畢業(yè)設(shè)計(jì)-五層電梯模型試驗(yàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1、<p><b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　二○○七年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電梯是一種重要的垂直交通運(yùn)輸設(shè)備，又是比較復(fù)雜的機(jī)、電結(jié)合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制部分。電梯自動(dòng)控制系

2、統(tǒng)是樓宇自動(dòng)控制、工業(yè)過(guò)程控制的典型實(shí)例，也是人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)用電梯抽象而成的電梯模型，不僅和實(shí)用電梯的主要功能相當(dāng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形象直觀、演示效果好，可以驗(yàn)證各種控制策略，因此成為PLC、電氣控制等課程實(shí)踐教學(xué)的理想研究對(duì)象。</p><p>　　本文針對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，本著“功能完備、形象直觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用”的原則，設(shè)計(jì)了五層電梯模型。主要工作內(nèi)容包括以下幾方面：</p>&l

3、t;p>　?、?對(duì)設(shè)計(jì)的五層電梯模型從系統(tǒng)組成、實(shí)現(xiàn)功能、工作原理等方面進(jìn)行了全面的分析；</p><p>　?、?基于模塊化思想，設(shè)計(jì)了用于內(nèi)外呼梯、樓層檢測(cè)、信息顯示的信號(hào)綜合及顯示電路；</p><p>　?、?綜合考慮各種因素，采用H型PWM調(diào)速設(shè)計(jì)轎廂控制系統(tǒng)； </p><p>　　⑷ 設(shè)計(jì)了由步進(jìn)電機(jī)控制電梯門工作的驅(qū)動(dòng)電路；</p>

4、<p>　?、?對(duì)電梯外觀進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。</p><p>　　盡管做了不少工作，但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用還有許多工作要做，有待于今后進(jìn)一步完善。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電梯模型；模塊化設(shè)計(jì)；PWM調(diào)速；H型橋；門控； </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Eleva

5、tor is a kind of important equipments which realizes vertical transportation,</p><p>　　as well as large industrial products which combines machine and electricity complexly. It has perfect machine structure

6、for special use and complexly electrical control components. The elevator automatic control system is a classical example for industrial process and building automation control，also it is a hot issuse in explore. The ele

7、vator model，which is abstracted by practical elevator, it main function not only as practically elevator, but also has simple structure, visual image, good effe</p><p>　　The article against according to the

8、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: </p>&

9、lt;p>　　⑴ A five-story elevator model is designed, we comprehensive analysis it by the system comment, achieving functional and working principle. </p><p>　?、?Based on modular idea ，designed circuit for in

10、ternal and external called for staircase, level detection, message signal integrated and display.</p><p>　?、?Considering various factors, designed the control system of elevator car by using speed regulation

11、 of H- shape PWM; </p><p>　　⑷ Designed the drive which undered stepper motor controlled elevator gate</p><p>　?、?Designed preliminary the elevator’ appearance.</p><p>　　Although a l

12、ot of research works have done, there is also much work to do in the experimental system of practical application, such as realizes specifically, achieve further consummation.</p><p>　　Keywords：Elevator Mode

13、l; Modularization design; PWM speed regulation; H- bridge; Gate-controlled.</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　第一章 概 述2</p><p

14、>　　1.1 電梯的發(fā)展概況2</p><p>　　1.2 電梯的發(fā)展趨勢(shì)3</p><p>　　1.3 課題來(lái)源及意義4</p><p>　　1.4 本文主要工作5</p><p>　　第二章 電梯模型的組成及工作原理6</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)組成6</b>&l

15、t;/p><p>　　2.1.1 信號(hào)綜合及顯示電路6</p><p>　　2.1.2 轎箱控制系統(tǒng)7</p><p>　　2.1.3 門控電路7</p><p>　　2.2 工作原理8</p><p>　　第三章 電梯模型的電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 信號(hào)綜合及顯示電

16、路9</p><p>　　3.1.1 呼叫電路9</p><p>　　3.1.2 檢測(cè)電路10</p><p>　　3.1.3 顯示電路12</p><p>　　3.2 轎箱控制系統(tǒng)14</p><p>　　3.1.1 主電路及保護(hù)電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.2 驅(qū)動(dòng)電

17、路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2.4 控制電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　3.3 門控電路27</p><p>　　3.3.1 門控及驅(qū)動(dòng)電路27</p><p>　　3.3.2 門控控制電路設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.

18、4 穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)34</p><p>　　第四章 電梯模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.1 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.2 曳引系統(tǒng)設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.3 門控系統(tǒng)40</p><p>　　第五章結(jié)論和展望41</p><p>　　5.

19、1 本文工作總結(jié)41</p><p><b>　　5.2 展望42</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)43</b></p><p>　　附錄 硬件原理圖45</p><p>　　A1 呼叫系統(tǒng)電路原理圖45</p><p>　　A2 樓層檢測(cè)電路原理

20、圖46</p><p>　　A3 信息顯示電路原理圖47</p><p>　　A4 80C196KC單片機(jī)部分48</p><p>　　A5 轎廂控制系統(tǒng)——主電路及驅(qū)動(dòng)電路原理圖49</p><p>　　A6 門控系統(tǒng)控制電路原理圖50</p><p><b>　　謝 辭52</

21、b></p><p><b>　　圖表目錄</b></p><p>　　圖2-1 電梯模型硬件系統(tǒng)組成6</p><p>　　圖3-1 呼叫電路原理圖9</p><p>　　圖3-2 紅外反射式開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)11</p><p>　　圖3-3 紅外開關(guān)產(chǎn)品實(shí)物圖11&l

22、t;/p><p>　　圖3-4 檢測(cè)電路原理圖11</p><p>　　圖3-5 顯示電路原理圖12</p><p>　　圖3-6 74LS373的引腳圖12</p><p>　　圖3-7 74LS248引腳圖13</p><p>　　圖3-8 雙極式H型電路原理圖15</p>

23、<p>　　圖3-9 MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓的波形15</p><p>　　圖3-10 IR2110引腳排列16</p><p>　　圖3-11 IR2110內(nèi)部功能框圖17</p><p>　　圖3-12 IR2110驅(qū)動(dòng)半橋的電路原理圖18</p><p>　　圖3-13 阻容吸收保護(hù)電路19</p&g

24、t;<p>　　圖3-14 過(guò)電流保護(hù)電路20</p><p>　　圖3-15 過(guò)電壓保護(hù)電路20</p><p>　　圖3-16 80C196KC的結(jié)構(gòu)封裝圖21</p><p>　　圖3-17 控制電路原理圖24</p><p>　　圖3-18 保護(hù)信號(hào)輸送電路25</p><p>

25、;　　圖3-19 看門狗保護(hù)電路26</p><p>　　圖3-20 MAX704引腳圖26</p><p>　　圖3-21 L298外形圖27</p><p>　　圖3-22 L298的內(nèi)部結(jié)構(gòu)28</p><p>　　圖3-23 L298的引腳排列28</p><p>　　圖3-24 門控驅(qū)動(dòng)

26、電路原理圖29</p><p>　　圖3-25 L297外形圖31</p><p>　　圖3-26 四相八拍、半步方式或稱半階段31</p><p>　　圖3-27 雙四拍、整步方式或稱全階段31</p><p>　　圖3-28 單四拍、整步方式32</p><p>　　圖3-29 L297的引腳圖

27、32</p><p>　　圖3-30 三端穩(wěn)壓器34</p><p>　　圖3-31 三端穩(wěn)壓器的內(nèi)部原理框圖35</p><p>　　圖3-32 由W7824組成的穩(wěn)壓電路圖36</p><p>　　圖3-33 電壓產(chǎn)生原理圖36</p><p>　　圖4-1 電梯模型控制系統(tǒng)的外型37<

28、/p><p>　　圖4-2 電梯模型結(jié)構(gòu)示意圖38</p><p>　　圖4-3 電梯呼叫面板38</p><p>　　圖4-4 曳引結(jié)構(gòu)示意圖39</p><p>　　圖4-5 電梯門構(gòu)造示意圖40</p><p>　　表3.1 按鍵代碼和功能10</p><p>　　表3.2

29、 樓層檢測(cè)代碼11</p><p>　　表3.3 4線—七線譯碼/驅(qū)動(dòng)器功能表14</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　首次使用的乘客電梯出現(xiàn)于18 世紀(jì)90 年代后期。1889 年，Otis 公司在紐約成功安裝了一臺(tái)直接連接式升降機(jī)，這是以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的世界上第一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)升降機(jī)，從此誕生了名副其實(shí)的

30、乘客電梯。電梯驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、交流單速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、交流雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、直流有齒輪和無(wú)齒輪調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制、交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制、交流變壓變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制以及交流永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制等階段。</p><p>　　隨著第一個(gè)半自動(dòng)化電梯控制器在19世紀(jì)20年代的使用，原始的服務(wù)員執(zhí)守工作方式已減少為一個(gè)開關(guān)門的操作。直到1950年，由電力機(jī)械繼電器系統(tǒng)組成的全自動(dòng)電梯控制器的應(yīng)用取消

31、了服務(wù)員執(zhí)守。到20世紀(jì)70年代，基于微處理器的電梯控制器得到廣泛應(yīng)用，使得更為復(fù)雜的調(diào)度算法的實(shí)施成為可能，由此產(chǎn)生了電梯群控的概念。</p><p>　　電梯操縱控制方式經(jīng)歷了手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號(hào)控制、集選控制等過(guò)程，對(duì)于多臺(tái)電梯則出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控等。隨著智能控制技術(shù)在電梯群控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電梯交通系統(tǒng)和其他設(shè)施融為一體，智能建筑的整體功能得以充分發(fā)揮[1]。</p><

32、;p>　　作為重要的垂直交通運(yùn)輸設(shè)備，本身是復(fù)雜的機(jī)電結(jié)合體，既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制部分，并且運(yùn)行過(guò)程直觀、效果明了，是理想的工業(yè)控制研究對(duì)象。根據(jù)實(shí)用電梯抽象而成的電梯模型，不僅和實(shí)用電梯的主要功能相當(dāng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形象直觀、演示效果好，可以驗(yàn)證各種控制策略，已成為PLC電器控制的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。</p><p><b>　　第一章 概 述</b></p

33、><p>　　1.1 電梯的發(fā)展概況</p><p>　　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(shí)的電梯，于1889年出現(xiàn)。在此之前，電梯經(jīng)歷了初期的絞車階段和升降機(jī)階段。電梯的發(fā)展大體上可分為如下五個(gè)階段：    （1）13世紀(jì)前的絞車階段。在人類的遠(yuǎn)古時(shí)代就出現(xiàn)了絞車。文獻(xiàn)記載，在公元前2600年左右，古代的埃及人使用

34、絞車搬運(yùn)石料建造金字塔。    （2）19世紀(jì)前半葉的升降機(jī)階段。這個(gè)時(shí)期，由于蒸氣機(jī)的發(fā)明，人類進(jìn)入了以發(fā)動(dòng)機(jī)代替繁重體力勞動(dòng)的新時(shí)期。使用人力的絞車被以蒸汽為動(dòng)力的、具有簡(jiǎn)單機(jī)械裝置的升降機(jī)代替了。英國(guó)首先于1835年出現(xiàn)了用蒸氣機(jī)驅(qū)動(dòng)的升降機(jī)。這個(gè)時(shí)期的升降機(jī)以液壓或氣壓為動(dòng)力，安全性和可靠性還無(wú)保障。    （3）19世紀(jì)后半葉的升降機(jī)階段。從1852年起到18

35、89年前的這一階段，突出代表是埃利沙·古利普斯·奧梯斯（Otis）本人和奧梯斯公司的工作。1852年，奧梯斯在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制成了安全升降機(jī)；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(jié)構(gòu)，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</p><p>　　電梯控制技術(shù)

36、的發(fā)展經(jīng)歷了手柄開關(guān)控制、安鈕控制、微驅(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)控制諸階段。在我國(guó)，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(shù)。1980年以后，代替電磁繼電器元件的是計(jì)算機(jī)、功率電子學(xué)和各種傳感技術(shù)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)字量的速度控制系統(tǒng)[2]。</p><

37、;p>　　電梯控制技術(shù)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(jì)算機(jī)控制的電梯及無(wú)機(jī)房電梯方面發(fā)展。</p><p>　　1.2 電梯的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　向高性能的電梯技術(shù)方向發(fā)展，是電梯控制技術(shù)今后發(fā)展的方向[3]。高性能的電梯技術(shù)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。

38、</p><p>　?、倏煽毓韫╇姷闹绷鞲咚匐娞?lt;/p><p>　　此種梯形的發(fā)展趨勢(shì)如下：</p><p>　　1）電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組供電 可控硅供電 可控硅供電與變磁場(chǎng)系統(tǒng)；</p><p>　　2）直流有齒輪傳動(dòng) 直流無(wú)齒輪傳動(dòng)。</p><p>　　對(duì)于可控硅供電的直流高速電梯，由于節(jié)能，晶閘管供

39、電的直流可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)在電梯上將得到進(jìn)一步的完善和推廣使用。</p><p>　?、赩VVF控制的交流電梯</p><p>　　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(huì)社于1982年9月研制成功，安裝在東京GotandaNN大樓里，速度為4m/s。它具有下述特點(diǎn)。</p>

40、<p>　　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。</p><p>　　2）建筑物電源設(shè)備的容量降低。</p><p>　　3）電梯機(jī)房的負(fù)荷減輕。</p><p><b>　　4）噪聲降低。</b></p><p>　　因此，VVVF供電方式強(qiáng)于可控硅供電方式

41、，是電梯界的新潮流。</p><p><b>　?、跠S交流調(diào)速電梯</b></p><p>　　瑞士迅達(dá)有限公司推出的Dynatran-S(簡(jiǎn)稱DS)交流調(diào)速電梯是一種低、中速梯，平層精度mm，調(diào)好后可達(dá)mm。利用能耗制動(dòng)，但無(wú)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。</p><p><b>　　④微機(jī)控制電梯

42、</b></p><p>　　三菱公司的SP－VF系統(tǒng)，用在多微機(jī)控制上。</p><p><b>　?、菀簤禾?lt;/b></p><p>　　其有優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)房不用建在房頂，位置可自由選擇。液壓元件價(jià)格下跌，液壓機(jī)房?jī)r(jià)格便宜。</p><p><b>　?、逕o(wú)機(jī)房電梯</b></p&

43、gt;<p>　　是近年來(lái)興起的一項(xiàng)電梯新技術(shù)，有曳引驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、螺母螺桿驅(qū)動(dòng)、齒輪齒條驅(qū)動(dòng)、皮帶驅(qū)動(dòng)、直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等方式。</p><p><b>　?、唠娞莸闹悄芑?lt;/b></p><p>　　電梯一旦應(yīng)用智能控制技術(shù)，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(dòng)化信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，如與消防、保安、樓宇設(shè)備控制等系統(tǒng)交互聯(lián)系，使電梯成

44、為安全、舒適、高效、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)工具。為此，在控制程序中采用了先進(jìn)的調(diào)度原則，使群控管理具有最優(yōu)的派梯模式。現(xiàn)在的群控算法已不是單一地依賴“乘客候梯時(shí)間最短”為目標(biāo)了，而是采用模糊規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)的方法，將候梯時(shí)間、舒適度等因素（專家知識(shí)）綜合考慮并吸收到群控系統(tǒng)中去[3]。</p><p>　?、喔咚匐娞莺统邔咏ㄖ?lt;/p><p>　　現(xiàn)在世界上高速電梯的最大額定速度達(dá)到了101

45、0m/min。</p><p>　　1.3 課題來(lái)源及意義</p><p>　　電梯作為現(xiàn)代生產(chǎn)、生活重要的運(yùn)輸和交通工具，是比較復(fù)雜的機(jī)、電結(jié)合成一體的大型工業(yè)產(chǎn)品，既有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又有復(fù)雜的電氣控制部分。電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)控制、工業(yè)過(guò)程控制的典型實(shí)例，也是PLC、電氣控制等課程實(shí)踐教學(xué)的理想研究對(duì)象。</p><p>　　PLC作為機(jī)電一體化專業(yè)

46、本科學(xué)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(gè)五層樓電梯模型可以讓學(xué)生熟悉PLC的應(yīng)用，在高等工科學(xué)校實(shí)驗(yàn)中的廣泛應(yīng)用具有重要意義。該模型可以模擬電梯基本功能,作為教學(xué)裝置,供學(xué)生進(jìn)行PLC綜合實(shí)驗(yàn)和編程模擬,增強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化的感性認(rèn)識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力[2]。</p><p>　　但用于教學(xué)的電梯模型，往往結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單、功能不夠完備。設(shè)計(jì)一套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形象直觀、功能齊全、性價(jià)比高的電梯模型可以

47、較好地滿足教學(xué)和科研的需要。</p><p>　　1.4 本文主要工作</p><p>　　本文著眼于PLC控制實(shí)驗(yàn)的需要，基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用、功能完備、配備靈活的具有典型對(duì)象特性的電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，所做工作具有重要意義。</p><p>　　本文共分五章，各章的主要工作如下：</p><p>　　第一章簡(jiǎn)要介紹了電梯的發(fā)

48、展歷史和發(fā)展趨勢(shì)。并對(duì)課題的來(lái)源和意義，進(jìn)行闡述。</p><p>　　第二章根據(jù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用要求，從系統(tǒng)的組成、工作原理等方面對(duì)所要實(shí)現(xiàn)的電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（裝置）進(jìn)行了分析和構(gòu)思。</p><p>　　第三章基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能描述，從電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的要求對(duì)電路設(shè)計(jì)及工作原理進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，并對(duì)所選用器件作相應(yīng)的介紹。</p><p>　　第四章設(shè)計(jì)電梯模

49、型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的外觀、尺寸以及各個(gè)器件選取的規(guī)格，并設(shè)計(jì)出曳引系統(tǒng)和門控傳動(dòng)的實(shí)際樣圖。</p><p>　　第五章全面系統(tǒng)地總結(jié)了本文的全部工作，并指出有待進(jìn)一步開展的工作。</p><p>　　第二章 電梯模型的組成及工作原理</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)組成</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的五層電梯模型

50、系統(tǒng)組成如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 電梯模型硬件系統(tǒng)組成</p><p>　　電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由信號(hào)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(hào)綜合及顯示電路分呼叫電路、檢測(cè)電路和顯示電路三部分；轎箱控制系統(tǒng)包括主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路和保護(hù)電路四部分；門控系統(tǒng)分為門控驅(qū)動(dòng)電路和門控控制電路兩部分。</p><p>　　2.1.

51、1 信號(hào)綜合及顯示電路</p><p><b>　　1. 呼叫電路</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的呼叫系統(tǒng)主要用于電梯外部樓層呼叫信號(hào)和轎廂內(nèi)部樓層呼叫信號(hào)、門控制信號(hào)及消防維修信號(hào)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(jiǎn)單的按鍵和門電路就可搭建成滿足要求的電路，并且信號(hào)生成快、輸送穩(wěn)定。</p>&l

52、t;p><b>　　2. 檢測(cè)電路</b></p><p>　　檢測(cè)電路主要用于對(duì)電梯位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，其檢測(cè)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(duì)轎廂進(jìn)行位置檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)精度。當(dāng)轎箱經(jīng)過(guò)或停在某一層時(shí)，紅外開關(guān)產(chǎn)生輸入信號(hào)，并迅速把此信號(hào)以數(shù)字信號(hào)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。</p><p>

53、<b>　　3. 顯示電路</b></p><p>　　顯示電路主要用于對(duì)轎廂所在樓層位置的顯示，其通過(guò)對(duì)檢測(cè)電路輸出信號(hào)的譯碼，并將其轉(zhuǎn)換為半導(dǎo)體數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，達(dá)到對(duì)轎廂實(shí)時(shí)位置的顯示。每層都有半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示，模擬了電梯運(yùn)行的真實(shí)情況。</p><p>　　2.1.2 轎箱控制系統(tǒng)</p><p>　　轎廂控制系統(tǒng)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)轎箱上下位

54、置移動(dòng)和移動(dòng)速度的控制。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(gè)電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)重要組成部分</p><p><b>　　1. 主電路</b></p><p>　　轎廂控制的主電路采用H橋雙極性PWM控制技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和正/反轉(zhuǎn)向的控制。</p><p><b>　　2.

55、 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　主要用來(lái)產(chǎn)生H橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。</p><p><b>　　3. 控制電路</b></p><p>　　主要用來(lái)接收處理PLC的控制信號(hào)，產(chǎn)生雙極性PWM信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路。并對(duì)保護(hù)和復(fù)位信號(hào)進(jìn)行處理。</p><p><b>　　4. 保護(hù)電路</b>

56、;</p><p>　　主要包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)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。</p><p>　　2.1.3 門控電路</p><p>　　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(lái)控制電梯門傳動(dòng)裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯門的準(zhǔn)確控制。</p><p><b&g

57、t;　　1. 門控驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　門控驅(qū)動(dòng)電路主要受控制電路控制，用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。該電路由L298芯片構(gòu)成，它具有雙H橋驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)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</p><p><b>　　2. 門控控制電路</b></p><p>　　該電路采用L297構(gòu)成

58、，其主要將來(lái)自80C196KC的各項(xiàng)控制信號(hào)轉(zhuǎn)化成對(duì)L298的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，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(guò)最大允許范圍。</p><p><b>　　2.2 工作原理</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)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(guò)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(duì)電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的信息處理和

59、實(shí)時(shí)控制。 </p><p>　　當(dāng)電梯模型上有按鍵被按下時(shí)，呼叫系統(tǒng)隨即產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)傳送給PLC，經(jīng)PLC的I/O口送到CPU中處理，CPU處理后產(chǎn)生相應(yīng)指令，執(zhí)行相應(yīng)程序。并通過(guò)I/O數(shù)據(jù)總線給電梯模型單片機(jī)80C196KC輸送控制信號(hào)。</p><p>　　80C196KC接到PLC送來(lái)的控制信號(hào)后，通過(guò)其自身處理后，決定運(yùn)行轎廂上升、下降，電梯門的開啟或關(guān)閉，并通過(guò)輸出端輸送給相應(yīng)

60、器件，執(zhí)行相應(yīng)命令。從而實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)電梯模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的控制。</p><p>　　例如，轎廂在一樓，這時(shí)，三樓有按鍵被按下，隨即產(chǎn)生三樓按鍵的信號(hào)代碼。該信號(hào)迅速被送入PLC的I/O輸入口中。PLC接到此信號(hào)后，立即送入CPU處理。CPU處理后執(zhí)行轎廂上升程序，產(chǎn)生控制信號(hào)經(jīng)I/O輸出口傳送給80C196KC。80C196KC收到信號(hào)后，經(jīng)其內(nèi)部CPU處理后，控制其輸出端向轎廂的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路送出雙極性PWM控制

61、信號(hào)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)，轎廂開始上升。當(dāng)轎廂到達(dá)三層時(shí)，位置檢測(cè)開關(guān)產(chǎn)生轎廂在三樓的位置信號(hào)，將其輸送給PLC,PLC馬上給80C196KC下達(dá)停止命令，80C196KC停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸送PWM波，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p>　　第三章 電梯模型的電氣系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 信號(hào)綜合及顯示電路</p><p>　　3.1.1 呼叫電路</p&

62、gt;<p>　　圖3-1 呼叫電路原理圖</p><p>　　呼叫電路是信號(hào)綜合電路的重要組成部分，主要用于實(shí)現(xiàn)電梯內(nèi)、外呼梯信號(hào)的生成。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(gè)按鍵，其中Y0~Y7為轎箱外呼按鍵，Y8~Y14為轎箱內(nèi)呼及門控按鍵，Y15為消防維修電子鎖。其各個(gè)功能如表3.1

63、所示。74LS148和74LS00的作用是把各按鍵所入信號(hào)編輯為四位二進(jìn)制編碼，并將其送入PLC的數(shù)據(jù)I/O端口（1～4）中。各鍵按下時(shí)的代碼如表3.1所示。例如，當(dāng)Y2按下時(shí)，與其連接的74LS148的一端由高電平變?yōu)榈碗娖剑?jīng)過(guò)74LS148和74LS00轉(zhuǎn)換，由74LS00輸出代碼0010，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入PLC的數(shù)據(jù)接受I/O端口,由PLC處理并執(zhí)行相應(yīng)程序。圖3-1為呼叫電路原理圖。</p><p>　　

64、電路中還設(shè)置了兩組上拉電阻，其作用在于在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，使74LS148輸入端維持在高電平。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖剑?4LS148輸出相應(yīng)代碼。</p><p>　　表3.1 按鍵代碼和功能</p><p>　　3.1.2 檢測(cè)電路</p><p>　　檢測(cè)電路由十個(gè)紅外反射式光電開關(guān)、兩片四2輸入或門74LS32，一片8線-3線優(yōu)先編碼器74LS1

65、48和上拉電阻組成。其主要作用是對(duì)電梯轎箱位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以確保電梯到達(dá)相應(yīng)位置時(shí)，PLC能做出正確判斷，并執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序，控制相應(yīng)器件進(jìn)行動(dòng)作。</p><p>　　紅外反射式光電開關(guān)[4]的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3-2。紅外開關(guān)的紅外發(fā)射管和接收管位于同一側(cè)，光敏三極管只能接收反射回的紅外光。當(dāng)轎廂不經(jīng)過(guò)開關(guān)時(shí)，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(dǎo)通，光電開關(guān)輸出高電平；反之，當(dāng)轎廂經(jīng)過(guò)開關(guān)

66、時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)射的光經(jīng)其反射后，被接收管接受，光電開關(guān)輸出低電平。</p><p>　　圖3-2 紅外反射式開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3-3 紅外開關(guān)產(chǎn)品實(shí)物圖</p><p>　　如圖3-4，每一層各安有上下兩個(gè)紅外反射光電開關(guān)（以下簡(jiǎn)稱紅外開關(guān)），它們能確保電梯在到達(dá)某一樓層后，準(zhǔn)確的向PLC輸送這一樓層的信號(hào)。當(dāng)轎廂上、下端正好與某一樓層上、下端對(duì)齊時(shí)，這一層的兩個(gè)開關(guān)都

67、導(dǎo)通時(shí)，74LS32輸出低電平。這一信號(hào)被送入74LS148，并產(chǎn)生相應(yīng)代碼。再由其輸出端輸送給PLC的數(shù)據(jù)I/O口（5～7）中。PLC可根據(jù)輸送來(lái)的信號(hào)準(zhǔn)確的判斷出轎箱所在位置，并做出相應(yīng)處理。電路圖3-4所示。檢測(cè)各樓層所用的代碼如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 樓層檢測(cè)代碼</p><p>　　圖3-4 檢測(cè)電路原理圖</p><p>　　上

68、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。</p><p>　　3.1.3 顯示電路</p><p>　　顯示電路主要用于顯示電梯所在樓層號(hào)。其電路主要由一片八位鎖存器74LS373、一片4線－七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器74LS248、一個(gè)共陰極VLED半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201和下拉電阻組成。</p><p>　　顯示信號(hào)來(lái)自檢測(cè)電路中的74LS32輸出信號(hào)。當(dāng)74

69、LS32輸出信號(hào)來(lái)到時(shí)，它被送入74LS373中鎖存，并由其輸送給74LS248的四個(gè)輸入端，通過(guò)其譯碼并驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201顯示樓層號(hào)碼。電路圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 顯示電路原理圖</p><p>　　下拉電阻的作用是在沒(méi)有輸入時(shí)使74LS248輸入端保持低電平，從而使數(shù)碼管不顯示。</p><p>　　1. 八位鎖存器（74LS3

70、73）</p><p>　　圖3-6 74LS373的引腳圖</p><p>　　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(hào)鎖存，并持續(xù)向外輸出被鎖存的信號(hào)，直到有新的信號(hào)到來(lái)將原有信號(hào)沖刷掉。之后，輸出端持續(xù)向外輸出新的鎖存信號(hào)，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(dāng)它為高電平時(shí)，隨數(shù)據(jù)（）而改

71、變；當(dāng)它為低電平時(shí)，被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。為三態(tài)允許控制端。當(dāng)它為低電平時(shí)，～8 為正常邏輯狀態(tài)可用賴驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)它為高電平時(shí)，～呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響[5]。</p><p>　　2. 4線—七線譯碼/驅(qū)動(dòng)器（74LS248）</p><p>　　圖3-7 74LS248引腳圖</p><p>　　4線

72、—七線譯碼/驅(qū)動(dòng)器（74LS248）的引腳排列如圖3-7所示。其功能為把輸入信號(hào)譯成數(shù)碼管所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示輸入信號(hào)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(diǎn)平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）；為燈測(cè)試輸入端（低電平有效）；為脈沖消隱輸入端（低電平有效）。</p><p>　　當(dāng)要求輸出0～15時(shí)，消隱輸入（）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于

73、輸出0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（）為高電平或開路。當(dāng)為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，均為低電平。</p><p>　　當(dāng)和地址（）均為低電平，并且燈測(cè)試（）為高電平時(shí)，為低電平脈沖消隱輸出（）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng)為高電平或開路時(shí)，的低電平可使均為高電平。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中所用到的功能如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 4線—七線譯碼/驅(qū)動(dòng)器

74、功能表</p><p>　　3.2 轎箱控制系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 主電路及保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轎廂控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電梯模型的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制來(lái)滿足轎廂按要求運(yùn)行的目的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中選用60ZY105－2420直流伺服電機(jī)，該電機(jī)體積小、工作穩(wěn)定、容易控制，額定電壓

75、（＋24V）、額定轉(zhuǎn)速（1550r/min）、輸出功率（20W）都滿足設(shè)計(jì)要求。電機(jī)轉(zhuǎn)速與電壓的關(guān)系為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　考慮到PWM控制具有電路簡(jiǎn)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。</p><p>　　圖3-8為本設(shè)計(jì)中使用的雙極性PWM變換

76、的電路原理圖。其中的功率開關(guān)采用2SK1389MOSFET。它允許通過(guò)的最大電流為50，最大允許電壓為60V。它的特點(diǎn)是：1）開關(guān)速度高、開關(guān)損耗小；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(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單[6]。</p><p>　　4個(gè)MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組。和同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)聯(lián)，其驅(qū)動(dòng)電壓；和同時(shí)動(dòng)作，其驅(qū)動(dòng)電壓。它們的波形如圖3-9所示。</p><p

77、>　　在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，和為正，MOSFET管和導(dǎo)通；而和為負(fù)，和截止。此時(shí)，+24加在電樞兩端，，電樞電流沿1流通，此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)轎廂上升。當(dāng)時(shí)，和變負(fù)，和截止；和變正，但、并不立即導(dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼嗅尫艃?chǔ)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(shí)，。在 一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，只要調(diào)節(jié)占空比，即可實(shí)現(xiàn)轎廂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度和方向[7]。</p><p>　　圖3-8 雙極式

78、H型電路原理圖</p><p>　　圖3-9 MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓的波形</p><p>　　3.2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1. IR2110</b></p><p>　　由于用IR2110構(gòu)成功率驅(qū)動(dòng)電路時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、成本低、體積小，功耗低的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路中采

79、用IR2110作為主電路的功率驅(qū)動(dòng)模塊。</p><p>　　IR2110 驅(qū)動(dòng)器是美國(guó)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(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種[8]。</p><p>　　IR2110 采用高壓和閂鎖抗干擾制造工藝，腳封裝。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)500，=±50，15下靜態(tài)功耗僅1

80、16；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅(qū)動(dòng)電壓）電壓范圍10～20；邏輯電源電壓范圍（腳9）5～15，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(dá)500；開通、關(guān)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。</p><p>　　圖3-10 IR2110引腳排列</p><p>　　IR2110的引腳排列如圖3-1

81、0所示，功能如下：</p><p>　　引腳1：，低端通道輸出；</p><p><b>　　引腳2：，公共端；</b></p><p>　　引腳3：，低端固定電源電壓；</p><p>　　引腳5：，高端浮置電源偏移電壓；</p><p>　　引腳6：，高端浮置電源絕對(duì)電壓；</p>

82、<p>　　引腳7：，高端輸出；</p><p>　　引腳9：，邏輯電路電源電壓；</p><p>　　引腳13：，邏輯電路偏移電路；</p><p>　　引腳10：，引腳11：，引腳12：，均是邏輯輸入；</p><p>　　引腳4、引腳8、引腳14均為空腳。</p><p>　　IR2110 的內(nèi)部功

83、能框圖如圖3-11所示。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。如上所述IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，三相橋式變換器，僅用一組電源即可。</p><p>　　圖3-11 IR2110內(nèi)部功能框圖</p><p><b>　　2. 功率驅(qū)動(dòng)原理</b></p><

84、;p>　　IR2110 驅(qū)動(dòng)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。假定在關(guān)斷期間已充到足夠的電壓（≈）。當(dāng)為高電平時(shí)開通，關(guān)斷，加到的門極和發(fā)射極之間，通過(guò)，和門極柵極電容放電，被充電。此時(shí)可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)為低電平時(shí)，開通，斷開，柵電荷經(jīng)、迅速釋放，關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（）之后，為高電平，開通，經(jīng)，給充電，迅速為補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。</p><p>　　3

85、. 自舉元器件的分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖3-12所示，自舉二極管（）和電容（）是IR2110在PWM應(yīng)用時(shí)需要嚴(yán)格挑選和設(shè)計(jì)的元器件，應(yīng)根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算分析。在電路實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行一些調(diào)整，使電路工作在最佳狀態(tài)。</p><p>　?。?）自舉電容的設(shè)計(jì)</p><p>　　MOSFET開通時(shí)，需要在極短的時(shí)間內(nèi)向門極提供足夠的柵電荷。在器件開通后，自舉

86、電容兩端電壓比器件充分導(dǎo)通所需要的電壓（20）要高；設(shè)在自舉電容充電路徑上有1.5的壓降（包括的正向壓降）；設(shè)有1/2 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(shí)對(duì)應(yīng)的自舉電容可用下式表示：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　工程應(yīng)用則取.</b></p>

87、;<p>　　本設(shè)計(jì)中選用2SK1389 50/600MOSFET 充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷=150（可由特性曲線查得），=24，那么</p><p>　　=2×150×/(24－20－1.5)=1.2×</p><p>　　可取=0.22，且耐壓大于35 的鉭電容。</p><p>　　（2）自舉二極管的選擇</p

88、><p>　　自舉二極管是一個(gè)重要的自舉器件，它應(yīng)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(guān)頻率之積。為了減少電荷損失，應(yīng)選擇反向漏電流小的快恢復(fù)二極管。 </p><p>　　圖3-12 IR2110驅(qū)動(dòng)半橋的電路原理圖</p><p>　　3.2.3 保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1. 緩沖電路</

89、b></p><p>　　MOSFET的漏極和源極之間連接上一個(gè)阻容吸收電路[9]，其原理圖如圖3-13所示。其作用為：當(dāng)電流切斷的瞬間，利用電容器電壓不能突變的特點(diǎn)，把尖峰電壓電流吸收。減少對(duì)MOSFET的沖擊。使關(guān)MOSFET斷過(guò)電壓能得到有效的抑制并減少關(guān)斷損耗。器件選擇可根據(jù)公式</p><p><b>　　(3-3)</b></p>&l

90、t;p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　其中: =24V ,=50 ,I=1.6 , =0.944,=T=0.001s.</p><p>　　經(jīng)計(jì)算,得: =0.031,取電容＝0.33；的取值范圍在(0.5～8.33),考慮到電容的放電時(shí)間盡量短，這里取=5.</p><p>　　圖3-13 阻容吸收保護(hù)電路<

91、;/p><p><b>　　2. 過(guò)電流保護(hù)</b></p><p>　　為檢測(cè)電流，防止電流過(guò)大使電機(jī)被燒壞，設(shè)計(jì)了過(guò)電流保護(hù)電路，如圖3-14所示。該電路采用一片LM358運(yùn)算放大器、一只型號(hào)為2CW37-20A[10]的穩(wěn)壓二級(jí)管(19.2)、一個(gè)10電阻、一個(gè)1電阻和5的穩(wěn)壓電源構(gòu)成同向比較器。當(dāng)電路中的電流高于1.2 (1.92)時(shí)，LM358輸出高電平，輸入到

92、80C196KC 的TXD/P2.0端口，啟動(dòng)保護(hù)程序。</p><p><b>　　3. 過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p>　　過(guò)電壓保護(hù)電路同過(guò)電流保護(hù)電路原理相同，作用是防止電壓過(guò)大使電路損壞,如圖3-15所示。采用一片LM358運(yùn)算放大器、一只型號(hào)為2CW37-30A的穩(wěn)壓二極管（28.8）、一個(gè)1電阻和5的穩(wěn)壓電源構(gòu)成同向比較器。當(dāng)電源電壓高于1.2 （2

93、8.8）時(shí)，LM358輸出高電平，80C196KC的TXD/P2.0端口，啟動(dòng)保護(hù)程序。</p><p>　　圖3-14 過(guò)電流保護(hù)電路 圖3-15 過(guò)電壓保護(hù)電路</p><p>　　3.2.4 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的主電路由80C196KC負(fù)責(zé)接受處理PLC發(fā)送的控制信號(hào)。PLC對(duì)電機(jī)兩端電壓控制的模擬信號(hào)（

94、0～5）通過(guò)其模擬量輸出口輸出，輸送到80C196KC的模擬量輸入口ACH.4，它含有A/D轉(zhuǎn)換器，可將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)由80C196KC的P1.0口輸入。這些信號(hào)經(jīng)80C196KC處理后，執(zhí)行相應(yīng)程序，由HSO.0和HSO.1為兩片IR2110提供雙極性PWM信號(hào)；P1.0連接PLC的數(shù)據(jù)輸出口，用于接受PLC發(fā)來(lái)的電機(jī)正/反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，輸入高電平為正轉(zhuǎn)，低電平為反轉(zhuǎn)；TXD/P2.0連接IR2110的S

95、D端口，當(dāng)輸出高電平時(shí)，IR2110的兩路輸出HO、LO都被關(guān)閉，與其連接的MOSFET關(guān)斷，則電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，反之，IR2110繼續(xù)控制MOSFET使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)控制電路原理圖如附錄4所示。</p><p>　　1. 80C196KC單片機(jī)</p><p>　　80C196KC是INTEL公司MCS－96系列單片機(jī)中重要的新成員。其不僅保留了MCS－96系列單片機(jī)中其它型號(hào)如8098和

96、8096BH等芯片的功能，而且擴(kuò)展了一些新的功能，使之成為該系列單片機(jī)中性能優(yōu)良的產(chǎn)品之一，已被廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　　其特點(diǎn)為：</b></p><p>　　（1）16位CPU，可尋址空間為64KByte;</p><p>　?。?）16KByte片內(nèi)ROM;</p><p>　　（3）232Byte內(nèi)

97、部RAM，256Byte的附加RAM；</p><p>　?。?）快速運(yùn)算能力。振蕩信號(hào)頻率可達(dá)16MHz，指令的運(yùn)行速度更快，16位乘法1.75，32位除法3.0；</p><p>　?。?）具有高速輸入輸出單元HIS/HSO。在16MHz時(shí)鐘下，檢測(cè)和產(chǎn)生脈沖的分辨率可達(dá)1.75，即可由HIS檢測(cè)570KHz的輸入脈沖，也可由HSO產(chǎn)生570KHz的脈沖；</p><

98、;p>　　（6）具有選擇10位/8位轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，還可控制A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間；</p><p>　?。?）具有全雙工串行口；</p><p>　?。?）外圍事務(wù)服務(wù)器，以很小的CPU開銷為I/O功能部件服務(wù)；</p><p>　?。?）監(jiān)視定時(shí)器。提供突然間紊亂或從硬件故障中自動(dòng)恢復(fù)的能力。</p><p>　　80C196KC的結(jié)構(gòu)封裝圖

99、如圖3-16所示。</p><p>　　圖3-16 80C196KC的結(jié)構(gòu)封裝圖</p><p><b>　　其各引腳功能如下：</b></p><p>　　第一部分：芯片的工作電源及地，共7只引腳，它們是：</p><p>　　（1） 主電源電壓（為＋5）。</p><p>　　（2） 數(shù)字

100、電路地（0），三個(gè)引腳都應(yīng)接地。</p><p>　?。?） EPROM型芯片的編程電壓。</p><p>　?。?） 片內(nèi)轉(zhuǎn)換器的參考電壓（＋5）。</p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)換器的參考地，通常應(yīng)與相同。</p><p>　　第二部分：控制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)，共13個(gè)引腳，它們是</p><p>　?。?） 取

101、指讀操作輸出信號(hào)。當(dāng)讀外部存儲(chǔ)器時(shí)，若該引腳輸出高電平，則表示此次讀是取指操作。</p><p>　?。?） 非屏蔽中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入腳。此引腳上的一個(gè)由低變高的電平跳變將使程序轉(zhuǎn)向外部存儲(chǔ)器的0000H單元。該引腳僅供開發(fā)系統(tǒng)使用。</p><p>　?。?） 片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器的輸出端。</p><p>　?。?）/ 寫外部存儲(chǔ)器高位字節(jié)/總線高位字節(jié)允許輸出信

102、號(hào)，由（芯片配置寄存器）選擇。若選擇功能，當(dāng)寫存儲(chǔ)器奇數(shù)字節(jié)（高位）時(shí)，該引腳變低。在訪問(wèn)一個(gè)16位寬的存儲(chǔ)器時(shí)，需選擇功能，即當(dāng)＝0時(shí)，選擇連接至數(shù)據(jù)總線高位字節(jié)的存儲(chǔ)器。這樣，對(duì)一個(gè)16位寬度存儲(chǔ)器的寫操作按如下方式：</p><p>　?。?，＝1 選擇低字節(jié)</p><p>　?。?，＝0 選擇高字節(jié)</p><p>　?。?，＝0 選擇一個(gè)字<

103、/p><p>　　其中為地址總線的最低位。</p><p>　?。?）/ 寫外部存儲(chǔ)器低位字節(jié)/寫外部存儲(chǔ)器輸出信號(hào)，在80C196KC芯片中，由選擇輸出或信號(hào)。</p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)總線寬度選擇輸入腳。若＝1，則運(yùn)行中的總線寬度取決于該引腳的邏輯值。當(dāng)＝1時(shí)，選擇16位總線，否則選擇8位總線。若=0,則總線寬度為8位，與此引腳的電平無(wú)關(guān)。</p&

104、gt;<p>　?。?） 準(zhǔn)備就緒信號(hào)（輸出）。片內(nèi)有微弱上拉作用，其用于延長(zhǎng)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的總線周期。當(dāng)外部存儲(chǔ)器速度較慢時(shí)，其發(fā)一低電平信號(hào)使處于等待狀態(tài)。</p><p>　　（8） 片內(nèi)振蕩發(fā)生器中反相器的輸入端，輸入外部振蕩信號(hào)，通常接外部石英晶體（16）</p><p>　?。?） 片內(nèi)振蕩發(fā)生器中反相器的輸出端，通常接外部石英晶體。</p>&l

105、t;p>　?。?0） 芯片的復(fù)位信號(hào)輸入端。</p><p>　?。?1） 對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀信號(hào)、低電平有效（輸出）。</p><p>　?。?2） 存儲(chǔ)器選擇輸入端。＝0時(shí)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器，＝1時(shí)訪問(wèn)片內(nèi)。</p><p>　?。?3）/ 地址鎖存允許（高電平）或地址有效（低電平時(shí)），位輸出引腳，僅在外部存儲(chǔ)器訪問(wèn)期間有效，或由CCR寄存器選擇，兩者都

106、提供一個(gè)鎖存信號(hào)，以便將地址從地址/數(shù)據(jù)總線中分離出來(lái)。</p><p>　　第三部分：I/O信號(hào)線，即I/O功能部件的輸入或輸出線，共48個(gè)引腳，它們是：</p><p>　?。?）HSI 四個(gè)引腳均為高速輸入部件的輸入端，其編號(hào)為HSI.0、HSI.1、HSI.2、HSI.3，其中的HSI.2和HSI.3引腳與HSO部件共用。</p><p>　?。?）HSO

107、 六個(gè)引腳均為高速輸出部件的輸出端，其編號(hào)分別為HSO.0、HS0.1、HSO.2、HSO.3、HSO.4、HSO.5,其中HSO.4和HSO.5與HSI部件共用。</p><p>　?。?）P0口 P0.0～P0.7為8位的高輸入阻抗口，即可作為數(shù)字量輸入口，也可作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入口（作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端時(shí)，編號(hào)為ACH.0～ACH.7）。</p><p>　?。?）P1

108、口 P1口(P1.0～P1.7)是一個(gè)準(zhǔn)雙向口，共有8個(gè)腳。在P1口中，P1.5～P1.7三個(gè)腳分別與、、引腳共享。</p><p>　　（5）P2口 P2口（P2.0～P2.7）是一個(gè)多功能輸入/輸出口</p><p>　?。?）P3口 具有漏極開路輸出的8位雙向口，內(nèi)部有很強(qiáng)的上拉作用，其與P4口一般用于作多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線。</p><p>　?。?

109、）P4口 具有漏極開路輸出的8位雙向口，內(nèi)部有很強(qiáng)的上拉作用，其一般用作地址總線[11]。</p><p>　　2. 控制電路工作原理</p><p><b>　　1） 工作原理</b></p><p>　　當(dāng)PLC的控制信號(hào)下達(dá)到80C196KC，經(jīng)80C196KC處理后，執(zhí)行相應(yīng)程序，由HSO.0和HSO.1為兩片IR2110提供雙極性P

110、WM信號(hào)。如圖3-17所示，HSO.0連接到IC1的HIN和IC2的LIN，同時(shí)控制Q1、Q4的導(dǎo)通和關(guān)閉；HSO.1連接到IC1的LIN和IC2的HIN，同時(shí)控制Q2、Q3的導(dǎo)通和關(guān)閉[12]。</p><p>　　在HIN為高電平期間，Q1、Q4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向工作電壓；在HIN為低電平期間，LIN端輸入高電平，Q2、Q3導(dǎo)通，在電動(dòng)機(jī)上加反向工作電壓。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形。由于機(jī)

111、械慣性的作用，決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的為矩形脈沖電壓的平均值。</p><p>　　圖3-17 控制電路原理圖</p><p>　　設(shè)PWM波的周期為，HIN為高電平的時(shí)間為，忽略死區(qū)時(shí)間，則LIN為高電平的時(shí)間為-。HIN信號(hào)的占空比為。設(shè)電源電壓為，則電樞電壓的平均值為：</p><p><b>　?。絒－()]</b></p>

112、<p><b>　?。?)</b></p><p>　?。?) （3-5）</p><p>　　定義負(fù)載電壓系數(shù)為，＝/V，則：</p><p>　?。?

113、 （3-6）</p><p>　　當(dāng)T為常數(shù)時(shí)，改變HIN為高電平的時(shí)間,也就改變了占空比，從而達(dá)到了改變的目的。在0～1之間變化，因而在－1～＋1之間變化。連續(xù)改變，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正/反向的無(wú)極調(diào)速。</p><p>　?。?時(shí)，＝－，電機(jī)反向全速運(yùn)行；</p><p>　　時(shí)，為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；</p><

114、;p>　　＝0.5時(shí)，＝0，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零；</p><p>　　時(shí)，為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；</p><p>　　＝1時(shí)，＝；電機(jī)正向全速運(yùn)行；</p><p>　　需要說(shuō)明的是，在＝0.5時(shí)，雖然電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，但電樞上的電壓瞬時(shí)值并不為零。只是由于電機(jī)的控制電壓是正負(fù)對(duì)稱的矩形波，因而直流分量為零，導(dǎo)致電機(jī)不會(huì)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電機(jī)在交流分量的作用下在停止的位置處產(chǎn)生高頻率

115、的微動(dòng)，處于一種動(dòng)態(tài)的平衡。這種微振對(duì)于電機(jī)克服啟動(dòng)時(shí)的靜摩擦非常有利。</p><p>　　雙PWM信號(hào)的周期可通過(guò)編制80C196KC的軟件設(shè)定。80C196KC采用16MHz的晶振。設(shè)定計(jì)時(shí)器T1每隔1ms產(chǎn)生一次中斷，以此為一個(gè)時(shí)間片段。設(shè)PWM脈沖的周期為100ms，則計(jì)滿100個(gè)1ms的時(shí)間片段為一個(gè)周期。假設(shè)要求占空比為70％，則在一個(gè)周期的前70ms時(shí)間里HSO.0＝1，HSO.1＝0，此時(shí)電機(jī)電