教学型电梯模型的设计与实现机电基础综合实验指导书毕业论文

《教学型电梯模型的设计与实现机电基础综合实验指导书毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学型电梯模型的设计与实现机电基础综合实验指导书毕业论文（30页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、20142015学年度 第一学期机电基础综合实验实验指导书机械电子工程系 实验模块：教学型电梯模型的设计与实现实验学时：32实验班级：11机械电子工程1,2机电工程学院 1实验性质和任务本课程是机械电子工程的专业必修课。课程设计的目的和任务在于使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法,以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力，加深学生对课程内容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识。2实验要求通过本实验教学有计划的培养和训练，应达到以下诸方面的要求。1.培养学生具有一定的实践技能，树立实事求是的思想和严谨的科学作风。 2.能正确设计电气控制线路原理图。3.能正确选

2、择常用低压电气元件。4.能独立的完成综合实验说明书，提高分析问题和解决问题的能力。3实验内容与学时安排本课程是项目式实践性教学，机电基础综合实验项目有：1.直线抓取机械手的设计与实现2. 教学型电梯实验模型的设计与实现3. 数控车床控制系统设计、调试与维修等项目。学生可自主选择，内容主要包括以下六个部分：1. 常用低压电器认识；2. 机械设备电气控制的工作原理及组成；3. 基本控制电路设计；4. 电气控制线路原理图的设计和绘制；5. 正确选择常用低压电器，完成电器元件明细表；6. 独立的完成综合实验说明书，提高分析问题和解决问题的能力。各项目组根据具体设计内容，参照模板、实验要求和设计内容自行

3、编写实验报告。教学型实验电梯模型简介基于PLC控制的教学电梯模型是依据机械电子工程专业机电基础综合实验教学的要求而开发的实验装置，主要功能包括PLC应用、基于交流电机及变频器的升降运动控制、基于直流电机的开关门控制、组态软件的使用、传感器的应用等。通过该实验装置的操作，可掌握PLC控制系统软件和硬件结合的设计与调试方法、传感器、驱动器/执行器使用、PLC与触摸屏连接控制以及PLC控制变频器进行交流调速等应用。所设计的教学电梯模型具有以下特点：（1）工业型材构架，采用标准配件，学生可参考使用说明自行搭建模型。（2）模型的底盘和电机采用封装结构，有效阻止杂物进入，增加装置使用寿命。（3）装置接口开

4、放，可扩展性强，可根据教学需求与触摸屏、现场总线模块等配合，完成人机界面、现场总线等实验。教学电梯模型结构如图：图1 教学电梯模型结构示意图1交流电动机2编码器3触摸屏4PLC主机5按钮6轿厢7变频器8控制柜（1）台架台架采用铝型材搭建，底座设置抽屉用于放置电源及接口单元和控制单元，台架底部装配可锁转轮，方便整个装置的移动。（2）PLC主机模块PLC主机模块采用三菱FX2n-64MR-001或西门子S7-200主机，所有接口均开放。（3）教学电梯主体电梯模型的硬件部分主要由PLC、变频器、电梯轿厢、电梯本体等构成。电梯内有可开关门的轿厢，轿厢内由门控电机控制，执行开关门动作；轿厢由顶部升降电机

5、带动可上下运动，用PLC的PWM脉冲输出功能驱动变频器，由变频器控制交流电动机的速度来实现。主体的每一层均设有限位开关、外呼按钮和指示灯。配备控制盒，方便电路的检查和各I/O工作情况的监控。电梯提供接线端口，可方便的与多种型号的PLC相连接。底盘设有光电编码器件，可精确定位。各个机械元件采用铝材加工件固定。 （4）PC机部分 PC机部分采用PC机+编程软件+组态王软件（或+触摸屏）的模式。学生可以自由编写控制程序，完成相关实验。（5）配套设备系统还包含电涡流传感器（电缆信号检测）、压电传感器（轿厢物块超载检测）、光电传感器（轿厢开关门感应）等传感与测量设备。教学电梯模型控制要求：教学电梯模型主

6、要是模拟实际电梯中的大部分电气控制，控制要求如下:（1）电梯具有两种运行模式：自动模式和手动模式（也叫消防模式）。（2）在手动模式（消防模式）下，电梯轿厢可以实现上行、下行、开门、关门等动作，并且可以随时停止，随时开关门。（3）在自动模式下，电梯的控制比较复杂，具体如下：当由手动模式改为自动模式或者电梯在自动模式下通电时,电梯关闭轿厢门，然后自动下降，返回下基准位置进行原点定位。在此过程中，不响应任何呼叫信号。到达基准位置后，电梯可以接受呼叫信号，进入正常运行阶段。当有外呼梯信号到来时，电梯去对应的楼层响应该呼梯信号。电梯轿厢响应某一个请求信号时，首先自动开门。如果有人按下关门按钮，轿厢将关门

7、。如果没有人按下关门按钮，电梯轿厢门将延时一段时间后自动关门。设计暂不涉及内呼梯信号。在电梯运行过程中，只响应经过楼层同方向的外呼梯信号，不响应经过楼层反向外呼梯信号。但如果某反向外呼梯信号前方再无其他外呼梯信号，则电梯响应该外呼梯信号。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时,如果电梯到达三层,如果四层没有任何呼梯信号,则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。否则,电梯将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能。例如：电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯、三层向下外呼梯或者四层向下外

8、呼梯信号到来，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯未平层或运行时，开门按钮、关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。电梯具有显示现在轿厢所处于的楼层以及电梯轿厢运行方向的能力，方便乘客。电梯运行具有加速和减速控制。当电梯开始运行时，从某一个较低的初始速度开始加速，直到最高速度。当电梯将要接近一个需要停下来的楼层时，从最高速度进行减速，最后以一个较低的速度平层。楼层和平层检测采用旋转编码器累计脉冲计数来实现。设计过程中学生可根据实际情况及自己的想法自行设计机械结构，不局限于图1所示结构。实验安全操作规程为了顺利完成机电基础综合实验，确保实验时人

9、身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：1、在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用。2、为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行。3、为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。4、如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验。5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。6、电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号不得私自改变其规格和型号，否则可能

10、会引起不可预料的后果。7、系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏。8、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压。在完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源。实验一 教学电梯模型认识实验（4学时）一、实验目的1、了解教学电梯模型的结构、用途和工作过程。2、了解教学电梯电气控制的工作原理。3、教学电梯控制方式选择。4、正确选择常用低压电器，完成电器元件明细表。二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC、PLC特殊功能模块、三菱PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件

11、、导轨滑块、电控柜、电梯显示板（LED七段码）、按钮开关、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、电梯平层感应器、霍尔传感器、霍尔开关、运算放大器、滤波器元件、工具包及其他非标零件。三、预习要求1、了解工业常用电梯模型的结构、用途和工作原理。2、复习电气控制有关常用低压电器基础知识。3、电梯系统组成及电梯系统电气控制的原理。四、实验内容与步骤1、常用低压电器认识低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电

12、器两大类。常用低压电器按种类可分为：刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。2、电梯系统模型结构与工作过程分析（1）电梯结构上可分为机械部分和电气部分，其中机械部分包括：轿厢系统，导向系统，曳引系统，门系统和重量平衡系统；电气部分包括电力拖动系统，电气控制系统和安全保护系统。（2）电梯工作原理简介：曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。3、教学电梯模型结构分析（1）轿厢系统：电梯轿厢是装载乘客或货物的箱形结构部件。轿厢由轿厢

13、架和轿厢体组成。（2）导向系统：导向系统由导轨,导靴和导轨支架组成。导轨是电梯行驶在井道的安全路轨，导轨安装在井道壁上，被导轨支架固定连接在井道墙壁。导轨架作为导轨的支撑件,被固定在井道壁上。导靴安装在轿厢架和对重架的两侧,导靴的靴衬与导轨工作面配合，使一部电梯在曳引绳的牵引下，轿厢和对重分别沿着各自的导轨作上、下运动。（3）曳引系统：曳引系统的作用是向电梯输送与传递动力。由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等组成。（4）门系统：电梯门系统可以分为两部分，装在井道入口层站处的为层门，装在轿厢入口处的为轿厢门。层门和轿厢门按照结构形式可分为中分门、旁开门，垂直滑动门、铰链门等。中分式门主要用在乘

14、客电梯上，旁开式门在货梯和病床梯上用得较普遍，垂直滑动门主要用于杂物梯和大型汽车电梯上。铰链门在国内较少采用，在国外住宅梯中采用较多。 （5）重量平衡系统：一般包含对重、轿厢、补偿链和随行电缆等，它能使对重与轿厢能达到相对平衡，保证电梯的曳引传动平稳。（6）电力拖动系统：电梯的电力拖动系统的功能是为电梯的提供动力，并对电梯的启动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用。拖动系统的优劣直接影响着电梯起停时的加速和减速性能、平层精度、乘坐舒适感等指标。目前电梯的拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动。（7）电气控制系统：电梯的电气控制系统，主要是指对电梯主曳引电动机和门机的启动

15、、运行方向、减速、停止的控制，以及对每层站显示、层站召唤、轿内指令、安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。电梯电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，PLC控制和微机控制的电梯产品已成为主流。电梯电气控制系统结构上主要包含以下装置: 操纵箱； 召唤盒； 层站位置显示装置； 平停层装置(换速,平层装置)； 端站强迫换速开关,限位开关； 控制柜； 各位置检修箱。（8）安全保护系统：主要指设计电梯的上下行超速保护装置（限速器/安全钳），供电电源错相或电源欠压保护装置（相序继电器），在电梯自动关门过程中防止人员或物品被夹受损的安全触板，超载保护，消防功能及安全回路设计。4、教

16、学电梯模型控制方式选择控制方式的选择直接决定着电梯的自动化程度和运行性能。随着微电子技术、交流调速理论和电力电子学的迅速发展及广泛使用，不仅提高了电梯的整机性能，而且也改善了电梯的乘坐舒适感、提高了电梯控制的技术水平和运行可靠性。电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，PLC控制和微机控制的电梯产品已成为主流。常见电气控制模式如下图所示：图1-1 电气控制系统常见控制模式五、实验报告要求1、学生根据实验目的和教学电梯控制要求，尽快熟悉常用低压电器，并了解电梯系统结构及各组成部分功能。2、学生尝试画教学电梯控制系统框图。3、学生根据设计内容、实验要求和设计方案，参照模板自行编写实验报告，独立完成

17、报告内容撰写。六、实验注意事项1、实验线路较复杂，接线要求牢固、整齐、清楚、安全可靠。2、注意断电操作，改接或拆掉线路前务必关掉电源。3、操作时要胆大、心细，禁止用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。七、思考题1、记录在本次实验中接触的主要电器元件的型号（可补充）。元件名称 型号 元件名称 型号 电源开关 光电开关 交流接触器 继电器 按钮 2、说明教学电梯设计与工业电梯设计时的不同之处。3、教学电梯工作时哪些地方需设计保护功能?实验二 机械结构设计、加工、元器件装配实验（4学时）一、实验目的1、进一步熟悉教学电梯模型的结构和工作过程。2、深入学习教学电梯控制的工

18、作原理。3、教学电梯模型结构设计。4、电梯模型电气部件装配实验。二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC、PLC特殊功能模块、三菱PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件、导轨滑块、电控柜、电梯显示板（LED七段码）、按钮开关、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、电梯平层感应器、霍尔传感器、霍尔开关、运算放大器、滤波器元件、工具包及其他非标零件。三、预习要求1、熟悉工业电梯的结构和工作原理。2、复习电气控制有关常用低压电器基础知识。3、了解电梯系统组成及电梯系统电气控制知识。四、实验内容与步骤1、设计中用到的常用低压电器类型设计中涉及到的

19、常用低压电器包括：限位开关、按钮开关、交流接触器、继电器、电磁阀、电涡流传感器、霍尔传感器、霍尔开关、光电开关等。2、电梯控制系统整体设计与电气系统分析（1）电梯系统模型整体设计电梯结构上可分为机械部分和电气部分，其中机械部分包括：轿厢系统，导向系统，曳引系统，门系统和重量平衡系统；电气部分包括电力拖动系统，电气控制系统和安全保护系统。控制系统结构如下图2-1： 图2-1 电梯控制系统结构图（2）电梯电气系统分析：教学电梯电气系统由电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统组成（如图2-1）。其中电力拖动系统由曳引电动机、速度反馈装置（旋转编码器）、电动机调速装置（变频器）和电源系统等部分组成；

20、电气控制系统由电梯主控系统、外呼控制系统、轿厢显示、门控制系统和外召系统等部分组成；安全保护系统由光幕、急停、门锁、安全窗等组成。电气控制系统中电梯主控系统主要收集电梯井道限位信号和电梯外呼内叫的呼梯信号，然后根据系统参数和系统的当前状态，与门控制系统和电力驱动系统交互完成整个电梯的运行控制，其在电梯的电气控制系统中扮演了举足轻重的作用。3、教学电梯模型结构设计1交流电动机 2编码器3触摸屏 4PLC主机5按钮 6轿厢7变频器 8控制柜图2-2 教学电梯模型结构设计如图2-2所示，教学电梯模型结构上包括：台架，PLC主机模块，教学电梯主体，PC机部分以及其他配套设备。（1）台架台架采用铝型材搭

21、建，底座设置抽屉用于放置电源及接口单元和控制单元，台架底部装配可锁转轮，方便整个装置的移动。（2）PLC主机模块PLC主机模块采用三菱FX2n-64MR-001，所有接口均开放。（3）教学电梯主体电梯模型的硬件部分主要由PLC、变频器、电梯轿厢、电梯本体等构成。电梯内有可开关门的轿厢，轿厢内由门控电机控制，执行开关门动作；轿厢由顶部升降电机带动可上下运动，用PLC的PWM脉冲输出功能驱动变频器，由变频器控制交流电动机的速度来实现。主体的每一层均设有限位开关、外呼按钮和指示灯。配备控制盒，方便电路的检查和各I/O工作情况的监控。电梯提供接线端口，可方便的与多种型号的PLC相连接。底盘设有光电编码

22、器件，可精确定位。各个机械元件采用铝材加工件固定。 （4）PC机部分 PC机部分采用PC机+编程软件+组态王软件（或+触摸屏）的模式。学生可以自由编写控制程序，完成相关实验。（5）配套设备系统还包含电涡流传感器（电缆信号检测）、压电传感器（轿厢物块超载检测）、光电传感器（轿厢开关门感应）等传感与测量设备。4、基于PLC控制教学电梯模型的原理与注意事项将传感器信号和指令信号，传送给PLC输入接口。由PLC把输入接口状态进行扫描，送入PLC中央处理器，按程序对数据进行比较判断，将结果送到输出接口，驱动电梯牵引电机，使电梯正常运行。PLC电梯中使用PLC应注意的问题：（1）PLC一般选择继电器方式接

23、口。（2）PLC电梯安全触点用常闭接入PLC的输入接口。（3）PLC电梯中，PLC输出接口为直流感性负载时，在负载两端并联一个二极管。交流感性负载时，在负载两端并联一个阻容元件。五、实验报告要求1、根据教学电梯结构图，思考各环节的作用以及每个环节包含哪些硬件。2、学生尝试画教学电梯系统结构框图。3、学生根据设计内容、实验要求和设计方案，参照模板自行编写实验报告，独立完成报告内容撰写。六、实验注意事项1、实验线路较复杂，接线要求牢固、整齐、清楚、安全可靠。2、注意断电操作，改接或拆掉线路前务必关掉电源。3、操作时要胆大、心细，禁止用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤

24、。七、思考题1、画教学电梯模型的控制系统框图。2、教学电梯模型结构上分哪些组成部分？3、选取PLC控制教学电梯具有哪些优点以及缺点?实验三 教学电梯需求分析与功能设计（4学时）一、实验目的1、进一步熟悉教学电梯模型的结构和工作原理。2、教学电梯模型需求分析。3、教学电梯模型功能设计。二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC、PLC特殊功能模块、三菱PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件、导轨滑块、电控柜、电梯显示板（LED七段码）、按钮开关、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、电梯平层感应器、霍尔传感器、霍尔开关、运算放大器、滤波器元件

25、、工具包及其他非标零件。三、预习要求1、复习教学电梯的结构设计与控制系统框图。2、预习电梯系统组成及电梯系统电气控制基础知识。3、了解普通电梯系统的控制要求。四、实验内容与步骤1、教学型电梯模型需求分析实验任务为设计、制造、装配、调试一套教学型电梯实验模型，该电梯模型模拟实际电梯中的大部分电气控制。设计期间学生在教师指导下完成以下实验内容：周次实验内容学时总学时1机电基础综合实验认识实验442电梯机械结构设计、装配实验483控制系统硬件电路设计6144电梯系统硬件选型2165教学电梯传感与检测实验42067教学电梯控制软件编写与调试8288教学电梯软硬件结合调试与整线运行4322、教学型电梯模

26、型控制要求教学型电梯模型控制要求如下:（1）电梯具有两种运行模式：自动模式和手动模式（也叫消防模式）。（2）在手动模式（消防模式）下，电梯轿厢可以实现上行、下行、开门、关门等动作，并且可以随时停止，随时开关门。（3）在自动模式下，电梯的控制比较复杂，具体如下：当由手动模式改为自动模式或者电梯在自动模式下通电时,电梯关闭轿厢门，然后自动下降，返回下基准位置进行原点定位。在此过程中，不响应任何呼叫信号。到达基准位置后，电梯可以接受呼叫信号，进入正常运行阶段。当有外呼梯信号到来时，电梯去对应的楼层响应该呼梯信号。电梯轿厢响应某一个请求信号时，首先自动关门。如果有人按下关门按钮，轿厢将关门。如果没有人

27、按下关门按钮，电梯轿厢门将延时一段时间后自动关门。设计中可暂不考虑内呼梯信号。在电梯运行过程中，只响应经过楼层同方向的外呼梯信号，不响应经过楼层反向外呼梯信号。但如果某反向外呼梯信号前方再无其他外呼梯信号，则电梯响应该外呼梯信号。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号。同时,如果电梯到达三层,如果四层没有任何呼梯信号,则电梯可以响应三层向下外呼梯信号。否则,电梯将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号。电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能。例如：电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯、三层向下外呼梯或者四层向下外呼梯信号

28、到来，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。电梯未平层或运行时，开门按钮、关门按钮均不起作用。平层且电梯停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭。电梯具有显示现在轿厢所处于的楼层以及电梯轿厢运行方向的能力，方便乘客。电梯运行具有加速和减速控制。当电梯开始运行时，从某一个较低的初始速度开始加速，直到最高速度。当电梯将要接近一个需要停下来的楼层时，从最高速度进行减速，最后以一个较低的速度平层。楼层和平层检测采用旋转编码器累计脉冲计数来实现。学生在设计控制程序时，可参考任务书给定控制时序要求或自定电梯控制时序来编写电梯运行的PLC控制程序。3、系统功能设计与实现电梯模型的硬件部分主要由

29、电梯本体、变频器、电梯轿厢、PLC、PC机及其他配套设备构成。电梯内有可开关门的轿厢，轿厢内由门控电机控制，执行开关门动作；轿厢由顶部升降电机带动可上下运动，用PLC的PWM脉冲输出功能驱动变频器，由变频器控制交流电动机的速度来实现。主体的每一层均设有限位开关、外呼按钮和指示灯。配备控制盒，方便电路的检查和各I/O工作情况的监控。电梯提供接线端口，可方便的与多种型号的PLC相连接。底盘设有光电编码器件，可精确定位。各机械元件采用铝材加工件固定。电梯台架采用铝型材搭建，设计中选取适当方式和位置放置电源及接口单元和控制单元； PLC主机模块采用三菱FX2n-64MR-001或西门子S7200型主机

30、，适当选取功能模块，设计中考虑接口开放性； PC机部分采用PC机+编程软件+组态王软件（或+触摸屏）的模式，操作者可自主编写控制程序，完成相关实验；系统还包含电涡流传感器（电缆信号检测）、压电传感器（轿厢物块超载检测）、光电传感器（轿厢开关门感应）等传感与测量设备等。按照以上控制要求与系统硬件构建的设想，教学型电梯实验模型的功能实现可参考图3-1所示。图3-1 教学型电梯实验模型效果图五、实验报告要求1、学生根据任务书给定的电梯控制时序自行设计电梯控制时序。2、学生根据讲解的系统功能设计思考系统硬件如何构建。3、学生根据设计内容、实验要求和设计方案，参照模板自行编写实验报告，独立完成报告内容撰

31、写。六、思考题1、根据任务书要求，电梯系统哪些功能必须实现，哪些功能可选择性进行设计？2、学生根据讲解的系统功能设计思考系统硬件如何构建。实验四 控制系统硬件电路设计与硬件选型（8学时）一、实验目的1、明确电梯控制系统I/O。2、设计交流电机控制电路。3、设计轿厢启动与停止、点动控制、平层控制。4、限速保护与终端限位保护装置设计。二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC及特殊功能模块、PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件、导轨滑块、电控柜、电梯显示板、按钮开关、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、平层感应器、霍尔传感器、运算放大器、滤

32、波器元件、工具包及其他非标零件。三、预习要求1、明确电梯控制系统输入/输出。2、了解电机分类及其主要应用。3、了解轿厢升降实现方式与平层信号检测。4、学习轿厢超载检测与保护设计。四、实验内容与步骤1、电梯模型硬件系统组成以五层教学电梯为例说明电梯模型硬件系统组成：图4-1 电梯模型硬件系统组成图4-1中信号综合及显示系统以及轿厢控制系统必须设计，门控系统视学生硬件设计情况可选择性进行设计。2、信号综合及显示电路设计思路（1）呼叫电路设计的呼叫系统主要用于电梯外部楼层呼叫信号、门控制信号及消防维修信号的产生和传递。因为楼层和轿箱的呼叫是随机的, 所以系统控制应采用随机逻辑控制。采用简单的按键和门

33、电路就可搭建成满足要求的电路，并且信号生成快、输送稳定。（2）检测电路检测电路主要用于对电梯位置进行实时检测，其检测电路采用红外反射式开关搭建而成。采用红外反射式开关对轿厢进行位置检测，大大提高了检测精度。当轿箱经过或停在某一层时，红外开关产生输入信号，并迅速把此信号以数字信号的形式传送给PLC，使PLC能够准确的判断出电梯轿厢位置，并执行相应程序。（3）显示电路显示电路主要用于对轿厢所在楼层位置的显示，其通过对检测电路输出信号的译码，并将其转换为数码管的驱动信号，达到对轿厢实时位置的显示。每层都有数码管显示，模拟了电梯运行的真实情况。3、轿厢控制系统设计思路轿厢控制系统主要用来实现轿箱上下位

34、置移动和移动速度的控制。如果以直流伺服电机控制轿厢运动，可选取60ZY1052420直流伺服电机，考虑到PWM控制具有电路简单、低速性能好、稳速精度高等优点。轿厢控制系统的主电路采用双极性H型PWM变换电路。它包含双极性PWM直流调速控制电路，可实现电机的调速与转向控制，是整个电梯模型实验系统运动重要组成部分。如果以交流伺服电机控制轿厢运动，可选取“交流电机+变频器+旋转编码器”组合实现电动机的转速和转向的控制与反馈。下面以直流电机驱动为例略做说明：（1）主电路轿厢控制的主电路采用H桥双极性PWM控制技术，通过调节占空比来实现对直流电动机的调速和正/反转向的控制。（2）驱动电路主要用来产生H桥

35、的驱动信号。（3）控制电路 用来接收处理PLC的控制信号，产生双极性PWM信号控制驱动电路。并对保护和复位信号进行处理。（4）保护电路主要包括过流保护、过压保护、看门狗保护和阻容吸收保护电路。它们是维护电路安全，防止元器件损坏的必要措施。4、门控电路设计门控电路主要实现电梯轿厢门和厅门的开启/关闭功能。它主要是应用步进电机来控制电梯门传动装置，从而实现对电梯门的准确控制。（1） 门控驱动电路门控驱动电路主要受控制电路控制，用来驱动步进电机转动。该电路由L298芯片构成，它具有双H桥驱动器，可同时驱动两台单极性步进电机。可实现步进电机的正/反转向调换功能，并具有良好的（2）门控控制电路该电路采用

36、L297构成，其主要将来自80C196KC的各项控制信号转化成对L298的驱动信号，采用斩波调制技术控制电机电枢中的电流值，使其不超过最大允许范围。5、电梯呼叫信号、楼层检测、维护与PLC端口分配（供参考）外呼信号内呼、楼层检测、维护功能PLC端口按键功能PLC端口按键五层向下X0SB0一层内呼X12SB10四层向上X1SB1二层内呼X13SB11四层向下X2SB2三层内呼X14SB12三层向上X3SB3四层内呼X15SB13三层向下X4SB4五层内呼X16SB14二层向上X5SB5消防维护X17SB15二层向下X6SB6一层楼层检测X20一层向上X7SB7二层楼层检测X21呼叫开门X10SB

37、8三层楼层检测X22呼叫关门X11SB9四层楼层检测X23五层楼层检测X24实验系统采用三菱FX2n-64MR或西门子S7200系列PLC作为电梯的主控系统，其通过I/O口与电梯模型实验系统相连接，从而实现了PLC对电梯模型实验系统的信息处理和实时控制。 5、硬件选型与装配对设计所涉及的开关电源、变频器、交流电机、旋转编码器、PLC及其功能模块、通讯线、电磁阀、限位开关、电控柜、显示板、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测部件、电梯平层感应器等主要硬件进行选型，列出元件清单，并进行电梯硬件系统装配实验。五、实验报告要求1、完成信号综合及显示系统、轿厢控制系统设计以及门控电路设计，前两项须完成

38、硬件设计与制作。2、学生尝试画PLC的I/O分配表。3、学生根据设计内容、实验要求和设计方案，参照模板自行编写实验报告，独立完成报告内容撰写。六、实验注意事项1、实验线路较复杂，接线要求牢固、整齐、清楚、安全可靠。2、注意断电操作，改接或拆掉线路前务必关掉电源。3、操作时要胆大、心细，禁止用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。七、思考题1、如何选择轿厢升降与调速的驱动电机？相应的控制电路有何区别？2、门控系统如何利用现有条件进行简化设计？3、平层信号检测有哪些途径，简要说明相应的检测原理或过程。4、从硬件方面考虑，轿厢运行时设计了哪些保护措施？5、记录硬件系统中涉

39、及的主要电气元件型号（该表可补充）。元件名称 型号 元件名称 型号 电源开关 光电开关 交流接触器 继电器 按钮 实验五 教学电梯传感与检测实验（4学时）一、实验目的1、了解常用传感器在教学电梯模型中的应用。2、了解轿厢超载检测过程与原理。3、了解轿厢平层感应过程与原理。4、了解钢缆受损检测、轿厢开关门感应过程与工作原理。二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC、PLC特殊功能模块、三菱PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件、导轨滑块、电控柜、电梯显示板（LED七段码）、按钮开关、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、电梯平层感应器、霍尔

40、传感器、霍尔开关、运算放大器、滤波器元件、工具包及其他非标零件。三、预习要求1、了解教学电梯模型中常用传感器及其检测原理。2、复习轿厢运动过程及其控制原理。3、了解称重传感器、红外传感器、光电开关等工作原理。四、实验内容与步骤1、教学电梯中使用的主要传感器及其功能电梯中应用的传感器种类比较多，每台电梯使用传感器2-8个，主要有位移传感器，称重传感器，光幕传感器，平层传感器，速度编码器等。（1）位移传感器与平层传感器是电梯平层控制调整的装置，实现自动平层，且平层必须准确。适应频繁起动、停止、调整及换向的工作要求，使加、减速和等速平稳，速度曲线平滑，到站前无微动。（2）称重传感器是测量电梯载荷的装

41、置，为控制系统提供电梯的载荷信号。（3）光幕传感器，也称光电传感器，应用于门机上的保护人或物不被夹伤的装置。光电传感器发出一束装置，照射到电梯门另一边安装的发射板或接收器。当有物体挡住了之间的光线,光幕会起作用发信号。（4）速度编码器，将转速的信号转化为电信号的器件。它主要有两个作用：一是检测电梯在井道中的实时位置，二是检测电梯运行的实时速度。2、电梯上的其他传感器名称及作用（1）编码器：用于编码滑轮转动，以确定电梯位置。（2）位置传感器：用于滑轮转动感应；楼层位置/平层感应。（3）闭环电流传感器：用于电机控制的变频器。（4）限位开关：用于电梯轿厢位置感应及缓冲系统的开关。（5）霍尔效应传感器

42、：用于电梯门位置感应。（6）二级霍尔效应传感器：用于电梯门位置感应。（7）限位开关：钢丝绳松弛度控制。（8）磁阻传感器：用于电梯轿厢位置感应。3、静磁栅位移传感器原理（平层感应器）静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分结合使用。“静磁栅源”使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅组成磁栅编码阵列；“静磁栅尺”用内藏嵌入式微处理器系统的特制高强度铝合金管材封装，使用开关型霍尔传感器件组成霍尔编码阵列，铝合金管材外部使用防氧化镀塑处理。“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触相对运动时，由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息，直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号。充分发掘嵌入式微处理器的资源，将数据更

43、新速度提高到毫秒数量级，以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号。行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由静磁栅位移传感器确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个静磁栅源用于检测系统的楼层信号。当电梯定向上行时，静磁栅尺上行方向检测到静磁栅源，抱闸打开，电梯上行。当轿厢碰到上强迫换速开关时，PLC内部锁存继电器得电吸合，定时器Tim10.Tim11开始定时，其定时的时间长

44、短可视端站层距和梯速设定。上强迫换速开关动作后，电梯由快车运行转为慢车运行，正常情况下，上行平层时电梯应停车。如果轿厢未停而继续上行，当Tim10设定值减到零时，其常闭点断开，慢车接触器和上行接触器失电，电梯停止运行。在骄厢碰到上强迫换速开关后，由于某些原因电梯未能转为慢车运行，及快车运行接触器未能释放，当Tim11设定值减到零时，其常闭点断开，快车运行接触器和上行接触器均失电，电梯停止运行。因此，不管是慢车运行还是快车运行，只要上强迫换速开关发出信号，不论端站其他保护开关是否动作，借助Tim10和Tim11均能使电梯停止运行，从而使电梯端站保护更加可靠。4、称重传感器工作原理将电阻应变计粘贴

45、在弹性敏感元件上，然后，以适当的方式组成电桥，从而将物体的质量转换成电信号。它主要有两部分组成，第一部分是弹性敏感元件，将被测物体的压力、质量转换为弹性体的应变值；第二部分是作为传感元件的电阻应变计，它将弹性体的应变同步的转换为电阻值的变化，再进行相应的转化后输出。微型称重传感器铺设在电梯轿厢内和每层楼的候梯区。实现过程：先把传感器铺设在轿厢以及候梯区地板下，然后在传感器的压力探头正上方铺设硬质轻板以及平衡弹性装置，再次在轻板上铺设轻质地毯，以保护传感器不致损坏，最后由信号线将压力信号值导入单片机的信号输入端。电梯称重解决方案分析：方式1：采用霍尔元件、差动变压器的测量方式。以上传感器方式都是

46、依靠轿底弹性缓冲橡胶在所承受的重量变化时，其被压缩量也随之变化即重量信号是通过位移来体现的，因此其精度、稳定性、零漂、温漂等重要参数不是由传感器本身决定的，由于橡胶弹性的非线性度会给后期维护带来不少麻烦。 方式2：采用应变片式的称重传感器测量方式。这种方法是通过应变片的电阻检测金属受压时的微小形变来测量重量信号的，可将传感器安装在绳头组合处或装在轿底部缓冲橡胶与轿底托架之间，不受电梯原有弹性元件影响，由于传感器的制造工艺较为完善加上电子元器件的补偿， 可使应变片式称重传感器的稳定性、温漂、零漂等参数非常好，可以在电梯的工作环境中长期稳定的运行，且能随电梯停靠的层站不同逐层提供补偿信号，因此较适

47、合于高层高速的电梯使用。称重传感器的安装：采用桥式应变片传感器，应用平稳安装技术、确保长期稳定运行；称重传感器提供多种安装方式，可以安装于活轿底电梯的轿厢轿底、电梯绳头板处、电梯轿顶轮轴处、电梯轿顶横梁上面、扶梯踏板处等，与控制仪配合使用。5、光幕传感器（光电传感器）工作原理运用红外线扫描探测技术。发射装置和接收装置安装于两侧，内部由单片机和微处理器进行数字程序控制，使红外线收发单元在高速扫描状态下，形成红外线光幕警戒屏障，当人和物体进入光幕屏障区内，控制系统迅速转换输出电平信号，使负载动作，当人和物体离开光幕警戒区域，则负载正常自动关闭，从而达到安全保护的目的。 实际应用时不需要控制器，仅需

48、发射器和接收器，使用时通过航空插头插座或者电缆线连接，输出可直接外接继电器或者各类计算机数字接口。 （1）当保护区域内无侵入物体时，传感器的接收器处于受光状态，此时接收器的通讯指示灯（红灯）应熄灭，发射指示灯（黄灯）点亮，这时按下被保护设备的工作开关，设备可正常运转。 （2）当有物体（不小于最小可检测体或者分辨率）侵入保护区域时，接收器的红色指示灯将被点亮（可能是接收器处于遮光状态，也可能是光通讯被遮断），此时被保护设备受控，处于强制停顿状态。 （3）当侵入物体撤出保护区域后，光幕传感器将返回（1）状态，设备将继续工作。在安全光幕传感器开机进入工作状态后，使用直径为最小检测体尺寸的测试棒（或同

49、等直径的不透明物体，垂直侵入保护区域，分别按顺时针和逆时针方向在保护区域内做平移运动，此时光幕传感器应一直有红色指示灯被点亮，受控设备无法工作。五、实验报告要求1、学生根据实验目的和教学电梯控制要求，尽快熟悉有关传感器，并结合教学电梯模型完成相关设计。2、传感器元件选型。3、学生根据设计内容、实验要求和设计方案，参照模板自行编写实验报告，独立完成报告内容撰写。六、实验注意事项1、实验线路较复杂，接线要求牢固、整齐、清楚、安全可靠。2、注意断电操作，改接或拆掉线路前务必关掉电源。3、操作时要胆大、心细，禁止用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。七、思考题1、记录在本

50、次实验中接触的主要传感器的型号（可补充）。元件名称 型号 元件名称 型号 平层传感器 称重传感器 编码器 光电传感器霍尔传感器 2、如何结合现有设备开展钢缆受损检测？3、电梯轿厢位置感应可以选取哪些传感器?实验六 教学电梯控制软件编写与调试（8学时）一、实验目的1、掌握PLC编程软件的使用方法。2、明确教学电梯模型控制时序。3、编写电梯运行的PLC控制程序。4、教学电梯模型软件调试。二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC、PLC特殊功能模块、三菱PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件、导轨滑块、电控柜、电梯显示板（LED七段码）、按钮开关

51、、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、电梯平层感应器、霍尔传感器、霍尔开关、运算放大器、滤波器元件、工具包及其他非标零件。三、预习要求1、学习三菱FX2n-64MR或西门子S7200型PLC基础知识及其应用。2、了解任务书给定的教学电梯模型控制时序。3、学习相关PLC编程软件的使用方法。四、实验内容与步骤1、电梯PLC控制过程电梯在底层和顶层分别设有一个向上或向下召唤按钮，而在其它各层站各设有上、下召唤按钮。轿厢操纵盒安装在电梯底座外部（便于实际演示中操作），设有与层站数相等的相应指令按钮。当进入轿厢的乘客按下指令按钮时，指令信号被登记，当等待在厅门外的乘客按下召唤按钮时，召唤信号被登记。

52、电梯在向上运行的过程中按登记的指令信号和向上召唤信号逐一予以停靠，直至信号登记的最高层站，然后又反向向下运行，顺次响应向下指令及向下召唤信号予以停靠。每次停靠时，电梯自动进行减速、平层、开门。当乘客进出轿厢完毕后，又自行关门启动，直至完成最后一项工作。如有信号再出现，则电梯根据信号位置选择方向自行启动运行。若无工作指令，则轿厢停留在最后停靠的层楼。2、自动/手动工作状态的选择在轿厢操纵盒上设有一个自动/手动开关。当开关打到自动位置时，电梯将根据指令信号自动运行。当开关置于手动位置时，则电梯由专人操作运行或检修。3、自动开关门（1） 自动开门：当电梯慢速平层时，经过平层延迟后门机动作，自动开门，

53、当门开到位时，门开到位开关动作，门机停止。（2）自动关门：电梯停靠楼层开门后，经过约2秒延时，门电机向关门方向运转。当门关到位时，门关到位开关动作，门电机停。（3）提早关门：在一般情况下，电梯停靠站开门后约2秒后又自动关门。但当乘客按下关门按钮时电梯就立即关门。（4）开门按钮：如电梯在关门时或门闭合而未启动前需要再开启，则可按下开门按钮，重新开启门。（5）安全触板和门力矩保护装置：当门在关闭过程中，如触及到乘客或障碍物时，则门安全触板开关动作，门电机反转，重新打开门。在关门或开门过程中，若门出现故障或其他原因而使门机转动力矩增大到一定限度时，力矩开关起作用，使门电机停止运转。（6）本层厅外开门

54、：当轿厢停在某层且门关闭，按下该层召唤按钮，则门将被打开。4、电梯的启动、加速和满速运行电梯的启动由PLC、变频器及电磁制动器共同控制。首先PLC根据指令信号确定上升(Y17 口输出)或下降(Y1口输出)指令，然后将上升或下降及速度控制指令传递给变频器相应的正转(FDW)或反转(REV)及预置速度（S1,S2），并将开闸指令给电磁制动器使制动器抱闸松开。变频器经过内部设定预置速度控制电梯的启动、加速及满速运行。5、 电梯楼层的定位由PLC的高速计数端口采集与曳引轮相连的旋转编码器的脉冲信号及轿厢所在位置决定。也就是当轿厢运行到某楼层的层门槛处时，记下此时旋转编码器的脉冲数，作为此楼层的定位脉冲

55、数。6、电梯的停站、减速和平层当电梯达到要停靠的层站时（设电梯向上运行），由PLC经过判断此楼层符合，则当旋转编码器的计数脉冲数处于此层的减速脉冲区域时，PLC慢速信号输出至变频S1，则变频器按减速到慢行速度，轿厢继续上升，编码器脉冲数继续增加至此层的平层段，经过平层延时调整（使电梯准确平层），曳引电动机停止，制动器抱闸，平层完毕轿厢停止运行。7、电梯停站信号的发生以及信号的登记和消除（1）指令信号停站无论电梯上行或下行时，按下轿厢内指令按钮，则指令信号被登记，并储存了停层信号。当停站后，此指令信号消除。（2）顺向召唤停站在电梯运行中，顺向按下楼层的召唤按钮，信号被登记并储存停层信号，而逆向按

56、下的召唤按钮则不被登记，同时也不储存其停层信号。顺向向上召唤停站。如：当轿厢从2楼向上运行时，若3楼有召唤信号，则轿厢到达3楼时，电梯平层停站。同时此召唤信号消除。顺向向下召唤停站。如：当轿厢从3楼向下运行时，若2楼有召唤信号，则轿厢到达2楼时，电梯平层停站。同时此召唤信号消除。（3）最高层向下召唤停站当轿厢上行时，如最高层信号是4楼向下召唤。当轿厢到达4楼时停站，召唤信号消除。最底层向上召唤停站 当轿厢下行时，如最底层信号是1楼向下召唤。当轿厢到达1楼时停站，召唤信号消除。（4）电梯直驶状态下的停层当电梯轿厢满载时，按下直驶开关，则电梯只响应轿厢内指令信号按钮停层，不响应楼层召唤信号。8、电

57、梯行驶方向的保持和改变（1）电梯的行驶方向由PLC根据召唤信号或指令信号与轿厢的相对位置，经过逻辑判断决定。如：轿厢在3楼，若2楼有召唤指令，则电梯将下行；反之，若4楼召唤，则电梯将上行。（2）运行方向的保持当电梯上行时，指令信号、向上召唤信号和最高层向下召唤信号首先逐一地被执行。当电梯执行这个方向的最后一个指令而停靠时，这时如有乘客进入轿厢，则其指令信号可优先决定电梯运行方向。当电梯门关闭后如无向上指令出现，但下方有召唤信号，则电梯反向下行，逐一应答被登记的向下召唤指令信号。9、音响讯号及指示灯(1)召唤记忆灯当召唤按钮按下后，其信号被登记，同时其记忆灯被接通点亮，当其信号指令被执行后，记忆

58、灯熄灭。(2)门外指层灯和轿厢内指层灯电梯厅门外和轿厢操纵盒上设有方向箭头指示灯及指层灯，表示电梯的运行方向和轿厢所在的楼层。(3)到站钟铃当轿厢到达适合楼层时，到站钟铃提示到站平层。10、电梯的安全保护(1)超速安全保护当电梯发生意外事故时，轿厢超速或高速下滑（如钢丝绳折断，轿顶滑轮脱离，曳引机蜗轮蜗杆合失灵，电机下降转速过高等原因）。这时，限速器就会紧急制动，通过安全钢索及连杆机构，带动安全钳动作，同时使轿厢卡在导轨上而不会下落。同时，限速开关打开，切断电气控制线路，电磁制动器失电制动抱闸。(2)轿厢、对重用弹簧缓冲装置缓冲器是电梯极限位置的安全装置，当电梯因故障造成轿厢或对重蹲底或冲顶时

59、（极限开关保护失效），轿厢或对重撞击弹簧缓冲器，由缓冲器吸收电梯的能量，从而使轿厢或对重安全减速直至停止。(3) 门安全触板保护装置在轿厢门的边沿上，装有活动的安全触板。当门在关闭过程中，安全触板与乘客或障碍物相接触时，通过与安全触板相连的联杆，触及装在轿厢门上的微动开关动作，使门重新打开，避免事故发生。(4)门机力矩安全保护装置 门机用一定的力矩同时开启或关闭轿厢门和厅门。当有物品或人夹在门中时，就增加了门机力矩，于是通过相连的行程开关断开门机电路，使门电机停止，从而避免事故发生。（5） 厅门自动闭合装置电梯层门的开与关是通过安装在轿门上的开门刀片来实现的。每个层门都装有一把门锁。层门关闭后

60、，门锁的机械锁钩啮合，同时轿门电气连锁触头闭合，电梯控制回路接通，此时电梯才能启动运行。不用厅门钥匙，从外部无法打开厅门。（6）终端极限开关安全保护在电梯井道的顶部及底部装有终端极限开关。当电梯因故障失控，轿厢发生冲顶或蹲底时，终端极限开关动作，发出报警信号并切断控制电路，使轿厢停止运行。11、电梯的紧急停车轿厢内操纵盒上设有急停开关，当电梯发生意外情况时，按下急停开关，电梯紧急制动，停止运行。五、实验报告要求1、画PLC的电气接线图。2、明确以上控制功能中，哪些可以硬件实现，哪些暂时无法实现。3、学生根据设计内容、实验要求和设计方案，参照模板自行编写实验报告，独立完成报告内容撰写。六、实验注意事项1、注意断电操作，改接或拆掉线路前务必关掉电源。2、操作时胆大心细，禁止用手触及各电器元件的导电部分及电动机的转动部分，以免触电及意外损伤。七、思考题1、系统I/O分配系统输入：X0编码器B相输入X16直驶开关X1编码器A相输入X17一楼按钮X2计数复位输入X20二楼按钮X3开门按钮X21三楼按钮X4关门按钮X22四楼按钮X5一楼上升X23门开到位X6二楼上升X24门关到位X7二楼下降X25限速器开关X10三楼上升X26门触板开关X11三楼下降X27门力矩开关X12四楼下降X30警铃按钮