【文章內容簡介】 驗系 統信 號 綜 合 及 顯示 系 統 轎 廂 控 制 系 統 門 控 系 統呼叫電路 檢測電路 顯示電路 主電路 驅動電路 保護電路 門控驅動電路 門控控制電路控制電路6信號、門控制信號及消防維修信號的產生和傳遞。因為樓層和轎箱的呼叫是隨機的, 所以系統控制應采用隨機邏輯控制。采用簡單的按鍵和門電路就可搭建成滿足要求的電路，并且信號生成快、輸送穩(wěn)定。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搭建而成。采用紅外反射式開關對轎廂進行位置檢測，大大提高了檢測精度。當轎箱經過或停在某一層時，紅外開關產生輸入信號，并迅速把此信號以數字信號的形式傳送給 PLC，使 PLC 能夠準確的判斷出電梯轎廂位置，并執(zhí)行相應程序。3. 顯示電路 顯示電路主要用于對轎廂所在樓層位置的顯示，其通過對檢測電路輸出信號的譯碼，并將其轉換為半導體數碼管的驅動信號，達到對轎廂實時位置的顯示。每層都有半導體數碼管顯示，模擬了電梯運行的真實情況。 轎箱控制系統轎廂控制系統主要用來實現轎箱上下位置移動和移動速度的控制。它包含雙極性 PWM 直流調速控制電路，可實現電機的調速與轉向控制。是整個電梯模型實驗系統運動重要組成部分1. 主電路轎廂控制的主電路采用 H 橋雙極性 PWM 控制技術，通過調節(jié)占空比來實現對直流電動機的調速和正/反轉向的控制。2. 驅動電路主要用來產生 H 橋的驅動信號。 3. 控制電路 主要用來接收處理 PLC 的控制信號，產生雙極性 PWM 信號控制驅動電路。并對保護和復位信號進行處理。 4. 保護電路 主要包括過流保護、過壓保護、看門狗保護和阻容吸收保護電路。它們是維護電路安全，防止元器件損壞的必要措施。7 門控電路門控電路主要實現電梯轎廂門和廳門的開啟/關閉功能。它主要是應用步進電機來控制電梯門傳動裝置，從而實現對電梯門的準確控制。1. 門控驅動電路門控驅動電路主要受控制電路控制，用來驅動步進電機轉動。該電路由L298 芯片構成，它具有雙 H 橋驅動器，可同時驅動兩臺單極性步進電機?？蓪崿F步進電機的正/反轉向調換功能，并具有良好的2. 門控控制電路 該電路采用 L297 構成，其主要將來自 80C196KC 的各項控制信號轉化成對 L298 的驅動信號，采用斬波調制技術控制電機電樞中的電流值，使其不超過最大允許范圍。 工作原理本實驗系統采用 OMRON 公司出品的 CJ1M 系列 PLC 作為電梯的主控系統，其通過 I/O 口與電梯模型實驗系統相連接，從而實現了 PLC 對電梯模型實驗系統的信息處理和實時控制。 當電梯模型上有按鍵被按下時，呼叫系統隨即產生相應信號傳送給 PLC，經 PLC 的 I/O 口送到 CPU 中處理，CPU 處理后產生相應指令，執(zhí)行相應程序。并通過 I/O 數據總線給電梯模型單片機 80C196KC 輸送控制信號。80C196KC 接到 PLC 送來的控制信號后，通過其自身處理后，決定運行轎廂上升、下降，電梯門的開啟或關閉，并通過輸出端輸送給相應器件，執(zhí)行相應命令。從而實現了 PLC 對電梯模型實驗系統的控制。例如，轎廂在一樓，這時，三樓有按鍵被按下，隨即產生三樓按鍵的信號代碼。該信號迅速被送入 PLC 的 I/O 輸入口中。PLC 接到此信號后，立即送入CPU 處理。CPU 處理后執(zhí)行轎廂上升程序，產生控制信號經 I/O 輸出口傳送給80C196KC。 80C196KC 收到信號后，經其內部 CPU 處理后，控制其輸出端向轎廂的電機驅動電路送出雙極性 PWM 控制信號，使電機正轉，轎廂開始上升。當轎廂到達三層時，位置檢測開關產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 停止向電機驅動電路輸送 PWM 波，則電機停轉。8第三章 電梯模型的電氣系統硬件設計 信號綜合及顯示電路 呼叫電路圖 31 呼叫電路原理圖呼叫電路是信號綜合電路的重要組成部分，主要用于實現電梯內、外呼梯信號的生成。它主要由按鍵、兩片 8 線—3 線優(yōu)先編碼器 74LS14一片四 2輸入與非門 74LS00 和電子鎖組成。按鍵分內呼按鍵和外呼按鍵兩部分。電路中共用 15 個按鍵，其中 Y0~Y7 為轎箱外呼按鍵，Y8~Y14 為轎箱內呼及門控9按鍵，Y15 為消防維修電子鎖。其各個功能如表 所示。74LS148 和 74LS00的作用是把各按鍵所入信號編輯為四位二進制編碼，并將其送入 PLC 的數據I/O 端口（ 1～4）中。各鍵按下時的代碼如表 所示。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?，經過 74LS148 和 74LS00 轉換，由 74LS00 輸出代碼 0010，經數據總線送入 PLC 的數據接受 I/O 端口,由PLC 處理并執(zhí)行相應程序。圖 31 為呼叫電路原理圖。電路中還設置了兩組上拉電阻，其作用在于在沒有輸入信號時，使74LS148 輸入端維持在高電平。當有輸入信號時，相應的端口變?yōu)榈碗娖剑?4LS148 輸出相應代碼。 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、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。其主要作用是對電梯轎箱位置的實時檢測，以確保電梯到達相應位置時，PLC 能做出正確判斷，并執(zhí)行對應程序，控制相應器件進行動作。紅外反射式光電開關 [4]的內部結構見圖32。紅外開關的紅外發(fā)射管和接收管位于同一側，光敏三極管只能接收反射回的紅外光。當轎廂不經過開關時，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 呼叫關門Y7 0111 一層向上 電子鎖 1111 消防維護10光電開關輸出高電平；反之，當轎廂經過開關時，紅外發(fā)射管發(fā)射的光經其反射后，被接收管接受，光電開關輸出低電平。 圖32 紅外反射式開關內部結構 圖33 紅外開關產品實物圖如圖 34，每一層各安有上下兩個紅外反射光電開關（以下簡稱紅外開關） ，它們能確保電梯在到達某一樓層后，準確的向 PLC 輸送這一樓層的信號。當轎廂上、下端正好與某一樓層上、下端對齊時，這一層的兩個開關都導通時，74LS32 輸出低電平。這一信號被送入 74LS148，并產生相應代碼。再由其輸出端輸送給 PLC 的數據 I/O 口（5～7）中。PLC 可根據輸送來的信號準確的判斷出轎箱所在位置，并做出相應處理。電路圖 34 所示。檢測各樓層所用的代碼如表 所示。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。 顯示電路顯示電路主要用于顯示電梯所在樓層號。其電路主要由一片八位鎖存器74LS37一片 4 線－七段譯碼/驅動器 74LS24一個共陰極 VLED 半導體數碼管 BS201 和下拉電阻組成。顯示信號來自檢測電路中的 74LS32 輸出信號。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，通過其譯碼并驅動半導體數碼管 BS201 顯示樓層號碼。電路圖如圖 35 所示。圖 35 顯示電路原理圖下拉電阻的作用是在沒有輸入時使 74LS248 輸入端保持低電平，從而使數12碼管不顯示。1. 八位鎖存器（74LS373）圖 36 74LS373 的引腳圖八位鎖存器（74LS373）的引腳排列如圖 36 所示。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。之后，輸出端持續(xù)向外輸出新的鎖存信號，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1D81Q8CVGND地端。 為鎖存允許端，當它為高電平時， 隨數據（ ）而改變；當它為LE低電平時， 被鎖存在已建立的數據電平。 為三態(tài)允許控制端。當它為低QEN電平時， ～8 為正常邏輯狀態(tài)可用賴驅動負載或總線。當它為高電平時，1～ 呈高阻態(tài)，既不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響 [5]。2. 4 線—七線譯碼/驅動器（74LS248）圖 37 74LS248 引腳圖4 線—七線譯碼/驅動器（74LS248）的引腳排列如圖 37 所示。其功能為把輸入信號譯成數碼管所需的驅動信號，以便使數碼管用十進制數字顯示輸入信13號所代表的數值。圖中管腳所代表的含義為： 為譯碼地址輸入端；03A~為段輸出端，高電平有效； 為消隱輸入（低點平有效）/脈沖消agY~BIRO隱輸出（低電平有效） ； 為燈測試輸入端（低電平有效） ； 為脈沖消隱輸LTRBI入端（低電平有效） 。當要求輸出 0～15 時，消隱輸入（ ）應為高電平或開路，對于輸出 0 時I還要求脈沖消隱輸入（ ）為高電平或開路。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。agY~當 和地址（ ）均為低電平，并且燈測試（ ）為高電平時，I03ALT為低電平脈沖消隱輸出（ ）也變?yōu)榈碗娖健．?為高電平或開路ag~OBI時， 的低電平可使 均為高電平。LTag在本次設計中所用到的功能如表 所示。表 4 線—七線譯碼/ 驅動器功能表輸 入 輸 出數字 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 主電路及保護電路設計 轎廂控制系統實質上是一個調速系統。通過對驅動電梯模型的電動機的轉速和轉向的控制來滿足轎廂按要求運行的目的。本設計中選用 60ZY105－2420 直流伺服電機，該電機體積小、工作穩(wěn)定、容易控制，額定電壓（＋24V） 、額定轉速（1550r/min） 、輸出功率（20W）都滿足設計要求。電機轉速與電壓的關系為：14 （3d0eUIRn=C?1）考慮到 PWM 控制具有電路簡單、低速性能好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點。轎廂控制系統的主電路采用雙極性 H 型 PWM 變換電路。圖 38 為本設計中使用的雙極性 PWM 變換的電路原理圖。其中的功率開關采用 2SK1389MOSFET。它允許通過的最大電流為 50 ，最大允許電壓為A60V。它的特點是：1）開關速度高、開關損耗小； 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，驅動功率小，驅動電路簡單 [6]。4 個 MOSFET 的柵極驅動電壓分為兩組。 和 同時導通和關聯，其1VT4驅動電壓 ； 和 同時動作，其驅動電壓 。它們b14U?2VT3 b23b1U??的波形如圖 39 所示。在一個開關周期內，當 時， 和 為正，MOSFET 管 和10t?b14 1VT導通；而 和 為負， 和 截止。此時，+24 加在電樞 兩端，4VTb2323TAB，電樞電流沿 1 流通，此時電機正轉，驅動轎廂上升。當 時，AB=+ 1t和 變負， 和 截止； 和 變正，但 、 并不立即導通，b1U4T4Vb2U323因為在電樞電感釋放儲能的作用下，電流沿回路 2 經 、 續(xù)流，在 、4D54D上的壓降使 和 極承受反壓，這時， 。 在 一個周期5D23ce?AB=VABU內正負相間，只要調節(jié)占空比 ，即可實現轎廂驅動電機的速度和方向 [7]。1t圖 38 雙極式 H 型電路原理圖 15圖 39 MOSFET 驅動電壓的波形 驅動電路設計1. IR2110由于用 IR2110 構成功率驅動電路時具有結構簡單、驅動能力強、響應速度快、成本低、體積小，功耗低的優(yōu)點，本設計的驅動電路中采用 IR2110 作為主電路的功率驅動模塊。IR2110 驅動器是美國IR公司生產的。它兼有光耦隔離（體積小）和電磁隔離（速度快）的優(yōu)點，是中小功率變換