【正文】 .....................................38圖 44 曳引結(jié)構(gòu)示意圖 .....................................................................................39圖 45 電梯門構(gòu)造示意圖 .................................................................................40表 按鍵代碼和功能 .....................................................................................10表 樓層檢測代碼 .........................................................................................11表 4 線— 七線譯碼/驅(qū)動器功能表 .............................................................141第一章 概 述 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。名符其實的電梯，于 1889 年出現(xiàn)。電梯的發(fā)展大體上可分為如下五個階段： （1）13 世紀(jì)前的絞車階段。文獻記載，在公元前 2600 年左右，古代的埃及人使用絞車搬運石料建造金字塔。這個時期，由于蒸氣機的發(fā)明，人類進入了以發(fā)動機代替繁重體力勞動的新時期。英國首先于 1835 年出現(xiàn)了用蒸氣機驅(qū)動的升降機。 （3）19 世紀(jì)后半葉的升降機階段。古利普斯1852 年，奧梯斯在總結(jié)前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制成了安全升降機；1853 年成立奧梯斯兄弟公司。L （4）1889 年電梯出現(xiàn)之后的階段。該升降機已初步具有現(xiàn)代電梯的基本傳動構(gòu)造，成為現(xiàn)代電梯的鼻祖。這一階段一直持續(xù)到 20 世紀(jì) 70 年代中期。從 1975 年開始的新的電梯階段，以計算機、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、無機房等多方面的新技術(shù)方向迅猛發(fā)展，電梯交通系統(tǒng)成為樓宇自動化的一個重要子系統(tǒng)了。在我國，電梯所用原器件在 1965 年以前，控制裝置以電磁元件為主。1980 年以后，代替電磁繼電器元件2的是計算機、功率電子學(xué)和各種傳感技術(shù)元件。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、計算機控制的電梯及無機房電梯方面發(fā)展。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。對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)鲃酉到y(tǒng)在電梯上將得到進一步的完善和推廣使用。它具有下述特點。2）建筑物電源設(shè)備的容量降低。4）噪聲降低。③DS 交流調(diào)速電梯瑞士迅達有限公司推出的 DynatranS(簡稱 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 mm。與4~5?3?VVVF 控制相比，用的部件少，減少了連續(xù)的能量損耗。⑤液壓梯其有優(yōu)點是：機房不用建在房頂，位置可自由選擇。⑥無機房電梯是近年來興起的一項電梯新技術(shù)，有曳引驅(qū)動、液壓驅(qū)動、螺母螺桿驅(qū)動、齒輪齒條驅(qū)動、皮帶驅(qū)動、直線電動機驅(qū)動等方式。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(wù)工具?，F(xiàn)在的群控算法已不是單一地依賴“ 乘客候梯時間最短 ”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，將候梯時間、舒適度等因素（專家知識）綜合考慮并吸收到群控系統(tǒng)中去 [3]。 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(fù)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(fù)雜的電氣控制部分。PLC作為機電一體化專業(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。該模型可以模擬電梯基本功能,作為教學(xué)裝置,供學(xué)生進行PLC 綜合實驗和編程模擬,增強對機電一體化的感性認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力 [2]。設(shè)計一套結(jié)4構(gòu)簡單、形象直觀、功能齊全、性價比高的電梯模型可以較好地滿足教學(xué)和科研的需要。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。第二章根據(jù)實驗系統(tǒng)的應(yīng)用要求，從系統(tǒng)的組成、工作原理等方面對所要實現(xiàn)的電梯模型實驗系統(tǒng)（裝置）進行了分析和構(gòu)思。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。5第二章 電梯模型的組成及工作原理 系統(tǒng)組成本文設(shè)計的五層電梯模型系統(tǒng)組成如圖 21 所示。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。因為樓層和轎箱的呼叫是隨機的, 所以系統(tǒng)控制應(yīng)采用隨機邏輯控制。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。當(dāng)轎箱經(jīng)過或停在某一層時，紅外開關(guān)產(chǎn)生輸入信號，并迅速把此信號以數(shù)字信號的形式傳送給 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。每層都有半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示，模擬了電梯運行的真實情況。它包含雙極性 PWM 直流調(diào)速控制電路，可實現(xiàn)電機的調(diào)速與轉(zhuǎn)向控制。2. 驅(qū)動電路主要用來產(chǎn)生 H 橋的驅(qū)動信號。并對保護和復(fù)位信號進行處理。它們是維護電路安全，防止元器件損壞的必要措施。它主要是應(yīng)用步進電機來控制電梯門傳動裝置，從而實現(xiàn)對電梯門的準(zhǔn)確控制。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。 工作原理本實驗系統(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 I/O 口與電梯模型實驗系統(tǒng)相連接，從而實現(xiàn)了 PLC 對電梯模型實驗系統(tǒng)的信息處理和實時控制。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。從而實現(xiàn)了 PLC 對電梯模型實驗系統(tǒng)的控制。該信號迅速被送入 PLC 的 I/O 輸入口中。CPU 處理后執(zhí)行轎廂上升程序，產(chǎn)生控制信號經(jīng) I/O 輸出口傳送給80C196KC。當(dāng)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)。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。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。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(shù)據(jù)I/O 端口（ 1～4）中。例如，當(dāng) 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(yīng)程序。電路中還設(shè)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。 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。紅外反射式光電開關(guān) [4]的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖32。當(dāng)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(dǎo)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(dāng)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。當(dāng)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(guān)都導(dǎo)通時，74LS32 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。電路圖 34 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。其電路主要由一片八位鎖存器74LS37一片 4 線－七段譯碼/驅(qū)動器 74LS24一個共陰極 VLED 半導(dǎo)體數(shù)碼管 BS201 和下拉電阻組成。當(dāng) 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(dǎo)體數(shù)碼管 BS201 顯示樓層號碼。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(shù)12碼管不顯示。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。圖中管腳所代表的含義為： ～ 為輸入端， ～ 為輸出端。 為鎖存允許端，當(dāng)它為高電平時， 隨數(shù)據(jù)（ ）而改變；當(dāng)它為LE低電平時， 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)它為低QEN電平時， ～8 為正常邏輯狀態(tài)可用賴驅(qū)動負載或總線。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。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(dāng) 為低電平時，不管其它輸RBI I入端狀態(tài)如何， 均為低電平。當(dāng) 為高電平或開路ag~OBI時， 的低電平可使 均為高電平。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)。本設(shè)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(zhuǎn)速（1550r/min） 、輸出功率（20W）都滿足設(shè)計要求。轎廂控制系統(tǒng)的主電路采用雙極性 H 型 PWM 變換電路。其中的功率開關(guān)采用 2SK1389MOSFET。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]。 和 同時導(dǎo)通和關(guān)聯(lián)，其1VT4驅(qū)動電壓 ； 和 同時動作，其驅(qū)動電壓 。在一個開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) 時， 和 為正，MOSFET 管 和10t?b14 1VT導(dǎo)通；而 和 為負， 和 截止。當(dāng) 時，AB=+ 1t和 變負， 和 截止； 和 變正，但 、 并不立即導(dǎo)通，b1U4T4Vb2U323因為在電樞電感釋放儲能的作用下，電流沿回路 2 經(jīng) 、 續(xù)流，在 、4D54D上的壓降使 和 極承受反壓，這時， 。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(yīng)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。它兼有光耦隔離（體積?。┖碗姶鸥綦x（速度快）的優(yōu)點，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品種 [8]。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。5 的偏移量；工作頻率高，可達500 ；開通、關(guān)斷延遲小，分KHz別為120 和94 ；輸入管腳可以承受2 以上的反向電流。I