【正文】 房頂，位置可自由選擇。智能化電梯要和智能大廈中的所有自動化信息系統(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)系，使電梯成為安全、舒適、高效、優(yōu)質(zhì)的服務工具。 課題來源及意義電梯作為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活重要的運輸和交通工具，是比較復雜的機、電結(jié)合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機械專用構(gòu)造，又有復雜的電氣控制部分。該模型可以模擬電梯基本功能,作為教學裝置,供學生進行PLC 綜合實驗和編程模擬,增強對機電一體化的感性認識,培養(yǎng)學生的實際動手能力 [2]。本文共分五章，各章的主要工作如下：第一章簡要介紹了電梯的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢。第四章設(shè)計電梯模型實驗系統(tǒng)的外觀、尺寸以及各個器件選取的規(guī)格，并設(shè)計出曳引系統(tǒng)和門控傳動的實際樣圖。信號綜合及顯示電路分呼叫電路、檢測電路和顯示電路三部分；轎箱控制系統(tǒng)包括主電路、驅(qū)動電路、控制電路和保護電路四部分；門控系統(tǒng)分為門控驅(qū)動電路和門控控制電路兩部分。2. 檢測電路檢測電路主要用于對電梯位置進行實時檢測，其檢測電路采用紅外反射式開關(guān)搭建而成。每層都有半導體數(shù)碼管顯示，模擬了電梯運行的真實情況。2. 驅(qū)動電路主要用來產(chǎn)生 H 橋的驅(qū)動信號。它們是維護電路安全，防止元器件損壞的必要措施。該電路由L298 芯片構(gòu)成，它具有雙 H 橋驅(qū)動器，可同時驅(qū)動兩臺單極性步進電機。并通過 I/O 數(shù)據(jù)總線給電梯模型單片機 80C196KC 輸送控制信號。該信號迅速被送入 PLC 的 I/O 輸入口中。當轎廂到達三層時，位置檢測開關(guān)產(chǎn)生轎廂在三樓的位置信號，將其輸送給PLC,PLC 馬上給 80C196KC 下達停止命令，80C196KC 停止向電機驅(qū)動電路輸送 PWM 波，則電機停轉(zhuǎn)。電路中共用 15 個按鍵，其中 Y0~Y7 為轎箱外呼按鍵，Y8~Y14 為轎箱內(nèi)呼及門控9按鍵，Y15 為消防維修電子鎖。例如，當 Y2 按下時，與其連接的 74LS148 的一端由高電平變?yōu)榈碗娖?，?jīng)過 74LS148 和 74LS00 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 I/O 端口,由PLC 處理并執(zhí)行相應程序。 表 按鍵代碼和功能 檢測電路檢測電路由十個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。當轎廂不經(jīng)過開關(guān)時，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通，外 呼 內(nèi)呼及維護名稱 代碼 功能 名稱 代碼 功能Y0 0000 五層向下 Y8 1000 呼叫一層Y1 0001 四層向上 Y9 1001 呼叫二層Y2 0010 四層向下 Y10 1010 呼叫三層Y3 0011 三層向上 Y11 1011 呼叫四層Y4 0100 三層向下 Y12 1100 呼叫五層Y5 0101 二層向上 Y13 1101 呼叫開門Y6 0110 二層向下 Y14 1110 呼叫關(guān)門Y7 0111 一層向上 電子鎖 1111 消防維護10光電開關(guān)輸出高電平；反之，當轎廂經(jīng)過開關(guān)時，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。再由其輸出端輸送給 PLC 的數(shù)據(jù) I/O 口（5～7）中。表 樓層檢測代碼樓層 檢測代碼 樓層 檢測代碼一層 000 四層 011二層 001 五層 100三層 01011圖 34 檢測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。當 74LS32 輸出信號來到時，它被送入 74LS373 中鎖存，并由其輸送給 74LS248 的四個輸入端，通過其譯碼并驅(qū)動半導體數(shù)碼管 BS201 顯示樓層號碼。其主要功能為將輸入信號鎖存，并持續(xù)向外輸出被鎖存的信號，直到有新的信號到來將原有信號沖刷掉。 為鎖存允許端，當它為高電平時， 隨數(shù)據(jù)（ ）而改變；當它為LE低電平時， 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。2. 4 線—七線譯碼/驅(qū)動器（74LS248）圖 37 74LS248 引腳圖4 線—七線譯碼/驅(qū)動器（74LS248）的引腳排列如圖 37 所示。當 為低電平時，不管其它輸RBI I入端狀態(tài)如何， 均為低電平。表 4 線—七線譯碼/ 驅(qū)動器功能表輸 入 輸 出數(shù)字 A3 A2 A1 A0LTRBIBIROYa Yb Yc Yd Ye Yf Yg1 H X L L L H H L H H L L L L2 H X L L H L H H H L H H L H3 H X L L H H H H H H H L L H4 H X L H L L H L H H L L H H5 H X L H L H H H L H H L H H 轎箱控制系統(tǒng) 主電路及保護電路設(shè)計 轎廂控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個調(diào)速系統(tǒng)。轎廂控制系統(tǒng)的主電路采用雙極性 H 型 PWM 變換電路。它的特點是：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)動功率小，驅(qū)動電路簡單 [6]。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當 時， 和 為正，MOSFET 管 和10t?b14 1VT導通；而 和 為負， 和 截止。1t圖 38 雙極式 H 型電路原理圖 15圖 39 MOSFET 驅(qū)動電壓的波形 驅(qū)動電路設(shè)計1. IR2110由于用 IR2110 構(gòu)成功率驅(qū)動電路時具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動能力強、響應速度快、成本低、體積小，功耗低的優(yōu)點，本設(shè)計的驅(qū)動電路中采用 IR2110 作為主電路的功率驅(qū)動模塊。具有ICOMSDIP14獨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500， =177。IR2110 的內(nèi)部功能框圖如圖311所示。 圖 311 IR2110 內(nèi)部功能框圖2. 功率驅(qū)動原理IR2110 驅(qū)動半橋的電路原理圖如圖312所示。此時 可1CM1VgR1Sgc1Cgc1C1V等效為一個電壓源。CD2 13. 自舉元器件的分析與設(shè)計如圖312 所示，自舉二極管（ ）和電容（ ）是 IR2110在PWM 應用時D1V1C需要嚴格挑選和設(shè)計的元器件，應根據(jù)一定的規(guī)則進行計算分析。綜合上述條件，此時對應的自舉電容可用下式表示： （32）??1gC=2Q01.工程應用則取 .25本設(shè)計中選用2SK1389 50 /600 MOSFET 充分導通時所需要的柵電荷AV=150 （可由特性曲線查得）， =24 ，那么gnC=2150 /(24－20－ )=190710F可取 = ，且耐壓大于35 的鉭電容。其作用為：當電流切斷的瞬間，利用電容器電壓不能突變的特點，把尖峰電壓電流吸收。該電路采用一片 LM358 運算放大器、一只型號為 2CW3720A[10]的穩(wěn)壓二級管( )、一個 10 電阻、一個 1 電阻和 5 的穩(wěn)壓電源構(gòu)成同V?KΩV向比較器。VKΩV當電源電壓高于 （ ）時，LM358 輸出高電平，80C196KC 的24TXD/ 端口，啟動保護程序。這些信號經(jīng)80C196KC處理后，執(zhí)行相應程序， 為兩片IR2110提供雙極性PWM信號； 連接PLC的數(shù)據(jù)輸出口，用于接受 PLC發(fā)來的電機正/反轉(zhuǎn)控制信號，輸入高電平為正轉(zhuǎn)，低電平為反轉(zhuǎn)；TXD/ 連接IR2110的SD端口，當輸出高電平時，IR2110的兩路輸出HO、LO都被關(guān)閉，與其連接的MOSFET關(guān)斷，則電動機停止轉(zhuǎn)動，反之，IR2110繼續(xù)控制MOSFET使電機轉(zhuǎn)動。其特點為：（1）16 位 CPU，可尋址空間為 64KByte。在 16MHz 時鐘下，檢測和產(chǎn)生脈沖的分辨率可達 ，即可由 HIS 檢測 570KHz 的輸入脈沖，也可由 HSO?產(chǎn)生 570KHz 的脈沖；（6）具有選擇 10 位/8 位轉(zhuǎn)換的特點，還可控制 A/D 轉(zhuǎn)換的時間；（7）具有全雙工串行口；（8）外圍事務服務器，以很小的 CPU 開銷為 I/O 功能部件服務；（9）監(jiān)視定時器。CVV（2） 數(shù)字電路地（0 ） ，三個 引腳都應接地。NGS第二部分：控制信號和時鐘信號，共 13 個引腳，它們是（1） 取指讀操作輸出信號。該引腳僅供 開發(fā)系統(tǒng)INTEL使用。在訪問一個 16 位寬的存儲器時，需選擇 功能，BHE即當 ＝0 時，選擇連接至數(shù)據(jù)總線高位字節(jié)的存儲器。若 ＝1，則運行中BUSIDTHCR.的總線寬度取決于該引腳的邏輯值。片內(nèi)有微弱上拉作用，其用于延REAY長 訪問存儲器的總線周期。REST（11） 對外部存儲器的讀信號、低電平有效（輸出） 。第三部分：I/O 信號線，即 I/O 功能部件的輸入或輸出線，共 48 個引腳，它們是：（1）HSI 四個引腳均為高速輸入部件的輸入端，其編號為、 、 、 ，其中的 和 引腳與 HSO 部件共用。在 P1 口中，～ 三個腳分別與 、 、 引腳共享。如圖317所示， 連接到IC1的HIN 和IC2的LIN，同時控制Q1 、Q4的導通和關(guān)閉； 的LIN和IC2的 HIN，同時控制Q2 、Q3的導通和關(guān)閉 [12]。圖 317 控制電路原理圖設(shè)PWM波的周期為 ，HIN為高電平的時間為 ，忽略死區(qū)時間，則LINT1t為高電平的時間為 。連續(xù)改OUVγρ變 ，即可實現(xiàn)電機正/反向的無極調(diào)速。這種微振對于電機克服啟動時的靜摩擦非常有利。設(shè)PWM 脈沖的周期為100ms，則計滿100個1ms的時間片段為一個周期。25圖 318 保護信號輸送電路3） 看門狗檢測電路為監(jiān)控電源，進行掉電保護以及系統(tǒng)復位，設(shè)計看門狗電路。電路原理圖如圖 319 所示[13]。 門控電路步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件,由于步進電機具有控制方便、體積小等特點, 所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動生產(chǎn)線、自動化儀表、繪圖機和計算機外圍設(shè)備中得到廣泛應用。1．L298 介紹L298的外型如圖321 所示， L298是一種專用的步進電機驅(qū)動集成芯片，內(nèi)部為雙H橋結(jié)構(gòu)，可接受標準 TTL邏輯電平信號，H橋可承受46V電源電壓， ，可驅(qū)27動電感性負載。 L298的H 橋驅(qū)動器功率集成電路包含有四個各自獨立的推挽式驅(qū)動器（即四個半橋），可單獨使用，例如用來驅(qū)動單極性的步進電機繞組或控制四臺不可逆直流電機。L298下橋臂NPN 晶體管的發(fā)射極引出外引腳，用來連接電流檢測電阻。引腳2： ，全橋驅(qū)動器 的輸出端。IN1引腳7： ，控制全橋驅(qū)動器 工作狀態(tài)。GD引腳9： ，邏輯電源。OUT引腳14： ，全橋驅(qū)動器 的輸出端。當 輸出低電平3 INH時，A橋被封鎖，無輸出電流。電阻上的電壓為 （3SV=IR7）由于 ，由式（1）知， 。nsec 門控控制電路設(shè)計 門控控制電路選用L297芯片，該芯片與L298組成的門控控制電路具有體積小，電路簡單，便于實現(xiàn)，控制方便，價格低，性能相對較高，功能比較齊全30的特點。它產(chǎn)生三種相序，對應三種不同的工作方式，即半步方式（HALFSTEP ）；基本步距（FULLSTEP,整步）一相激勵方式；基本步距兩相激勵方式。 圖325 L297外形圖L297另一個重要組成是由兩個PWM斬波器來控制相繞組電流，實現(xiàn)恒流斬波控制以獲得良好的轉(zhuǎn)距頻率特性。這樣，觸發(fā)器輸出的是恒頻PWM信號，調(diào)制L297的輸出信號，繞組相電流峰值由 整定。計數(shù)器的最后有效位并不受影響，因此，當選擇全階梯模式時，相序的產(chǎn)生有賴于譯碼器狀態(tài)。圖 326 四相八拍、半步方式或稱半階段 圖 327 雙四拍、整步方式或稱全階段圖 328 單四拍、整步方式而在采用兩相連接全階段模式時，就沒有INH1和INH2信號產(chǎn)生。SYNC引腳2： ，地。A引腳5： ，抑制1腳，抑制驅(qū)動級 、 。IHCD引腳9： ，電機 相驅(qū)動電源信號。當其為低電平時，斬波信號OTR作用于禁止信號，而當它是高電平時，斬波信號作用于 、 、 、 信號。引腳15： ，參考電壓。f=引腳17： ，正/反轉(zhuǎn)方向信號輸入端。REST2. 工作原理 PLC通過I/O數(shù)據(jù)口把門控信號送到80C196KC的數(shù)據(jù)輸入口，80C196KC接到信號后，執(zhí)行門控程序向 L297傳送各類控制信號。 斬波器的斬波頻率為 （?8）斬波頻率的取值一般大于10 ，如果斬波器的斬波頻率過高，就會增加KHz開關(guān)損耗，使發(fā)熱嚴重，效率降低，可靠性也下降；如果斬波頻率過低，則會引起電機運行中振動加劇，運行特性也