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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8销售
1、引 言
可编程控制器（PLC）由于其结构紧凑、性高、编程简单、指令强大、灵活性强、能适用于比较恶劣环境等诸多优点，现已在工业控制领域得到广泛应用。现普遍采用触摸屏加plc的方法来监控设备，但触摸屏视角窄，不适应恶劣环境，且数据存储容量有限，不易实现大规模网络互联。因此我们采用plc与计算机通讯的方式实现实时监控，克服了触摸屏的缺点。
2、s7-200cpu自由口通讯方式的应用
世界的plc很多，如西门子、欧姆龙、松下、三菱等等，本人仅以西门子s7-200小型可编程控制器的cpu22×系列为例，介绍plc在计算机网络中与计算机通讯的功能。
s7-200cpu支持多样的通讯功能，根据所使用的s7-200cpu，其网络可以支持一个或多个以下协议：
点到点（point-to-point）接口（ppi）
多点接口（multi-point）（mpi）
profibus
用户定义协议（自由口）
自由口通讯是通过用户程序可以控制s7-200cpu通讯口的操作模式。利用自由口模式，可以实现用户定义的通讯协议连接多种智能设备。通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令，用户程序控制通讯口操作。在自由口通讯模式下，通讯协议由用户程序控制。通过smb30（口0）允许自由口模式，而且只有在cpu处于run模式时才能允许。当cpu出于stop模式时，自由口通讯停止，通讯口转换成正常的ppi协议操作。
近年来，随着我国铁路运输环境的改善，列车速度越来越高，势必对铁道车辆提出较高的要求，其表现在对列车的舒适性和运行性、性的要求提高，因此车辆上设备的自动化程度越来越高。自动化程度的提高，带动了网络技术在列车控制和监控上的应用。车辆网络控制、监控简图如图1所示。
3 楼宇电梯智能化监控系统软件设计
3.1 Q型PLC软件设计
在Q型PLC是整个系统的上位机，通过设置定时扫描程序，从监控系统开始运行的每一个固定时间内对整个电梯群的运行情况进行扫描，包括整个监控系统的网络通信是否正常、各单元电梯的运行工况是否正常等。当出现某一端子在扫描过程中，出现信号中断或电梯故障信号时，监控系统就会将该电梯剔除出本系统，不让其继续参加电梯的控制，而将对应的门厅召唤任务分配给其他同类运行正常的电梯，并通过各类标识提示乘客换梯，并采用闭锁方式，此时电梯处于检修停机状态。
3.2 FX2n型PLC软件设计
单元下位机FX2n型PLC的软件具有电梯运行数据通信、单元电梯逻辑控制和电梯系统故障自我检测诊断等功能。
根据楼宇电梯工作的实际特性，单台电梯具有三种运行工况：上行工况、下行工况和空闲工况。当整个楼宇电梯监控系统工作后，调用单元电梯进行初始化子程序运行，将电梯轿厢停到一楼并通过微机自动设置各电梯的相关参数初始值。再完成初始化处理后，单元电梯就进入空闲运行工况。
当整个电梯群均处于空闲工况时，监控系统就会不断进行扫描，查询楼层中是否有门厅召唤按键和轿厢内目标行程按键。
当单元电梯接收到本地门厅的呼梯任务时，则先判断本梯轿厢是否停门厅召唤乘客对应的楼层，如果是则直接打开轿厢门。如果不是，则会将此信号返回上位机，由上位机统一进行调度。当单元电梯将进入上行工况或下行工况时，通过内部程序分析计算出上行近目标或下行近目标的楼层，由电梯变频器驱动对应电机的控制按照预测的速度驱动电梯朝目标方向运动。
4 人机界面
由于智能建筑水平的不断提高，小区也为了提高自己服务水平，使得乘客能够清晰明了地使用电梯，同时为了便于电梯管理人员及时了解整个电梯群的运行情况，采用三菱公司的GT Designer2软件设计了一个基于触摸屏GT1595的楼宇电梯群智能监控系统人机界面。人机界面主要由三大部分组成：主界面、故障详情界面和参数设置界面。
4.1 主界面
主界面属于整个楼宇电梯群监控系统的基本画面，它用来显示各单元电梯的整体运行工况，模拟动画效果形象地描绘出各电梯上升和下降，同时可以对电梯进行各类处理，如电梯初始化设置、运行电梯、显示电梯故障等功能。当电梯出现特殊紧急情况下，运行管理人员可以通过主画面的“急停”按钮操作电梯，使电梯的停下，防止事故的继续扩大。
4.2 故障详情界面
楼宇电梯群监控系统故障详情界面属于主界面的子界面，可以通过实际的数据显示出故障电梯故障点的位置，故障类型。当扫描过程中发现某台电梯端子出现故障时，电梯监控系统就会自动检测判断处故障类型及对应的参数值，便于相关检修维护人员进行对应的电梯维修保护，从而缩短了电梯的检修时间，有利于电梯的运行性。
4.3 参数设置窗口
参数设置窗口主要用来设置电梯三种调度模式下的时间段和楼宇电梯算法中各目标参量的权值和阀值，初始化单元电梯的原始数据，并将单元电梯驱动到底层，便于上位机系统进行调度。
5 结语
电梯智能监控系统是现代高层大规模建筑群中必不缺少的组成部分之一，它的好与坏直接体现了物业管理水平，决定了整个建筑的电梯的输送能力的大小。本文详细介绍了基于多目标规划算法的，触摸屏与PLC结合的电梯群智能监控系统设计与应用。利用PLC与触摸屏相结合组成的楼宇电梯群智能监控系统具有明显开发、设备维护简单清晰、运行性等优点，特别适合现代楼宇电梯群智能监控方面的应用。
引言
电梯是输送人员或货物上楼和下楼的一个快捷而方便的人性化设备。电梯控制系统是一个集机电为一体的综合复杂系统，涉及机械、电气和自控等工程领域。随着智能建筑规模的不断扩大，同一建筑物内部需要安装多部电梯才能满足人们的基本要求。如何利用的电子技术、控制技术、计算机技术相互结合，合理设计楼宇电梯制系统，对现代化智能建筑物内的电梯群进行合理管理、综合调度，以提高楼宇内电梯运行效率及人性化服务质量， 具有相当重要的实际意义。
智能电梯控制系统已由智能微机综合控制取代传统的继电器控制方式， PLC由于编程简单、语言通俗、维护方便、K抗干扰能力强等优点备受工业控制人员的重视。在电梯行业PLC被广泛地应用于智能电梯控制系统的开发。
在电梯工程控制领域，为了提高电梯的人性化服务质量，利用工业触摸屏与PLC结合，完成整个电梯系统各设备运行数据显示和参数设置，以动画的形式通过软件对电梯系统实际运行动态进行模拟，使运行管理人员能够了解整个系统的运行过程。
1 楼宇电梯智能化监控系统硬件设计
1.1 硬件系统的总体框图设计
为实现楼宇电梯群智能监控系统功能，将整个楼宇电梯群监控系统分为三层：单元电梯动力层、单元电梯控制层、电梯群监控层。电梯的总设计框图如图1所示：
单元电梯动力层中包括1- 3号电梯、3台供电梯变频控制调节的变频器。单元电梯控制层由三菱公司出品的FX2n系列的PLC,每个PLC控制一个单元电梯。电梯群监控层由一台三菱公司出品的Q 系列的PLC组成。
1.2 上位机及下位机
1.2.1 上位机
作为楼宇电梯群监控系统的软件运行分析的主体，用以实现对整个楼宇电梯群的管理、调度和分配。上位机用PLC主要完成对下位机控制数据的审核判断，下位机数据通过CC - bbbb网络结构传送给上位机，对电梯门厅召唤命令信号集进行分析、调度。
1.2.2 下位机
作为单元电梯直接控制的主题，也是整个系统组态软件运行的载体，将单元电梯正常运行工况下所采集到的参数变量进行接收、分析。
1.3 主要硬件的选择
1.3.1 FX2N型PLC
FX2N型PLC是三菱公司自我生产研究的小型PLC,属于单元式PLC。FX2N型PLC种PLC的控制处理CPU 模块、输入输出I/O端子模块等均装在同一机壳内，设备内部结构紧凑、布置整齐清晰。FX2N型PLC由基本单元和扩展单元两大部分组成。基本单元完成系统的基本功能并可以通过连接外围扩展单元模块，用于控制系统扩展I/O和模拟信号的输入输出等功能。
1.3.2 Q型PLC
Q型PLC是三菱公司自我生产研究的大/中型PLC,它属于模块式PLC。即PLC的各个部件都是由对应的模块组成，是相对立的。PLC内部CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，利用外部机架或接线电缆将各单元模块相互连接起来，便于用户根据实际需求合理选择模块进行灵活配置。
1.3.3 变频器
把电网工频电源50Hz变换成各种频率的交流电源，作为电机动力源，实现电梯电机的变速运行。本次设计中采用富士FVR0. 75E11S - 4小型变频器。
1.3.4 触摸屏
在电梯工程监控领域，工业触摸屏通常与PLC相互配套使用，有效地替代了传统电梯继电控制系统所需的控制面板和按钮操控柜，是一种智能可视化操作的综合数据显示系统。触摸屏电梯控制系统可以完成对整个楼宇电梯去的数据进行显示，通过显示器上的界面，可以完成对整个系统的参数设置、并通过对应的控制命令，完成对电梯的远程控制。结合相应的组态软件，通过编写相应的程序，以动画的方式动态对楼宇电梯实际运行状态进行模拟动态，便于管理人员实时了解电梯工作状态，能够及时对故障电梯进行分析判断和事故处理。利用PLC与工业触摸屏相结合，使PLC能够完成具有图形化、可视化等工作界面的立操作系统，简化传统控制系统控制台上按钮、仪器仪表、接线盘等的设备。
本次设计采用GT1595型触摸屏，它属于三菱GT1000系列产品。在人机界面的设计中采用三菱公司的GT Designer2软件完成整个系统的人机界面设计。
2 电梯制算法
2.1 分区调度方法
分区域调度即采用化整为零的思路，对整个建筑大楼按楼层或单元进行划分，将不同楼层划分为若干小单元，此小单元间又相互联系，彼此间又相互约束。通过对每个小单元立设立为一个小系统，然后在小系统范围内进行模型设立，并通过优化计算得到优协调系统模型后，将各小模型相互联系建立整体优化控制模型。
2.2 优化控制
在楼宇电梯群智能监控系统中，作为下位机的电梯群在实际运行过程中受到电梯总台数的限制，不可能随时响应每一个门厅的呼梯信号，有一个控制，合理分配楼层的呼梯信号。优化控制实际上就是一个为满足给定条件的多目标优规划问题。大多数科学家都是采用的计算机技术，利用所有可能的呼叫数据与可能的响应一一映射，构筑成一个系统优分配模型，便于在下一个呼叫来临之前求得优楼梯分配，完成整个电梯系统的合理分配。
2.3 系统
即利用系统与模糊规则相结合，根据当前建筑物内的客流方向和密度的已知数据，利用系统强大的模糊推理功能，结合模糊控制系统确定当前的建筑物内交通模式，从而根据实际的参数确定下一步应采用的调度措施。
本系统中，采用每台FX2n型PLC作为下位机立控制一台电梯的运行。Q系列PLC作为上位机接受单元电梯FX2n传送的所有门厅呼梯请求信号，按照多目标规划电梯算法，决定由哪台电梯响应此请求信号。而每台立电梯轿厢内乘客的呼梯信号则由自身的FX2n型PLC自完成。
要用PLC实现广播的自动控制，要考虑许多因素，以我开发过的“DX-600中波自动控制系统”为例，我将整个系统设计分为以下四个步骤。
要确定PLC的控制及监视范围。分析需要监视的指标，以及需要自动控制的操作，比如入射功率取样、反射功率取样、水位取样、电源取样、开机操作、关机操作、升功率操作、降功率操作等。采样点多少和控制范围的确定依的不同而不同。接着要选择适当的PLC，一方面选择多大容量的PLC；另一方面选择什么公司的PLC以及外围设备。对个问题，要对进行详细分析，把所有的I／O点找出来，包括开关量I／O和模拟量I／O以及这些点的性质。I／O点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，电压多大，是采样点还是输出控制点，输出是用继电器型还是用晶体管或是可控硅型。知道这些以后，就可以定下选用多少点和I/O是什么性质的PLC了。对于二个问题，则有以下几个方面考虑：a、功能方面。b、价格方面。可编程控制器的主机选定后，一般还要选择模拟量采集模块，模块的多少依据模拟量的多少而定。显示设定单元视需要选择与否。在本例“DX-600中波自动控制系统”中，经分析该系统需要17路开关量输出、11路开关量输入、6路模拟量采集，故采用了SIMATIC S7－226型PLC，两快EM－23模拟量采集模块。SIMATIC S7－226支持24路开关量输入，16路开关两输出，每块EM-231支持4路模拟量输入点，两块就相当于8路模拟量输入点，能满足系统需要，并且为日后的系统扩展升级留有了空间。
2、PLC的I／O地址分配
输入／输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对于软件设计来说，I／O地址分配以后才可以进行编程；对于PLC的外围接线来说，只有I／O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图。I／O地址的分配能将类似的信号点分配连续的I／O地址，同时把I／O点的名称、代码和地址以表格的形式列写出来。初学者往往不会注重这些，开发过实际项目就会知道这将为以后的维护升级工作带来很大的方便。下图例出了本文实例《DX-600中波自动控制系统》中部分I/O点的表格，供大家参考。
3、监控系统的硬件和软件设计
系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计等。软件系统设计主要指编制PLC监控程序，有些系统还包括上位机程序的编写，比如在本例中就包括上位机程序。硬件系统设计主要是设计出电气控制系统原理图，电气控制元器件的选择等，在这里硬件设计不做详细阐述，主要给大家阐述软件设计的步骤和过程。在PLC程序设计时，除I/O地址列表外，还要把在程序中用到的中间继电器、定时器、计数器（PLC中的软元件）和存储单元以及它们的作用或功能列写出来，以便程序的编写和阅读。下面结合我开发过的“ DX-600中波自动控制系统”具体介绍广播自动控制系统PLC程序的编写及调试。
西门子S7－200CPU的编程软件为 V3.1 STEP 7 MicroWIN SP1。该软件是基于bbbbbbs 的应用软件，它支持32位bbbbbbs95，bbbbbbs98和bbbbbbsNT操作系统。他支持STL编辑器、阶梯图编辑器和 FBD三中编辑器。你可以选择自己熟悉的编辑器。为端子号分配地址是编程的部，实际编程时为了增加程序的可读性，常用带有实际含义的符号作为编程元件代号，而不是直接用元件在主机的直接地址。例如编程中的“高功率开机”作为编程元件代号，而不用Q0.1。符号表可用来建立自定义符号与直接地址之间的对应，并可附加注释，有利于程序结构清晰易读，以及日后软件的维护新，在实际的开发中应该注重这点，它往往能起到事半功倍的效果。按监控系统要完成的任务PLC程序可分为三个主要部分：l、广播及附属设备（比如空调等）的自动开与自动关；2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控；3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等。
1、广播及附属设备的自动开与自动关：要实现的自动开关机，向PLC提供的开关机时间表，该时间表的存储，应保证当PLC断电的情况下不丢失。所以把它放入数据快可确保数据的稳定。PLC内部有自己的系统日期和时钟，PLC可通过相应的指令读实时时钟和设定实时时钟。PLC内部用8个字节表示日期和时钟，他们都用BCD码表示，从低到高分别表示年、月、日、小时、分钟、秒，7个字节为0，8字节表示星期。值得注意的是系统不会检查、核实时钟各量的正确与否，所以在设置时钟和日期时确保输入的数据是正确的，还有，不能同时在主程序和中断程序中使用读写时钟指令，否则，产生非致命错误，中断程序中的实时时钟指令将不被执行。在编写自动开关机程序段时，程序应该不断的读取系统时钟，并与数据块中的开关机时间表进行比较，如果与时间表中的时间吻合则执行相应的操作如开机、关机等，在本例中我用READ_RTC指令读出PLC的内部时钟，接着用BCD_I将BCD码的PLC时钟转换为十进制PLC时钟，再拿它与数据区中的开关机时间表比较，如果吻合则执行相应操作。
2、模拟量的采集监控以及开关量的采集监控：模拟量的采集可通过EM231、EM232或EM235模拟量输入输出模块来实现。在本例中采用的是EM231，可通过DIP开关设置模拟量的输入范围，单性：满量程输入0到10V、分辨率2.5mV；满量程输入0到5V、分辨率1.25mV；满量程输入0到20mA、分辨率5μA；双性：满量程输入负5V到正5V、分辨率2.5mV；满量程输入负2.5V到正2.5V、分辨率1.25mV，根据实际需要设定响应的档位，如还不能满足则采样点要经过电路或仪器转换成合适的信号。要实现模拟量的监控就提供上限和下限，模拟量的上下限应该和开关机时间表一起放入数据快，程序应不断的取的模拟量的值并与数据块中的上下限比较，如果越限则报警或执行相应的操作。开关量的监控相对简单，不需要扩展模块，从PLC高低电位后直接可进行判断，有一点值得注意，为了防止干扰，模拟量应取多次的平均值，开关量的检测用延时接通电路。这样能很好的避免误报警和误操作。在本例《DX-600中波自动控制》系统中，模拟量由于开始没有取多次平均值经常出现误报警，开关量也偶尔出现误报警，通过对模拟量多次取平均值、开关量采用10毫秒延迟电路后得到解决。
3、与上位机通信，实现校时、数据的显示、参数的设置和故障记录等：PLC与上位机通信可采用自由通讯协议，自由通信口（Freeport Mode）方式是S7－200PLC的一个很有特色的功能。S7－200 PLC的自由通信，即用户自己定义通信协议，波特率为38.4KB/s。它使S7－200 PLC可以与上位 PC机进行通信。PC机的RS－232可通过PC/PPI电缆与 S7－200 PLC连接起来进行自由通讯。与PC连接后，PLC程序可以通过使用接收中断、发送中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV）对通讯口操作。在自由通讯口模式下，通讯协议由用户程序控制，协议的依系统不同而不同，在“DX－600中波自动控制”系统中为保证的正确无误，还采用了一种数据校验机制，把要传输的数据块中的各字节做“与”操作，得到的“和”作为校验字节。此种校验方法有简单实用等特点。通过SMB30（口 0）或SMB130（口1）允许自由口模式，而且只有在CPU处于RUN模式时才能允许。当CPU处于STOP模式时，自由通讯口停止，通讯口转换成正常的PPI协议操作。通过与PC的通讯，PLC把采集到的数据发送到PC上位机，这样上位机程序经过响应处理就能实现数据的图形显示。的开关机时间表、模拟量的上下限也能很方便的通过上位来修改，而不必修改PLC程序。PLC的时钟也能通过上位机来设置（校时）。另外，通过上位机还可以定时抄表、记录故障的发生时间、类型，停播的时间等等，方便技术人员维护。上位机程序的编写可通过任一款可视化编程软件如 VB，VC，C++Builder等，建议用C++Builder，它有功能强大，易学等特点。
4、监控系统的调试
系统调试分模拟调试和联机调试。模拟调试可借助于模拟开关和 PLC输出端的输出指示灯进行；需要模拟信号I/O时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错
误则修改后反复调试。S7-200不但能在PC机上编程，还可在PC上直接进行模拟调试。联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有这一台，这时要把PLC安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电。只对控制电路进行调试即可。通过现场联机调试信号的接入常常还会发现软硬件中的问题，经过反复测试系统后，才能后交付使用。
本例“DX-600自动控制系统”投入使用后，的确大大减轻了值班任务，而且能及时发现一些人工值班不易发现的故障，通过上位机对的实时数据及故障记录都能很好的保存，供技术人员维护用。