基于PLC的控制系统仿真平台的应用

《基于PLC的电梯控制系统的设计与仿真》篇一一、引言随着城市化进程的加速，电梯作为现代建筑中不可或缺的交通工具，其安全性和效率性显得尤为重要。

为满足市场对于高质量、高效率、高安全性的电梯控制系统的需求，基于PLC（可编程逻辑控制器）的电梯控制系统设计成为了一种重要的解决方案。

本文旨在详细介绍基于PLC的电梯控制系统的设计与仿真过程，并对其优势及潜在问题进行探讨。

二、系统设计1. 硬件设计基于PLC的电梯控制系统主要由PLC、电梯门机、电机驱动器、变频器、电梯安全回路设备等组成。

其中，PLC作为核心控制器，负责接收和处理各种信号，控制电梯的启动、停止、开关门等动作。

电梯门机负责执行开门和关门动作，电机驱动器和变频器则负责控制电梯的上下行和速度。

2. 软件设计软件设计是PLC电梯控制系统的关键部分，主要包括梯形图设计、程序编写和调试等步骤。

梯形图是电梯控制系统的逻辑表达方式，它详细描述了电梯的各种动作和状态。

程序编写则是将梯形图转化为可执行的代码，以实现电梯的各种功能。

在调试阶段，需要对程序进行反复测试和修改，以确保其正确性和稳定性。

三、系统仿真为验证设计的正确性和可行性，我们采用了仿真软件对基于PLC的电梯控制系统进行了仿真。

仿真过程中，我们根据实际电梯的运行环境和条件，设置了各种场景和参数，以测试系统的性能和稳定性。

通过仿真，我们可以观察到电梯的启动、停止、开关门等动作，以及各种故障情况下的响应和处理过程。

这有助于我们及时发现和解决设计中存在的问题，提高系统的可靠性和安全性。

四、系统优势与问题基于PLC的电梯控制系统具有以下优势：1. 可靠性高：PLC具有强大的抗干扰能力和高可靠性，能有效保证电梯的安全运行。

2. 灵活性好：通过编程，可以方便地实现各种复杂的控制逻辑，满足不同需求。

3. 维护方便：一旦出现故障，可以通过更改程序或更换模块来快速修复。

4. 兼容性强：可以与其他设备进行良好的连接和通信，便于系统扩展和维护。

64 | 电子制作 2021年02月热能，当电流流过电阻材料时，电能转换成热能，产生热量，再通过热的传导、对流、辐射，能有效地用来加热特定的试验件，并保持高的效率，此种加热方式称为辐射加温。

辐射加热具有热转换率高、加热温度高等优点，因此是试验车台上使用最广泛的一种加热方式。

温度是试验任务中一项很重要的监控指标，很多试验任务要求在特定的温度下才能进行，实际温度值和控制的精度、准确度决定了试验能否进行下去，因此研究温度控制工作原理，寻找合适的控制算法具有重要意义。

辐射加温控制系统是典型的一阶纯滞后环节，可用一阶惯性环节加滞后环节表示，具有升温单向性、大惯性、纯滞后、非线性和时变性等特点，用传统控制方式易导致超调大、调节时间长、控制精度低。

其升温、保温是依靠电阻丝加热，当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温。

理论和经验表明，传统的PID 控制对温度控制系统无法达到理想效果[1-2]。

模糊控制是目前十分成熟的一种智能控制方法，其采用模糊逻辑把人的控制经验归纳为定性描述的一组条件语言，利用模糊集理论，将其定量化，使控制器模仿人的操作策略，模糊控制具有很强的鲁棒性和稳定性，大量的理论研究和实践也充分证明了用模糊控制理论控制电阻炉温度是一种非常好的方法策略[3]。

PLC 具有通用性好、性能可靠、编程灵活、扩展方便等优点，在工业控制中广泛使用，PLC 指令越来越强大，能够实现许多复杂的控制算法，利用PLC 实现模糊控制，结合二者的长处，在工业控制中大有前景。

基于上述，本文提出在PLC 平台上将模糊控制方法和常规PID 控制结合的控制策略。

1 控制策略当实际温度值和给定温度值偏差较大时，采用模糊控制合式控制策略，既可以保证系统动态响应效果，又能改善稳态控制精度，系统控制框图如图1所示。

其中S 为转换开关，其设定值一般取最大误差的10%，本文取20，即给定值和实际值偏差在20℃以内采用PID 控制，超过20℃采用模糊[4]模糊控制器能在线对PID 参数进行修改，进一步完善了传统PID 控制器的性能，更好的适应控制系统参数变化和工作条件，如图1所示，模糊控制器由模糊化，模糊推理和解模糊三个环节构成，将工程上的精确量转换为模糊输入信息，利用模糊规则进行模糊推理，经解模糊后转换为精确值，送到被控对象。

虚拟仿真技术在PLC应用技术教学中的研究虚拟仿真技术是一种将现实世界的场景和物体以计算机模拟的形式呈现出来的技术，其应用领域包括游戏、建筑设计、工业制造等。

在PLC（可编程逻辑控制器）应用技术教学中，虚拟仿真技术能够提供一个灵活、直观、安全、低成本的学习环境，有助于学生理解PLC的原理和应用，提高他们的实际操作能力。

本文将探讨虚拟仿真技术在PLC应用技术教学中的研究。

一、虚拟仿真技术的优势1. 灵活性：虚拟仿真技术可以根据实际需求设计各种不同的场景和实验，例如不同的控制系统布局、不同的控制逻辑设计等，提供给学生进行模拟操作。

学生可以自由选择操作的顺序和频率，提高学习的效率。

2. 直观性：虚拟仿真技术可以以图形化、动态化的形式呈现实际的PLC系统和过程，使学生能够直观地观察和理解PLC的工作原理和运行过程，避免了抽象概念带来的难以理解的问题。

3. 安全性：虚拟仿真技术可以提供一个安全的学习环境，避免了实际操作中可能出现的电气事故和设备损坏等问题。

学生可以在虚拟场景中进行反复的实验和调试，不会造成任何实际的损失。

4. 低成本：虚拟仿真技术不需要大量的实验设备和实际的PLC系统，只需要在计算机上安装相应的仿真软件即可进行学习。

这大大降低了教学成本，使得更多的学生能够接触到PLC应用技术。

1. 虚拟PLC系统的建模和仿真：通过使用虚拟仿真软件，可以对实际的PLC系统进行建模和仿真。

学生可以在虚拟场景中进行PLC程序的编写、调试和运行，观察和分析PLC系统的工作状态和数据变化。

这样可以帮助学生更好地理解PLC的工作原理和逻辑，提高他们的实际操作技能。

2. 虚拟实验室的设计和搭建：通过使用虚拟仿真软件，可以设计和搭建一个虚拟实验室，包括PLC设备、传感器、执行器等。

学生可以在虚拟实验室中进行各种实验和操作，例如灯光控制、电机控制、温度控制等。

这样可以使学生更好地理解和掌握PLC的应用技术。

3. 虚拟实例的设计和模拟：通过使用虚拟仿真软件，可以设计和模拟各种实际的PLC 控制系统。

基于OPC和组态软件的虚拟PLC控制系统仿真设计基于OPC和组态软件的虚拟PLC控制系统仿真设计摘要：本文针对虚拟PLC控制系统的仿真设计，提出了基于OPC（OLE for Process Control）和组态软件的解决方案。

通过建立虚拟PLC控制系统的仿真模型，利用OPC协议实现与组态软件之间的通信，实现了虚拟PLC控制系统的仿真。

本文以某某水处理系统为例，详细介绍了仿真设计步骤和实现过程，并对仿真结果进行了分析和评价。

研究表明，该虚拟PLC控制系统仿真设计方法能够满足系统开发和调试的需求，提高了工作效率和可靠性。

关键词：OPC；组态软件；虚拟PLC控制系统；仿真设计；水处理系统1. 引言虚拟PLC控制系统广泛应用于工业自动化领域，是模拟真实PLC控制系统行为和功能的一种虚拟环境。

在实际开发和调试过程中，使用虚拟PLC控制系统进行仿真可以避免对实际设备的依赖，节约成本并提高开发效率。

本文旨在通过基于OPC和组态软件的方法，构建虚拟PLC控制系统的仿真环境，以解决传统仿真技术存在的问题。

2. OPC及组态软件的介绍2.1 OPCOPC是一种通用的开放式标准，用于实现不同设备之间的数据交互和通信。

OPC通过定义一组规范，使得不同厂商的设备和软件能够实现互操作性。

OPC协议由两部分组成：OPC服务器和OPC客户端，服务器负责与设备交互和数据采集，客户端负责数据处理和显示。

2.2 组态软件组态软件是一种图形化的开发工具，用于创建和编辑人机界面以及控制逻辑。

组态软件可以通过拖拽方式实现对PLC控制系统的编程和配置，减少了编程难度并提高了开发效率。

3. 虚拟PLC控制系统的仿真设计方法3.1 建立虚拟PLC控制系统的仿真模型首先，根据实际PLC控制系统的架构和功能，建立虚拟PLC控制系统的仿真模型。

虚拟PLC控制系统的仿真模型包括PLC程序、输入输出模块、传感器和执行器等组成部分。

3.2 OPC服务器与组态软件之间的通信利用OPC协议，实现虚拟PLC控制系统与组态软件之间的通信，完成数据的交互和采集。

摘要可编程控制器(PLC)是工业控制领域的重要装置，随着工业自动化技术的不断发展，其应用范围也在不断拓展。

对于培养专业工程技术方面人才的高校来说，PLC的教学显得尤为重要。

本文的设计正是在基于改进PLC实验教学装置、提高实验教学质量的目的提出来的。

本文就当前高校PLC教学实验的现状和其中存在的问题提出了可行的方案—基于组态软件的PLC实验教学系统。

论文的开始分析了现阶段PLC教学系统存在的一些弊端，接着介绍一些常见的PLC以及组态软件，简述它们的发展史，然后是基于组态软件仿真平台的实验原理。

本文使用的西门子S7-200PLC和WinCC(Windows Control Center)来讲述平台的设计。

最后通过几个简单的仿真实验，详细论述了该实验基于S7-200系列PLC和WinCC组态软件的实现方案，并建立了PLC仿真实验平台教学系统。

教学仿真系统不仅可验证PLC的控制程序的正确与否，还可直观逼真地显示PLC 动态控制过程，加深对PLC 实验的兴趣和理解，提高PLC课程的理论学习水平。

基于组态软件的PLC实验教学系统的建成，解决了高校开展PLC实验课程难的问题，较好的满足了高校PLC课程教学实验的要求。

关键词：实验教学，可编程控制器，组态软件，仿真ABSTRACTProgrammable Logic Controller (PLC) is an important field of industrial control devices. With the continuous development of industrial automation technology, it is also expanding its range of applications. To colleges and universities which cultivate talents of professional engineers, PLC teaching is particularly important. This paper is brought up based on the purpose of improving PLC experimental teaching device and the quality of experiment teaching.This paper analyzed the current condition of domestic PLC experimental teaching at present and summarized the existing problems of experimental teaching equipment in many universities, then propounded a new PLC experiment system based on industrial monitoring configuration software which is in combination of the base of previous studies.The beginning of the paper analyzed the drawbacks existed in present teaching system of PLC, then introduce some common PLC and configuration software. A brief description of their development history, and is based on the principle of the simulation platform of the configuration software .In this paper, using the Siemens S7-200 PLC and WinCC (Windows Control Center) to tell the platform design. Finally through a few simple simulation experiment, the experiment is discussed based on S7-200 series PLC and WinCC configuration software implementation scheme, and the PLC experiment teaching system is established.Teaching simulation system can not only verify the PLC control program is correct or not，also can realistically according to dynamic control process of PLC, deepen the interest and understanding of the PLC experiment and raise the level of theoretical study of PLC course. Of the PLC experiment teaching system based on configuration software is built, solved the problem of the colleges and universities to carry out the PLC experiment course is difficult, better meet the requirements of the PLC course teaching experiment.Key words: Experiment Teaching，PLC ，Configuration Software，Simulation1 绪论 (1)1.1课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究情况 (2)1.3 课题研究的主要内容及章节安排 (3)1.3.1 课题研究的主要内容 (3)1.3.2 论文内容安排 (3)2 课题相关技术介绍 (4)2.1 PLC (4)2.1.1 PLC的基本概念 (4)2.1.2 PLC的基本工作原理 (6)2.2 组态软件 (7)2.2.1 组态软件的基本概念 (7)2.2.2 组态软件的功能 (7)2.2.4 组态软件的特点 (11)2.3 仿真平台技术 (11)3 实验系统的构成及通信 (13)3.1 实验系统的构成 (13)3.2 OPC服务器的建立 (13)3.2.1 通信接口的设置 (13)3.2.2 OPC服务器的建立 (13)3.3基于WinCC的S7-200实验平台系统开发 (14)4 基于组态软件的PLC实验平台仿真实验 (15)4.1 刀具库选刀实验 (15)4.1.1 编写PLC程序 (15)4.1.2 组态画面 (16)4.1.3 对画面添加动态 (17)4.1.4 激活WinCC并运行PLC测试组态画面 (18)4.2 反应罐自动控制系统 (20)4.2.1 编写PLC程序 (20)4.2.2 组态画面及动态的添加 (23)4.2.3 组态画面的测试 (25)4.3 搬运机械手监控系统 (27)4.3.1 编写PLC控制程序 (27)4.3.2 组态画面及动态画面添加 (31)4.3.3 激活WinCC并运行PLC测试组态画面 (33)总结与展望 (34)参考文献 (35)致谢 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。

摘要本文在阐述电梯和PLC的结构并工作原理的基础上，使用PLC（西门子S7-200 CPU226）及其扩展模块，设计了一个四层的电梯的控制系统。

设计了电梯的拖动回路，选择了曳引电机，并使用了安川616G5变频器，设置了控制方式参数、运行方式参数、S特性曲线参数等变频器参数，实现了曳引电机的启动、制动与调速。

采用模块化编程思想使用STEP7-MicroWIN SP9软件编写了梯形图，并通过梯形图，实现了包括电梯的启动与制动、楼层指示功能、轿厢内指令和轿厢外召唤信号的登记与消除、电梯运行方向的控制、电梯的开关门、超重报警和手动按响警铃等功能。

最后，使用S7-200编程仿真软件做了部分功能的仿真。

关键词：四层, 电梯, PLC, 控制系统ABSTRACTThe structure and working principle of the elevator and the programmable logic controller (PLC) are introduced and PLC (Siemens S7-200 CPU226) whit its extension module is used in the design of a four-storey elevator control system in this paper. To designing the drag circuit of the elevator, major parameters of traction motor is selected and Yaskawa inverter is used to controlling the speed of the traction motor whit it’s parameters set, such as control mode parameters, operation mode parameters, S characteristic curve parameters and so on. Using the step 7-MicroWIN SP9 software to compiling ladder diagram, many functions, including elevator starting and braking, the floor indicator function, the car instructions and the car outside the call signal of registration and eliminate, running direction of the elevator control, elevator door switch, overweight alarm and manual according to sound the fire alarm, is realized. At last some simulation of the functions is did with the use of S7-200 programming simulation software.Key words：four-story, elevator, PLC, control system.目录1 绪论 (1)1.1 论文的背景及意义 (1)1.2 电梯控制系统发展现状 (2)1.2.1 电梯继电器控制系统的特点及存在问题 (2)1.2.2 PLC在电梯控制中的应用特点 (3)1.3 论文的主要内容 (4)2 电梯综述 (5)2.1 电梯的定义与简介 (5)2.2 电梯的历史发展 (6)2.3 电梯的分类 (8)2.4 电梯的主要参数及性能指标 (10)2.4.1 性能指标 (10)2.4.2 主要参数 (11)2.5 电梯的结构 (12)2.6 电梯的控制要求 (15)3 总体方案设计 (17)3.1 控制系统的组成 (17)3.2 信号控制系统 (17)3.3 基于PLC的电梯控制系统要实现的功能 (18)4 硬件的选择与设计 (19)4.1 PLC简介 (19)4.1.1 PLC定义 (19)4.1.2 PLC的特点 (19)4.1.3 PLC的主要功能和应用 (21)4.2 变频器的选择 (23)4.2.1 通用变频器概况 (23)4.2.2 通用变频器的功率输出驱动技术动向 (24)4.2.3 VS一616G5型变频器参数设置 (26)4.3 其他硬件的选择 (29)4.3.1 曳引电机的选择 (29)4.3.2 电梯制动器原理 (29)4.4 PLC系统硬件设计 (30)4.4.1 I/O点估计 (30)4.4.2 选择PLC型号 (31)4.4.3 电梯硬件接线图 (32)5 软件设计 (33)5.1 PLC的编程语言与STEP 7概述 (33)5.2 电梯PLC程序流程图 (34)5.3 梯形图设计 (35)6 仿真 (44)6.1 S7-200仿真软件的使用 (44)6.2 PLC电梯控制系统仿真过程 (45)6.2.1 内呼仿真 (45)6.2.2 报警信号仿真 (47)致谢 (50)参考文献 (51)附录 (52)1绪论1.1论文的背景及意义在科学技术飞速发展、城市现代化进程突飞猛进的今天，电梯因为其高效、迅捷、安全、可靠的垂直运输能力，已经成为了人们不可或缺的运输工具，它被广泛应用于几乎所有现代高层建筑中，如办公大楼、宾馆、住宅、医院、仓库、工矿企业、码头、大型货轮等。

基于MCGS模拟仿真PLC实训设备的设计PLC（可编程逻辑控制器）作为工业自动化中的常用控制设备，被广泛应用于生产线控制、设备自动化、过程控制等领域。

为了提高学生对PLC的理论知识和实际操作技能的培养，设计了一个基于MCGS（人机界面软件）的模拟仿真PLC实训设备。

1. 设备整体设计方案设备主要包括PLC控制器、MCGS仿真软件、电气控制元件、执行元件和人机界面。

通过MCGS软件模拟真实的PLC运行环境，学生能够实时观察并掌握PLC的编程、调试和运行技能。

设备还配备了电气控制元件和执行元件以及人机界面，学生可以通过实际操作来加深对PLC控制系统的理解。

2. 设备功能模块设计（1）PLC控制器：采用国内外知名品牌的PLC控制器，具有稳定的性能和广泛的应用领域，适用于各种工业场景的控制需求。

（2）MCGS仿真软件：MCGS是一款强大的人机界面开发软件，支持PLC编程和仿真，学生可以通过MCGS软件进行PLC编程和调试，并实时观察PLC的工作状态。

（3）电气控制元件：包括断路器、接触器、继电器等，用于构建实际的电气控制回路，学生可以通过这些元件进行电气控制回路的搭建和调试。

（4）执行元件：包括电动执行器、电磁阀等，用于模拟实际的执行动作，学生可以通过这些元件进行PLC控制程序的调试和运行。

（5）人机界面：通过触摸屏或键盘操作，学生能够实时监控PLC控制系统的状态，并进行交互式操作，提高学生的实际操作能力。

5. 设备教学效果评估设备的教学效果可以通过学生的成绩评定和教师的综合评价进行评估。

在设备教学过程中，学生的PLC编程能力、电气控制能力、执行元件调试能力以及故障诊断处理能力都可以得到全面评估。

学生的兴趣和主动性也能通过实际操作中的表现和态度来进行评价。

基于MCGS的模拟仿真PLC实训设备的设计，可以有效提高学生对PLC理论知识和实际操作技能的培养，为学生提供一个更加直观、实用的实训平台，有利于提高学生的学习积极性和教学效果。