电电子论文-虚拟电梯系统中的PLC通讯技术设计

虚拟电梯系统中的 PLC 通讯技术设计
朱晓东 曾庆山 冯冬青
(郑州大学电气工程学院 郑州 450002 Email:zhu_xd@http://wendang.chazidian.com)
摘 要：介绍了虚拟电梯的概念和功能以及通讯技术，设计了通讯中可扩展的协议格式，分析了虚
拟电梯系统的通讯过程，利用 VB 语言和西门子 S7－200PLC 梯形图开发设计通讯程序，实现了计算机与
PLC 之间的实时通讯，并成功应用到了多部电梯的虚拟电梯系统中。
关键词：虚拟电梯; PLC；通讯协议；VB
中图分类号：TP15 文献表示码：A
0．引言
随着计算机技术的发展，人们逐渐通过计算
机软件来模拟实际的物理模型。“虚拟模型”就是
以计算机技术为基础，数字接口技术为支持， 对
模型进行研究和利用。虚拟电梯系统是指将计算
机和PLC 控制虚拟成一台实际运行的电梯，计算
机通过动画显示电梯的轿厢和井道并模拟电梯的
运行，同时将信号传送到PLC 控制器。PLC 控制
器运行电梯控制程序，通过通讯程序将控制结果
传回计算机，计算机上的虚拟电梯根据控制信号
来进行电梯的运行和信号的指示，从而模拟电梯
的运行过程，并能模拟实际电梯的各种运行状态
和故障状态。
与传统的物理模型电梯相比，虚拟电梯具有
以下优点：
（1）成本低，使用方便，便于自行设计开发电梯
的控制功能。
（2）虚拟电梯可以作为电梯操作人员的培训软
件，熟悉电梯正常的运行规律和各种控制信
号的功能。虚拟电梯设置灵活，楼层数、梯
速和电梯数量都可以改变，而实际物理模型
都是不可更改的。
（3）虚拟电梯可以作为 PLC 控制器的控制对象，
对实际电梯控制系统的 PLC 控制程序及功能
进行调试和完善。
因此虚拟电梯技术为开发电梯控制系统
以及电梯操作人员的培训提供了良好的应用前
景。
1 ．虚拟电梯系统的结构及原理
虚拟电梯控制系统由 PLC 电梯控制程序、
系统通信程序和虚拟电梯仿真界面三部分构成。
如图1 所示。虚拟电梯仿真界面如图2 所示，这
是两个电梯的群控，画面对称地分为左右两个电
梯系统。以左梯为例，左侧模拟虚拟电梯的轿厢
和并道，其右侧为轿箱门和内外呼叫信号以及显
示搂层信号，上部为电梯的运行状态。通过菜单
的设置，可以配置电梯的数量、搂层数、电梯的
运行方式（自动、司机、消防和检修等方式）。
系统的硬件主要是计算机、西门子 S7－200
型 PLC 和通讯电缆。系统的工作过程为：:通过
设置运行状态以及点击仿真界面上的按钮，使计
算机将虚拟电梯的信号通过通讯程序发送给
PLC，PLC 根据接收到的信息，运行电梯控制程
序，并将控制程序的控制信号发送给计算机，计
算机则通过相应的解释程序，一方面将运行状态
显示在仿真界面上，另一方面控制虚拟电梯动画
模块的动作，从而达到虚拟电梯控制的目的。计
算机中的软件采用 VB 编程，通讯方式采用串口
通讯。
2．通讯协议格式设计




图1 虚拟电梯系统组成
Fig 1 the structure of virtual elevator system










图2 虚拟电梯仿真界面
Fig.2 interface of virtual elevator
基金项目：河南省自然科学基金项目资助（0511010800）
作者简介：朱晓东（1970.1），男，汉族，讲师，硕士，主要从事计算机控制方面的教学和科研活动。
计算机虚拟
电梯仿真界
面
PLC 电
梯控制
程序
通讯
程序
整个系统中将计算机虚拟电梯模型和电梯
控制器 PLC 有机连接起来的就是计算机和 PLC
的通讯程序。通讯协议就是定义的使计算机与
PLC 能够识别相互之间通讯数据的通讯格式。本
系统中 S7-200 与计算机间的数据传输，是以
“帧”为单位进行的。本系统采用定长的通讯
帧，每一帧的格式为：
开始
字符
命令
类型
正文
数据
校验码

结束
字符
定义：
1）．开始字符标志着通讯帧的开始，在本系统中
被定义为ASCII 码的"@"。
2）．结束字符标志着通讯帧的结束，在本系统中
被定义为ASCII 码的"#"。
3）．校验码为正文各数据的异或和，用两个字节
的十六进制ASCII 码表示。
计算机与PLC 通信时，为了避免通信中的冲突，
采用主从方式，即计算机为主机，PLC 为从机。
只有主机才有权主动发送请求报文（或称为请求
帧)，从机收到后进行校验，若校验正确，则返回
响应报文。
4）通讯帧中的命令类型则反映主从机之间的通讯
数据类型。命令类型用两个字符格式表示，定义
CT 表示控制字，ST 表示状态字，RS 表示响应字。
对不同命令类型的通讯数据帧格式定义如下：
（1） 状态字为计算机传向 PLC 的数据，表明
虚拟电梯的状态及呼叫命令。该通讯帧数据格
式为：
@ ST 正文数据 校验码
#
正文数据包括： 电梯的运行状态（上行、
下行、停），安全信号（是、否），电梯开关门，
电梯内呼外呼信号，平层信号等，用十进制数
字按照下列定义的顺序表示：
运行方式定义为 1 位：自动为 0，司机为 1，检
修为2，消防为3；
运行状态定义为1 位： 电梯上行 为2，下行 1 ，
停止为0，故障为3
电梯开关门定义为3 位，首位含义：按钮未按0，
电梯开门1 ，电梯关门 2 ；二、三位表示门状
态：开门过程00 ，开门到位01，关门过程10 ，
关门到位11 ；
电梯内呼数据以 N 开始，以 W 结束，每两
位表示内呼层数，如N0413W表示电梯内有到4
层和13 层的内内呼信号；
电梯外呼数据以内呼结束字符W位开始，以
字符S 为结束字符。每三位表示外呼层数：首位
是外呼方向0 为下行，1 为上行，2 为上下均有呼
叫，另两位表示层数。如数据W005112S 则表示
五层有下行呼叫，12 层有上行呼叫。
平层信号用两位表示。
正文数据为A、B 两梯的数据，其格式相同，
其中A 梯数据在前，B 梯数据在后。
（2）响应字是计算机或 PLC 接收到数据后
返回发送方的的响应。用于判断通讯数据是否
正确。正文包括：当异或校验码正确时用00 表
示，错误时用11 表示。当计算机向PLC 发送如
前所示状态字后，由PLC 返回计算机的响应为：
@ RS 00 或11 校验码
#
（3）当计算机向PLC 发送的数据格式为
RS 22 校验码
#
表明计算机作为主机，要求 PLC 传送数据，主
机处于数据接收状态，此时 PLC 向计算机传送
的数据帧称为控制字，通过它来控制虚拟电梯
的运行，控制字格式为
@ CT 正文数据 校验码
#
正文数据包括： 电梯的上行下行停止，电梯开
关门指令，信号指示（内呼、外呼、搂层）。定
义格式与状态字类似。
3 ．通讯程序设计
通讯程序的设计就是要在计算机和 PLC 之
间完成以上述协议为格式的数据传递任务。分为
计算机通讯程序和PLC 通讯程序。
3.1 计算机通讯程序
在开发计算机串行通信程序时采用 VB 编程
语言，主要是利用 MSComm （Microsoft Comm
Control 6.0）通信控件，该控件提供了对串口的
各种操作。MSComm 提供两种通信方式，事件驱动
方法和查询法。本系统采用查询法，查询法适合
于较小的应用程序，每当应用程序执行完某一串
行口操作后，将不断检查 MSComm 控件的
CommEvent 属性，以检查执行结果或检查某一事
件是否发生。MSComm 控件主要属性有：
（1）Commport 属性，设置并返回通信端口号，
用于指定使用PC 机的哪一个串行端口
（2）Setting 属性，以字符串的形式设置并返
回波特率、奇偶校验、数据位和停止位。
（3）Portopen 属性，设置并返回通信端口的状
态，用于打开或关闭端口。
（4）Output 属性，用于发送数据，可以是文本
数据或二进制数据。
应用前景。
参考文献
[1] 廖常初.PLC 编程及应用「M〕.北京:机械工业出版社，2002
[2] SIMATIC S7－200.可编程控制器系统手册
[3] SIEMENS Co. SIMATIC S7-200 Programmable Confroller System Manual [Z]2002.4
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[6] 曹晖等.S7-200PLC 的自由口通信在水泥厂配料控制系统中的应用[J].微机算计信息.2004.5
The Design of PLC communication in Virtual Elevator System
Zhu Xiaodong Zeng Qingshan Feng Dongqing
(Electric Engineering School of Zhengzhou University Zhengzhou 450002)
Abstract: This paper introduces the conception and function of virtual elevator
system. The communication protocol that can be expanded is designed. With Analysing
the communication process in virtual elevator system, the communication programs
are developed using VB and Ladder of siemens PLC S7-200. The real-time communication
between computer and PLC is realized. This technology is applied to the virtual
elevator system with multi-elevator successfully.
KEYWORDS: virtual elevator; PLC; communication protocol; VB

作者简介：朱晓东（1970.1），男，汉族，河南安阳人，郑州大学讲师，硕士学历，现主要从事计算机控制方面的教学和
科研活动。E mail:zhu_xd@http://wendang.chazidian.com 通讯地址:郑州大学北校区电气工程学院(郑州市文化路97#);邮编:450002
Name：Zhu xiaodong ；Sex:male；Nationality：Han；Educational background:master degree; Speciality: Control theory and control
engineering ；Major: computer control and control theory.