仿真电梯四篇

2024-06-17

仿真电梯篇1

关键词：电梯,继电器控制,PLC可编程控制器

一、电梯的组成部分

1.机械部分

(1) 曳引系统:由曳引机钢丝绳、导向轮、反绳轮等组成,输出与传输动力,驱动电梯运行。

(2)导向系统:由导向轮、轿厢导轨、对重导轨和导轨架组成,使轿厢和对重沿导轨作上、下运行。

(3)轿厢系统:由轿厢架和轿厢体构成,是运行乘客及货物的部件,是电梯的工作部分。

(4)门系统:由轿厢门、层门、开门电动机、联动机构组成,是乘客或货物的进出口,当所有层门和轿门关闭后,电梯才能运行。

(5)对重平衡系统:由对重和重量补偿装置构成,平衡轿厢重量及补偿电梯曳引绳长度的影响。

(6)安全保护系统:由限速器、安全钳、缓冲器、端站保护装置、层门与轿门联锁装置等保证电梯的安全使用,防止事故发生。

2.电气控制部分

(1) 控制柜: 由FX1N-40MR、 DZ47LE漏电保护开关、XJ3-5断相保护器、CJX1-32B交流接触器、JLXK1311行程开关等电气元件组成。

(2) 位置显示装置: 由LD1125、403指示灯嵌入控制柜面板,显示电梯轿厢所在的位置和运行方向。

(3)操纵装置由轿厢内的控制盒组成。控制盒均安装在控制柜面板,直观地进行楼层控制,设有上行按钮、下行按钮、楼层控制系统,由控制柜面板按钮发出指令。

二、四层楼电梯的控制原理

电梯由配电柜面板上的呼叫按钮进行操纵:呼叫电梯指令运行方向和停靠楼层。依靠三相交流感应电动机驱动带动钢丝绳,牵引轿厢向上或向下运行,电机正转,驱动电梯上升,电机反转,驱动电梯下降。电机的运行速度为0.25m/s,为了使电机能准确停机,本设计采用了电磁制动器,当电磁制动器的线圈区获电后,铁心吸引衔铁,衔铁克服弹簧力,迫使杠杆向上移动,使闸瓦松开闸轮,电动机正常运转。当电磁制动器的线圈得电时,衔铁复原,在弹簧的作用下,使闸瓦与闸轮紧紧抱住, 电动机就被迅速制动而停转。每层楼设有呼叫按钮SB1、SB2、SB3、SB4,呼叫指示灯HL1、HL2、HL3、HL4, 到位行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4和终端限位行程开关SQ7、SQ8。电梯上升途中只响应上升呼叫,下降途中只响应下降呼叫,任何反方向呼叫无效,响应呼叫时,呼叫指示灯亮。电梯到达呼叫楼层时,呼叫指示灯熄灭,呼叫无效时,呼叫楼层的呼叫指示灯不亮。

三、四层电梯的PLC控制

1.程序的启动与停止

PLC开机后,按下启动按钮SB9, 逻辑行中X17闭合,通用继电器M17接通,M17常开触点闭合,楼层停止指示灯亮,显示轿厢所停楼层,SQ1(X5) 闭合时,线圈Y11接通表示停一楼, SQ2(X6)闭合时,Y12表示轿厢停在三楼,SQ3(X7)闭合时,线圈Y13接通轿厢停在四楼。程序停止:按下程序停止按钮SB0(X0)继电器M0接通, M0常开闭合,常闭断开继电器M17失电,所有运行程序停止。

2.程序运行过程

程序启动后,配电屏面板会显示电梯所停楼层,由楼层指示灯显示。在选择按钮楼层呼叫时,必须先选择电梯运行的上升或下降的状态。需要电梯上升时按下上升启动按钮SB5(X11),Y7置位。上运行指示灯亮表示电梯处于上升准备状态,需要电梯下降时按下下降启动按钮SB6(X12),Y10置位,电梯处于下运行准备状态,下运行指示灯亮。任何后发反方向呼叫无效,呼叫楼层按钮分别为:SB1(X1)——一楼呼叫; SB2(X2)——二楼呼叫;SB3(X3)—— 三楼呼叫;SB4(X4)——四楼呼叫。例如序号1,1电梯停在一楼时,行程开关SQ1(X5)闭合,表示电梯已停在一楼,输出Y11线圈接通,PLC的Y11指示灯亮,对应HL7指示灯亮;2选择电梯上升,按下上升按钮SB5(X11) 闭合,Y7置位,常开Y7闭合,上升指示灯亮;3按下按扭SB4(X4)表示四楼呼叫,PLC的Y4指示灯亮,对应的四楼呼叫指示灯亮,M7继电器接通常闭合,Y5接通KM1线圈得电,电动机正转上升;4断开SQ1(X5)HL7熄灭表示电梯已离开一楼,Y11断开;5接通SQ4(X10)表示电梯已到达四楼, 此时PLC的Y4指示灯熄灭,对应的四楼呼叫指示灯HL4熄灭,接触器KM1失电,Y5断开表示电梯停止上升,对应的上升运行Y7断开上升运行指示灯HL5熄灭,Y14接通四楼停止指示灯HL10亮,表示电梯已停在四楼。

3.在上升或下降到二楼或三楼时,电梯会延时2秒后继续往呼叫的方向运行

到达最后或最高呼叫楼层时电梯停止。例如序号(17),原停楼层一楼呼叫楼层二楼和三楼,当SB2(X2)、 SB3(X3)闭合时,继电器M3接通, M3常开触点闭合,当电梯上升到二楼时SQ2(X6)接通、继电器M2断开, M2常开恢复闭合,继电器M4产生一个上升沿积分,M4的常开触点闭合, 继电器M6得电,T1接通,同时M6常闭触点断开Y5失电,电机正转停止, 2秒后,T1常闭触点断开,继电器M6失电,M6常开,常闭恢复,Y5得电延时结束,电梯继续上升到达三楼时SQ3 (X7)接通,Y5、Y3同时断开,电梯停止。

4.电梯门程序控制

该模型只有一楼设有电梯门,当电梯停在一楼时,或当电梯下降到一楼时,SQ1(X5)闭合,时间继电器T6、T7同时接通,3秒后Y6常开通,Y15自动接通,门自动打开,压下SQ5(X3) 闭合,Y15断开,同时T8接通延时4秒后Y16接通。门自动关上,压下限位开关SQ6(X14),关门结束。在时间继电在T7接通4秒后,使时间继电器T6断开。当X5断开时,T7复位, 为下一次开门运行准备。

5.报警系统程序控制

(1)程序运行报警,当轿厢在上升或下降各楼层运行时,运行时时间须小于10秒,如逻辑行中所示SQ1(X5)、 SQ2(X6)、SQ3(X7)、SQ4(X10) 全部闭合,表示轿厢在运行中。T2线圈得电,定时器T2开始计时,10秒后, T2的常闭触点闭合,T9线圈得电,定时器T9开始计时,2秒后,T9常开闭合, Y20线圈与T10线圈同时得电,Y20线圈得电后产生输出信号,使报警器灯亮。 2秒后T10常闭断开使T9线圈失电, T10常闭触点瞬间闭合,重复以上动作, Y20产生一个连续脉冲信号,亮2秒, 熄灭2秒,发生报警信号。

(2)电机在运行过程中发生过载, 热继电器FR1、FR2、FR3某一个断开时, X21线圈失电,X21的常闭恢复闭合, 重复上述报警系统。

(3)在配电屏控制板上设置了手动报警系统,接通SB11(X20)按下SB11时,X20线圈得电X20常开闭合, 重复上述报警系统。

6.本程序具有多重保护

(1)在电梯运行过程中,遇到事故或者突发事件,只要按下停止按钮SB0(X0),运行程序停止工作,或者按下电源,所有工作停止。

(2) 当主电机和门电机M1、 M2、M3过载时, 热继电器FR1、 FR2、FR3常闭断开,电动机停止运行。

(3)各楼层运行时间必须小于10秒,否则T2得电报警系统启动,同时使Y5、Y6失电电动机停止。

(4)轿厢失控:当电磁制动器、电气安全装置失灵,发生冲顶或蹲底时,加装终端限位保护开关SQ7、SQ8及缓冲器开关SQ9。

(5)轿厢超载装置,当轿厢出现超重时,X20接通,指示灯HL11闪烁, 发出报警信号,并且呼叫楼层无效,电梯不运行。超重解除时,程序正常运行。

(6)报警系统装置:轿厢与外部联系的警铃装置。

(7)电梯门系统保护装置:当电梯停在一楼,自动门未关上时,程序不能运行,电动机不能上升。

(8)为了防止轿厢坠落的危险, 安装限速器和安全钳保护装置。

仿真电梯篇2

目前电梯目前各式各样的核心电梯控制器主要采用继电器控制器、PLC控制器、单片机控制器这3种。采用继电器控制的电梯系统通常需要器件较多, 电路复杂, 不利于维护;采用PLC控制的电梯系统由于一般的PLC控制器无法与上位机进行实时通信, 或者通信协议没有公开等因素, 带来难以实现人机界面友好的上位机监控等缺点;利用单片机控制的电梯具有成本低, 实时性强、精度高和显示、功能多样等优点。本文的主要任务是采用单片机AT89C51设计控制一个6层电梯的仿真系统, 给出各部分的硬件电路设计和软件设计, 软件设计采用有限状态机的思想来实现。最后给出仿真结果, 结果表明:这个电梯控制系统具有高精度、低成本、实时性高及功能多样的优势。

1. 控制功能要求

(1) 电梯完全自动响应电梯内、外指令;

(2) 电梯到达目的楼层, 延时关门;

(3) 电梯运行时只响应顺向按键的呼叫, 反向按键呼叫信号做记忆功能;

(4) 每个请求信号保留到执行后自动删除;

(5) 显示当前电梯所在楼层;

(6) 语音提示功能;

(7) 电梯上升带动电动机正向转动, 下降带动电动机反向转动。

2. 硬件总体结构设计

该系统是基于单片机AT89C51为主控制器设计的6层电梯仿真系统, 包括梯厢、楼层按键模块、电梯位置显示模块, 电梯开关门模拟模块、电动机运行模块以及语音模块等, 硬件系统的总体结构框图如图1所示。

3. 硬件设计

本文采用Proteus软件为平台进行整个电梯仿真系统的设计及仿真工作。Proteus软件是一种低投资的电子设计自动化软件, 提供可仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件和多达30多个元件库。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。具体的硬件设计模块如下:

(1) 电梯指令键盘和语音模块

该仿真系统里电梯指令键盘分为梯厢按键和楼层按键, 梯厢按键对应梯轿内部按键, 该电梯有6层, 因此对应6个按键。而楼层按键设在每个楼层内, 每个楼层都对应一个向上和向下的方向键, 而最高层第六层只有一个向下的按键, 最底层第一层只有一个向下的按键, 总共10个按键。该系统用一个4*4的矩阵式键盘实现电梯指令键盘, 分别由单片机8个并行I/O口控制, 其中1_U至5_U表示1至5楼向上的按键, 2_D至6_D表示2至6楼向下的按键, 1至6表示梯厢内1至6楼的按键。具体结构如图2所示。

语音模块的作用是实现电梯到达需要响应的楼层将发出蜂鸣声。该模块采用了有源蜂鸣器, 由于蜂鸣器内部带振荡器, 单片机只要给控制引脚输出高电平就会发声。

(2) 电梯位置显示模块和电梯开关门模拟模块

电梯位置显示模块负责显示梯轿内当前电梯所在楼层的位置。本电梯控制系统采用一个共阳极的数码管, 公共端接电源正极, 另外7个控制端分别跟单片机的7个并行I/O口相连。

电梯开关门模拟模块负责模拟电梯到达需要响应的楼层时, 对应的开门动作。1~6楼分别对应F1至F6标识的LED灯, 当电梯到达该楼层需要开门, 那么对应楼层的灯就会亮, 否则都处于灭状态。例如, 如果梯厢内有人按下4楼, 那么电梯到达4楼时, F4将由灭变亮, 持续一定时间后熄灭。

(3) 电动机运行模块

单片机进行逻辑分析, 控制电梯的运行方向, 是处于停止、上升或是下降的状态, 这个功能是由单片机控制电动机运行模块实现的。电梯控制系统里的电动机采用直流电机, 采用H桥驱动电路进行控制, 如图6所示。电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转, 必须导通对角线上的一对三极管。单片机通过给rev、enm、fwd 3个控制端输出高低电平实现电机的停止、正转、或反转的控制。同时, 可以通过给控制端rev、fwd端输入不同占空比的PWM信号实现电机的速度控制。

4. 软件设计

该电梯系统基于有限状态机来实现电梯的控制, 思路明确清晰, 能够高效地解决电梯响应多个梯厢或是楼层按键都被按下的复杂情况。有限状态机关键的步骤在于确定状态的对象以及状态的个数, 本文将电梯处在的每一个楼层都视为一个状态, 而每一个状态下都对应电梯开门、关门、停止、向上走一层和向下走一层这些动作, 动作之间的转移有相应的条件触发, 具体参考如图7所示。

其中开门和关门的动作通过电梯开关门模拟模块中对应楼层灯处于亮状态持续30s来实现。电梯处于向“上走一层”、“停止”或“向下走一层”的动作通过单片机控制电机的工作状态来实现。对于电梯指令模块, 通过行扫描法实现4×4矩阵式键盘按键的识别, 具备多个按键同时被按下的识别功能。

5. 仿真结果

基于上述设计的电梯硬件结构, 采用有限状态机算法实现电梯控制, 整个仿真系统的运行结果如下。例如当前电梯处于3楼向上运行的状态, 按下第3层方向向上, 即“3_U”键, 电梯响应开门, 如图8 (a) 所示。之后在梯厢内按下“5”键, 表示要去5楼, 电梯将持续上升, 电机正传, 每到达一层楼数码管显示为当前的楼层数, 当到达第5层时, 电梯停止转动, 开门后关门, 对应5层LED灯亮持续30s, 如图8 (b) 所示。期间如有人不管在梯厢内或是楼层里按下按键, 电梯都会根据相应的逻辑依次去相应。

结语

本文基于51单片机设计了电梯仿真电路结构, 并实现了基于有限状态机的程序用于控制电梯运行。仿真实验结果表明, 该电梯仿真系统具有真实电梯系统的各项功能, 很好地模拟了真实电梯系统的运行, 可较好地应用于单片机教学中, 并可供实际电梯控制系统设计做参考。

摘要：电梯控制系统是一个复杂的自动化控制系统, 本文在分析电梯运行特点基础上, 以51单片机为核心, 设计电梯仿真电路结构, 并实现基于有限状态机的程序, 控制电梯运行。仿真实验结果表明, 该电梯仿真系统具有真实电梯系统的各项功能, 很好地模拟了真实电梯系统的运行, 可较好地应用于单片机教学中, 并可供实际电梯控制系统设计做参考。

关键词：电梯,51单片机,有限状态机,硬件设计,仿真系统

参考文献

[1]叶安丽.电梯控制技术 (第2版) [M].北京:机械工业出版社, 2008:25-40.

[2]巩玉滨, 陈继文, 等.基于单片机的电梯控制仿真系统[M].计算机系统应用, 2011, 20 (11) :114-117.

[3]郑良田.基于单片机的电梯控制系统的研究[M].科技资讯, 2007 (21) :109-11.

[4]覃园芳.基于有限状态机的优化电梯控制算法的设计和实现[M].科技创新与应用, 2016:14-139.

[5]陶磊.试论电梯控制算法[J].中国科技博览, 2013 (8) :323-323.

仿真电梯篇3

关键词：PLC技术；电梯系统；快速仿真

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 16-0072-01

PLC应用仿真实验的实质就是借助于组态软件，生成仿真实验环境，用它来控制仿真环境中的图像元素，达到可以直接观察PLC运行情况的目的。以仿真动画的形式表示控制和程序的执行结果，极大地增加了研究者的参与实验的意识，提高了研究者的动手能力，加深研究者对该项技术的理解，提高研究的效果，特别是在提升研究者的创新实验，锻炼创新精神时，是非常有用的；以仿真程序代替实验设备，开发后不需要过多的维护，还可以增强实验的多样性。仿真实验以仿真动画代替实物模型既能节约大量的实验室经费，又能提高实验的安全性。

一、PLC电梯控制系统

（一）控制系统组成

本三层电梯控制系统由PC机、三菱FX2N-48MT、SC-09编程线、及软件KingView 6.5、FXGPWINV3组成。通过编程线SC-09将PC机的RS-232串口与PLC的编程口连接，在上位PC上安装KingView 6.5并建立电梯控制模型、编写控制程序、建立动态链接，就可以实现PLC电梯控制的动态运行和仿真。

（二）PLC的I／O分配

根据电梯操作的过程及对控制系统的要求，确定本系统中所需输入、输出接口，然后再进行I／O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。本电梯最小控制系统，电梯轿厢内的操作面板上有各层的选层指令按钮，开门按钮和关门按钮，门厅召唤按钮，电梯平层行程开关，另外，轿厢内设有消防应急和复位开关，共需14个开关量输入端口。控制电梯的上行、下行(即电机正、反转)，上、下行指示灯，轿厢内的开门、关门控制，显示1至3楼层楼位置指示，电梯轿厢内各层指令信号登记显示，各楼层门厅乘客召唤，共需l6点开关量输出端口。

二、组态软件设计

（一）图形界面设计

在组态软件中设计仿真图形界面，构建电梯模型画面，包括电梯轿厢、轿厢内按钮与显示元件、门厅召唤按钮与显示元件、电梯牵引电机、启／停控制按钮等。虚拟的电梯模型代替实际的电梯物理模型仿真运行。建立仿真图形画面，先要在工程管理器窗口下双击“新建”图标，建立“电梯控制系统”工程。在工程浏览器目录窗口，单击“文件”-“画面”，再在目录内容显示区内双击“新建”图标，启动“画面开发系统”程序，在“新画面”窗口，就可以用组态王提供的画图“工具箱”，根据需要构建图形画面。

（二）数据库构造

数据库是整个软件的核心，通过定义数据变量，反映被控对象各种属性，实现图形画面与I／O驱动程序的联系，数据库是联系上位机和下位机的桥梁。组态王中，数据库变量是在“数据词典”中定义，数据变量分内存变量和I／O变量，其中，内存变量是不需要与其他应用程序交换数据的变量，而I／O变量是与其他应用程序交换数据的变量，如与PLC进行信息变换的数据变量(下位机采集来的数据、发送给下位机的数据)就是I／O变量，在程序运行过程中，当I／O变量的值改变时，会自动写入远程的PLC内存，而当PLC的变量改变时，组态王中I／O变量会自动更新。PLC的输入输出地址就是I／O变量，在设置I／O变量属性时，在“定义变量”窗口的“基本属性”页中输入变量名(如“一楼指令按钮”)，变量类型设为“I／O 离散”，连接设备设为“FX2PLC”，寄存器设为“x3”，数据类型设为“Bit”，读写属性设为“只读”，采集频率设为100 ms，再单击“确定” 按钮，完成“一楼指令按钮”的数据变量定义。

（三）动画连接

建立数据库中变量与图形画面中图素间关系，就是动画连接。通过建立动画连接，可以将数据库中变量信息反映到图形画面中，当变量值改变时，画面上图形对象以动画的效果表现出来；还可以用图形画面的动作控制着数据库中的变量，由软件使用者通过图形对象以改变数据变量的值；这样才能将静止的图形画面像实际物理模型一样仿真运行，实现图形界面与物理对象PLC间的双向控制和模拟运行。双击图形界面上的图形元件，弹出“动画连接”对话框，根据图形元件的属性，分别定义对象名称及动画表达式，如双击“轿厢” 图形元件，在弹出的“动画连接” 窗口中，单击“垂直移动”，在出现的“垂直移动连接” 窗口的“表达式”框中，设置“”，并设向上移动距离设置为200，最上边移动距离设置为200，向下移动距离设置为0，最下边移动距离设置为0，单击确定按钮，回到“动画连接”窗口，再单击“确定”按钮，完成对轿厢的动画连接。同样的，可以完成其他图形元件的动画连接。

三、PLC电梯控制仿真运行

（一）PLC与Pc的通信参数设置

组态王软件要对PLC进行控制，必须要对PLC设备进行定义，双击“电梯控制系统”工程，在启动的工程浏览器内容显示区中双击“新建”图标，出现“设备配置向导”，按“PLC”-“三菱”-“FX2” “编程口”，顺序选择，取设备名“FX2PLC”，设备指向“COM1”串口，定义设备地址，则上位PC与实际的PLC建立了对应的联系。建立联系的设备，还需设置通讯参数，才能保证组态王对PLC的监控和仿真运行，设置的参数为：波特率9 600 b／s，7位数据位，1位停止位，偶校验，站号为0。该通信格式，在PLC中通信格式数据寄存器D8120中设置数值H6086，D8121中设置数据H0000，D8129中设置K5。

（二）进入系统仿真运行

PLC状态开关指向“RUN”，启动组态王运行系统TouehView，对电梯控制系统进行调试和仿真运行，检测电梯仿真界面的运行是否符合逻辑控制关系，组态软件对PLC的控制，及PLC对组态软件仿真模型的控制。

四、结论

通过组态王的PLC电梯控制仿真，可以在脱离PLC实际物理控制对象的条件下，实现对电梯控制系统的仿真运行，在控制程序投入实际运行前进行调试；而建立起来的控制命令程序，是可以在物理对象连接后，直接进行对控制系统的实时监控的人机界面，因此，在实际工作中，该方法无论针对开关量信号还是模拟量信号，都可以进行近似真实的仿真调试运行，也可以应用到教学实践中，在需投入较大资金的物理对象缺乏情况下，通过界面仿真的形式实现对控制系统的设计和调试。

参考文献：

[1]袁秀英.组态控制技术[M].北京:电子工业出版社,2010.

[2]李慧升.电梯控制技术[M].北京:机械工业出版社,2011.

仿真电梯篇4

北京京工科业科教设备有限公司透明仿真教学电梯是为了配合大中专院校、技校、职业学校、劳动就业培训中心、电梯维修物业管理部门等有关电梯专业和工业自动化专业课程实验演示，使更多的人能够更好地了解电梯、使用电梯，培养出更多的电梯专业人才，适应电梯行业的发展需要，我公司经过深入探索研究，精心设计的。

本电梯是根据最常见的升降式电梯结构，采用透明有机材料制成，其结构与实际电梯完全相同，且几乎具备了实际电梯的所有功能。为了便于教学，电梯大部分部件均是采用透明有机材料制成，使得电梯的内部结构一目了然；同时，电梯的运行过程，以及每个动作都十分明了，且可以反复实际动手操作。使学生能够很直观、透彻地了解、掌握电梯的结构及其动作原理，达到事半功倍的效果。解决了以往电梯教学中单纯的理论教学方式或是参观实际电梯时所带来的不安全，无法全面了解其内部结构及运行过程等种种实际问题。

电梯的电气控制系统采用可编程控制器(PLC)实现逻辑智能控制，交流变频调速(VVVF)驱动，其硬件构的组成及功能与实际电梯完全一样。具有自动平层、自动开门关门、顺向响应轿厢内外呼梯信号、直驶、电梯安全运行保护以及电梯急停、慢上、慢下、照明、风扇等功能。且具有性能可靠、运行平稳、操作简单、能耗低和便于教学等特点。

此外，透明仿真教学电梯的软硬件均采用开放式结构，院校也可以利用此套装置进行二次开发研究。如：1.群控电梯(统一调度多台集中并列的电梯)；2.并联控制电梯(2-3台电梯的控制线路并联，进行逻辑控制，共用层站外召唤按钮)；3.集选控制电梯；4.信号控制电梯，等等。

二、电梯的基本结构：

1、机房部分：包括曳引机、限速器、电磁制动器；

2、控制柜部分：总电源、控制电源、PLC可编程控制器、变频器、接线板等设备；

3、井道部分：包括导轨、对重装置、缓冲器、限速器钢丝绳张紧装置、极限开关、平层感应器、随行电缆等；

4、厅门部分：包括厅门、召唤按钮厢、楼层显示装置等；

5、轿厢部分：包括轿厢、安全钳、导靴、自动开门机、平层装置、操纵厢、轿厢内指导灯、轿厢照明等。……

电气部分机房部分

轿厢轿门结构

厅门

双楔渐进式安全钳

凸轮式限速器