《機(jī)電基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)》電梯組實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書初稿

1、20142015學(xué)年度 第一學(xué)期機(jī)電基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)械電子工程系 實(shí)驗(yàn)?zāi)K：教學(xué)型電梯模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時：32實(shí)驗(yàn)班級：11機(jī)械電子工程1,2機(jī)電工程學(xué)院 1實(shí)驗(yàn)性質(zhì)和任務(wù)本課程是機(jī)械電子工程的專業(yè)必修課。課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)在于使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)備電器控制的基本知識、基本原理和基本方法,以培養(yǎng)學(xué)生對電氣控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的基本能力，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，驗(yàn)證理論和鞏固、擴(kuò)大所學(xué)的基本理論知識。2實(shí)驗(yàn)要求通過本實(shí)驗(yàn)教學(xué)有計(jì)劃的培養(yǎng)和訓(xùn)練，應(yīng)達(dá)到以下諸方面的要求。1.培養(yǎng)學(xué)生具有一定的實(shí)踐技能，樹立實(shí)事求是的思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。 2.能正確設(shè)計(jì)電氣控制線路原理圖。3.能正確選

2、擇常用低壓電氣元件。4.能獨(dú)立的完成綜合實(shí)驗(yàn)說明書，提高分析問題和解決問題的能力。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時安排本課程是項(xiàng)目式實(shí)踐性教學(xué)，機(jī)電基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：1.直線抓取機(jī)械手的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2. 教學(xué)型電梯實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3. 數(shù)控車床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試與維修等項(xiàng)目。學(xué)生可自主選擇，內(nèi)容主要包括以下六個部分：1. 常用低壓電器認(rèn)識；2. 機(jī)械設(shè)備電氣控制的工作原理及組成；3. 基本控制電路設(shè)計(jì)；4. 電氣控制線路原理圖的設(shè)計(jì)和繪制；5. 正確選擇常用低壓電器，完成電器元件明細(xì)表；6. 獨(dú)立的完成綜合實(shí)驗(yàn)說明書，提高分析問題和解決問題的能力。各項(xiàng)目組根據(jù)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容，參照模板、實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)內(nèi)容自行

3、編寫實(shí)驗(yàn)報告。教學(xué)型實(shí)驗(yàn)電梯模型簡介基于PLC控制的教學(xué)電梯模型是依據(jù)機(jī)械電子工程專業(yè)機(jī)電基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求而開發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置，主要功能包括PLC應(yīng)用、基于交流電機(jī)及變頻器的升降運(yùn)動控制、基于直流電機(jī)的開關(guān)門控制、組態(tài)軟件的使用、傳感器的應(yīng)用等。通過該實(shí)驗(yàn)裝置的操作，可掌握PLC控制系統(tǒng)軟件和硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法、傳感器、驅(qū)動器/執(zhí)行器使用、PLC與觸摸屏連接控制以及PLC控制變頻器進(jìn)行交流調(diào)速等應(yīng)用。所設(shè)計(jì)的教學(xué)電梯模型具有以下特點(diǎn)：（1）工業(yè)型材構(gòu)架，采用標(biāo)準(zhǔn)配件，學(xué)生可參考使用說明自行搭建模型。（2）模型的底盤和電機(jī)采用封裝結(jié)構(gòu)，有效阻止雜物進(jìn)入，增加裝置使用壽命。（3）裝置接口開

4、放，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可根據(jù)教學(xué)需求與觸摸屏、現(xiàn)場總線模塊等配合，完成人機(jī)界面、現(xiàn)場總線等實(shí)驗(yàn)。教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)如圖：圖1 教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)示意圖1交流電動機(jī)2編碼器3觸摸屏4PLC主機(jī)5按鈕6轎廂7變頻器8控制柜（1）臺架臺架采用鋁型材搭建，底座設(shè)置抽屜用于放置電源及接口單元和控制單元，臺架底部裝配可鎖轉(zhuǎn)輪，方便整個裝置的移動。（2）PLC主機(jī)模塊PLC主機(jī)模塊采用三菱FX2n-64MR-001或西門子S7-200主機(jī)，所有接口均開放。（3）教學(xué)電梯主體電梯模型的硬件部分主要由PLC、變頻器、電梯轎廂、電梯本體等構(gòu)成。電梯內(nèi)有可開關(guān)門的轎廂，轎廂內(nèi)由門控電機(jī)控制，執(zhí)行開關(guān)門動作；轎廂由頂部升降電機(jī)

5、帶動可上下運(yùn)動，用PLC的PWM脈沖輸出功能驅(qū)動變頻器，由變頻器控制交流電動機(jī)的速度來實(shí)現(xiàn)。主體的每一層均設(shè)有限位開關(guān)、外呼按鈕和指示燈。配備控制盒，方便電路的檢查和各I/O工作情況的監(jiān)控。電梯提供接線端口，可方便的與多種型號的PLC相連接。底盤設(shè)有光電編碼器件，可精確定位。各個機(jī)械元件采用鋁材加工件固定。 （4）PC機(jī)部分 PC機(jī)部分采用PC機(jī)+編程軟件+組態(tài)王軟件（或+觸摸屏）的模式。學(xué)生可以自由編寫控制程序，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。（5）配套設(shè)備系統(tǒng)還包含電渦流傳感器（電纜信號檢測）、壓電傳感器（轎廂物塊超載檢測）、光電傳感器（轎廂開關(guān)門感應(yīng)）等傳感與測量設(shè)備。教學(xué)電梯模型控制要求：教學(xué)電梯模型主

6、要是模擬實(shí)際電梯中的大部分電氣控制，控制要求如下:（1）電梯具有兩種運(yùn)行模式：自動模式和手動模式（也叫消防模式）。（2）在手動模式（消防模式）下，電梯轎廂可以實(shí)現(xiàn)上行、下行、開門、關(guān)門等動作，并且可以隨時停止，隨時開關(guān)門。（3）在自動模式下，電梯的控制比較復(fù)雜，具體如下：當(dāng)由手動模式改為自動模式或者電梯在自動模式下通電時,電梯關(guān)閉轎廂門，然后自動下降，返回下基準(zhǔn)位置進(jìn)行原點(diǎn)定位。在此過程中，不響應(yīng)任何呼叫信號。到達(dá)基準(zhǔn)位置后，電梯可以接受呼叫信號，進(jìn)入正常運(yùn)行階段。當(dāng)有外呼梯信號到來時，電梯去對應(yīng)的樓層響應(yīng)該呼梯信號。電梯轎廂響應(yīng)某一個請求信號時，首先自動開門。如果有人按下關(guān)門按鈕，轎廂將關(guān)門

7、。如果沒有人按下關(guān)門按鈕，電梯轎廂門將延時一段時間后自動關(guān)門。設(shè)計(jì)暫不涉及內(nèi)呼梯信號。在電梯運(yùn)行過程中，只響應(yīng)經(jīng)過樓層同方向的外呼梯信號，不響應(yīng)經(jīng)過樓層反向外呼梯信號。但如果某反向外呼梯信號前方再無其他外呼梯信號，則電梯響應(yīng)該外呼梯信號。例如：電梯轎廂在一樓，將要運(yùn)行到三樓，在此過程中可以響應(yīng)二層向上外呼梯信號，但不響應(yīng)二層向下外呼梯信號。同時,如果電梯到達(dá)三層,如果四層沒有任何呼梯信號,則電梯可以響應(yīng)三層向下外呼梯信號。否則,電梯將繼續(xù)運(yùn)行至四樓，然后向下運(yùn)行響應(yīng)三層向下外呼梯信號。電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如：電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯、三層向下外呼梯或者四層向下外

8、呼梯信號到來，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯未平層或運(yùn)行時，開門按鈕、關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕轎廂門打開，按關(guān)門按鈕轎廂門關(guān)閉。電梯具有顯示現(xiàn)在轎廂所處于的樓層以及電梯轎廂運(yùn)行方向的能力，方便乘客。電梯運(yùn)行具有加速和減速控制。當(dāng)電梯開始運(yùn)行時，從某一個較低的初始速度開始加速，直到最高速度。當(dāng)電梯將要接近一個需要停下來的樓層時，從最高速度進(jìn)行減速，最后以一個較低的速度平層。樓層和平層檢測采用旋轉(zhuǎn)編碼器累計(jì)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)過程中學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況及自己的想法自行設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，不局限于圖1所示結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)安全操作規(guī)程為了順利完成機(jī)電基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)，確保實(shí)驗(yàn)時人

9、身安全與設(shè)備可靠運(yùn)行要嚴(yán)格遵守如下安全操作規(guī)程：1、在實(shí)驗(yàn)過程時，絕對不允許實(shí)驗(yàn)人員雙手同時接到隔離變壓器的兩個輸出端，將人體作為負(fù)載使用。2、為了提高學(xué)生的安全用電常識，任何接線和拆線都必須在切斷主電源后方可進(jìn)行。3、為了提高實(shí)驗(yàn)過程中的效率，學(xué)生獨(dú)立完成接線或改接線路后，應(yīng)仔細(xì)再次核對線路，并使組內(nèi)其他同學(xué)引起注意后方可接通電源。4、如果在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生過流告警，應(yīng)仔細(xì)檢查線路以及電位器的調(diào)節(jié)參數(shù)，確定無誤后方能重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。5、在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意所接儀表的最大量程，選擇合適的負(fù)載完成實(shí)驗(yàn)，以免損壞儀表、電源或負(fù)載。6、電源控制屏以及各掛件所用保險絲規(guī)格和型號不得私自改變其規(guī)格和型號，否則可能

10、會引起不可預(yù)料的后果。7、系統(tǒng)起動前負(fù)載電阻必須放在最大阻值，給定電位器必須退回至零位后，才允許合閘起動并慢慢增加給定，以免元件和設(shè)備過載損壞。8、在直流電機(jī)啟動時，要先開勵磁電源，后加電樞電壓。在完成實(shí)驗(yàn)時，要先關(guān)電樞電壓，再關(guān)勵磁電源。實(shí)驗(yàn)一 教學(xué)電梯模型認(rèn)識實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解教學(xué)電梯模型的結(jié)構(gòu)、用途和工作過程。2、了解教學(xué)電梯電氣控制的工作原理。3、教學(xué)電梯控制方式選擇。4、正確選擇常用低壓電器，完成電器元件明細(xì)表。二 、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備開關(guān)電源、變頻器、三相交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、PLC特殊功能模塊、三菱PLC通訊線、電磁閥、鋁型材、導(dǎo)線、接口端子、限位開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)件

11、、導(dǎo)軌滑塊、電控柜、電梯顯示板（LED七段碼）、按鈕開關(guān)、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測、電梯平層感應(yīng)器、霍爾傳感器、霍爾開關(guān)、運(yùn)算放大器、濾波器元件、工具包及其他非標(biāo)零件。三、預(yù)習(xí)要求1、了解工業(yè)常用電梯模型的結(jié)構(gòu)、用途和工作原理。2、復(fù)習(xí)電氣控制有關(guān)常用低壓電器基礎(chǔ)知識。3、電梯系統(tǒng)組成及電梯系統(tǒng)電氣控制的原理。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、常用低壓電器認(rèn)識低壓電器是一種能根據(jù)外界的信號和要求，手動或自動地接通、斷開電路，以實(shí)現(xiàn)對電路或非電對象的切換、控制、保護(hù)、檢測、變換和調(diào)節(jié)的元件或設(shè)備?？刂齐娖靼雌涔ぷ麟妷旱母叩?，以交流1200V、直流1500V為界，可劃分為高壓控制電器和低壓控制電

12、器兩大類。常用低壓電器按種類可分為：刀開關(guān)、刀形轉(zhuǎn)換開關(guān)、熔斷器、低壓斷路器、接觸器、繼電器、主令電器和自動開關(guān)等。2、電梯系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)與工作過程分析（1）電梯結(jié)構(gòu)上可分為機(jī)械部分和電氣部分，其中機(jī)械部分包括：轎廂系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)，曳引系統(tǒng)，門系統(tǒng)和重量平衡系統(tǒng)；電氣部分包括電力拖動系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)。（2）電梯工作原理簡介：曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導(dǎo)向輪上，曳引電動機(jī)通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實(shí)現(xiàn)轎廂和對重的升降運(yùn)動，達(dá)到運(yùn)輸目的。3、教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)分析（1）轎廂系統(tǒng)：電梯轎廂是裝載乘客或貨物的箱形結(jié)構(gòu)部件。轎廂由轎廂

13、架和轎廂體組成。（2）導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌,導(dǎo)靴和導(dǎo)軌支架組成。導(dǎo)軌是電梯行駛在井道的安全路軌，導(dǎo)軌安裝在井道壁上，被導(dǎo)軌支架固定連接在井道墻壁。導(dǎo)軌架作為導(dǎo)軌的支撐件,被固定在井道壁上。導(dǎo)靴安裝在轎廂架和對重架的兩側(cè),導(dǎo)靴的靴襯與導(dǎo)軌工作面配合，使一部電梯在曳引繩的牽引下，轎廂和對重分別沿著各自的導(dǎo)軌作上、下運(yùn)動。（3）曳引系統(tǒng)：曳引系統(tǒng)的作用是向電梯輸送與傳遞動力。由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪和反繩輪等組成。（4）門系統(tǒng)：電梯門系統(tǒng)可以分為兩部分，裝在井道入口層站處的為層門，裝在轎廂入口處的為轎廂門。層門和轎廂門按照結(jié)構(gòu)形式可分為中分門、旁開門，垂直滑動門、鉸鏈門等。中分式門主要用在乘

14、客電梯上，旁開式門在貨梯和病床梯上用得較普遍，垂直滑動門主要用于雜物梯和大型汽車電梯上。鉸鏈門在國內(nèi)較少采用，在國外住宅梯中采用較多。 （5）重量平衡系統(tǒng)：一般包含對重、轎廂、補(bǔ)償鏈和隨行電纜等，它能使對重與轎廂能達(dá)到相對平衡，保證電梯的曳引傳動平穩(wěn)。（6）電力拖動系統(tǒng)：電梯的電力拖動系統(tǒng)的功能是為電梯的提供動力，并對電梯的啟動加速、穩(wěn)速運(yùn)行和制動減速起著控制作用。拖動系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響著電梯起停時的加速和減速性能、平層精度、乘坐舒適感等指標(biāo)。目前電梯的拖動系統(tǒng)分為直流電動機(jī)拖動、交流電動機(jī)拖動和永磁同步電動機(jī)拖動。（7）電氣控制系統(tǒng)：電梯的電氣控制系統(tǒng)，主要是指對電梯主曳引電動機(jī)和門機(jī)的啟動

15、、運(yùn)行方向、減速、停止的控制，以及對每層站顯示、層站召喚、轎內(nèi)指令、安全保護(hù)等指令信號進(jìn)行管理。操縱是實(shí)行每個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯電氣控制系統(tǒng)的類型除傳統(tǒng)的繼電器控制外，PLC控制和微機(jī)控制的電梯產(chǎn)品已成為主流。電梯電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上主要包含以下裝置: 操縱箱； 召喚盒； 層站位置顯示裝置； 平停層裝置(換速,平層裝置)； 端站強(qiáng)迫換速開關(guān),限位開關(guān)； 控制柜； 各位置檢修箱。（8）安全保護(hù)系統(tǒng)：主要指設(shè)計(jì)電梯的上下行超速保護(hù)裝置（限速器/安全鉗），供電電源錯相或電源欠壓保護(hù)裝置（相序繼電器），在電梯自動關(guān)門過程中防止人員或物品被夾受損的安全觸板，超載保護(hù)，消防功能及安全回路設(shè)計(jì)。4、教

16、學(xué)電梯模型控制方式選擇控制方式的選擇直接決定著電梯的自動化程度和運(yùn)行性能。隨著微電子技術(shù)、交流調(diào)速理論和電力電子學(xué)的迅速發(fā)展及廣泛使用，不僅提高了電梯的整機(jī)性能，而且也改善了電梯的乘坐舒適感、提高了電梯控制的技術(shù)水平和運(yùn)行可靠性。電氣控制系統(tǒng)的類型除傳統(tǒng)的繼電器控制外，PLC控制和微機(jī)控制的電梯產(chǎn)品已成為主流。常見電氣控制模式如下圖所示：圖1-1 電氣控制系統(tǒng)常見控制模式五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)電梯控制要求，盡快熟悉常用低壓電器，并了解電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各組成部分功能。2、學(xué)生嘗試畫教學(xué)電梯控制系統(tǒng)框圖。3、學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)方案，參照模板自行編寫實(shí)驗(yàn)報告，獨(dú)立完成

17、報告內(nèi)容撰寫。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)線路較復(fù)雜，接線要求牢固、整齊、清楚、安全可靠。2、注意斷電操作，改接或拆掉線路前務(wù)必關(guān)掉電源。3、操作時要膽大、心細(xì)，禁止用手觸及各電器元件的導(dǎo)電部分及電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，以免觸電及意外損傷。七、思考題1、記錄在本次實(shí)驗(yàn)中接觸的主要電器元件的型號（可補(bǔ)充）。元件名稱 型號 元件名稱 型號 電源開關(guān) 光電開關(guān) 交流接觸器 繼電器 按鈕 2、說明教學(xué)電梯設(shè)計(jì)與工業(yè)電梯設(shè)計(jì)時的不同之處。3、教學(xué)電梯工作時哪些地方需設(shè)計(jì)保護(hù)功能?實(shí)驗(yàn)二 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工、元器件裝配實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟悉教學(xué)電梯模型的結(jié)構(gòu)和工作過程。2、深入學(xué)習(xí)教學(xué)電梯控制的工

18、作原理。3、教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4、電梯模型電氣部件裝配實(shí)驗(yàn)。二 、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備開關(guān)電源、變頻器、三相交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、PLC特殊功能模塊、三菱PLC通訊線、電磁閥、鋁型材、導(dǎo)線、接口端子、限位開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)件、導(dǎo)軌滑塊、電控柜、電梯顯示板（LED七段碼）、按鈕開關(guān)、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測、電梯平層感應(yīng)器、霍爾傳感器、霍爾開關(guān)、運(yùn)算放大器、濾波器元件、工具包及其他非標(biāo)零件。三、預(yù)習(xí)要求1、熟悉工業(yè)電梯的結(jié)構(gòu)和工作原理。2、復(fù)習(xí)電氣控制有關(guān)常用低壓電器基礎(chǔ)知識。3、了解電梯系統(tǒng)組成及電梯系統(tǒng)電氣控制知識。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、設(shè)計(jì)中用到的常用低壓電器類型設(shè)計(jì)中涉及到的

19、常用低壓電器包括：限位開關(guān)、按鈕開關(guān)、交流接觸器、繼電器、電磁閥、電渦流傳感器、霍爾傳感器、霍爾開關(guān)、光電開關(guān)等。2、電梯控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與電氣系統(tǒng)分析（1）電梯系統(tǒng)模型整體設(shè)計(jì)電梯結(jié)構(gòu)上可分為機(jī)械部分和電氣部分，其中機(jī)械部分包括：轎廂系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)，曳引系統(tǒng)，門系統(tǒng)和重量平衡系統(tǒng)；電氣部分包括電力拖動系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2-1： 圖2-1 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2）電梯電氣系統(tǒng)分析：教學(xué)電梯電氣系統(tǒng)由電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)組成（如圖2-1）。其中電力拖動系統(tǒng)由曳引電動機(jī)、速度反饋裝置（旋轉(zhuǎn)編碼器）、電動機(jī)調(diào)速裝置（變頻器）和電源系統(tǒng)等部分組成；

20、電氣控制系統(tǒng)由電梯主控系統(tǒng)、外呼控制系統(tǒng)、轎廂顯示、門控制系統(tǒng)和外召系統(tǒng)等部分組成；安全保護(hù)系統(tǒng)由光幕、急停、門鎖、安全窗等組成。電氣控制系統(tǒng)中電梯主控系統(tǒng)主要收集電梯井道限位信號和電梯外呼內(nèi)叫的呼梯信號，然后根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，與門控制系統(tǒng)和電力驅(qū)動系統(tǒng)交互完成整個電梯的運(yùn)行控制，其在電梯的電氣控制系統(tǒng)中扮演了舉足輕重的作用。3、教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1交流電動機(jī) 2編碼器3觸摸屏 4PLC主機(jī)5按鈕 6轎廂7變頻器 8控制柜圖2-2 教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2-2所示，教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)上包括：臺架，PLC主機(jī)模塊，教學(xué)電梯主體，PC機(jī)部分以及其他配套設(shè)備。（1）臺架臺架采用鋁型材搭

21、建，底座設(shè)置抽屜用于放置電源及接口單元和控制單元，臺架底部裝配可鎖轉(zhuǎn)輪，方便整個裝置的移動。（2）PLC主機(jī)模塊PLC主機(jī)模塊采用三菱FX2n-64MR-001，所有接口均開放。（3）教學(xué)電梯主體電梯模型的硬件部分主要由PLC、變頻器、電梯轎廂、電梯本體等構(gòu)成。電梯內(nèi)有可開關(guān)門的轎廂，轎廂內(nèi)由門控電機(jī)控制，執(zhí)行開關(guān)門動作；轎廂由頂部升降電機(jī)帶動可上下運(yùn)動，用PLC的PWM脈沖輸出功能驅(qū)動變頻器，由變頻器控制交流電動機(jī)的速度來實(shí)現(xiàn)。主體的每一層均設(shè)有限位開關(guān)、外呼按鈕和指示燈。配備控制盒，方便電路的檢查和各I/O工作情況的監(jiān)控。電梯提供接線端口，可方便的與多種型號的PLC相連接。底盤設(shè)有光電編碼

22、器件，可精確定位。各個機(jī)械元件采用鋁材加工件固定。 （4）PC機(jī)部分 PC機(jī)部分采用PC機(jī)+編程軟件+組態(tài)王軟件（或+觸摸屏）的模式。學(xué)生可以自由編寫控制程序，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。（5）配套設(shè)備系統(tǒng)還包含電渦流傳感器（電纜信號檢測）、壓電傳感器（轎廂物塊超載檢測）、光電傳感器（轎廂開關(guān)門感應(yīng)）等傳感與測量設(shè)備。4、基于PLC控制教學(xué)電梯模型的原理與注意事項(xiàng)將傳感器信號和指令信號，傳送給PLC輸入接口。由PLC把輸入接口狀態(tài)進(jìn)行掃描，送入PLC中央處理器，按程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行比較判斷，將結(jié)果送到輸出接口，驅(qū)動電梯牽引電機(jī)，使電梯正常運(yùn)行。PLC電梯中使用PLC應(yīng)注意的問題：（1）PLC一般選擇繼電器方式接

23、口。（2）PLC電梯安全觸點(diǎn)用常閉接入PLC的輸入接口。（3）PLC電梯中，PLC輸出接口為直流感性負(fù)載時，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個二極管。交流感性負(fù)載時，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個阻容元件。五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、根據(jù)教學(xué)電梯結(jié)構(gòu)圖，思考各環(huán)節(jié)的作用以及每個環(huán)節(jié)包含哪些硬件。2、學(xué)生嘗試畫教學(xué)電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。3、學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)方案，參照模板自行編寫實(shí)驗(yàn)報告，獨(dú)立完成報告內(nèi)容撰寫。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)線路較復(fù)雜，接線要求牢固、整齊、清楚、安全可靠。2、注意斷電操作，改接或拆掉線路前務(wù)必關(guān)掉電源。3、操作時要膽大、心細(xì)，禁止用手觸及各電器元件的導(dǎo)電部分及電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，以免觸電及意外損傷

24、。七、思考題1、畫教學(xué)電梯模型的控制系統(tǒng)框圖。2、教學(xué)電梯模型結(jié)構(gòu)上分哪些組成部分？3、選取PLC控制教學(xué)電梯具有哪些優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)?實(shí)驗(yàn)三 教學(xué)電梯需求分析與功能設(shè)計(jì)（4學(xué)時）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟悉教學(xué)電梯模型的結(jié)構(gòu)和工作原理。2、教學(xué)電梯模型需求分析。3、教學(xué)電梯模型功能設(shè)計(jì)。二 、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備開關(guān)電源、變頻器、三相交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、PLC特殊功能模塊、三菱PLC通訊線、電磁閥、鋁型材、導(dǎo)線、接口端子、限位開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)件、導(dǎo)軌滑塊、電控柜、電梯顯示板（LED七段碼）、按鈕開關(guān)、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測、電梯平層感應(yīng)器、霍爾傳感器、霍爾開關(guān)、運(yùn)算放大器、濾波器元件

25、、工具包及其他非標(biāo)零件。三、預(yù)習(xí)要求1、復(fù)習(xí)教學(xué)電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)框圖。2、預(yù)習(xí)電梯系統(tǒng)組成及電梯系統(tǒng)電氣控制基礎(chǔ)知識。3、了解普通電梯系統(tǒng)的控制要求。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、教學(xué)型電梯模型需求分析實(shí)驗(yàn)任務(wù)為設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試一套教學(xué)型電梯實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，該電梯模型模擬實(shí)際電梯中的大部分電氣控制。設(shè)計(jì)期間學(xué)生在教師指導(dǎo)下完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：周次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時總學(xué)時1機(jī)電基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)認(rèn)識實(shí)驗(yàn)442電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配實(shí)驗(yàn)483控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)6144電梯系統(tǒng)硬件選型2165教學(xué)電梯傳感與檢測實(shí)驗(yàn)42067教學(xué)電梯控制軟件編寫與調(diào)試8288教學(xué)電梯軟硬件結(jié)合調(diào)試與整線運(yùn)行4322、教學(xué)型電梯模

26、型控制要求教學(xué)型電梯模型控制要求如下:（1）電梯具有兩種運(yùn)行模式：自動模式和手動模式（也叫消防模式）。（2）在手動模式（消防模式）下，電梯轎廂可以實(shí)現(xiàn)上行、下行、開門、關(guān)門等動作，并且可以隨時停止，隨時開關(guān)門。（3）在自動模式下，電梯的控制比較復(fù)雜，具體如下：當(dāng)由手動模式改為自動模式或者電梯在自動模式下通電時,電梯關(guān)閉轎廂門，然后自動下降，返回下基準(zhǔn)位置進(jìn)行原點(diǎn)定位。在此過程中，不響應(yīng)任何呼叫信號。到達(dá)基準(zhǔn)位置后，電梯可以接受呼叫信號，進(jìn)入正常運(yùn)行階段。當(dāng)有外呼梯信號到來時，電梯去對應(yīng)的樓層響應(yīng)該呼梯信號。電梯轎廂響應(yīng)某一個請求信號時，首先自動關(guān)門。如果有人按下關(guān)門按鈕，轎廂將關(guān)門。如果沒有人

27、按下關(guān)門按鈕，電梯轎廂門將延時一段時間后自動關(guān)門。設(shè)計(jì)中可暫不考慮內(nèi)呼梯信號。在電梯運(yùn)行過程中，只響應(yīng)經(jīng)過樓層同方向的外呼梯信號，不響應(yīng)經(jīng)過樓層反向外呼梯信號。但如果某反向外呼梯信號前方再無其他外呼梯信號，則電梯響應(yīng)該外呼梯信號。例如：電梯轎廂在一樓，將要運(yùn)行到三樓，在此過程中可以響應(yīng)二層向上外呼梯信號，但不響應(yīng)二層向下外呼梯信號。同時,如果電梯到達(dá)三層,如果四層沒有任何呼梯信號,則電梯可以響應(yīng)三層向下外呼梯信號。否則,電梯將繼續(xù)運(yùn)行至四樓，然后向下運(yùn)行響應(yīng)三層向下外呼梯信號。電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。例如：電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯、三層向下外呼梯或者四層向下外呼梯信號

28、到來，則電梯先去四樓響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯未平層或運(yùn)行時，開門按鈕、關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運(yùn)行后，按開門按鈕轎廂門打開，按關(guān)門按鈕轎廂門關(guān)閉。電梯具有顯示現(xiàn)在轎廂所處于的樓層以及電梯轎廂運(yùn)行方向的能力，方便乘客。電梯運(yùn)行具有加速和減速控制。當(dāng)電梯開始運(yùn)行時，從某一個較低的初始速度開始加速，直到最高速度。當(dāng)電梯將要接近一個需要停下來的樓層時，從最高速度進(jìn)行減速，最后以一個較低的速度平層。樓層和平層檢測采用旋轉(zhuǎn)編碼器累計(jì)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在設(shè)計(jì)控制程序時，可參考任務(wù)書給定控制時序要求或自定電梯控制時序來編寫電梯運(yùn)行的PLC控制程序。3、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)電梯模型的硬件部分主要由

29、電梯本體、變頻器、電梯轎廂、PLC、PC機(jī)及其他配套設(shè)備構(gòu)成。電梯內(nèi)有可開關(guān)門的轎廂，轎廂內(nèi)由門控電機(jī)控制，執(zhí)行開關(guān)門動作；轎廂由頂部升降電機(jī)帶動可上下運(yùn)動，用PLC的PWM脈沖輸出功能驅(qū)動變頻器，由變頻器控制交流電動機(jī)的速度來實(shí)現(xiàn)。主體的每一層均設(shè)有限位開關(guān)、外呼按鈕和指示燈。配備控制盒，方便電路的檢查和各I/O工作情況的監(jiān)控。電梯提供接線端口，可方便的與多種型號的PLC相連接。底盤設(shè)有光電編碼器件，可精確定位。各機(jī)械元件采用鋁材加工件固定。電梯臺架采用鋁型材搭建，設(shè)計(jì)中選取適當(dāng)方式和位置放置電源及接口單元和控制單元； PLC主機(jī)模塊采用三菱FX2n-64MR-001或西門子S7200型主機(jī)

30、，適當(dāng)選取功能模塊，設(shè)計(jì)中考慮接口開放性； PC機(jī)部分采用PC機(jī)+編程軟件+組態(tài)王軟件（或+觸摸屏）的模式，操作者可自主編寫控制程序，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)；系統(tǒng)還包含電渦流傳感器（電纜信號檢測）、壓電傳感器（轎廂物塊超載檢測）、光電傳感器（轎廂開關(guān)門感應(yīng)）等傳感與測量設(shè)備等。按照以上控制要求與系統(tǒng)硬件構(gòu)建的設(shè)想，教學(xué)型電梯實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓δ軐?shí)現(xiàn)可參考圖3-1所示。圖3-1 教學(xué)型電梯實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ托Ч麍D五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、學(xué)生根據(jù)任務(wù)書給定的電梯控制時序自行設(shè)計(jì)電梯控制時序。2、學(xué)生根據(jù)講解的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)思考系統(tǒng)硬件如何構(gòu)建。3、學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)方案，參照模板自行編寫實(shí)驗(yàn)報告，獨(dú)立完成報告內(nèi)容撰

31、寫。六、思考題1、根據(jù)任務(wù)書要求，電梯系統(tǒng)哪些功能必須實(shí)現(xiàn)，哪些功能可選擇性進(jìn)行設(shè)計(jì)？2、學(xué)生根據(jù)講解的系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)思考系統(tǒng)硬件如何構(gòu)建。實(shí)驗(yàn)四 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)與硬件選型（8學(xué)時）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、明確電梯控制系統(tǒng)I/O。2、設(shè)計(jì)交流電機(jī)控制電路。3、設(shè)計(jì)轎廂啟動與停止、點(diǎn)動控制、平層控制。4、限速保護(hù)與終端限位保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。二 、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備開關(guān)電源、變頻器、三相交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC及特殊功能模塊、PLC通訊線、電磁閥、鋁型材、導(dǎo)線、接口端子、限位開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)件、導(dǎo)軌滑塊、電控柜、電梯顯示板、按鈕開關(guān)、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測、平層感應(yīng)器、霍爾傳感器、運(yùn)算放大器、濾

32、波器元件、工具包及其他非標(biāo)零件。三、預(yù)習(xí)要求1、明確電梯控制系統(tǒng)輸入/輸出。2、了解電機(jī)分類及其主要應(yīng)用。3、了解轎廂升降實(shí)現(xiàn)方式與平層信號檢測。4、學(xué)習(xí)轎廂超載檢測與保護(hù)設(shè)計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、電梯模型硬件系統(tǒng)組成以五層教學(xué)電梯為例說明電梯模型硬件系統(tǒng)組成：圖4-1 電梯模型硬件系統(tǒng)組成圖4-1中信號綜合及顯示系統(tǒng)以及轎廂控制系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)，門控系統(tǒng)視學(xué)生硬件設(shè)計(jì)情況可選擇性進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、信號綜合及顯示電路設(shè)計(jì)思路（1）呼叫電路設(shè)計(jì)的呼叫系統(tǒng)主要用于電梯外部樓層呼叫信號、門控制信號及消防維修信號的產(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。采用簡單的按鍵和門

33、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(jìn)行實(shí)時檢測，其檢測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)對轎廂進(jìn)行位置檢測，大大提高了檢測精度。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。（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(zhuǎn)換為數(shù)碼管的驅(qū)動信號，達(dá)到對轎廂實(shí)時位置的顯示。每層都有數(shù)碼管顯示，模擬了電梯運(yùn)行的真實(shí)情況。3、轎廂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路轎廂控制系統(tǒng)主要用來實(shí)現(xiàn)轎箱上下位

34、置移動和移動速度的控制。如果以直流伺服電機(jī)控制轎廂運(yùn)動，可選取60ZY1052420直流伺服電機(jī)，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(diǎn)。轎廂控制系統(tǒng)的主電路采用雙極性H型PWM變換電路。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，是整個電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動重要組成部分。如果以交流伺服電機(jī)控制轎廂運(yùn)動，可選取“交流電機(jī)+變頻器+旋轉(zhuǎn)編碼器”組合實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制與反饋。下面以直流電機(jī)驅(qū)動為例略做說明：（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)，通過調(diào)節(jié)占空比來實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的調(diào)速和正/反轉(zhuǎn)向的控制。（2）驅(qū)動電路主要用來產(chǎn)生H橋

35、的驅(qū)動信號。（3）控制電路 用來接收處理PLC的控制信號，產(chǎn)生雙極性PWM信號控制驅(qū)動電路。并對保護(hù)和復(fù)位信號進(jìn)行處理。（4）保護(hù)電路主要包括過流保護(hù)、過壓保護(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。4、門控電路設(shè)計(jì)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。它主要是應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)來控制電梯門傳動裝置，從而實(shí)現(xiàn)對電梯門的準(zhǔn)確控制。（1） 門控驅(qū)動電路門控驅(qū)動電路主要受控制電路控制，用來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。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(jìn)電機(jī)?？蓪?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

36、L297構(gòu)成，其主要將來自80C196KC的各項(xiàng)控制信號轉(zhuǎn)化成對L298的驅(qū)動信號，采用斬波調(diào)制技術(shù)控制電機(jī)電樞中的電流值，使其不超過最大允許范圍。5、電梯呼叫信號、樓層檢測、維護(hù)與PLC端口分配（供參考）外呼信號內(nèi)呼、樓層檢測、維護(hù)功能PLC端口按鍵功能PLC端口按鍵五層向下X0SB0一層內(nèi)呼X12SB10四層向上X1SB1二層內(nèi)呼X13SB11四層向下X2SB2三層內(nèi)呼X14SB12三層向上X3SB3四層內(nèi)呼X15SB13三層向下X4SB4五層內(nèi)呼X16SB14二層向上X5SB5消防維護(hù)X17SB15二層向下X6SB6一層樓層檢測X20一層向上X7SB7二層樓層檢測X21呼叫開門X10SB

37、8三層樓層檢測X22呼叫關(guān)門X11SB9四層樓層檢測X23五層樓層檢測X24實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用三菱FX2n-64MR或西門子S7200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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)了PLC對電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信息處理和實(shí)時控制。 5、硬件選型與裝配對設(shè)計(jì)所涉及的開關(guān)電源、變頻器、交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC及其功能模塊、通訊線、電磁閥、限位開關(guān)、電控柜、顯示板、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測部件、電梯平層感應(yīng)器等主要硬件進(jìn)行選型，列出元件清單，并進(jìn)行電梯硬件系統(tǒng)裝配實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、完成信號綜合及顯示系統(tǒng)、轎廂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及門控電路設(shè)計(jì)，前兩項(xiàng)須完成

38、硬件設(shè)計(jì)與制作。2、學(xué)生嘗試畫PLC的I/O分配表。3、學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)方案，參照模板自行編寫實(shí)驗(yàn)報告，獨(dú)立完成報告內(nèi)容撰寫。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)線路較復(fù)雜，接線要求牢固、整齊、清楚、安全可靠。2、注意斷電操作，改接或拆掉線路前務(wù)必關(guān)掉電源。3、操作時要膽大、心細(xì)，禁止用手觸及各電器元件的導(dǎo)電部分及電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，以免觸電及意外損傷。七、思考題1、如何選擇轎廂升降與調(diào)速的驅(qū)動電機(jī)？相應(yīng)的控制電路有何區(qū)別？2、門控系統(tǒng)如何利用現(xiàn)有條件進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)？3、平層信號檢測有哪些途徑，簡要說明相應(yīng)的檢測原理或過程。4、從硬件方面考慮，轎廂運(yùn)行時設(shè)計(jì)了哪些保護(hù)措施？5、記錄硬件系統(tǒng)中涉

39、及的主要電氣元件型號（該表可補(bǔ)充）。元件名稱 型號 元件名稱 型號 電源開關(guān) 光電開關(guān) 交流接觸器 繼電器 按鈕 實(shí)驗(yàn)五 教學(xué)電梯傳感與檢測實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解常用傳感器在教學(xué)電梯模型中的應(yīng)用。2、了解轎廂超載檢測過程與原理。3、了解轎廂平層感應(yīng)過程與原理。4、了解鋼纜受損檢測、轎廂開關(guān)門感應(yīng)過程與工作原理。二 、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備開關(guān)電源、變頻器、三相交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、PLC特殊功能模塊、三菱PLC通訊線、電磁閥、鋁型材、導(dǎo)線、接口端子、限位開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)件、導(dǎo)軌滑塊、電控柜、電梯顯示板（LED七段碼）、按鈕開關(guān)、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測、電梯平層感應(yīng)器、霍爾

40、傳感器、霍爾開關(guān)、運(yùn)算放大器、濾波器元件、工具包及其他非標(biāo)零件。三、預(yù)習(xí)要求1、了解教學(xué)電梯模型中常用傳感器及其檢測原理。2、復(fù)習(xí)轎廂運(yùn)動過程及其控制原理。3、了解稱重傳感器、紅外傳感器、光電開關(guān)等工作原理。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、教學(xué)電梯中使用的主要傳感器及其功能電梯中應(yīng)用的傳感器種類比較多，每臺電梯使用傳感器2-8個，主要有位移傳感器，稱重傳感器，光幕傳感器，平層傳感器，速度編碼器等。（1）位移傳感器與平層傳感器是電梯平層控制調(diào)整的裝置，實(shí)現(xiàn)自動平層，且平層必須準(zhǔn)確。適應(yīng)頻繁起動、停止、調(diào)整及換向的工作要求，使加、減速和等速平穩(wěn)，速度曲線平滑，到站前無微動。（2）稱重傳感器是測量電梯載荷的裝

41、置，為控制系統(tǒng)提供電梯的載荷信號。（3）光幕傳感器，也稱光電傳感器，應(yīng)用于門機(jī)上的保護(hù)人或物不被夾傷的裝置。光電傳感器發(fā)出一束裝置，照射到電梯門另一邊安裝的發(fā)射板或接收器。當(dāng)有物體擋住了之間的光線,光幕會起作用發(fā)信號。（4）速度編碼器，將轉(zhuǎn)速的信號轉(zhuǎn)化為電信號的器件。它主要有兩個作用：一是檢測電梯在井道中的實(shí)時位置，二是檢測電梯運(yùn)行的實(shí)時速度。2、電梯上的其他傳感器名稱及作用（1）編碼器：用于編碼滑輪轉(zhuǎn)動，以確定電梯位置。（2）位置傳感器：用于滑輪轉(zhuǎn)動感應(yīng)；樓層位置/平層感應(yīng)。（3）閉環(huán)電流傳感器：用于電機(jī)控制的變頻器。（4）限位開關(guān)：用于電梯轎廂位置感應(yīng)及緩沖系統(tǒng)的開關(guān)。（5）霍爾效應(yīng)傳感器

42、：用于電梯門位置感應(yīng)。（6）二級霍爾效應(yīng)傳感器：用于電梯門位置感應(yīng)。（7）限位開關(guān)：鋼絲繩松弛度控制。（8）磁阻傳感器：用于電梯轎廂位置感應(yīng)。3、靜磁柵位移傳感器原理（平層感應(yīng)器）靜磁柵位移傳感器由“靜磁柵源”和“靜磁柵尺”兩部分結(jié)合使用。“靜磁柵源”使用鋁合金壓封無源釹鐵硼磁柵組成磁柵編碼陣列；“靜磁柵尺”用內(nèi)藏嵌入式微處理器系統(tǒng)的特制高強(qiáng)度鋁合金管材封裝，使用開關(guān)型霍爾傳感器件組成霍爾編碼陣列，鋁合金管材外部使用防氧化鍍塑處理。“靜磁柵源”沿“靜磁柵尺”軸線作無接觸相對運(yùn)動時，由“靜磁柵尺”解析出數(shù)字化位移信息，直接產(chǎn)生高于毫米數(shù)量級的位移量數(shù)字信號。充分發(fā)掘嵌入式微處理器的資源，將數(shù)據(jù)更

43、新速度提高到毫秒數(shù)量級，以便能適應(yīng)5m/S以下運(yùn)動速度的位移響應(yīng)。由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號。行程信號進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時的控制電梯的運(yùn)行。另外，轎廂的位置是由靜磁柵位移傳感器確定，并送PLC的計(jì)數(shù)器來進(jìn)行控制。同時，每層樓設(shè)置一個靜磁柵源用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。當(dāng)電梯定向上行時，靜磁柵尺上行方向檢測到靜磁柵源，抱閘打開，電梯上行。當(dāng)轎廂碰到上強(qiáng)迫換速開關(guān)時，PLC內(nèi)部鎖存繼電器得電吸合，定時器Tim10.Tim11開始定時，其定時的時間長

44、短可視端站層距和梯速設(shè)定。上強(qiáng)迫換速開關(guān)動作后，電梯由快車運(yùn)行轉(zhuǎn)為慢車運(yùn)行，正常情況下，上行平層時電梯應(yīng)停車。如果轎廂未停而繼續(xù)上行，當(dāng)Tim10設(shè)定值減到零時，其常閉點(diǎn)斷開，慢車接觸器和上行接觸器失電，電梯停止運(yùn)行。在驕廂碰到上強(qiáng)迫換速開關(guān)后，由于某些原因電梯未能轉(zhuǎn)為慢車運(yùn)行，及快車運(yùn)行接觸器未能釋放，當(dāng)Tim11設(shè)定值減到零時，其常閉點(diǎn)斷開，快車運(yùn)行接觸器和上行接觸器均失電，電梯停止運(yùn)行。因此，不管是慢車運(yùn)行還是快車運(yùn)行，只要上強(qiáng)迫換速開關(guān)發(fā)出信號，不論端站其他保護(hù)開關(guān)是否動作，借助Tim10和Tim11均能使電梯停止運(yùn)行，從而使電梯端站保護(hù)更加可靠。4、稱重傳感器工作原理將電阻應(yīng)變計(jì)粘貼

45、在彈性敏感元件上，然后，以適當(dāng)?shù)姆绞浇M成電橋，從而將物體的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電信號。它主要有兩部分組成，第一部分是彈性敏感元件，將被測物體的壓力、質(zhì)量轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值；第二部分是作為傳感元件的電阻應(yīng)變計(jì)，它將彈性體的應(yīng)變同步的轉(zhuǎn)換為電阻值的變化，再進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化后輸出。微型稱重傳感器鋪設(shè)在電梯轎廂內(nèi)和每層樓的候梯區(qū)。實(shí)現(xiàn)過程：先把傳感器鋪設(shè)在轎廂以及候梯區(qū)地板下，然后在傳感器的壓力探頭正上方鋪設(shè)硬質(zhì)輕板以及平衡彈性裝置，再次在輕板上鋪設(shè)輕質(zhì)地毯，以保護(hù)傳感器不致?lián)p壞，最后由信號線將壓力信號值導(dǎo)入單片機(jī)的信號輸入端。電梯稱重解決方案分析：方式1：采用霍爾元件、差動變壓器的測量方式。以上傳感器方式都是

46、依靠轎底彈性緩沖橡膠在所承受的重量變化時，其被壓縮量也隨之變化即重量信號是通過位移來體現(xiàn)的，因此其精度、穩(wěn)定性、零漂、溫漂等重要參數(shù)不是由傳感器本身決定的，由于橡膠彈性的非線性度會給后期維護(hù)帶來不少麻煩。 方式2：采用應(yīng)變片式的稱重傳感器測量方式。這種方法是通過應(yīng)變片的電阻檢測金屬受壓時的微小形變來測量重量信號的，可將傳感器安裝在繩頭組合處或裝在轎底部緩沖橡膠與轎底托架之間，不受電梯原有彈性元件影響，由于傳感器的制造工藝較為完善加上電子元器件的補(bǔ)償， 可使應(yīng)變片式稱重傳感器的穩(wěn)定性、溫漂、零漂等參數(shù)非常好，可以在電梯的工作環(huán)境中長期穩(wěn)定的運(yùn)行，且能隨電梯停靠的層站不同逐層提供補(bǔ)償信號，因此較適

47、合于高層高速的電梯使用。稱重傳感器的安裝：采用橋式應(yīng)變片傳感器，應(yīng)用平穩(wěn)安裝技術(shù)、確保長期穩(wěn)定運(yùn)行；稱重傳感器提供多種安裝方式，可以安裝于活轎底電梯的轎廂轎底、電梯繩頭板處、電梯轎頂輪軸處、電梯轎頂橫梁上面、扶梯踏板處等，與控制儀配合使用。5、光幕傳感器（光電傳感器）工作原理運(yùn)用紅外線掃描探測技術(shù)。發(fā)射裝置和接收裝置安裝于兩側(cè)，內(nèi)部由單片機(jī)和微處理器進(jìn)行數(shù)字程序控制，使紅外線收發(fā)單元在高速掃描狀態(tài)下，形成紅外線光幕警戒屏障，當(dāng)人和物體進(jìn)入光幕屏障區(qū)內(nèi)，控制系統(tǒng)迅速轉(zhuǎn)換輸出電平信號，使負(fù)載動作，當(dāng)人和物體離開光幕警戒區(qū)域，則負(fù)載正常自動關(guān)閉，從而達(dá)到安全保護(hù)的目的。 實(shí)際應(yīng)用時不需要控制器，僅需

48、發(fā)射器和接收器，使用時通過航空插頭插座或者電纜線連接，輸出可直接外接繼電器或者各類計(jì)算機(jī)數(shù)字接口。 （1）當(dāng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)無侵入物體時，傳感器的接收器處于受光狀態(tài)，此時接收器的通訊指示燈（紅燈）應(yīng)熄滅，發(fā)射指示燈（黃燈）點(diǎn)亮，這時按下被保護(hù)設(shè)備的工作開關(guān)，設(shè)備可正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）當(dāng)有物體（不小于最小可檢測體或者分辨率）侵入保護(hù)區(qū)域時，接收器的紅色指示燈將被點(diǎn)亮（可能是接收器處于遮光狀態(tài)，也可能是光通訊被遮斷），此時被保護(hù)設(shè)備受控，處于強(qiáng)制停頓狀態(tài)。 （3）當(dāng)侵入物體撤出保護(hù)區(qū)域后，光幕傳感器將返回（1）狀態(tài)，設(shè)備將繼續(xù)工作。在安全光幕傳感器開機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)后，使用直徑為最小檢測體尺寸的測試棒（或同

49、等直徑的不透明物體，垂直侵入保護(hù)區(qū)域，分別按順時針和逆時針方向在保護(hù)區(qū)域內(nèi)做平移運(yùn)動，此時光幕傳感器應(yīng)一直有紅色指示燈被點(diǎn)亮，受控設(shè)備無法工作。五、實(shí)驗(yàn)報告要求1、學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒虒W(xué)電梯控制要求，盡快熟悉有關(guān)傳感器，并結(jié)合教學(xué)電梯模型完成相關(guān)設(shè)計(jì)。2、傳感器元件選型。3、學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)方案，參照模板自行編寫實(shí)驗(yàn)報告，獨(dú)立完成報告內(nèi)容撰寫。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)線路較復(fù)雜，接線要求牢固、整齊、清楚、安全可靠。2、注意斷電操作，改接或拆掉線路前務(wù)必關(guān)掉電源。3、操作時要膽大、心細(xì)，禁止用手觸及各電器元件的導(dǎo)電部分及電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，以免觸電及意外損傷。七、思考題1、記錄在本

50、次實(shí)驗(yàn)中接觸的主要傳感器的型號（可補(bǔ)充）。元件名稱 型號 元件名稱 型號 平層傳感器 稱重傳感器 編碼器 光電傳感器霍爾傳感器 2、如何結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備開展鋼纜受損檢測？3、電梯轎廂位置感應(yīng)可以選取哪些傳感器?實(shí)驗(yàn)六 教學(xué)電梯控制軟件編寫與調(diào)試（8學(xué)時）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握PLC編程軟件的使用方法。2、明確教學(xué)電梯模型控制時序。3、編寫電梯運(yùn)行的PLC控制程序。4、教學(xué)電梯模型軟件調(diào)試。二 、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備開關(guān)電源、變頻器、三相交流電機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、PLC特殊功能模塊、三菱PLC通訊線、電磁閥、鋁型材、導(dǎo)線、接口端子、限位開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)件、導(dǎo)軌滑塊、電控柜、電梯顯示板（LED七段碼）、按鈕開關(guān)

51、、交流接觸器、電渦流傳感器、轎廂超載檢測、電梯平層感應(yīng)器、霍爾傳感器、霍爾開關(guān)、運(yùn)算放大器、濾波器元件、工具包及其他非標(biāo)零件。三、預(yù)習(xí)要求1、學(xué)習(xí)三菱FX2n-64MR或西門子S7200型PLC基礎(chǔ)知識及其應(yīng)用。2、了解任務(wù)書給定的教學(xué)電梯模型控制時序。3、學(xué)習(xí)相關(guān)PLC編程軟件的使用方法。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、電梯PLC控制過程電梯在底層和頂層分別設(shè)有一個向上或向下召喚按鈕，而在其它各層站各設(shè)有上、下召喚按鈕。轎廂操縱盒安裝在電梯底座外部（便于實(shí)際演示中操作），設(shè)有與層站數(shù)相等的相應(yīng)指令按鈕。當(dāng)進(jìn)入轎廂的乘客按下指令按鈕時，指令信號被登記，當(dāng)?shù)却趶d門外的乘客按下召喚按鈕時，召喚信號被登記。

52、電梯在向上運(yùn)行的過程中按登記的指令信號和向上召喚信號逐一予以?？?，直至信號登記的最高層站，然后又反向向下運(yùn)行，順次響應(yīng)向下指令及向下召喚信號予以?？?。每次?？繒r，電梯自動進(jìn)行減速、平層、開門。當(dāng)乘客進(jìn)出轎廂完畢后，又自行關(guān)門啟動，直至完成最后一項(xiàng)工作。如有信號再出現(xiàn)，則電梯根據(jù)信號位置選擇方向自行啟動運(yùn)行。若無工作指令，則轎廂停留在最后停靠的層樓。2、自動/手動工作狀態(tài)的選擇在轎廂操縱盒上設(shè)有一個自動/手動開關(guān)。當(dāng)開關(guān)打到自動位置時，電梯將根據(jù)指令信號自動運(yùn)行。當(dāng)開關(guān)置于手動位置時，則電梯由專人操作運(yùn)行或檢修。3、自動開關(guān)門（1） 自動開門：當(dāng)電梯慢速平層時，經(jīng)過平層延遲后門機(jī)動作，自動開門，

53、當(dāng)門開到位時，門開到位開關(guān)動作，門機(jī)停止。（2）自動關(guān)門：電梯停靠樓層開門后，經(jīng)過約2秒延時，門電機(jī)向關(guān)門方向運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)門關(guān)到位時，門關(guān)到位開關(guān)動作，門電機(jī)停。（3）提早關(guān)門：在一般情況下，電梯?？空鹃_門后約2秒后又自動關(guān)門。但當(dāng)乘客按下關(guān)門按鈕時電梯就立即關(guān)門。（4）開門按鈕：如電梯在關(guān)門時或門閉合而未啟動前需要再開啟，則可按下開門按鈕，重新開啟門。（5）安全觸板和門力矩保護(hù)裝置：當(dāng)門在關(guān)閉過程中，如觸及到乘客或障礙物時，則門安全觸板開關(guān)動作，門電機(jī)反轉(zhuǎn)，重新打開門。在關(guān)門或開門過程中，若門出現(xiàn)故障或其他原因而使門機(jī)轉(zhuǎn)動力矩增大到一定限度時，力矩開關(guān)起作用，使門電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。（6）本層廳外開門

54、：當(dāng)轎廂停在某層且門關(guān)閉，按下該層召喚按鈕，則門將被打開。4、電梯的啟動、加速和滿速運(yùn)行電梯的啟動由PLC、變頻器及電磁制動器共同控制。首先PLC根據(jù)指令信號確定上升(Y17 口輸出)或下降(Y1口輸出)指令，然后將上升或下降及速度控制指令傳遞給變頻器相應(yīng)的正轉(zhuǎn)(FDW)或反轉(zhuǎn)(REV)及預(yù)置速度（S1,S2），并將開閘指令給電磁制動器使制動器抱閘松開。變頻器經(jīng)過內(nèi)部設(shè)定預(yù)置速度控制電梯的啟動、加速及滿速運(yùn)行。5、 電梯樓層的定位由PLC的高速計(jì)數(shù)端口采集與曳引輪相連的旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖信號及轎廂所在位置決定。也就是當(dāng)轎廂運(yùn)行到某樓層的層門檻處時，記下此時旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)，作為此樓層的定位脈沖數(shù)。6、電梯的停站、減速和平層當(dāng)電梯達(dá)到要?？康膶诱緯r（設(shè)電梯向上運(yùn)行），由PLC經(jīng)過判斷此樓層符合，則當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)處于此層的減速脈沖區(qū)域時，PLC慢速信號輸出至變頻S1，則變頻器按減速到慢行速度，轎廂繼續(xù)上升，編碼器脈沖數(shù)繼續(xù)增加至此層的平層段，經(jīng)過平層延時調(diào)整（使電梯準(zhǔn)確平層），曳引電動機(jī)停止，制動器抱閘，平層完畢轎廂停止運(yùn)行。7、電梯停站信號的發(fā)生以及信號的登記和消除（1）指令信號停站無論電梯上行或下行時，按下轎廂