(完整版)五層電梯模型試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

1、以下文檔格式全部為word格式，下載后您可以任意修改編輯。（二七年六月摘要電梯是一種重要的垂直交通運(yùn)輸設(shè)備，又是比較復(fù)雜的機(jī)、電結(jié)合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制部分。電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)控制、工業(yè)過(guò)程控制的典型實(shí)例，也是人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)用電梯抽象而成的電梯模型，不僅和實(shí)用電梯的主要功能相當(dāng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形象直觀、演示效果好，可以驗(yàn)證各種控制策略，因此成為 PLC 、電氣控制等課程實(shí)踐教學(xué)的理想研究對(duì)象。本文針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，本著 功能完備、形象直觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用 的原則，設(shè)計(jì)了五層電梯模型。主要工作內(nèi)容包括以下幾方面： 對(duì)設(shè)計(jì)的五層

2、電梯模型從系統(tǒng)組成、實(shí)現(xiàn)功能、工作原理等方面進(jìn)行了全面的分析； 基于模塊化思想，設(shè)計(jì)了用于內(nèi)外呼梯、樓層檢測(cè)、信息顯示的信號(hào)綜合及顯示電路； 綜合考慮各種因素，采用H 型 PWM 調(diào)速設(shè)計(jì)轎廂控制系統(tǒng)； 設(shè)計(jì)了 由步進(jìn)電機(jī)控制電梯門工作的驅(qū)動(dòng)電路； 對(duì)電梯外觀進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。盡管做了不少工作，但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用還有許多工作要做，有待于今后進(jìn)一步完善。關(guān)鍵詞：電梯模型；模塊化設(shè)計(jì)； PWM 調(diào)速；H 型橋；門控； AbstractElevator is a kind of important equipments which realizes verticaltransportation,as

3、 well as large industrial products which combines machine and electricity complexly. It control，also it is a explore. The elevator model，which is abstracted by practical elevator, it main function not only as practically elevator, but also , and can test many kinds of control strategies, so itthe PL

4、C 、 electrical control and so on .The article against according to the requirement of the teaching experiment, based on the principle of completed functions, visual and simple, economical and practical. Design a five-story elevator model. Main tasks include the following port: A five-story elevator

5、model is designed, we comprehensive analysis itby the system comment, achieving functional and working principle. Based on modular idea ，designed circuit for internal and externalcalled for staircase, level detection, message signal integrated and display. Considering various factors, designed the c

6、ontrol system of elevatorcar by using speed regulation of H- shape PWM; Designed the drive which undered stepper motor controlled elevatorgate Designed preliminarythe elevator appearance.Although a lot of research works the experimental system of practical application, such as realizes specifically,

7、 achieve further consummation.Keywords：Elevator Model; Modularization design; PWM speed regulation;H- bridge; Gate-controlled.目錄引 言 .1第一章 概述.21.1電梯的發(fā)展概況 .21.2電梯的發(fā)展趨勢(shì) .31.3課題來(lái)源及意義 .41.4本文主要工作 .5第二章 電梯模型的組成及工作原理 .62.1 系統(tǒng)組成 .62.1.1信號(hào)綜合及顯示電路 .62.1.2轎箱控制系統(tǒng) .72.1.3門控電路 .72.2工作原理 .8第三章 電梯模型的電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).93.1信號(hào)

8、綜合及顯示電路 .93.1.1呼叫電路 .93.1.2檢測(cè)電路 .103.1.3顯示電路 .123.2轎箱控制系統(tǒng) .143.1.1主電路及保護(hù)電路設(shè)計(jì) .143.2.2驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .163.2.3保護(hù)電路設(shè)計(jì) .183.2.4 控制電路設(shè)計(jì)203.3 門控電路273.3.1 門控及驅(qū)動(dòng)電路273.3.2 門控控制電路設(shè)計(jì)303.4 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)34第四章 電梯模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)374.1 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)374.2 曳引系統(tǒng)設(shè)計(jì)394.3 門控系統(tǒng)40第五章 結(jié)論和展望415.1 本文工作總結(jié)415.2 展望42參考文獻(xiàn)43附錄硬件原理圖45A1呼叫系統(tǒng)電路原理圖45A2樓層檢測(cè)電路原理圖

9、46A3信息顯示電路原理圖47A480C196KC 單片機(jī)部分48A5轎廂控制系統(tǒng) 主電路及驅(qū)動(dòng)電路原理圖49A6門控系統(tǒng)控制電路原理圖50謝辭52圖表目錄圖 2-1電梯模型硬件系統(tǒng)組成6圖 3-1呼叫電路原理圖9圖 3-2紅外反射式開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)11圖 3-3紅外開關(guān)產(chǎn)品實(shí)物圖11圖 3-4檢測(cè)電路原理圖11圖 3-5顯示電路原理圖12圖 3-674LS373 的引腳圖12圖 3-774LS248 引腳圖13圖 3-8雙極式 H 型電路原理圖15圖 3-9MOSFET 驅(qū)動(dòng)電壓的波形15圖 3-10IR2110 引腳排列16圖 3-11IR2110 內(nèi)部功能框圖17圖 3-12IR2110 驅(qū)

10、動(dòng)半橋的電路原理圖18圖 3-13阻容吸收保護(hù)電路19圖 3-14過(guò)電流保護(hù)電路20圖 3-15過(guò)電壓保護(hù)電路20圖 3-1680C196KC 的結(jié)構(gòu)封裝圖21圖 3-17控制電路原理圖24圖 3-18保護(hù)信號(hào)輸送電路25圖 3-19看門狗保護(hù)電路26圖 3-20MAX704 引腳圖26圖 3-21L298 外形圖27圖 3-22L298 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)28圖 3-23L298 的引腳排列28圖 3-24門控驅(qū)動(dòng)電路原理圖29圖 3-25L297 外形圖31圖 3-26四相八拍、半步方式或稱半階段31圖 3-27雙四拍、整步方式或稱全階段31圖 3-28單四拍、整步方式32圖 3-29L297 的

11、引腳圖32圖 3-30三端穩(wěn)壓器34圖 3-31三端穩(wěn)壓器的內(nèi)部原理框圖35圖 3-32由 W7824 組成的穩(wěn)壓電路圖36圖 3-33電壓產(chǎn)生原理圖36圖 4-1電梯模型控制系統(tǒng)的外型37圖 4-2電梯模型結(jié)構(gòu)示意圖38圖 4-3電梯呼叫面板38圖 4-4曳引結(jié)構(gòu)示意圖39圖 4-5電梯門構(gòu)造示意圖40表 3.1按鍵代碼和功能10表 3.2樓層檢測(cè)代碼11表 3.34 線七線譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表14引言首次使用的乘客電梯出現(xiàn)于 18 世紀(jì) 90 年代后期。 1889 年，Otis 公司在紐約成功安裝了一臺(tái)直接連接式升降機(jī)，這是以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的世界上第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)升降機(jī)，從此誕生了名副其實(shí)的乘

12、客電梯。電梯驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、交流單速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、交流雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、直流有齒輪和無(wú)齒輪調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制、交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制、交流變壓變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制以及交流永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制等階段。隨著第一個(gè)半自動(dòng)化電梯控制器在 19世紀(jì) 20年代的使用，原始的服務(wù)員執(zhí)守工作方式已減少為一個(gè)開關(guān)門的操作。直到 1950年，由電力機(jī)械繼電器系統(tǒng)組成的全自動(dòng)電梯控制器的應(yīng)用取消了服務(wù)員執(zhí)守。到 20世紀(jì) 70 年代，基于微處理器的電梯控制器得到廣泛應(yīng)用，使得更為復(fù)雜的調(diào)度算法的實(shí)施成為可能，由此產(chǎn)生了電梯群控的概念。電梯操縱控制方式經(jīng)歷了手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選

13、控制等過(guò)程，對(duì)于多臺(tái)電梯則出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控等。隨著智能控制技術(shù)在電梯群控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電梯交通系統(tǒng)和其他設(shè)施融為一體，智能建筑的整體功能得以充分發(fā)揮1。作為重要的垂直交通運(yùn)輸設(shè)備，本身是復(fù)雜的機(jī)電結(jié)合體，既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制部分，并且運(yùn)行過(guò)程直觀、效果明了，是理想的工業(yè)控制研究對(duì)象。根據(jù)實(shí)用電梯抽象而成的電梯模型，不僅和實(shí)用電梯的主要功能相當(dāng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形象直觀、演示效果好，可以驗(yàn)證各種控制策略，已成為PLC 電器控制的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。第一章概述1.1 電梯的發(fā)展概況在人類生產(chǎn)發(fā)展史上，電梯是隨著生產(chǎn)的發(fā)展和生產(chǎn)力的提高而出現(xiàn)和發(fā)展的。名符其實(shí)的電梯， 于

14、1889 年出現(xiàn)。在此之前，電梯經(jīng)歷了初期的絞車階段和升降機(jī)階段。電梯的發(fā)展大體上可分為如下五個(gè)階段：（1）13 世紀(jì)前的絞車階段。在人類的遠(yuǎn)古時(shí)代就出現(xiàn)了絞車。 文獻(xiàn)記載，在公元前 2600 年左右，古代的埃及人使用絞車搬運(yùn)石料建造金字塔。（2）19 世紀(jì)前半葉的升降機(jī)階段。這個(gè)時(shí)期，由于蒸氣機(jī)的發(fā)明，人類進(jìn)入了以發(fā)動(dòng)機(jī)代替繁重體力勞動(dòng)的新時(shí)期。使用人力的絞車被以蒸汽為動(dòng)力的、具有簡(jiǎn)單機(jī)械裝置的升降機(jī)代替了。 英國(guó)首先于 1835 年出現(xiàn)了用蒸氣機(jī)驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)。這個(gè)時(shí)期的升降機(jī)以液壓或氣壓為動(dòng)力，安全性和可靠性還無(wú)保障。（3）19 世紀(jì)后半葉的升降機(jī)階段。 從 1852 年起到 1889 年

15、前的這一階段，突出代表是埃利沙 ·古利普斯 ·奧梯斯（ Otis）本人和奧梯斯公司的工作。 1852 年，奧梯斯在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制成了安全升降機(jī)； 1853 年成立奧梯斯兄弟公司。 1885 年，建筑家 W·L·杰尼開始采用鋼架結(jié)構(gòu)，從此人類開始建造高層建筑物了。（4）1889 年電梯出現(xiàn)之后的階段。 1889 年 12 月，奧梯斯公司研制出用電力拖動(dòng)的升降機(jī) 真正的電梯，安裝在紐約市Demarest 大樓中，運(yùn)行速度0.5ms。該升降機(jī)已初步具有現(xiàn)代電梯的基本傳動(dòng)構(gòu)造，成為現(xiàn)代電梯的鼻祖。以后出現(xiàn)了大量的、一系列的電梯技術(shù)。這一階段一直持續(xù)到 2

16、0 世紀(jì) 70 年代中期。（5）現(xiàn)代電梯階段。從1975 年開始的新的電梯階段，以計(jì)算機(jī)、群控和集成塊為特征，配合超高層建筑的需要，向高速、雙層轎廂、無(wú)機(jī)房等多方面的新技術(shù)方向迅猛發(fā)展，電梯交通系統(tǒng)成為樓宇自動(dòng)化的一個(gè)重要子系統(tǒng)了。電梯控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了手柄開關(guān)控制、安鈕控制、微驅(qū)動(dòng)平層控制、集選控制、交流雙速控制、直流變壓調(diào)速控制、交流調(diào)速控制和計(jì)算機(jī)控制諸階段。 在我國(guó)，電梯所用原器件在1965 年以前，控制裝置以電磁元件為主。從1975 年起，大力推廣晶體管和晶閘管技術(shù)。1980 年以后，代替電磁繼電器元件的是計(jì)算機(jī)、功率電子學(xué)和各種傳感技術(shù)元件?？刂剖侄蔚淖兓瘎t經(jīng)歷了從用模擬量作控制

17、量，到用數(shù)字量作控制量，又到變成全數(shù)字量的速度控制系統(tǒng) 2。電梯控制技術(shù)將向高性能方向發(fā)展，即向可控硅供電直流高速電梯、交流調(diào)速電梯、 VVVF 控制的交流高速電梯、計(jì)算機(jī)控制的電梯及無(wú)機(jī)房電梯方面發(fā)展。1.2 電梯的發(fā)展趨勢(shì)向高性能的電梯技術(shù)方向發(fā)展，是電梯控制技術(shù)今后發(fā)展的方向3。高性能的電梯技術(shù)主要有：可控硅供電的直流高速電梯、交流調(diào)速電梯、VVVF 控制的交流高速電梯、電腦控制電梯?？煽毓韫╇姷闹绷鞲咚匐娞荽朔N梯形的發(fā)展趨勢(shì)如下：1）電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組供電可控硅供電可控硅供電與變磁場(chǎng)系統(tǒng)；2）直流有齒輪傳動(dòng)直流無(wú)齒輪傳動(dòng)。對(duì)于可控硅供電的直流高速電梯，由于節(jié)能，晶閘管供電的直流可逆?zhèn)鲃?dòng)系

18、統(tǒng)在電梯上將得到進(jìn)一步的完善和推廣使用。 VVVF 控制的交流電梯VVVF （Variable Voltage Variable Frequency）即變頻變壓控制的電梯，首部 VVVF 控制的交流電梯由日本三菱電梯株式會(huì)社于1982年 9月研制成功，安裝在東京GotandaNN 大樓里，速度為4ms。它具有下述特點(diǎn)。1）VVVF 調(diào)速方式比可控硅供電方式能耗少5 10，而功率因數(shù)可提高 20左右。2）建筑物電源設(shè)備的容量降低。3）電梯機(jī)房的負(fù)荷減輕。4）噪聲降低。因此， VVVF 供電方式強(qiáng)于可控硅供電方式，是電梯界的新潮流。 DS 交流調(diào)速電梯瑞士迅達(dá)有限公司推出的 Dynatran-S(

19、簡(jiǎn)稱 DS)交流調(diào)速電梯是一種低、中速梯，平層精度 mm，調(diào)好后可達(dá) mm。 利用能耗制動(dòng)， 但無(wú)需飛輪。與 VVVF 控制相比，用的部件少，減少了連續(xù)的能量損耗。微機(jī)控制電梯三菱公司的 SP VF 系統(tǒng)，用在多微機(jī)控制上。液壓梯其有優(yōu)點(diǎn)是： 機(jī)房不用建在房頂， 位置可自由選擇。 液壓元件價(jià)格下跌，液壓機(jī)房?jī)r(jià)格便宜。無(wú)機(jī)房電梯是近年來(lái)興起的一項(xiàng)電梯新技術(shù)， 有曳引驅(qū)動(dòng)、 液壓驅(qū)動(dòng)、螺母螺桿驅(qū)動(dòng)、齒輪齒條驅(qū)動(dòng)、皮帶驅(qū)動(dòng)、直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式。電梯的智能化電梯一旦應(yīng)用智能控制技術(shù)， 就發(fā)展到了現(xiàn)代電梯階段。 智能化電梯要和智能大廈中的所有自動(dòng)化信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，如與消防、保安、樓宇設(shè)備控制等系統(tǒng)交互聯(lián)

20、系，使電梯成為安全、舒適、高效、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)工具。為此，在控制程序中采用了先進(jìn)的調(diào)度原則，使群控管理具有最優(yōu)的派梯模式?，F(xiàn)在的群控算法已不是單一地依賴乘客候梯時(shí)間最短 為目標(biāo)了，而是采用模糊規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)的方法，將候梯時(shí)間、舒適度等因素（專家知識(shí)）綜合考慮并吸收到群控系統(tǒng)中去 3。高速電梯和超高層建筑現(xiàn)在世界上高速電梯的最大額定速度達(dá)到了1010mmin。1.3 課題來(lái)源及意義電梯作為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活重要的運(yùn)輸和交通工具，是比較復(fù)雜的機(jī)、電結(jié)合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制部分。電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)控制、工業(yè)過(guò)程控制的典型實(shí)例，也是 PLC 、電氣

21、控制等課程實(shí)踐教學(xué)的理想研究對(duì)象。PLC 作為機(jī)電一體化專業(yè)本科學(xué)生的一門重要的專業(yè)課程,日益受到人們的重視。研制一個(gè)五層樓電梯模型可以讓學(xué)生熟悉PLC 的應(yīng)用，在高等工科學(xué)校實(shí)驗(yàn)中的廣泛應(yīng)用具有重要意義。該模型可以模擬電梯基本功能 ,作為教學(xué)裝置 ,供學(xué)生進(jìn)行 PLC 綜合實(shí)驗(yàn)和編程模擬 ,增強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化的感性認(rèn)識(shí) ,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力 2。但用于教學(xué)的電梯模型，往往結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單、功能不夠完備。設(shè)計(jì)一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形象直觀、功能齊全、性價(jià)比高的電梯模型可以較好地滿足教學(xué)和科研的需要。1.4 本文主要工作本文著眼于 PLC 控制實(shí)驗(yàn)的需要， 基于模塊化的設(shè)計(jì)思想， 設(shè)計(jì)一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用、功能完

22、備、配備靈活的具有典型對(duì)象特性的電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所做工作具有重要意義。本文共分五章，各章的主要工作如下：第一章簡(jiǎn)要介紹了電梯的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢(shì)。并對(duì)課題的來(lái)源和意義，進(jìn)行闡述。第二章根據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用要求，從系統(tǒng)的組成、工作原理等方面對(duì)所要實(shí)現(xiàn)的電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（裝置）進(jìn)行了分析和構(gòu)思。第三章基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能描述，從電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求對(duì)電路設(shè)計(jì)及工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，并對(duì)所選用器件作相應(yīng)的介紹。第四章設(shè)計(jì)電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的外觀、 尺寸以及各個(gè)器件選取的規(guī)格，并設(shè)計(jì)出曳引系統(tǒng)和門控傳動(dòng)的實(shí)際樣圖。第五章全面系統(tǒng)地總結(jié)了本文的全部工作，并指出有待進(jìn)一步開展的工作。第二章電梯模型的

23、組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成本文設(shè)計(jì)的五層電梯模型系統(tǒng)組成如圖2-1 所示。圖 2-1電梯模型硬件系統(tǒng)組成電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由信號(hào)綜合及顯示系統(tǒng)、轎箱控制系統(tǒng)、門控系統(tǒng)三部分組成。信號(hào)綜合及顯示電路分呼叫電路、檢測(cè)電路和顯示電路三部分；轎箱控制系統(tǒng)包括主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和保護(hù)電路四部分；門控系統(tǒng)分為門控驅(qū)動(dòng)電路和門控控制電路兩部分。2.1.1 信號(hào)綜合及顯示電路1. 呼叫電路本文設(shè)計(jì)的呼叫系統(tǒng)主要用于電梯外部樓層呼叫信號(hào)和轎廂內(nèi)部樓層呼叫信號(hào)、門控制信號(hào)及消防維修信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞。因?yàn)闃菍雍娃I箱的呼叫是隨機(jī)的 , 所以系統(tǒng)控制應(yīng)采用隨機(jī)邏輯控制。采用簡(jiǎn)單的按鍵和門電路就可搭建成滿足

24、要求的電路，并且信號(hào)生成快、輸送穩(wěn)定。2. 檢測(cè)電路檢測(cè)電路主要用于對(duì)電梯位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，其檢測(cè)電路采用紅外反射式開關(guān)搭建而成。采用紅外反射式開關(guān)對(duì)轎廂進(jìn)行位置檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)精度。當(dāng)轎箱經(jīng)過(guò)或停在某一層時(shí)，紅外開關(guān)產(chǎn)生輸入信號(hào)，并迅速把此信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式傳送給PLC ，使 PLC 能夠準(zhǔn)確的判斷出電梯轎廂位置，并執(zhí)行相應(yīng)程序。3. 顯示電路顯示電路主要用于對(duì)轎廂所在樓層位置的顯示，其通過(guò)對(duì)檢測(cè)電路輸出信號(hào)的譯碼，并將其轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，達(dá)到對(duì)轎廂實(shí)時(shí)位置的顯示。每層都有半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示，模擬了電梯運(yùn)行的真實(shí)情況。2.1.2 轎箱控制系統(tǒng)轎廂控制系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)轎箱上下位

25、置移動(dòng)和移動(dòng)速度的控制。它包含雙極性 PWM 直流調(diào)速控制電路，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速與轉(zhuǎn)向控制。是整個(gè)電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)重要組成部分1. 主電路轎廂控制的主電路采用H 橋雙極性 PWM 控制技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和正反轉(zhuǎn)向的控制。2. 驅(qū)動(dòng)電路主要用來(lái)產(chǎn)生 H 橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。3. 控制電路主要用來(lái)接收處理PLC 的控制信號(hào)，產(chǎn)生雙極性PWM 信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路。并對(duì)保護(hù)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行處理。4. 保護(hù)電路主要包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、看門狗保護(hù)和阻容吸收保護(hù)電路。它們是維護(hù)電路安全，防止元器件損壞的必要措施。2.1.3 門控電路門控電路主要實(shí)現(xiàn)電梯轎廂門和廳門的開啟關(guān)閉功能。它主

26、要是應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制電梯門傳動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯門的準(zhǔn)確控制。1. 門控驅(qū)動(dòng)電路門控驅(qū)動(dòng)電路主要受控制電路控制，用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。該電路由 L298 芯片構(gòu)成，它具有雙 H 橋驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)單極性步進(jìn)電機(jī)。可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)向調(diào)換功能，并具有良好的2. 門控控制電路該電路采用 L297 構(gòu)成，其主要將來(lái)自80C196KC 的各項(xiàng)控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì) L298 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，采用斬波調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)電樞中的電流值，使其不超過(guò)最大允許范圍。2.2 工作原理本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用OMRON公司出品的CJ1M系列PLC作為電梯的主控系統(tǒng)，其通過(guò)IO口與電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)電

27、梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信息處理和實(shí)時(shí)控制。當(dāng)電梯模型上有按鍵被按下時(shí)，呼叫系統(tǒng)隨即產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)傳送給 PLC ，經(jīng) PLC 的 IO 口送到 CPU 中處理， CPU 處理后產(chǎn)生相應(yīng)指令，執(zhí)行相應(yīng)程序。并通過(guò) IO 數(shù)據(jù)總線給電梯模型單片機(jī) 80C196KC 輸送控制信號(hào)。80C196KC 接到 PLC 送來(lái)的控制信號(hào)后， 通過(guò)其自身處理后， 決定運(yùn)行轎廂上升、 下降，電梯門的開啟或關(guān)閉， 并通過(guò)輸出端輸送給相應(yīng)器件，執(zhí)行相應(yīng)命令。從而實(shí)現(xiàn)了 PLC 對(duì)電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制。例如，轎廂在一樓，這時(shí)，三樓有按鍵被按下，隨即產(chǎn)生三樓按鍵的信號(hào)代碼。該信號(hào)迅速被送入 PLC 的 IO 輸入口中。 PLC

28、 接到此信號(hào)后，立即送入 CPU 處理。 CPU 處理后執(zhí)行轎廂上升程序， 產(chǎn)生控制信號(hào)經(jīng) IO 輸出口傳送給 80C196KC。80C196KC 收到信號(hào)后，經(jīng)其內(nèi)部 CPU 處理后，控制其輸出端向轎廂的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路送出雙極性 PWM 控制信號(hào)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)，轎廂開始上升。當(dāng)轎廂到達(dá)三層時(shí)，位置檢測(cè)開關(guān)產(chǎn)生轎廂在三樓的位置信號(hào)，將其輸送給 PLC,PLC 馬上給 80C196KC 下達(dá)停止命令， 80C196KC 停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸送 PWM 波，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。第三章電梯模型的電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 信號(hào)綜合及顯示電路3.1.1 呼叫電路圖 3-1呼叫電路原理圖呼叫電路是信號(hào)綜合電路的重要組成

29、部分，主要用于實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)、外呼梯信號(hào)的生成。它主要由按鍵、兩片8 線3 線優(yōu)先編碼器74LS148、一片四 2 輸入與非門 74LS00 和電子鎖組成。按鍵分內(nèi)呼按鍵和外呼按鍵兩部分。電路中共用15 個(gè)按鍵，其中Y0Y7為轎箱外呼按鍵，Y8Y14為轎箱內(nèi)呼及門控按鍵，Y15為消防維修電子鎖。其各個(gè)功能如表3.1 所示。 74LS148 和 74LS00 的作用是把各按鍵所入信號(hào)編輯為四位二進(jìn)制編碼，并將其送入 PLC 的數(shù)據(jù) IO 端口（ 14）中。各鍵按下時(shí)的代碼如表3.1 所示。例如，當(dāng) Y2 按下時(shí)，與其連接的 74LS148 的一端由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過(guò) 74LS148 和 74LS

30、00 轉(zhuǎn)換，由 74LS00 輸出代碼 0010，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入 PLC 的數(shù)據(jù)接受 IO 端口 ,由 PLC 處理并執(zhí)行相應(yīng)程序。圖 3-1 為呼叫電路原理圖。電路中還設(shè)置了兩組上拉電阻，其作用在于在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，使 74LS148 輸入端維持在高電平。 當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)， 相應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖剑?74LS148 輸出相應(yīng)代碼。表 3.1按鍵代碼和功能外呼內(nèi)呼及維護(hù)Y00000五層向下Y81000呼叫一層Y10001四層向上Y91001呼叫二層Y20010四層向下Y101010呼叫三層Y30011三層向上Y111011呼叫四層Y40100三層向下Y121100呼叫五層Y50101二層向上Y1

31、31101呼叫開門Y60110二層向下Y141110呼叫關(guān)門Y70111一層向上電子鎖1111消防維護(hù)3.1.2 檢測(cè)電路檢測(cè)電路由十個(gè)紅外反射式光電開關(guān)、兩片四 2 輸入或門 74LS32，一片 8 線 -3 線優(yōu)先編碼器 74LS148 和上拉電阻組成。 其主要作用是對(duì)電梯轎箱位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以確保電梯到達(dá)相應(yīng)位置時(shí)， PLC 能做出正確判斷，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序，控制相應(yīng)器件進(jìn)行動(dòng)作。紅外反射式光電開關(guān) 4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖 3-2。紅外開關(guān)的紅外發(fā)射管和接收管位于同一側(cè)，光敏三極管只能接收反射回的紅外光。當(dāng)轎廂不經(jīng)過(guò)開關(guān)時(shí)，紅外光未被反射回接收管，光敏三極管接收到的紅外光不能使光敏三極管導(dǎo)通，光

32、電開關(guān)輸出高電平；反之，當(dāng)轎廂經(jīng)過(guò)開關(guān)時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)其反射后，被接收管接受，光電開關(guān)輸出低電平。圖 3-2 紅外反射式開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3-3 紅外開關(guān)產(chǎn)品實(shí)物圖如圖 3-4，每一層各安有上下兩個(gè)紅外反射光電開關(guān)（以下簡(jiǎn)稱紅外開關(guān)），它們能確保電梯在到達(dá)某一樓層后，準(zhǔn)確的向PLC 輸送這一樓層的信號(hào)。當(dāng)轎廂上、下端正好與某一樓層上、下端對(duì)齊時(shí)，這一層的兩個(gè)開關(guān)都導(dǎo)通時(shí)， 74LS32 輸出低電平。 這一信號(hào)被送入 74LS148，并產(chǎn)生相應(yīng)代碼。再由其輸出端輸送給 PLC 的數(shù)據(jù) IO 口（ 5 7）中。PLC 可根據(jù)輸送來(lái)的信號(hào)準(zhǔn)確的判斷出轎箱所在位置，并做出相應(yīng)處理。電路圖3-4所

33、示。檢測(cè)各樓層所用的代碼如表3.2 所示。表 3.2樓層檢測(cè)代碼樓層檢測(cè)代碼樓層檢測(cè)代碼一層000四層011二層001五層100三層010圖 3-4檢測(cè)電路原理圖上拉電阻的作用與呼叫電路中的作用相同，在此就不加累述了。3.1.3 顯示電路顯示電路主要用于顯示電梯所在樓層號(hào)。其電路主要由一片八位鎖存器 74LS373、一片 4 線七段譯碼驅(qū)動(dòng)器 74LS248、一個(gè)共陰極 VLED 半導(dǎo)體數(shù)碼管 BS201和下拉電阻組成。顯示信號(hào)來(lái)自檢測(cè)電路中的 74LS32 輸出信號(hào)。當(dāng) 74LS32 輸出信號(hào)來(lái)到時(shí)，它被送入 74LS373 中鎖存，并由其輸送給 74LS248 的四個(gè)輸入端，通過(guò)其譯碼并驅(qū)

34、動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)碼管 BS201 顯示樓層號(hào)碼。電路圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 顯示電路原理圖下拉電阻的作用是在沒(méi)有輸入時(shí)使使數(shù)碼管不顯示。74LS248 輸入端保持低電平， 從而1. 八位鎖存器（ 74LS373）圖 3-6 74LS373 的引腳圖八位鎖存器（ 74LS373）的引腳排列如圖 3-6 所示。其主要功能為將輸入信號(hào)鎖存，并持續(xù)向外輸出被鎖存的信號(hào)，直到有新的信號(hào)到來(lái)將原有信號(hào)沖刷掉。之后，輸出端持續(xù)向外輸出新的鎖存信號(hào)，如此循環(huán)。圖中管腳所代表的含義為：為輸入端，為輸出端。為工作電源，為接地端。為鎖存允許端，當(dāng)它為高電平時(shí)，隨數(shù)據(jù)（）而改變；當(dāng)它為低電平時(shí)，被鎖存在已建立的數(shù)

35、據(jù)電平。為三態(tài)允許控制端。 當(dāng)它為低電平時(shí)， 8 為正常邏輯狀態(tài)可用賴驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)它為高電平時(shí)，呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線， 也不為總線的負(fù)載， 但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響 5。2. 4 線 七線譯碼驅(qū)動(dòng)器（ 74LS248）圖 3-7 74LS248 引腳圖4 線 七線譯碼驅(qū)動(dòng)器（ 74LS248）的引腳排列如圖3-7 所示。其功能為把輸入信號(hào)譯成數(shù)碼管所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示輸入信號(hào)所代表的數(shù)值。 圖中管腳所代表的含義為： 為譯碼地址輸入端；為段輸出端，高電平有效；為消隱輸入（低點(diǎn)平有效）脈沖消隱輸出（低電平有效）；為燈測(cè)試輸入端（低電平有效） ；為脈沖消隱輸入端

36、（低電平有效）。當(dāng)要求輸出 015 時(shí)，消隱輸入（）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于輸出0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（）為高電平或開路。當(dāng)為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，均為低電平。當(dāng)和地址（）均為低電平，并且燈測(cè)試（）為高電平時(shí)，為低電平脈沖消隱輸出（）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng)為高電平或開路時(shí)，的低電平可使均為高電平。在本次設(shè)計(jì)中所用到的功能如表3.3 所示。表 3.34 線 七線譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表數(shù)輸入輸出字A3A2A1 A0YaYbYcYdYe YfYg1HXLLLHL HHLL LHL2HXL LHHH HLHHLLH3HXL LHHH HHHL LHH4HXL HLHL H HLL HLH5HXL HLH

37、HLHHLHHH3.2 轎箱控制系統(tǒng)3.1.1 主電路及保護(hù)電路設(shè)計(jì)轎廂控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電梯模型的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制來(lái)滿足轎廂按要求運(yùn)行的目的。本設(shè)計(jì)中選用 60ZY105 2420 直流伺服電機(jī)， 該電機(jī)體積小、 工作穩(wěn)定、容易控制，額定電壓（ 24V ）、額定轉(zhuǎn)速（1550rmin）、輸出功率（20W ）都滿足設(shè)計(jì)要求。電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓的關(guān)系為：（3-1）考慮到 PWM 控制具有電路簡(jiǎn)單、低速性能好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點(diǎn)。轎廂控制系統(tǒng)的主電路采用雙極性H 型 PWM 變換電路。圖 3-8 為本設(shè)計(jì)中使用的雙極性PWM 變換的電路原理圖。其中的功率開關(guān)采用2SK138

38、9MOSFET 。它允許通過(guò)的最大電流為50，最大允許電壓為 60V。它的特點(diǎn)是： 1）開關(guān)速度高、開關(guān)損耗??； 2）熱穩(wěn)定性好，安全工作區(qū)寬； 3）電壓控制器件輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單6 。4 個(gè) MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組。 和同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)聯(lián)， 其驅(qū)動(dòng)電壓；和同時(shí)動(dòng)作，其驅(qū)動(dòng)電壓。它們的波形如圖 3-9 所示。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，和為正， MOSFET管和導(dǎo)通；而和為負(fù)，和截止。此時(shí)， +24 加在電樞兩端，電樞電流沿 1 流通，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)轎廂上升。當(dāng)時(shí)，和變負(fù)，和截止；和變正，但、并不立即導(dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼嗅尫艃?chǔ)能的作用下，電流沿回路2 經(jīng)、續(xù)流，在、

39、上的壓降使和極承受反壓， 這時(shí)，。在 一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，只要調(diào)節(jié)占空比 ， 即可實(shí)現(xiàn)轎廂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度和方向 7。圖 3-8 雙極式 H 型電路原理圖圖 3-9 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電壓的波形3.2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1. IR2110由于用 IR2110 構(gòu)成功率驅(qū)動(dòng)電路時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、成本低、體積小，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路中采用IR2110 作為主電路的功率驅(qū)動(dòng)模塊。IR2110 驅(qū)動(dòng)器是美國(guó) IR 公司生產(chǎn)的。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種8 。IR2110 采用高壓和閂鎖抗干擾制造工藝，腳封裝。具

40、有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500，=±50，15下靜態(tài)功耗僅 116；輸出的電源端（腳 3,即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍 1020；邏輯電源電壓范圍（腳 9）515，可方便地與，電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有 ±5 的偏移量；工作頻率高，可達(dá) 500；開通、關(guān)斷延遲小，分別為 120和94；輸入管腳可以承受 2 以上的反向電流。圖 3-10 IR2110 引腳排列IR2110 的引腳排列如圖 3-10所示，功能如下：引腳 1：，低端通道輸出；引腳 2：，公共端；引腳 3：，低端固定電源電壓；引腳 5：，高端浮置電

41、源偏移電壓；引腳 6：， 高端浮置電源絕對(duì)電壓；引腳 7：，高端輸出；引腳 9：， 邏輯電路電源電壓；引腳 13：， 邏輯電路偏移電路；引腳 10：，引腳 11：，引腳 12：，均是邏輯輸入；引腳 4、引腳 8、引腳 14 均為空腳。IR2110 的內(nèi)部功能框圖如圖 3-11所示。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110 的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。圖 3-11 IR2110 內(nèi)部功能框圖2. 功率驅(qū)動(dòng)原理IR2110 驅(qū)動(dòng)半橋的電路原理圖如圖3-12所示。圖中、

42、分別為自舉電容和二極管，為的濾波電容。假定在關(guān)斷期間已充到足夠的電壓（ ）。當(dāng)為高電平時(shí)開通，關(guān)斷，加到的門極和發(fā)射極之間，通過(guò)，和門極柵極電容放電，被充電。此時(shí)可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)為低電平時(shí)，開通，斷開，柵電荷經(jīng)、迅速釋放，關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（）之后，為高電平，開通，經(jīng)，給充電，迅速為補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。3. 自舉元器件的分析與設(shè)計(jì)如圖 3-12所示，自舉二極管（）和電容（）是 IR2110在 PWM 應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計(jì)的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算分析。在電路實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行一些調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。（ 1）自舉電容的設(shè)計(jì)MOSFET 開通時(shí)，需要在極短的時(shí)間內(nèi)向門極提

43、供足夠的柵電荷。在器件開通后， 自舉電容兩端電壓比器件充分導(dǎo)通所需要的電壓（ 20）要高；設(shè)在自舉電容充電路徑上有1.5的壓降（包括的正向壓降）；設(shè)有12 的柵電壓（柵極門檻電壓 VTH通常 3 5）因泄漏電流引起電壓降。綜合上述條件，此時(shí)對(duì)應(yīng)的自舉電容可用下式表示：（ 3-2）工程應(yīng)用則取 .本設(shè)計(jì)中選用 2SK1389 50600MOSFET 充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷 =150 （可由特性曲線查得）， =24，那么=2×150×(24201.5)=1.2×可取 =0.22，且耐壓大于 35 的鉭電容。（ 2）自舉二極管的選擇自舉二極管是一個(gè)重要的自舉器件，它應(yīng)

44、能阻斷直流電路上的高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。為了減少電荷損失，應(yīng)選擇反向漏電流小的快恢復(fù)二極管。圖 3-12 IR2110 驅(qū)動(dòng)半橋的電路原理圖3.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)1. 緩沖電路MOSFET 的漏極和源極之間連接上一個(gè)阻容吸收電路9，其原理圖如圖 3-13 所示。其作用為：當(dāng)電流切斷的瞬間，利用電容器電壓不能突變的特點(diǎn)，把尖峰電壓電流吸收。 減少對(duì) MOSFET 的沖擊。使關(guān) MOSFET 斷過(guò)電壓能得到有效的抑制并減少關(guān)斷損耗。器件選擇可根據(jù)公式(3-3)(3-4)其中 : =24V , =50 ,I=1.6 , =0.944,=T=0.001s.經(jīng)計(jì)算 ,得: =0.031,取電容 0