯的舒适性和安全性及智能化程度得到很大的提高。

以PLC为核心的电梯控制系统具有

很强的稳定性，维护起来也比较方便。

对电梯群控系统算法的研究和对电梯监控系统的研究是当前电梯控制系统研究的重要内容。

目前人们已不仅限于要求电梯搭乘快速、舒适、制造坚固、装潢考究，而且对电梯的安全可靠性及多功能性也提出越来越高的要求，一方

面它能够分析各种用户的要求，然后决定相应的运动方向，并能对一些紧急事件作出特殊的处理。

另一方面系统作出的调度应能使电梯的总运动路径尽量少，也能协调各层楼用户

的需要，不用让用户等待时间过长等。

为了实现对现代化电梯的要求，北京亚控公司开发出来的组态软件具有良好的安全措施、丰富完善的监控功能和友好的人机界面，利用组态软件对工业生产流程进行监视和控制在现代化生产中得到广泛应用。

因此可以通过组态软

件采集电梯的运行状态数据，分析处理后对电梯进行监控，控制电梯的运行，提供较为

直观、清晰、准确的电梯运行状态现场。

所谓组态软件就是一个快速建立计算机监控系统界面的软件工具，用组态王软件所作

的监控系统可以对大量的现场控制设备进行控制，实时采集各种参数，能对各种事件做出反应，进行报警处理，并可以对数据进行历史记录。

组态王还可以和其他应用程序进行数据交换。

组态软件具有良好的安全措施、丰富完善的监控功能和友好的人机界面，利用组态软件对工业生产流程进行监视和控制在现代化生产中得到广泛应用。

因此可以通过组态

软件采集电梯的运行状态数据，分析处理后对电梯进行监控，控制电梯的运行，提供较为直观、清晰、准确的电梯运行状态现场，保证了正常运作，大大提高了运行的安全和可靠性，同时也减轻了运行人员的工作强度。

随着电梯技术和组态软件的发展，绿色化、低能耗、智能化、网络化的电梯一定能为人类提供更好的服务。

2电梯及组态王软件简介

2.1电梯系统的组成

四层电梯的监控系统主要由电梯、微机和PLC等组成，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。

目前电梯设计采用可编程控制器（PLC），具有

功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低，维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，占地面积少等优点。

控制系统主要由电梯模块、三菱变频主回路、输入输出单元及PLC

单元构成。

具体控制要求如下：

当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后，控制系统根据轿厢所处位置及乘员所处层数判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速将轿厢

停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门等。

另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

2.2组态王软件概述

所谓组态软件就是一个快速建立计算机监控系统界面的软件工具，英文为HUMAAND

MACHINEINTERFAC简称为HMD,它运行于Windows2000/WindowsXP/WindowsNT4.0中文平台的中文界面人机界面软件，用组态王软件所作的监控系统可以对大量的现场控制设备进行控制，实时采集各种参数，能对各种事件做出反应，进行报警处理，并可以对数据进行历史记录。

组态王还可以和其他应用程序进行数据交换，如：

EXCELACCESSVB

以及专家系统等。

使用组态软件可以不必关心复杂的通信协议、繁琐的图形处理、枯燥的数字系统，无需编写大量的程序代码，设计者只需按照使用说明绘制图形界面，进行I/O

设备的连接，编写简单的命令语言，就可以完成一个监控系统的设计。

由于它易于学习和使用，并且软件内拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，因此也可以方便的使用户构造适应自己需要的“数据采集系统”。

组态王软件包由工程管理器（TOUCHEXPLORE工程浏览器（PROJMANAGE和画面运行系统（TOUCHVEV三部分组成。

在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可

以完成数据库构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。

画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHM和运行系统TOUCHVEW!

成。

TOUCHM是应用工程的开发环境。

需要在这个环境中完成画面设计、动画连接等工作。

TOUCHM具K有先进完善的图形生成功能；数据库提供多种数据类型，能合理地提取控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。

组态王软件是一个易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。

3电梯的逻辑功能控制

电梯作为组态王的监控对象，它可以反映出PLC与电梯及控制结果之间的关系，在此简要介绍一下电梯的基本结构及功能、初始状态、运行状态以及实际中的运行状态。

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。

3.1电梯内视图结构及功能简介

在电梯内部，应该有四个楼层按钮、开门和关门按钮以及楼层显示器、电梯上升和下降显示器。

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，称为内呼叫按钮。

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所处在楼层的第几层，这样可以使电梯里的乘客清楚的知道自己所处的位置，离自己到的楼层还有多远，电梯是上升还是下降等。

3.2电梯的外视图结构及功能简介

电梯的外部共分四层，每层都应该有呼叫按钮、呼叫指示灯、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的。

四层电梯中，一层只有上呼叫按钮，四层只有下呼叫按钮，其余两层都同时具有上呼叫和下呼叫按钮。

而楼层显示器，四层电梯均应该相同。

3.3电梯的各状态分析

3.3.1电梯的初始状态、运行中状态和运行后状态分析

（1）电梯的初始状态

假设电梯位于一层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态：

1各层呼叫灯均不亮。

2电梯内部及外部各楼层显示器均为“1”。

3电梯内部及外部电梯门均关。

（2）电梯运行中状态

以一层到二层为例进行说明：

1按下二层外呼上按钮后，该层呼叫指示灯亮，电梯响应该层呼叫。

2电梯轿厢上行直至该层。

3各楼层显示随电梯轿厢的移动而变为“2”,各层指示灯也随之而变。

4运行中电梯门电机始终关闭，到达二层平层时，门电机才打开。

5在电梯运行过程中，支持其他呼叫信号。

（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。

下面以二层为例进行说明：

1电梯在到达二层平层后，电梯门会自动打开，经过3s延时自动关闭，在此过程内视图中支持手动开门或关门。

2各楼层显示值为“2”,且上行与下行指示灯均灭。

3.4实际运行中的情况分析

实际中，电梯服务的对象是许多乘客，乘客乘坐电梯的目的地是不完全一样的，而且,每一个乘客呼叫电梯的时间有前有后，因此，我们将电梯在实际中的各种具体情况加以分类，做出分析。

3.4.1分类分析

（1）电梯上行分析

若电梯在上行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分为以下两种情况：

1若呼叫层处于电梯当前运行层之上目标运行层之下，则电梯应在完成前一指令之前先上行至该层，完成该呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。

例如：

电梯当前运行层在二层，这时三层外呼上发出呼叫，目标运行层是四层，则电梯先执行三层外呼上命令，到达三层平层后，在由近及远的响应其它呼叫动作。

2若呼叫层处于电梯当前运行层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

如当前运行层在二层，此时有一层外呼上发出呼叫，同时又有三层外呼上发出呼叫，则电梯在没有完成三层外呼上命令时，一层外呼上指令不响应。

直到电梯到达三层平层后，又重新处于待命状态为止，才响应一层外呼上命令。

（2）电梯下行分析

若电梯在下行过程中，某楼层有呼叫产生时，可分为以下两种情况：

1呼叫层处于电梯当前运行层之下目标运行层之上，则电梯应在完成前一指令之前先下行至该层，完成该层呼叫后在由近及远地完成其他各个呼叫动作。

如下：

假设当前运行层在三层，这时二层外呼下发出信号，目标运行层是一层，那么电梯先完成二层外呼下指令后，在由近及远的执行其它呼叫动作。

2呼叫层处于电梯运行层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。

比如：

当前运行层在三层，这时有四层外呼下发出呼叫，同时又有二层外呼下发出呼叫，则电梯先执行二层外呼下命令，直至到达二层平层后，电梯又重新处于待命状态，这时才响应四层外呼下命令。

由以上分析可知：

电梯在接受命令后，总是由近及远地完成各个呼叫任务。

电梯机制

只要依此原则进行设计动作，就不会在运行时出现电梯上下乱跑的情况了，同时我们也知道了电梯系统中哪些设备是可以人工操作的。

4设计部分

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，其控制方案常采用两种以下方式：

（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）实现电梯的运行；

⑵实现组态王软件与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。

微机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FP3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与上位机的通讯是按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。

4.3组态王监控电梯的要求

（1）接受每个呼叫按钮（包括内部和外部）的呼叫命令，并做出相应地响应。

（2）电梯停在某层（如二层）时，此时按动该层地呼叫按钮（上呼或下呼叫），则相当于发出电梯门打开命令，进行开门动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层（在一、三、四层），贝U等电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。

（3）电梯运行的不换向原则是指电梯有限响应不改变现在电梯运行方向的呼叫，直至这些命令全部响应完毕后才响应使电梯反方向运行的呼叫。

例如现在电梯的位置在一层和二层之间上行，此时出现了一层上呼叫、二层下呼叫和三层上呼叫，则电梯的首先响应三层上呼叫，然后在依次响应二层下呼叫和一层上呼叫。

（4）电梯有轿厢位置，当电梯门位置碰到该层的轿厢位置时，表示电梯已经到达该平层。

（5）当按动某个呼叫按钮后，相应的呼叫指示灯亮并保持，直至电梯响应该呼叫为止。

（6）当电梯停在某层时，在电梯内部按动开门按钮，则电梯门电机打开，按动关门按钮，贝皿梯门电机关闭。

但在电梯进行期间电梯门电机是不能被打开的。

（7）当电梯运行到某层后，相应的楼层指示灯灭，直至电梯运行到前方一层时楼层指示灯改变。

4.4设备的配置

要用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，由于本系统采用的是PLC与组态王之间的通讯，因此将PLC的生产厂家、设备名称、通讯方式等填入相应的对话框即可。

与组态王连接的I/O设备的通讯参数如下：

端口：

COM口；波特率：

9600;数据位：

8位;停止位：

1位；校验位：

奇校验；通讯超时：

3000ms通讯方式：

RS-232。

一定要注意组态软件的各个通讯端口要与PLC的各个通讯端口保持一致。

4.5上位机与下位机的关系

上位机与下位机的关系是紧密配合的。

上位机主要用来完成仿真界面的制作及动画连接工作，而下位机则主要用来完成PLC程序的运行。

它们无论在通信中使用的变量，还是在进行界面仿真时控制的对象都应该是一致的。

总体来讲，电梯是被控对象，PLC是存储

运行程序的装置，而控制命令则由仿真界面中的仿真控制器件发出的。

另一方面，仿真界

面中仿真电梯轿厢的运动，门的运动等，都是由组态王软件所提供的命令语言来完成的。

4.6组态王监控电梯的制作过程

本文系统的监控软件采用的是北京亚控公司的KingView6.51组态王软件，利用它来制作电梯监控系统的主要步骤有：

创建工程，设计画面，配置设备，构造数据库，建立动画连接，编写命令语言，运行调试等。

4.6.1创建工程

双击［组态王6.51］图标，进入［组态王工程管理器］界面，点击工程管理器上的“新建”图标，弹出［新建工程向导之一］,点击“下一步”执行下一步操作，弹出［新建工程向导之二］,选择要保存工程文件的路径，点击“下一步”进入［新建工程向导之三］,如图4所示：

在“工程名称”处写上“四层电梯--松下”（组态王中的工程名称是唯一的，不能重名），在“工程描述”处写上“电梯监控系统”，点击“完成”按钮，这时会提示“是否将新建的工程设为组态王当前工程”，选择［是］，则该工程就被作为当前工程使用，双击当前的工程，进入工程浏览器点击工具栏中的［开发］图标。

如图5所示。

图4新建工程向导图

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图5工程浏览器界面

工程浏览器是组态王的集成开发环境。

从上图这个开发环境中可以看到工程的各个组成部分：

画面、数据库、设备、系统配置、SQL访问管理器，它们分别以树形的结构表示。

462构造画面

画面是监控在线环境，没有它无法显示数据，也无法进行任何操作。

构造的画面需要按系统监控及数据采集而定。

（1）建立新画面

在工程浏览器---四层电梯一松下窗口上，单击［新建］图标，弹出［新画面］对话框,如图6所示：

图6“新画面”对话框

在［画面名称］处键入新的画面名称，如“四层电梯”其它属性不用更改。

按“确定”按钮，进入内嵌的组态王画面开发系统。

（2）制作图形画面

确定工作路径后，就可以为新建的监控工程建立数目不限的画面。

在每个画面上构建互相关联的静态或动态图形对象。

制作监控工程的图形画面，可以使用组态王提供的类型丰富、功能多样的工具箱来完成。

工具箱中有图形、线条、图片拷贝、多边形、文本等基本图形对象，还有按钮、图库等已有的图形对象，也提供了对图形对象在窗口内任意移动、缩放、改变形状、复制、删除、对齐等编辑操作，全面支持键盘、鼠标绘图，并可提供对图形对象的颜色、线型、填充属性进行改变的操作工具，电梯的画面如图7所示。

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图7画面开发示意图

463配置设备

在组态王工程管理器中，双击刚才建立的“四层电梯一松下”工程，启动组态王的工程浏览器。

双击工程目录显示区中“设备”大纲下面的“COM1组件，然后在出现的窗口中输入串行通信口COM的通信参数，然后单击“确定”按钮就完成了对COM的通信参数配置，保证COM伺PLC的通信能够正常进行。

双击目录内容显示区中的“新建”图标，在出现的［设备配置向导］中单击“PLC中的“松下”，在“松下”中选择“FP3'后，单击“串行”，如图8所示。

然后单击“下一步”弹出［设备配置向导一逻辑名称］对话框，在要安装的设备指定唯一的逻辑名称处输入“松下PLC”，然后单击“下一步”弹出［设备配置向导一选择串口号］对话框，在串行设备中选择“COM”，接着单击“下一步”弹出［设备配置向导一设备地址设置指南］对话框,在设备地址中键入“1”，然后单击“下一步”弹出［通讯参数］对话框，当出现故障时，设定通讯参数，在此应用的是默认值。

最后单击“完成”按钮。

图8确定PLC型

464构造数据库

数据库是组态王的核心部分，在TouchView运行时，它含有全部数据变量的当前值。

变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义，定义时要指定变量名和变量类型，某些

类型的变量还需要一些附加信息。

数据变量的集合称为数据词典。

变量定义是在［变量属

性］对话框中进行的。

组态王提供的数据库是一个实时数据库。

变量类型有基本变量类型和特殊变量类型。

其中变量的基本类型又分为内存变量和I/O变量。

内存变量是用户定义在系统内部的变量。

用于存放计算机处理的中间值，以及系统仿真的模拟量等。

内存变量又分为内存离散型变量、内存整数型变量、内存实数型变量、内存字符串型变量四种。

I/O变量是指可以与其他应用程序（包括I/O服务程序）直接进行数据交换的变量。

这种数据交换是双向的、动态的，即在“组态王”系统运行过程中，每当I/O变量的值改

变时，该值就会自动写入下位机或其它应用程序；每当下位机或应用程序中的值改变时，

“组态王”系统中的变量值也会自动更新。

所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下

位机的指令都需要设置成“I/O”变量。

I/O变量又分为I/O离散变量、I/O整数变量、I/O实数变量、I/O字符串变量四种。

变量类型也可按数据类型分为以下几种：

（1）实型变量：

它用于表浮点型数据，取值范围10E-38〜10E+38,有效值7位。

⑵离散变量：

它只有0,1两种取值，用于表示一些开关量。

（3）字符串型变量：

它可用于记录一些有特定含义的字符串，如名称，密码等，该类型变量可以进行比较运算和赋值运算，字符串长度最大值为128个字符。

（4）整数变量:

它用于表示带符号的整型数据，取值范围（-2147483648〜2147483647）。

（5）结构变量：

它是为方便用户快速、成批定义变量，组态王支持的结构数据类型。

特殊变量类型有报警窗口变量、历史趋势曲线变量、系统预设变量三种。

主要用于系统报警显示和历史趋势曲线显示，预设变量是系统已经定义的，用户可以直接使用。

下面以I/O离散变量为例进行说明：

在［工程浏览器］中，选择“数据库数据词典”，然后在目录内容显示区双击“新建”图标，出现［定义变量］窗口，以一层内呼为例，在基本属性页中输入变量名“一层内呼”，其类型设为“I/O离散”，连接设备为“松下PLC”，寄存器设为“R30',数据类型设为“Bit”，读写属性设为“读写”，采集频率设为100毫秒。

单击［确定］按钮，就完成了变量的建立。

如图9所示：

图9“定义I/O离散变量”对话框

在定义变量基本属性时应注意：

（1）寄存器为X时读写属性一般设为读写（限位开关除外），寄存器为丫、R时读写属性设为只读。

（2）有时I/O离散型变量不够，用I/O实型变量替代I/O离散型变量时，要将实型变量的初始值设为0、最大值设为1,数据类型设为Bit。

465建立动画连接

建立动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立的一种关系，当变

的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来。

或者由软件使用者通过控制或改变PC屏幕上的图形对象，发布命令（改变数据变量的值），去控制下位机的动作。

即PLC控制程序和组态监控程序共同参与对电梯的控制。

组态王提供了多种动画连接类型，有属性变化、文本色变化位置与大小变化、值输出、值输入、特殊、滑动杆输入、命令语言等七大类共21种动画连接方式。

一个图形对象（图素）可以同时定义多个动画连接，组合成较为复杂的效果，以便满足实际应用中所需的动画要求。

动画连接具体如下：

画面中的图素绘制完成仅仅是第一步，如果画面中的图素能够反映出四层电梯的各种动作，则必须使画面中的图素能够根据变量的变化而产生一定的动作；例如，四层电梯中

电梯的开门与关门、电梯门的垂直移动等。

双击画面上的电梯门，出现［动画连接］对话框，在对话框中单击“缩放”按钮，出现［缩放连接］对话框，如图10所示。

单击“？

”按钮，将“表达式”设置为“本站点电

梯门位置”，变化方向设置为“水平从由右到左缩放”，最小时对应值设置为0,占据百分比设置为20,最大时对应值设置为100,占据百分比设置为100,然后再单击“确定”按钮，回到［动画连接］对话框。

当然也可以点击“垂直移动”按钮，出现［垂直移动连接］

对话框，单击“？

”按钮，将“表达式”设置为“本站点轿厢位置”，向上移动距离设

置为400,向下移动距离设置为0,对应值最上边设置为400,最下边设置为0,然后单击“确定”按钮，回到［动画连接］对话框，单击“确定”按钮。

来完成电梯门位置的开门与关门、电梯门位置的垂直移动。

如图11所示：

图10电梯门的“缩放连接”对话框

图11电梯门的“垂直移动连接”对话框

466编写命令语言

组态王中命令语言是一段类似C语言的程序，工程人员可以利用这段程序来增强应用程序的灵活性、处理一些算法和操作等。

命令语言都是靠事件触发执行的，如定时、数据

的变化、鼠标的点击等。

根据事件和功能的不同，包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、自定义函数命令语言、动画连接命令语言和画面命令语言等。

其中应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言可以称为“后台命令语言”，它们的执行不受画面打开与否的限制，只要符合条件就可以执行，而画面和动画连接命令语言的执行不受影响。

另外，命令语言具有完备的词法语法查错功

能和丰富的运算符、数学函数、字符串函数、控件函数、SQL函数和系统函数。

命令语言

一旦运行起来，往往看到的是最终结果，如果结果出现差错，就需要查看命令语言的执行过程一调试命令语言。

在命令语言中使用的应用程序命令语言是指在组态王运行系统应用程序启动时、运行

期间和程序退出时执行的命令语言程序。

如果是在运行期间，则该程序按照指定时间间隔定时执行。

在［工程浏览器］的目录显示区，选择“画面命令语言应用程序命令语言”，则在右边的内容显示区出现“请双击这儿进入＜应用程序命令＞对话框,”图标，双击图标，则弹出“应用命令语言”对话框，如图12所示，根据前面我们对控制系统所提出的要求，以一层平层的电梯门位置和开关门为例，编写程序如下所示：