關(guān)鍵詞：電梯模型;可編程控制器;控制系統(tǒng)
1 引言
可編程控制器（PLC）是機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課，日益受到人們的重視。為了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)手段，突出實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是體現(xiàn)機(jī)與電結(jié)合的特色，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程人才，讓學(xué)生熟悉PLC的應(yīng)用，研制了四層電梯模型。
2 電梯模型的總體簡(jiǎn)介
電梯模型由PLC、鋁合金立柱、透明有機(jī)玻璃板、印刷電路面板等組成，整個(gè)模型安置在面積為30×22cm2的底板上，電梯部分固定在底板的前部，PLC固定在底板的后部，電梯與PLC通過(guò)排線(xiàn)連接，模型的總高度約為45cm，總重量約為4.5Kg，如圖1所示。
圖1電梯模型實(shí)物
電梯模型采用常見(jiàn)的曳引式電梯結(jié)構(gòu)，由一個(gè)定滑輪和兩個(gè)動(dòng)滑輪構(gòu)成的滑輪組以減小所需的牽引力，拖動(dòng)電機(jī)為5V、1W直流電機(jī)。為了更好地展現(xiàn)電梯內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電梯的運(yùn)行狀況，除了正面是印刷電路板，其它幾個(gè)面均采用透明的有機(jī)玻璃板制成，使得電梯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然;電梯模型具備了實(shí)際電梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真實(shí)電梯。
電梯部分的尺寸為12×12×40cm3，轎廂尺寸為10×10×8 cm3。由于尺寸較小，各電子元器件之間采用傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)連接方式是比較困難的、而且容易出差錯(cuò)，所以采用印刷電路板取代傳統(tǒng)導(dǎo)線(xiàn)連接方式，也就是，模型的正面使用了一整塊印刷電路板，轎廂的正面也使用了一整塊印刷電路板，兩塊印刷電路板之間的信號(hào)通過(guò)排線(xiàn)連接，所有的呼梯按鍵以及指示燈均焊接在電路板上，這樣不但解決了模型的電氣連接問(wèn)題，而且提高了模型的可靠性，模型也顯得較為整潔美觀。
3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 PLC選型及輸入、輸出點(diǎn)分配
PLC選用三菱FX2N系列的FX2N-32MR，它有16輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。PLC的輸入信號(hào)有轎廂內(nèi)呼梯、上呼梯、下呼梯、樓層接近開(kāi)關(guān)共14個(gè)輸入點(diǎn);PLC的輸出信號(hào)有指示燈、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)共16個(gè)輸出點(diǎn)，輸入/輸出點(diǎn)的地址分配情況如圖2所示。
圖2 輸入/輸出點(diǎn)的地址分配圖
3.2 智能判斷控制
電梯到層、電梯門(mén)打開(kāi)，但電梯外的乘客由于某種原因已經(jīng)離開(kāi)，此時(shí)沒(méi)有乘客進(jìn)入電梯箱，影響了電梯的運(yùn)行效率。這樣情況在真實(shí)電梯運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)。針對(duì)這種情況，本文的電梯模型增加了自動(dòng)取消無(wú)效呼梯功能（由于電梯模型體積較小，這里僅僅針對(duì)二樓增加了此項(xiàng)功能），可有效地提高電梯運(yùn)行效率。其實(shí)現(xiàn)方法是：在電梯模型上添加人體感應(yīng)模塊，并將人體感應(yīng)模塊的輸出信號(hào)連接到輸入點(diǎn)X13上，X13的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)在二樓呼梯信號(hào)的保持線(xiàn)圈上。當(dāng)在二樓等電梯的乘客離開(kāi)，X13復(fù)位，從而取消二樓呼梯信號(hào)，電梯就不再停留此層，從而提高電梯運(yùn)行效率。
3.3 電梯的升降控制
電梯的轎箱由一個(gè)5V直流電機(jī)拖動(dòng)，并由PLC的Y13和Y17分別控制電梯轎箱的升降。盡管在PLC編程時(shí)，Y13與Y17進(jìn)行互鎖，但是為了防止意外而造成電源短路，在外部硬件上進(jìn)行了互鎖設(shè)計(jì)，即使用彈簧繼電器J1和J2進(jìn)行互鎖，如圖3所示，從而避免發(fā)生電源短路事故。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程：輸出點(diǎn)Y13閉合，繼電器J1線(xiàn)圈得電，使5V直流電源正接到直流電機(jī)上，此時(shí)直流電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，即電梯轎箱上升;輸出點(diǎn)Y17閉合，繼電器J2的線(xiàn)圈得電，使5V直流電源反接到直流電機(jī)上，此時(shí)直流電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，即電梯轎箱下降。
圖3 電梯升降互鎖控制原理圖
4 模型的功能及軟件設(shè)計(jì)
4.1 電梯模型的功能簡(jiǎn)介
電梯模型可以實(shí)現(xiàn)以下主要功能：
?、儆洃浐籼菪盘?hào);②確定電梯運(yùn)行方向;③響應(yīng)順向呼梯信號(hào)，并到層后消除對(duì)應(yīng)的呼梯信號(hào);④當(dāng)轎廂到達(dá)指定的樓層時(shí)，樓層指示燈閃爍，表示電梯門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，閃爍時(shí)間為5s;⑤互鎖、上下限位保護(hù);⑥顯示轎廂所處的樓層位置、顯示呼梯信號(hào)。
4.2 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)電梯模型的功能，編制相應(yīng)的梯形圖。
4.2.1 呼梯信號(hào)的處理
以“一樓上呼信號(hào)（輸入點(diǎn)X10）”為例。當(dāng)X10有信號(hào)輸入，線(xiàn)圈Y10接通并自鎖，從而記憶住此呼梯信號(hào)，并使“一樓上呼指示燈”亮，直到響應(yīng)結(jié)束，如圖4（a）所示。
圖4（b）是 “一樓上呼信號(hào)X10”的響應(yīng)處理。當(dāng)轎廂到達(dá)一層時(shí)，一樓接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使X4接通，進(jìn)一步使得M110動(dòng)作并自鎖，導(dǎo)致圖4（a）中Y10斷開(kāi)， “一樓上呼指示燈”滅，即“一樓上呼信號(hào)”被響應(yīng)。通過(guò)三個(gè)定時(shí)器（T20、T21和T22）實(shí)現(xiàn)樓層指示燈閃爍5s，其中M310間接地使電機(jī)停轉(zhuǎn)，M410用于實(shí)現(xiàn)“一樓指示燈”閃爍控制。
圖4 呼梯信號(hào)的記憶與清除
4.2.2 電梯運(yùn)行方向的控制
根據(jù)各呼梯信號(hào)的先后次序以及轎廂所在樓層位置，決定電梯的運(yùn)行方向。當(dāng)電梯運(yùn)行方向確定后，電梯在上升運(yùn)行中，只響應(yīng)大于等于當(dāng)前樓層的內(nèi)呼和上升外呼信號(hào);在下降運(yùn)行中，只響應(yīng)小于等于當(dāng)前樓層的內(nèi)呼和下降外呼信號(hào)。
圖5是電梯上升運(yùn)行控制的梯形圖，用輔助繼電器M204、M205、M206和M207記憶轎廂所在的樓層位置，用M130和M131記憶電梯正向和反向運(yùn)行狀態(tài)。用相應(yīng)的輸出繼電器記憶、指示相應(yīng)的輸入信號(hào)，例如，按下“二樓上呼信號(hào)”按鍵，即，輸入端X11有輸入，用輸出繼電器Y11記憶此輸入信號(hào)，輸出點(diǎn)Y11使相應(yīng)的二極管發(fā)光，用來(lái)指示有“二樓上呼信號(hào)”。
當(dāng)轎廂在一樓位置，M204通電，M205、M206和M207斷電，此時(shí)轎廂外呼梯信號(hào)X16、X15、X14、X12、X11、X10以及轎廂內(nèi)呼梯信號(hào)X3、X2、X1都有可能產(chǎn)生上升運(yùn)行狀態(tài);相似地，當(dāng)轎廂在二樓位置，M205通電，M204、M206和M207斷電，此時(shí)轎廂外呼梯信號(hào)X16、X15、X12、X11以及轎廂內(nèi)呼梯信號(hào)X3、X2都有可能產(chǎn)生上升運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)轎廂在三樓位置，M206通電，M204、M205和M207斷電，此時(shí)轎廂外呼梯信號(hào)X16、X12以及轎廂內(nèi)呼梯信號(hào)X3都有可能產(chǎn)生上升運(yùn)行狀態(tài)。如圖5所示，輸出點(diǎn)Y均被自鎖，所以一旦產(chǎn)生上升運(yùn)行狀態(tài)（M130通電），那么只有當(dāng)所有上樓呼梯信號(hào)被響應(yīng)后，才能解除上升運(yùn)行狀態(tài)（M130斷電）。
圖5 電梯上升運(yùn)行控制
電梯下降運(yùn)行控制原理與上升運(yùn)行控制類(lèi)似，其它一些功能較為簡(jiǎn)單，這里不再累述。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文中的電梯模型與其它現(xiàn)有的電梯模型相比，具有以下創(chuàng)新之處：①用印刷電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)連接，不但減小了電梯模型的體積，而且提高了可靠性;②電梯模型可以自動(dòng)取消無(wú)效的呼梯信號(hào)，提高了電梯的運(yùn)行效率;③由于電梯模型體積小、重量輕，成本低、便于攜帶，非常適合課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)編程和調(diào)試，對(duì)學(xué)生了解和掌握可編程控制器（PLC）及其應(yīng)用以及工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化控制有著重要的幫助。
正是上述創(chuàng)新之處，該電梯模型在江蘇省教育廳主辦的“江蘇省工科院校第三屆先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)習(xí)教學(xué)與創(chuàng)新制作比賽”中獲得三等獎(jiǎng)。
（轉(zhuǎn)載）
