(完整版)五層電梯模型試驗系統(tǒng)的硬件設計畢業(yè)設計論文.doc

1、優(yōu)秀論文未經(jīng)允許審核通過切勿外傳（二七年六月摘要電梯是一種重要的垂直交通運輸設備，又是比較復雜的機、電結合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機械專用構造，又有復雜的電氣控制部分。電梯自動控制系統(tǒng)是樓宇自動控制、工業(yè)過程控制的典型實例，也是人們研究的熱點問題。根據(jù)實用電梯抽象而成的電梯模型，不僅和實用電梯的主要功能相當，而且結構簡單、形象直觀、演示效果好，可以驗證各種控制策略，因此成為 PLC 、電氣控制等課程實踐教學的理想研究對象。本文針對教學實驗的要求，本著 功能完備、形象直觀、結構簡單、經(jīng)濟實用 的原則，設計了五層電梯模型。主要工作內(nèi)容包括以下幾方面： 對設計的五層電梯模型從系統(tǒng)組成、實現(xiàn)功

2、能、工作原理等方面進行了全面的分析； 基于模塊化思想，設計了用于內(nèi)外呼梯、樓層檢測、信息顯示的信號綜合及顯示電路； 綜合考慮各種因素，采用H 型 PWM 調(diào)速設計轎廂控制系統(tǒng)； 設計了 由步進電機控制電梯門工作的驅動電路； 對電梯外觀進行了初步設計。盡管做了不少工作，但實驗系統(tǒng)的實際應用還有許多工作要做，有待于今后進一步完善。關鍵詞：電梯模型；模塊化設計；PWM 調(diào)速； H 型橋；門控；AbstractElevator is a kind of important equipments which realizes vertical transportation,as well as larg

3、e industrial products which combines machine and electricity complexly. It control，also it is a explore. The elevator model，which is abstracted by practical elevator, it main function not only as practically elevator, but also , and can test many kinds of control strategies, so itthe PLC 、 electrica

4、l control and so on .The article against according to the requirement of the teaching experiment, based on the principle of completed functions, visual and simple, economical and practical. Design a five-story elevator model. Main tasks include the following port: A five-story elevator model is desi

5、gned, we comprehensive analysis it by the system comment, achieving functional and working principle. Based on modular idea ，designed circuit for internal and external called for staircase, level detection, message signal integrated and display. Considering various factors, designed the control syst

6、em of elevatorcar by using speed regulation of H- shape PWM; Designed the drive which undered stepper motor controlled elevatorgate Designed preliminarythe elevator appearance.Although a lot of research works the experimental system of practical application, such as realizes specifically, achieve fu

7、rtherKeywords：Elevator Model; Modularization design; PWM speed regulation;H- bridge; Gate-controlled.目錄引 言 .1第一章 概述.21.1電梯的發(fā)展概況 .21.2電梯的發(fā)展趨勢 .31.3課題來源及意義 .41.4本文主要工作 .5第二章 電梯模型的組成及工作原理 .62.1 系統(tǒng)組成 .62.1.1信號綜合及顯示電路 .62.1.2轎箱控制系統(tǒng) .72.1.3門控電路 .72.2工作原理 .8第三章 電梯模型的電氣系統(tǒng)硬件設計.93.1信號綜合及顯示電路 .93.1.1呼叫電路 .93.1

8、.2檢測電路 .103.1.3顯示電路 .123.2轎箱控制系統(tǒng) .143.1.1主電路及保護電路設計 .143.2.2驅動電路設計 .163.2.3保護電路設計 .183.2.4 控制電路設計203.3 門控電路273.3.1 門控及驅動電路273.3.2 門控控制電路設計303.4 穩(wěn)壓電源電路的設計34第四章 電梯模型的結構設計374.1 總體結構的設計374.2 曳引系統(tǒng)設計394.3 門控系統(tǒng)40第五章 結論和展望415.1 本文工作總結415.2 展望42參考文獻43附錄硬件原理圖45A1呼叫系統(tǒng)電路原理圖45A2樓層檢測電路原理圖46A3信息顯示電路原理圖47A480C196KC

9、 單片機部分48A5轎廂控制系統(tǒng) 主電路及驅動電路原理圖49A6門控系統(tǒng)控制電路原理圖50謝辭52圖表目錄圖 2-1電梯模型硬件系統(tǒng)組成6圖 3-1呼叫電路原理圖9圖 3-2紅外反射式開關內(nèi)部結構11圖 3-3紅外開關產(chǎn)品實物圖11圖 3-4檢測電路原理圖11圖 3-5顯示電路原理圖12圖 3-674LS373 的引腳圖12圖 3-774LS248 引腳圖13圖 3-8雙極式 H 型電路原理圖15圖 3-9MOSFET 驅動電壓的波形15圖 3-10IR2110 引腳排列16圖 3-11IR2110 內(nèi)部功能框圖17圖 3-12IR2110 驅動半橋的電路原理圖18圖 3-13阻容吸收保護電路

10、19圖 3-14過電流保護電路20圖 3-15過電壓保護電路20圖 3-1680C196KC 的結構封裝圖21圖 3-17控制電路原理圖24圖 3-18保護信號輸送電路25圖 3-19看門狗保護電路26圖 3-20MAX704 引腳圖26圖 3-21L298 外形圖27圖 3-22L298 的內(nèi)部結構28圖 3-23L298 的引腳排列28圖 3-24門控驅動電路原理圖29圖 3-25L297 外形圖31圖 3-26四相八拍、半步方式或稱半階段31圖 3-27雙四拍、整步方式或稱全階段31圖 3-28單四拍、整步方式32圖 3-29L297 的引腳圖32圖 3-30三端穩(wěn)壓器34圖 3-31三

11、端穩(wěn)壓器的內(nèi)部原理框圖35圖 3-32由 W7824 組成的穩(wěn)壓電路圖36圖 3-33電壓產(chǎn)生原理圖36圖 4-1電梯模型控制系統(tǒng)的外型37圖 4-2電梯模型結構示意圖38圖 4-3電梯呼叫面板38圖 4-4曳引結構示意圖39圖 4-5電梯門構造示意圖40表 3.1按鍵代碼和功能10表 3.2樓層檢測代碼11表 3.34 線七線譯碼驅動器功能表14引言首次使用的乘客電梯出現(xiàn)于 18 世紀 90 年代后期。 1889 年，Otis 公司在紐約成功安裝了一臺直接連接式升降機，這是以直流電動機為動力的世界上第一臺電力驅動升降機，從此誕生了名副其實的乘客電梯。電梯驅動控制技術的發(fā)展經(jīng)歷了直流電機驅動控

12、制、交流單速電機驅動控制、交流雙速電機驅動控制、直流有齒輪和無齒輪調(diào)速驅動控制、交流調(diào)壓調(diào)速驅動控制、交流變壓變頻調(diào)速驅動控制以及交流永磁同步電機變頻調(diào)速驅動控制等階段。隨著第一個半自動化電梯控制器在 19世紀 20年代的使用，原始的服務員執(zhí)守工作方式已減少為一個開關門的操作。直到 1950年，由電力機械繼電器系統(tǒng)組成的全自動電梯控制器的應用取消了服務員執(zhí)守。到 20世紀 70 年代，基于微處理器的電梯控制器得到廣泛應用，使得更為復雜的調(diào)度算法的實施成為可能，由此產(chǎn)生了電梯群控的概念。電梯操縱控制方式經(jīng)歷了手柄開關操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制等過程，對于多臺電梯則出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控

13、等。隨著智能控制技術在電梯群控系統(tǒng)中的廣泛應用，電梯交通系統(tǒng)和其他設施融為一體，智能建筑的整體功能得以充分發(fā)揮1。作為重要的垂直交通運輸設備，本身是復雜的機電結合體，既有完善的機械專用構造，又有復雜的電氣控制部分，并且運行過程直觀、效果明了，是理想的工業(yè)控制研究對象。根據(jù)實用電梯抽象而成的電梯模型，不僅和實用電梯的主要功能相當，而且結構簡單、形象直觀、演示效果好，可以驗證各種控制策略，已成為PLC 電器控制的熱點研究問題。第一章概述1.1 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)。在此之前，電梯經(jīng)歷了初期的絞車階

14、段和升降機階段。電梯的發(fā)展大體上可分為如下五個階段：（1）13 世紀前的絞車階段。在人類的遠古時代就出現(xiàn)了絞車。 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。（2）19 世紀前半葉的升降機階段。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。使用人力的絞車被以蒸汽為動力的、具有簡單機械裝置的升降機代替了。 英國首先于 1835 年出現(xiàn)了用蒸氣機驅動的升降機。這個時期的升降機以液壓或氣壓為動力，安全性和可靠性還無保障。（3）19 世紀后半葉的升降機階段。 從 1852 年起到 1889 年前的這一階段，突出代表是埃利沙 ·古利普

15、斯 ·奧梯斯（ Otis）本人和奧梯斯公司的工作。 1852 年，奧梯斯在總結前人經(jīng)驗的基礎上制成了安全升降機； 1853 年成立奧梯斯兄弟公司。 1885 年，建筑家 W·L·杰尼開始采用鋼架結構，從此人類開始建造高層建筑物了。（4）1889 年電梯出現(xiàn)之后的階段。 1889 年 12 月，奧梯斯公司研制出用電力拖動的升降機 真正的電梯，安裝在紐約市Demarest 大樓中，運行速度0.5ms。該升降機已初步具有現(xiàn)代電梯的基本傳動構造，成為現(xiàn)代電梯的鼻祖。以后出現(xiàn)了大量的、一系列的電梯技術。這一階段一直持續(xù)到 20 世紀 70 年代中期。（5）現(xiàn)代電梯階段。從1

16、975 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。電梯控制技術的發(fā)展經(jīng)歷了手柄開關控制、安鈕控制、微驅動平層控制、集選控制、交流雙速控制、直流變壓調(diào)速控制、交流調(diào)速控制和計算機控制諸階段。 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。從1975 年起，大力推廣晶體管和晶閘管技術。1980 年以后，代替電磁繼電器元件的是計算機、功率電子學和各種傳感技術元件?？刂剖侄蔚淖兓瘎t經(jīng)歷了從用模擬量作控制量，到用數(shù)字量作控制量，又到變成全數(shù)字量的速度控制

17、系統(tǒng) 2。電梯控制技術將向高性能方向發(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。1.2 電梯的發(fā)展趨勢向高性能的電梯技術方向發(fā)展，是電梯控制技術今后發(fā)展的方向3。高性能的電梯技術主要有：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?？煽毓韫╇姷闹绷鞲咚匐娞荽朔N梯形的發(fā)展趨勢如下：1）電動機 發(fā)電機組供電可控硅供電可控硅供電與變磁場系統(tǒng)；2）直流有齒輪傳動直流無齒輪傳動。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。 VVVF

18、 控制的交流電梯VVVF （Variable Voltage Variable Frequency）即變頻變壓控制的電梯，首部 VVVF 控制的交流電梯由日本三菱電梯株式會社于1982年 9月研制成功，安裝在東京GotandaNN 大樓里，速度為4ms。它具有下述特點。1）VVVF 調(diào)速方式比可控硅供電方式能耗少5 10，而功率因數(shù)可提高 20左右。2）建筑物電源設備的容量降低。3）電梯機房的負荷減輕。4）噪聲降低。因此， VVVF 供電方式強于可控硅供電方式，是電梯界的新潮流。 DS 交流調(diào)速電梯瑞士迅達有限公司推出的 Dynatran-S(簡稱 DS)交流調(diào)速電梯是一種低、中速梯，平層精度

19、 mm，調(diào)好后可達 mm。 利用能耗制動， 但無需飛輪。與 VVVF 控制相比，用的部件少，減少了連續(xù)的能量損耗。微機控制電梯三菱公司的 SP VF 系統(tǒng)，用在多微機控制上。液壓梯其有優(yōu)點是： 機房不用建在房頂， 位置可自由選擇。 液壓元件價格下跌，液壓機房價格便宜。無機房電梯是近年來興起的一項電梯新技術， 有曳引驅動、 液壓驅動、螺母螺桿驅動、齒輪齒條驅動、皮帶驅動、直線電動機驅動等方式。電梯的智能化電梯一旦應用智能控制技術， 就發(fā)展到了現(xiàn)代電梯階段。 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。為

20、此，在控制程序中采用了先進的調(diào)度原則，使群控管理具有最優(yōu)的派梯模式?，F(xiàn)在的群控算法已不是單一地依賴乘客候梯時間最短 為目標了，而是采用模糊規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡、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。高速電梯和超高層建筑現(xiàn)在世界上高速電梯的最大額定速度達到了1010mmin。1.3 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，是比較復雜的機、電結合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機械專用構造，又有復雜的電氣控制部分。電梯自動控制系統(tǒng)是樓宇自動控制、工業(yè)過程控制的典型實例，也是 PLC 、電氣控制等課程實踐教學的理想研究對象。PLC 作為機電

21、一體化專業(yè)本科學生的一門重要的專業(yè)課程,日益受到人們的重視。研制一個五層樓電梯模型可以讓學生熟悉PLC 的應用，在高等工科學校實驗中的廣泛應用具有重要意義。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。但用于教學的電梯模型，往往結構過于簡單、功能不夠完備。設計一套結構簡單、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和科研的需要。1.4 本文主要工作本文著眼于 PLC 控制實驗的需要， 基于模塊化的設計思想， 設計一套經(jīng)濟實用、功能完備、配備靈活的具有典型對象特性的電梯模型實驗系統(tǒng)，

22、所做工作具有重要意義。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。并對課題的來源和意義，進行闡述。第二章根據(jù)實驗系統(tǒng)的應用要求，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）進行了分析和構思。第三章基于系統(tǒng)結構特點和功能描述，從電梯模型實驗系統(tǒng)的要求對電路設計及工作原理進行了系統(tǒng)的闡述，并對所選用器件作相應的介紹。第四章設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，并設計出曳引系統(tǒng)和門控傳動的實際樣圖。第五章全面系統(tǒng)地總結了本文的全部工作，并指出有待進一步開展的工作。第二章電梯模型的組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成本文設計的五層電梯模

23、型系統(tǒng)組成如圖2-1 所示。圖 2-1電梯模型硬件系統(tǒng)組成電梯模型實驗系統(tǒng)主要由信號綜合及顯示系統(tǒng)、轎箱控制系統(tǒng)、門控系統(tǒng)三部分組成。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)分為門控驅動電路和門控控制電路兩部分。2.1.1 信號綜合及顯示電路1. 呼叫電路本文設計的呼叫系統(tǒng)主要用于電梯外部樓層呼叫信號和轎廂內(nèi)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。因為樓層和轎箱的呼叫是隨機的 , 所以系統(tǒng)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

24、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(jīng)過或停在某一層時，紅外開關產(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(shù)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(shù)碼管顯示，模擬了電梯運行的真實情況。2.1.2 轎箱控制系統(tǒng)轎廂控制系統(tǒng)主要用來實現(xiàn)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

25、調(diào)速控制電路，可實現(xiàn)電機的調(diào)速與轉向控制。是整個電梯模型實驗系統(tǒng)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(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)對直流電動機的調(diào)速和正反轉向的控制。2. 驅動電路主要用來產(chǎn)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(chǎn)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。2.1.3 門控電路門控電路主要實現(xiàn)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

26、現(xiàn)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(xiàn)步進電機的正反轉向調(diào)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(diào)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。2.2 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IO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。當電梯模

27、型上有按鍵被按下時，呼叫系統(tǒng)隨即產(chǎn)生相應信號傳送給 PLC ，經(jīng) PLC 的 IO 口送到 CPU 中處理， CPU 處理后產(chǎn)生相應指令，執(zhí)行相應程序。并通過 IO 數(shù)據(jù)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(xiàn)了 PLC 對電梯模型實驗系統(tǒng)的控制。例如，轎廂在一樓，這時，三樓有按鍵被按下，隨即產(chǎn)生三樓按鍵的信號代碼。該信號迅速被送入 PLC 的 IO 輸入口中。 PLC 接到此信號后，立即送入 CPU 處理。 C

28、PU 處理后執(zhí)行轎廂上升程序， 產(chǎn)生控制信號經(jīng) IO 輸出口傳送給 80C196KC。80C196KC 收到信號后，經(jīng)其內(nèi)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(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 停止向電機驅動電路輸送 PWM 波，則電機停轉。第三章電梯模型的電氣系統(tǒng)硬件設計3.1 信號綜合及顯示電路3.1.1 呼叫電路圖 3-1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(xiàn)電梯內(nèi)、外呼梯信號的生成。

29、它主要由按鍵、兩片8 線3 線優(yōu)先編碼器74LS148、一片四 2 輸入與非門 74LS00 和電子鎖組成。按鍵分內(nèi)呼按鍵和外呼按鍵兩部分。電路中共用15 個按鍵，其中Y0Y7為轎箱外呼按鍵，Y8Y14為轎箱內(nèi)呼及門控按鍵，Y15為消防維修電子鎖。其各個功能如表3.1 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(shù)據(jù) IO 端口（ 14）中。各鍵按下時的代碼如表3.1 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?，?jīng)過 74LS148 和 74LS00 轉換，由 74LS00 輸出代碼 00

30、10，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入 PLC 的數(shù)據(jù)接受 IO 端口 ,由 PLC 處理并執(zhí)行相應程序。圖 3-1 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?74LS148 輸出相應代碼。表 3.1按鍵代碼和功能外呼內(nèi)呼及維護Y00000五層向下Y81000呼叫一層Y10001四層向上Y91001呼叫二層Y20010四層向下Y101010呼叫三層Y30011三層向上Y111011呼叫四層Y40100三層向下Y121100呼叫五層Y50101二層向上Y131101呼叫開門Y60110二層向下Y14

31、1110呼叫關門Y70111一層向上電子鎖1111消防維護3.1.2 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(nèi)部結構見圖 3-2。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(jīng)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，光電開關輸出高電平；反之，當轎廂經(jīng)過開關時，紅

32、外發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)其反射后，被接收管接受，光電開關輸出低電平。圖 3-2 紅外反射式開關內(nèi)部結構圖 3-3 紅外開關產(chǎn)品實物圖如圖 3-4，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(chǎn)生相應代碼。再由其輸出端輸送給 PLC 的數(shù)據(jù) IO 口（ 5 7）中。PLC 可根據(jù)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3-4所示。檢測各樓層所用的代碼如表3.2 所示。表

33、 3.2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010圖 3-4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。3.1.3 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 74LS373、一片 4 線七段譯碼驅動器 74LS248、一個共陰極 VLED 半導體數(shù)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(shù)碼管 BS201 顯示樓層號碼。電

34、路圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 顯示電路原理圖下拉電阻的作用是在沒有輸入時使使數(shù)碼管不顯示。74LS248 輸入端保持低電平， 從而1. 八位鎖存器（ 74LS373）圖 3-6 74LS373 的引腳圖八位鎖存器（ 74LS373）的引腳排列如圖 3-6 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，為接地端。為鎖存允許端，當它為高電平時，隨數(shù)據(jù)（）而改變；當它為低電平時，被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。為三態(tài)允許控制端。 當它為低電平時，

35、 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，呈高阻態(tài)，既不驅動總線， 也不為總線的負載， 但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響 5。2. 4 線 七線譯碼驅動器（ 74LS248）圖 3-7 74LS248 引腳圖4 線 七線譯碼驅動器（ 74LS248）的引腳排列如圖3-7 所示。其功能為把輸入信號譯成數(shù)碼管所需的驅動信號，以便使數(shù)碼管用十進制數(shù)字顯示輸入信號所代表的數(shù)值。 圖中管腳所代表的含義為： 為譯碼地址輸入端；為段輸出端，高電平有效；為消隱輸入（低點平有效）脈沖消隱輸出（低電平有效）；為燈測試輸入端（低電平有效） ；為脈沖消隱輸入端（低電平有效）。當要求輸出 015 時，消隱

36、輸入（）應為高電平或開路，對于輸出0時還要求脈沖消隱輸入（）為高電平或開路。當為低電平時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，均為低電平。當和地址（）均為低電平，并且燈測試（）為高電平時，為低電平脈沖消隱輸出（）也變?yōu)榈碗娖?。當為高電平或開路時，的低電平可使均為高電平。在本次設計中所用到的功能如表3.3 所示。表 3.34 線 七線譯碼驅動器功能表數(shù)輸入輸出字A3A2A1 A0YaYbYcYdYe YfYg1HXLLLHL HHLL LHL2HXL LHHH HLHHLLH3HXL LHHH HHHL LHH4HXL HLHL H HLL HLH5HXL HLHHLHHLHHH3.2 轎箱控制系統(tǒng)3.1.

37、1 主電路及保護電路設計轎廂控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個調(diào)速系統(tǒng)。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（1550rmin）、輸出功率（20W ）都滿足設計要求。電機轉速與電壓的關系為：（3-1）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(tǒng)的主電路采用雙極性H 型 PWM 變換電路。圖 3-8 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

38、，最大允許電壓為 60V。它的特點是： 1）開關速度高、開關損耗??； 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(lián)， 其驅動電壓；和同時動作，其驅動電壓。它們的波形如圖 3-9 所示。在一個開關周期內(nèi)，當時，和為正， MOSFET管和導通；而和為負，和截止。此時， +24 加在電樞兩端，電樞電流沿 1 流通，此時電機正轉，驅動轎廂上升。當時，和變負，和截止；和變正，但、并不立即導通，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、上的壓降使和極承受反壓， 這時，。在 一個周

39、期內(nèi)正負相間，只要調(diào)節(jié)占空比 ， 即可實現(xiàn)轎廂驅動電機的速度和方向 7。圖 3-8 雙極式 H 型電路原理圖圖 3-9 MOSFET 驅動電壓的波形3.2.2 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(chǎn)的。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動器件的首選品種8 。IR2110 采用高壓和閂鎖抗干擾制造工藝，腳封裝。具有獨立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉

40、電路，其高端工作電壓可達500，=±50，15下靜態(tài)功耗僅 116；輸出的電源端（腳 3,即功率器件的柵極驅動電壓）電壓范圍 1020；邏輯電源電壓范圍（腳 9）515，可方便地與，電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有 ±5 的偏移量；工作頻率高，可達 500；開通、關斷延遲小，分別為 120和94；輸入管腳可以承受 2 以上的反向電流。圖 3-10 IR2110 引腳排列IR2110 的引腳排列如圖 3-10所示，功能如下：引腳 1：，低端通道輸出；引腳 2：，公共端；引腳 3：，低端固定電源電壓；引腳 5：，高端浮置電源偏移電壓；引腳 6：， 高端浮置電源絕對電

41、壓；引腳 7：，高端輸出；引腳 9：， 邏輯電路電源電壓；引腳 13：， 邏輯電路偏移電路；引腳 10：，引腳 11：，引腳 12：，均是邏輯輸入；引腳 4、引腳 8、引腳 14 均為空腳。IR2110 的內(nèi)部功能框圖如圖 3-11所示。由三個部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護。如上所述IR2110 的特點，可以為裝置的設計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設計，可以大大減少驅動電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。圖 3-11 IR2110 內(nèi)部功能框圖2. 功率驅動原理IR2110 驅動半橋的電路原理圖如圖3-12所示。圖中、分別為自舉電容和二極管，為的濾波電容。假定在

42、關斷期間已充到足夠的電壓（ ）。當為高電平時開通，關斷，加到的門極和發(fā)射極之間，通過，和門極柵極電容放電，被充電。此時可等效為一個電壓源。當為低電平時，開通，斷開，柵電荷經(jīng)、迅速釋放，關斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時間（）之后，為高電平，開通，經(jīng)，給充電，迅速為補充能量。如此循環(huán)反復。3. 自舉元器件的分析與設計如圖 3-12所示，自舉二極管（）和電容（）是 IR2110在 PWM 應用時需要嚴格挑選和設計的元器件，應根據(jù)一定的規(guī)則進行計算分析。在電路實驗時進行一些調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。（ 1）自舉電容的設計MOSFET 開通時，需要在極短的時間內(nèi)向門極提供足夠的柵電荷。在器件開通后， 自舉電容兩端

43、電壓比器件充分導通所需要的電壓（ 20）要高；設在自舉電容充電路徑上有1.5的壓降（包括的正向壓降）；設有12 的柵電壓（柵極門檻電壓 VTH通常 3 5）因泄漏電流引起電壓降。綜合上述條件，此時對應的自舉電容可用下式表示：（ 3-2）工程應用則取 .本設計中選用 2SK1389 50600MOSFET 充分導通時所需要的柵電荷 =150 （可由特性曲線查得）， =24，那么=2×150×(24201.5)=1.2×可取 =0.22，且耐壓大于 35 的鉭電容。（ 2）自舉二極管的選擇自舉二極管是一個重要的自舉器件，它應能阻斷直流電路上的高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關頻率之積。為了減少電荷損失，應選擇反向漏電流小的快恢復二極管。圖 3-12 IR2110 驅動半橋的電路原理圖3.2.3 保護電路設計1. 緩沖電路MOSFET 的漏極和源極之間連接上一個阻容吸收電路9，其原理圖如圖 3-13 所示。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。 減少對 MOSFET 的沖擊。使關 MOSFET 斷過電壓能得到有效的抑制并減少關斷損耗。器件選擇可根據(jù)公式(3-3)(3-4)其中 : =24V , =50 ,I=1.6 , =0.944,=T=0.001s.經(jīng)計算 ,得: