摘 要：介紹了虛擬電梯的概念和功能以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)了通訊中可擴(kuò)展的協(xié)議格式，分析了虛擬電梯系統(tǒng)的通訊過程，利用VB語言和西門子S7-200PLC梯形圖開發(fā)設(shè)計(jì)通訊程序，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與PLC之間的實(shí)時(shí)通訊，并成功應(yīng)用到了多部電梯的虛擬電梯系統(tǒng)中。 關(guān)鍵詞：虛擬電梯; PLC;通訊協(xié)議;VB 0.引言 　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸通過計(jì)算機(jī)軟件來模擬實(shí)際的物理模型?！疤摂M模型”就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，數(shù)字接口技術(shù)為支持，對(duì)模型進(jìn)行研究和利用。虛擬電梯系統(tǒng)是指將計(jì)算機(jī)和PLC控制虛擬成一臺(tái)實(shí)際運(yùn)行的電梯，計(jì)算機(jī)通過動(dòng)畫顯示電梯的轎廂和井道并模擬電梯的運(yùn)行，同時(shí)將信號(hào)傳送到PLC 控制器。PLC控制器運(yùn)行電梯控制程序，通過通訊程序?qū)⒖刂平Y(jié)果傳回計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的虛擬電梯根據(jù)控制信號(hào)來進(jìn)行電梯的運(yùn)行和信號(hào)的指示，從而模擬電梯的運(yùn)行過程，并能模擬實(shí)際電梯的各種運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)。 　　與傳統(tǒng)的物理模型電梯相比，虛擬電梯具有以下優(yōu)點(diǎn)： 　　（1）成本低，使用方便，便于自行設(shè)計(jì)開發(fā)電梯的控制功能。 　　（2）虛擬電梯可以作為電梯操作人員的培訓(xùn)軟件，熟悉電梯正常的運(yùn)行規(guī)律和各種控制信號(hào)的功能。虛擬電梯設(shè)置靈活，樓層數(shù)、梯速和電梯數(shù)量都可以改變，而實(shí)際物理模型都是不可更改的。 　?。?）虛擬電梯可以作為PLC控制器的控制對(duì)象，對(duì)實(shí)際電梯控制系統(tǒng)的PLC控制程序及功能進(jìn)行調(diào)試和完善。 　　因此虛擬電梯技術(shù)為開發(fā)電梯控制系統(tǒng)以及電梯操作人員的培訓(xùn)提供了良好的應(yīng)用前景。 1.虛擬電梯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 　　虛擬電梯控制系統(tǒng)由PLC電梯控制程序、系統(tǒng)通信程序和虛擬電梯仿真界面三部分構(gòu)成。如圖1所示。虛擬電梯仿真界面如圖2所示，這是兩個(gè)電梯的群控，畫面對(duì)稱地分為左右兩個(gè)電梯系統(tǒng)。以左梯為例，左側(cè)模擬虛擬電梯的轎廂和并道，其右側(cè)為轎箱門和內(nèi)外呼叫信號(hào)以及顯示摟層信號(hào)，上部為電梯的運(yùn)行狀態(tài)。通過菜單的設(shè)置，可以配置電梯的數(shù)量、摟層數(shù)、電梯的運(yùn)行方式（自動(dòng)、司機(jī)、消防和檢修等方式）。 [align=center] 圖1 虛擬電梯系統(tǒng)組成 Fig 1 the structure of virtual elevator system 圖2 虛擬電梯仿真界面 Fig.2 interface of virtual elevator[/align] 　　系統(tǒng)的硬件主要是計(jì)算機(jī)、西門子S7-200型PLC和通訊電纜。系統(tǒng)的工作過程為：:通過設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)以及點(diǎn)擊仿真界面上的按鈕，使計(jì)算機(jī)將虛擬電梯的信號(hào)通過通訊程序發(fā)送給PLC，PLC根據(jù)接收到的信息，運(yùn)行電梯控制程序，并將控制程序的控制信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)則通過相應(yīng)的解釋程序，一方面將運(yùn)行狀態(tài)顯示在仿真界面上，另一方面控制虛擬電梯動(dòng)畫模塊的動(dòng)作，從而達(dá)到虛擬電梯控制的目的。計(jì)算機(jī)中的軟件采用VB編程，通訊方式采用串口通訊。 2.通訊協(xié)議格式設(shè)計(jì) 　　整個(gè)系統(tǒng)中將計(jì)算機(jī)虛擬電梯模型和電梯控制器PLC有機(jī)連接起來的就是計(jì)算機(jī)和PLC的通訊程序。通訊協(xié)議就是定義的使計(jì)算機(jī)與PLC能夠識(shí)別相互之間通訊數(shù)據(jù)的通訊格式。本系統(tǒng)中S7-200與計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，是以“幀”為單位進(jìn)行的。本系統(tǒng)采用定長的通訊幀，每一幀的格式為： 　　 　　定義： 　　1）.開始字符標(biāo)志著通訊幀的開始，在本系統(tǒng)中被定義為ASCII碼的"@"。 　　2）.結(jié)束字符標(biāo)志著通訊幀的結(jié)束，在本系統(tǒng)中被定義為ASCII碼的"#"。 　　3）.校驗(yàn)碼為正文各數(shù)據(jù)的異或和，用兩個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制ASCII碼表示。 　　計(jì)算機(jī)與PLC通信時(shí)，為了避免通信中的沖突，采用主從方式，即計(jì)算機(jī)為主機(jī)，PLC為從機(jī)。只有主機(jī)才有權(quán)主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文（或稱為請(qǐng)求幀），從機(jī)收到后進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)正確，則返回響應(yīng)報(bào)文。 　　4）通訊幀中的命令類型則反映主從機(jī)之間的通訊數(shù)據(jù)類型。命令類型用兩個(gè)字符格式表示，定義CT表示控制字，ST表示狀態(tài)字，RS表示響應(yīng)字。對(duì)不同命令類型的通訊數(shù)據(jù)幀格式定義如下： 　　（1） 狀態(tài)字為計(jì)算機(jī)傳向PLC的數(shù)據(jù)，表明虛擬電梯的狀態(tài)及呼叫命令。該通訊幀數(shù)據(jù)格式為： 　　 　　正文數(shù)據(jù)包括： 電梯的運(yùn)行狀態(tài)（上行、下行、停），安全信號(hào)（是、否），電梯開關(guān)門，電梯內(nèi)呼外呼信號(hào)，平層信號(hào)等，用十進(jìn)制數(shù)字按照下列定義的順序表示： 　　運(yùn)行方式定義為1位：自動(dòng)為0，司機(jī)為1，檢修為2，消防為3; 　　運(yùn)行狀態(tài)定義為1位： 電梯上行 為2，下行 1 ，停止為0，故障為3 　　電梯開關(guān)門定義為3位，首位含義：按鈕未按0，電梯開門1 ，電梯關(guān)門 2 ;二、三位表示門狀態(tài)：開門過程00 ，開門到位01，關(guān)門過程10 ，關(guān)門到位11 ; 　　電梯內(nèi)呼數(shù)據(jù)以N開始，以W結(jié)束，每兩位表示內(nèi)呼層數(shù)，如N0413W表示電梯內(nèi)有到4層和13層的內(nèi)內(nèi)呼信號(hào); 　　電梯外呼數(shù)據(jù)以內(nèi)呼結(jié)束字符W位開始，以字符S為結(jié)束字符。每三位表示外呼層數(shù)：首位是外呼方向0為下行，1為上行，2為上下均有呼叫，另兩位表示層數(shù)。如數(shù)據(jù)W005112S則表示五層有下行呼叫，12層有上行呼叫。 　　平層信號(hào)用兩位表示。 　　正文數(shù)據(jù)為A、B兩梯的數(shù)據(jù)，其格式相同，其中A梯數(shù)據(jù)在前，B梯數(shù)據(jù)在后。 　?。?）響應(yīng)字是計(jì)算機(jī)或PLC接收到數(shù)據(jù)后返回發(fā)送方的的響應(yīng)。用于判斷通訊數(shù)據(jù)是否正確。正文包括：當(dāng)異或校驗(yàn)碼正確時(shí)用00表示，錯(cuò)誤時(shí)用11表示。當(dāng)計(jì)算機(jī)向PLC發(fā)送如前所示狀態(tài)字后，由PLC返回計(jì)算機(jī)的響應(yīng)為： 　　 　　（3）當(dāng)計(jì)算機(jī)向PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為 　　 　　表明計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，要求PLC傳送數(shù)據(jù)，主機(jī)處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，此時(shí)PLC向計(jì)算機(jī)傳送的數(shù)據(jù)幀稱為控制字，通過它來控制虛擬電梯的運(yùn)行，控制字格式為 　　 　　正文數(shù)據(jù)包括：電梯的上行下行停止，電梯開關(guān)門指令，信號(hào)指示（內(nèi)呼、外呼、摟層）。定義格式與狀態(tài)字類似。 3 .通訊程序設(shè)計(jì) 　　通訊程序的設(shè)計(jì)就是要在計(jì)算機(jī)和PLC之間完成以上述協(xié)議為格式的數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)。分為計(jì)算機(jī)通訊程序和PLC通訊程序。 　　3.1計(jì)算機(jī)通訊程序 　　在開發(fā)計(jì)算機(jī)串行通信程序時(shí)采用VB編程語言，主要是利用MSComm （Microsoft Comm Control 6.0）通信控件，該控件提供了對(duì)串口的各種操作。MSComm提供兩種通信方式，事件驅(qū)動(dòng)方法和查詢法。本系統(tǒng)采用查詢法，查詢法適合于較小的應(yīng)用程序，每當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行完某一串行口操作后，將不斷檢查MSComm控件的CommEvent屬性，以檢查執(zhí)行結(jié)果或檢查某一事件是否發(fā)生。MSComm 控件主要屬性有： 　　（1）Commport屬性，設(shè)置并返回通信端口號(hào)，用于指定使用PC機(jī)的哪一個(gè)串行端口 　?。?）Setting屬性，以字符串的形式設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停止位。 　?。?）Portopen屬性，設(shè)置并返回通信端口的狀態(tài)，用于打開或關(guān)閉端口。 　?。?）Output屬性，用于發(fā)送數(shù)據(jù)，可以是文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。 　?。?）Input屬性，從接收緩沖區(qū)返回和刪除字符，用于接收數(shù)據(jù)。 　?。?） InputLen，設(shè)置并返回每次Input屬性從接收緩沖區(qū)讀取的字符數(shù)。 　?。?） CommEvent，返回最近的通訊事件或錯(cuò)誤。 　　計(jì)算機(jī)虛擬電梯的通訊過程如圖3所示。 [align=center] 圖3 計(jì)算機(jī)通訊過程 Fig.3 communication process of computer[/align] 　　3.2 PLC通訊程序 　　西門子S7-200PLC提供了PPI（point to point）、MPI（multi point）和自由口（free port） 3種通訊方式，自由口通訊方式可以使S7- 200與任何具有串行口的設(shè)備進(jìn)行通訊，自由口通訊使用RS-485接口,在程序中可以使用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令（XMT）和接收指令（RCV）等來控制通訊操作。通訊過程中，計(jì)算機(jī)作為主站通過COM口發(fā)送指令到PLC的PORT0口，PLC通過Rcv接收指令，然后對(duì)指令譯碼后實(shí)現(xiàn)指令要求的操作，并返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。 　　PLC通訊程序采用中斷方式，S7- 200系列PLC內(nèi)部的特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30和SMB 130用來為通訊端口0和1在自由口通訊方式下選擇波特率、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)。利用XMT指令發(fā)送緩沖區(qū)的內(nèi)容，發(fā)送完后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷事件。利用RCV指令接收數(shù)據(jù),接收完后也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。 　　PLC的通訊過程如圖4所示。 [align=center] 圖4 PLC通訊過程 Fig.4 communication process of PLC[/align] 　　3.3 系統(tǒng)的工作過程 　　虛擬電梯系統(tǒng)的通訊過程同樣分為計(jì)算機(jī)和PLC兩部分，計(jì)算機(jī)部分通訊過程是：虛擬電梯的仿真界面運(yùn)行后，每過一定的時(shí)間（設(shè)定為100ms）,計(jì)算機(jī)就將虛擬電梯仿真界面上的鼠標(biāo)指令以及電梯的狀態(tài)發(fā)送給PLC，PLC接收數(shù)據(jù)后，將其作為輸入端口數(shù)據(jù)運(yùn)行電梯的控制程序，產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按協(xié)議格式傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接到后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，然后根據(jù)控制指令來進(jìn)行電梯的運(yùn)行和信號(hào)的指示。 4 結(jié)束語 　　通訊程序的設(shè)計(jì)是虛擬電梯中的重要一環(huán)，它決定了系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)真正運(yùn)行的功能，以及擴(kuò)展性和通用性。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可擴(kuò)展的通訊協(xié)議格式，使用VB語言和西門子S7-200PLC開發(fā)了計(jì)算機(jī)和PLC的通訊程序，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與PLC的實(shí)時(shí)通信。并將該通訊技術(shù)成功應(yīng)用在了多電梯的虛擬系統(tǒng)中。該虛擬電梯系統(tǒng)作為PLC開放式實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)虛擬對(duì)象，在PLC單電梯和多電梯控制中得到了很好的應(yīng)用，也為開發(fā)電梯控制系統(tǒng)以及電梯操作人員的培訓(xùn)提供了良好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用「M〕.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002 　　[2] SIMATIC S7-200.可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè) 　　[3] SIEMENS Co. 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