摘 要：研制了一套基于三菱PLC控制的四層樓電梯模型。介紹了電梯模型的總體結(jié)構(gòu)和基本功能，同時也介紹了電梯模型基本功能的PLC編程實現(xiàn)。所研制的電梯模型具有體積小、重量輕、制作成本低、可現(xiàn)場編程等特點。本電梯模型可用于PLC編程培訓(xùn)，為檢驗PLC編程的正確性提供有效的平臺，具有重要的現(xiàn)實意義。 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)電類專業(yè)的一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，日益受到人們的重視。為了加強(qiáng)實驗室建設(shè)，進(jìn)一步完善實驗手段，突出實踐性教學(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通過排線連接，模型的總高度約為45cm，總重量約為4.5Kg，如圖1所示。 [align=center] 圖1電梯模型實物[/align] 　　電梯模型采用常見的曳引式電梯結(jié)構(gòu)，由一個定滑輪和兩個動滑輪構(gòu)成的滑輪組以減小所需的牽引力，拖動電機(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)和電梯的運行狀況，除了正面是印刷電路板，其它幾個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;電梯模型具備了實際電梯的基本功能，可以把此模型看作是小型化了的真實電梯。 　　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)線連接方式是比較困難的、而且容易出差錯，所以采用印刷電路板取代傳統(tǒng)導(dǎo)線連接方式，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通過排線連接，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 　　3.1 PLC選型及輸入、輸出點分配 　　PLC選用三菱FX2N系列的FX2N-32MR，它有16輸入點和16個輸出點。PLC的輸入信號有轎廂內(nèi)呼梯、上呼梯、下呼梯、樓層接近開關(guān)共14個輸入點;PLC的輸出信號有指示燈、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)共16個輸出點，輸入/輸出點的地址分配情況如圖2所示。 [align=center] 圖2 輸入/輸出點的地址分配圖[/align] 　　3.2 智能判斷控制 　　電梯到層、電梯門打開，但電梯外的乘客由于某種原因已經(jīng)離開，此時沒有乘客進(jìn)入電梯箱，影響了電梯的運行效率。這樣情況在真實電梯運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)。針對這種情況，本文的電梯模型增加了自動取消無效呼梯功能（由于電梯模型體積較小，這里僅僅針對二樓增加了此項功能），可有效地提高電梯運行效率。其實現(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)模塊的輸出信號連接到輸入點X13上，X13的常開觸點串聯(lián)在二樓呼梯信號的保持線圈上。當(dāng)在二樓等電梯的乘客離開，X13復(fù)位，從而取消二樓呼梯信號，電梯就不再停留此層，從而提高電梯運行效率。 　　3.3 電梯的升降控制 　　電梯的轎箱由一個5V直流電機(jī)拖動，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，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，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。具體實現(xiàn)過程：輸出點Y13閉合，繼電器J1線圈得電，使5V直流電源正接到直流電機(jī)上，此時直流電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，即電梯轎箱上升;輸出點Y17閉合，繼電器J2的線圈得電，使5V直流電源反接到直流電機(jī)上，此時直流電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，即電梯轎箱下降。 [align=center] 圖3 電梯升降互鎖控制原理圖[/align] 4 模型的功能及軟件設(shè)計 　　4.1 電梯模型的功能簡介 　　電梯模型可以實現(xiàn)以下主要功能： 　　①記憶呼梯信號;②確定電梯運行方向;③響應(yīng)順向呼梯信號，并到層后消除對應(yīng)的呼梯信號;④當(dāng)轎廂到達(dá)指定的樓層時，樓層指示燈閃爍，表示電梯門處于打開狀態(tài)，閃爍時間為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。 　　4.2 軟件設(shè)計 　　根據(jù)電梯模型的功能，編制相應(yīng)的梯形圖。 　　4.2.1 呼梯信號的處理 　　以“一樓上呼信號（輸入點X10）”為例。當(dāng)X10有信號輸入，線圈Y10接通并自鎖，從而記憶住此呼梯信號，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X10”的響應(yīng)處理。當(dāng)轎廂到達(dá)一層時，一樓接近開關(guān)動作，使X4接通，進(jìn)一步使得M110動作并自鎖，導(dǎo)致圖4（a）中Y10斷開， “一樓上呼指示燈”滅，即“一樓上呼信號”被響應(yīng)。通過三個定時器（T20、T21和T22）實現(xiàn)樓層指示燈閃爍5s，其中M310間接地使電機(jī)停轉(zhuǎn)，M410用于實現(xiàn)“一樓指示燈”閃爍控制。 [align=center] 圖4 呼梯信號的記憶與清除[/align] 　　4.2.2 電梯運行方向的控制 　　根據(jù)各呼梯信號的先后次序以及轎廂所在樓層位置，決定電梯的運行方向。當(dāng)電梯運行方向確定后，電梯在上升運行中，只響應(yīng)大于等于當(dāng)前樓層的內(nèi)呼和上升外呼信號;在下降運行中，只響應(yīng)小于等于當(dāng)前樓層的內(nèi)呼和下降外呼信號。 　　圖5是電梯上升運行控制的梯形圖，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，例如，按下“二樓上呼信號”按鍵，即，輸入端X11有輸入，用輸出繼電器Y11記憶此輸入信號，輸出點Y11使相應(yīng)的二極管發(fā)光，用來指示有“二樓上呼信號”。 　　當(dāng)轎廂在一樓位置，M204通電，M205、M206和M207斷電，此時轎廂外呼梯信號X16、X15、X14、X12、X11、X10以及轎廂內(nèi)呼梯信號X3、X2、X1都有可能產(chǎn)生上升運行狀態(tài);相似地，當(dāng)轎廂在二樓位置，M205通電，M204、M206和M207斷電，此時轎廂外呼梯信號X16、X15、X12、X11以及轎廂內(nèi)呼梯信號X3、X2都有可能產(chǎn)生上升運行狀態(tài);當(dāng)轎廂在三樓位置，M206通電，M204、M205和M207斷電，此時轎廂外呼梯信號X16、X12以及轎廂內(nèi)呼梯信號X3都有可能產(chǎn)生上升運行狀態(tài)。如圖5所示，輸出點Y均被自鎖，所以一旦產(chǎn)生上升運行狀態(tài)（M130通電），那么只有當(dāng)所有上樓呼梯信號被響應(yīng)后，才能解除上升運行狀態(tài)（M130斷電）。 [align=center] 圖5 電梯上升運行控制[/align] 　　電梯下降運行控制原理與上升運行控制類似，其它一些功能較為簡單，這里不再累述。 5 結(jié)束語 　　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電梯模型可以自動取消無效的呼梯信號，提高了電梯的運行效率;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)、實驗、現(xiàn)場編程和調(diào)試，對學(xué)生了解和掌握可編程控制器（PLC）及其應(yīng)用以及工業(yè)過程自動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)實習(xí)教學(xué)與創(chuàng)新制作比賽”中獲得三等獎。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 鐘肇新編. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1999 　　[2] 楊立新，儲健，丁茹. 基于SPLC的教學(xué)用電梯模型設(shè)計[J].微計算機(jī)信息，2005， 11-1：25～27