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第一篇：基于PLC的電梯智能控制系統(tǒng)設計開題報告

雞西大學

PLC 設計報告

題目 基于PLC 的電梯智能控制系統(tǒng)設計

專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化

班 級 學 號 [1**********]

學 生 姓 名 海濤

指 導 教 師 楊超

填 表 日 2012 年 月 日

一、選題的依據(jù)及意義：

（1）選題背景：隨著城市建設的不斷發(fā)展，樓群建筑不斷增多，電梯在當今社會的生活中有著廣泛的應用。電梯作為樓群建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，大部分電梯控制系統(tǒng)都采用隨機邏輯方式控制。傳統(tǒng)的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯控制線路。這種控制線路，存在易出故障、維護不便、運行壽命較短、占用空間大等缺點。從技術上發(fā)展來看，這種系統(tǒng)將逐漸被淘汰。如何解決電梯的可靠性、維護方便等問題已成為全社會關注的焦點和大眾的迫切心聲。

（2）題目研究的意義：目前，由可編程序控制器和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用PLC 控制的電梯可靠性高、維護方便、開 發(fā)周期短，這種電梯運行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復雜的控制任務，已成為電梯控制的發(fā)展方向，其許多功能是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)無法實 現(xiàn)。

可編程控制系統(tǒng)是專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程。通過可編程控制器可以實現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且最主要的是可編程控制器的“可編程”功能，使得當改變電梯的控制功能時，只要更改程序即可，而不需要像繼電器控制系統(tǒng)那樣改變硬件和接線。

二、國內外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：

傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器—接觸器進行控制，其缺點是觸點比較多，故障高，可靠性差、體積大、維修工作量大等缺點，正逐步被淘汰。世界上各主要PLC 生產(chǎn)廠家?guī)缀醵加羞\動控制功能，它的運動控制功能廣泛地應用于各種機械，如金切削機床、金屬成型機械、電梯等；隨著計算機控制的發(fā)展，近年來國外工廠自動化通信網(wǎng)絡發(fā)展很快，各個著名的PLC 廠家都推出了自己的網(wǎng)絡系統(tǒng)。這有利于電梯向智能化方向發(fā)展，而PLC 控制系統(tǒng)的開關柜制作、現(xiàn)場施工和梯形圖設計可以同時進行，梯形圖可以在實驗室模擬調試，發(fā)現(xiàn)問題后修改起來非常方便。

自1889年美國奧斯升降機公司推出世界第一部以電動機為動力的升降機以來，

電梯在驅動方式上經(jīng)歷了卷筒式驅動、牽引式驅動等歷程，逐漸形成了直流電機拖動和交流電機拖動兩種不同的拖動方式。如今電梯已成為人們進出高層建筑不可缺少的代步工具，而且作為載人工具，人們在運動的平滑性、高速行、準確性和高效性等一系列靜動態(tài)性能方面對它提出了更高的要求。由于早期的電梯繼電器控制方式存在故障較多、可靠性較差、接線較復雜、一旦接收完成不易更改等缺點，所以需要開發(fā)一種安全、高效的控制方式。可編程序控制器（PLC ）既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計算機接口和維修方便等諸多高品質性能，又采用一種可編程運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程。因此，現(xiàn)在PLC 在電梯控制領域得到了廣泛而深入的應用。 隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，可編程序控制器更多的具有計算機的功能，不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還具有數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡等功能。由于它可以通過軟件來改編控制過程，而且體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域，大大推進了機電一體化的進程?？删幊炭刂葡到y(tǒng)是一種專門為工業(yè)環(huán)境下使用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，它采用了一種可編程運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算的操作的指令，通過數(shù)字式模擬式輸入、輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破鞯某霈F(xiàn)，以其無可媲美的優(yōu)越性，正在以驚人的速度取代繼電器-接觸器系統(tǒng)。

在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應用在所有的工業(yè)部門，隨著

可編程序控制器的性能價格比不斷提高，過去許多使用計算機的場合可以使用可編程序控制器?？删幊绦蚩刂破鞯膽梅秶粩鄶U大，正在成為工業(yè)控制領域的關鍵設備。

可編程序控制器的推廣應用在我國更是得到了迅猛發(fā)展，大量地應用于引進設

備和國產(chǎn)設備中。伴隨著現(xiàn)代高新技術帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時代潮流，可編程序控制器在我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展領域中將會有展示自己強大魅力的嶄新舞臺。

李方園在《PLC 工業(yè)應用實踐》認為：PLC 是以微處理器為基礎的新型工業(yè)控制

裝置，是將計算機技術應用于工業(yè)環(huán)境下的嶄新產(chǎn)品。它把邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、算術運算等控制功能，以一系列指令形式存儲在存儲器中，然后根據(jù)存儲的程序，通過數(shù)字或模擬量輸入輸出部件對過程進行控制。利用PLC 進行電梯的設計可以方便地進行程序的修改，控制模式的轉換，同時也提高了系統(tǒng)的可靠性、

靈活性和通用性等。

三、研究內容及實驗方案：

3.1研究內容

主要包括；設備選型及系統(tǒng)設計。通過指導老師的指導，獨立完成設計方案、

系統(tǒng)設計、設備選型、繪制流程圖等工作。

3.2實驗方案

PLC 試驗方法有兩種，一種是用PLC 實驗裝置進行實驗和應用程序的開發(fā)：

另一種是用普通的PLC 外加若干導線進行簡易的開發(fā)和實驗。PLC 實驗裝備具有直

觀，使用方便得優(yōu)點，通常配有各種工業(yè)控制模板，可以形象的模擬工業(yè)現(xiàn)場控

制，尤其是導線的插拔連接形式，適用于教學的重復使用。如無PLC 實驗裝置，

亦可以直接使用PLC 配以外部連接導線，給出必要的輸入信號進行試驗，并可以

利用PLC 自身的輸出功能指示觀察PLC 運行結果。

1）PLC 的選型

要基于學校的調試與實驗條件

2）電梯PLC 控制系統(tǒng)實現(xiàn)的基本功能

① 電梯運行到位后，具有手動及自動開關門功能

② 電梯的每一層均有升降及車廂所在樓層的指示燈顯示

③ 每層的樓頂均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯

④ 具有自動定向、順向截梯、反向保號、外呼記憶、自動開/關門、停梯銷號、

自動達層等功能

⑤ 電梯能在一定條件下進行啟動，加速和減速

3）模擬實現(xiàn)功能手段

① 換向說明

當電梯轎內或門廳呼叫按鈕按下時，根據(jù)檢測到的上行或下行指令給出相應的信號，從而控制電梯的驅動電機進行相應的動作；當有多個呼叫信號到達時，

執(zhí)行方式為優(yōu)先響應電梯運行方向上的信號，再響應另一方向信號；對未及時響

應的信號要進行保留。

② 換速說明 電梯正常狀態(tài)下以快速啟動，當要到達需要停止的樓層時，給出換速信號控制拖動電機轉為慢速運行，以確保電梯平穩(wěn)的停止在目標位置。

4）設計流程

四、目標、主要特色及工作進度

4.1 目標及主要特色

1）電梯停止時，可以響應任意一層的呼叫；電梯在上升過程中，響應將經(jīng)過樓層或高出目的樓層的同向呼叫；電梯在下降過程中，響應將經(jīng)過樓層或低于目的樓層的同向呼叫，不響應其他呼叫。電梯中途?？浚柩訒r一段時間，上升或下降指示燈不滅。若無鍵按下，電梯停止。系統(tǒng)必須有必要的電氣保護。

2）硬件和軟件聯(lián)調。

3）論文書寫規(guī)范。

4.2 畢業(yè)設計（論文）的工作進度

1） 查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告。

第1周—第2周

2）系統(tǒng)總體設計和電源電路設計。 第3周—第5周

3）系統(tǒng)鍵盤電路和顯示電路設計，相關軟件設計。 第6周—第9周

4）電梯驅動電路設計，相關軟件設計。 第10周—第13周

5) 電梯保護電路設計。 第14周—第15周

6) 撰寫畢業(yè)論文。 第16周—第17周

五、參考文獻

【7】 張萬忠. 電器與PLC 控制技術[M].北京化學工業(yè)出版社，2003

【5】 李世基. 微機與可編程控制器[M].北京機械工業(yè)出版社，1994

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【8】 李方園.PLC 工業(yè)應用實踐[M].中國電力出版社,2001:12-58.

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【4】 王永華. 現(xiàn)代電氣控制及可編程控制技術[M].北京航空航天出版社，2002

【6】 郭肖永. 淺談PLC 安全性[J].化工自動化及儀表，1998

【9】 張靖武. 單片機系統(tǒng)的PROTEUS 設計與仿真. 北京：電子工業(yè)出版社，2007

【10】 馬忠梅. 單片機的C 語言應用程序設計. 北京：北京航空航天大學出版社，2005年

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【13】Richard C.Dorf. Modern Control Systems.北京：科學出版社，2005年

【2】 唐勇奇，趙葵銀. 電梯變頻調速PLC 控制的設計與實現(xiàn)[J].電機電器技術，2000

第二篇：基于51單片機的路燈控制系統(tǒng)設計開題報告

一、本課題的內容及研究意義 1、論文研究的目的和意義

如今，照明電路的數(shù)量越來越多，使得城市街道、小區(qū)內的路燈的用電量占城市用電量的比重越來越大，在用電高峰期時，電網(wǎng)超負荷運行，電網(wǎng)電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當電壓高時不但影響照明設備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加，當?shù)凸葧r，照明設備有不能正常工作。

所以，對城市的路燈的設計已經(jīng)成為了當務之急，特別是午夜之后車流量急劇減少時，應該適當?shù)年P閉路燈，節(jié)約用電。但是我國的既節(jié)能又能延長路燈壽命的技術相比國外卻是落后了，因此智能節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設計對于城市的發(fā)展至關重要。本論文旨在設計一套對外界光線和電壓信號的采集來控制路燈的自動啟停以及智能調壓的控制系統(tǒng)，它能對路燈進行穩(wěn)壓、調壓、自啟動并延長路燈壽命的作用。

2、論文研究內容

本設計可以通過對外界光線和電壓信號的采集來控制路燈的自動啟停以及智能調壓從而減少城市路燈照明耗電量，又對輸入電壓進行穩(wěn)壓調節(jié)來提高用電效率。要求獨立選擇芯片、設計電路、編制程序、調試、完成整個系統(tǒng)功能。 主要內容如下：

(1) 根據(jù)控制技術的特點，進行路燈系統(tǒng)設計的整體研究與設計。 (2) 針對光線和電壓信號的采集，采用數(shù)據(jù)采集技術。

(3) 通過按鍵可對相關的參數(shù)值進行設置，從而實現(xiàn)對不同時間進行不同的開燈模式。

(4) 當電壓符合額定電壓時，系統(tǒng)自動進行穩(wěn)壓。 (5) 在午夜之后降低電壓以調節(jié)路燈亮度，實現(xiàn)調壓。

二、本課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前，路燈系統(tǒng)一般采用鈉燈、水銀燈、金鹵燈等燈具。這類燈具有發(fā)光效率高、光色好、安裝簡易等優(yōu)點，被廣泛使用，但同時也存在著諸如：功率因子低、對電壓要求嚴格、耗電量大等缺點。

我國目前大部分城市都采用全夜燈的方式進行照明，普遍存在的問題有兩點：一方面因為后半夜行人稀少，采用全夜燈的方式浪費太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全滅的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的節(jié)能措施，此種方式雖然節(jié)約了電費支出，卻帶來了社會治安和交通安全問題，不利于城市安全問題。

另一方面，在后半夜因行人稀少，而應該降低路燈的亮度，以避免光源污染，影響居民的晚間的休息。但由于后半夜是用電低谷期，電力系統(tǒng)電壓升高，路燈反而比白天更亮了。這不僅造成了能源浪費，還大大影響了設備和燈具的使用壽命。目前，路燈照明廣泛采用高壓鈉燈，其設計壽命在12000小時以上，在正常情況下至少可用3年，但是由于超壓使用，現(xiàn)在路燈的使用壽命僅僅只有1年左右，有的甚至只有幾個月，造成

維護和材料的極大浪費。較高的電壓不僅不能讓負載設備更好的工作，而且還會造成發(fā)熱及過早損壞，還會造成不必要的電費開支。

而且，我國絕大多數(shù)地區(qū)的路燈關開燈都是采用人工控制或者定時控制，這樣也有許多不利之處：若采用人工控制，則路燈開關存在著一定的不確定性，同時也占用了一定的人力資源；定時控制則存在著夏冬季白黑晝時間不同的情況，使得天還沒黑路燈就開，天還沒亮路燈就滅的情況，大大影響了人們的日常出生活。本設計通過使用AT89C51單片機對系統(tǒng)進行智能控制，使系統(tǒng)達到自動啟停及智能調壓。

近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，各種路燈控制器也被不斷的研究出來。其中，美國和日本主要集中在研究緊湊型熒光燈和鎮(zhèn)流器熒光燈兩個方面。而我國目前的市場上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達到一定的節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾種情況：第一種，采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術。其不足是由于反應速度較慢，用電高峰時電壓降到非穩(wěn)定區(qū)容易造成燈光閃滅，不能自動調節(jié)，同時如果電壓突然升高，則會對燈具造成損壞，相對來說穩(wěn)壓效果較差；第二種是采用電子器件構成的可控硅式設備。該設備主要采取簡單的相控技術，不足之處是元器件較容易發(fā)熱損壞。而為了更好的達到控制的目的，現(xiàn)在國內外都開始采用智能控制方式，如光控、聲控、時控等，國外甚至開始采用太陽能供能光控方式來控制路燈，基本可以達到完全自給自足的效果。

綜上所述，未來的智能路燈控制必將向著更安全、更環(huán)保、更節(jié)能、更高效率的方向發(fā)展。

三、本課題的研究方案及工作計劃 1、設計方案

本次課程設計是由傳感器通過外界光信號的強弱來產(chǎn)生電壓信號，再由單片機控制實現(xiàn)路燈的自動啟停及智能穩(wěn)壓。本設計通過使用AT89C51單片機芯片來設計電路，編制程序，仿真，調試，完成整個系統(tǒng)的功能。整個控制系統(tǒng)主要包括四個模塊：信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、穩(wěn)壓模塊和控制模塊。

2、技術路線

設計要求采集輸入電壓信號，通過A/D轉換后輸入控制器，當外界光信號的強度低于一定數(shù)值時，通過軟啟動開啟路燈。當光信號強度高于一定數(shù)值時，通過軟啟動關閉路燈，并將采集輸入電壓信號，與已設定的標準電壓值進行比較，并對輸入電壓進行穩(wěn)壓，再通過時鐘電路對路燈亮度進行調節(jié)，在午夜之后對路燈亮度進行降低，最后達到節(jié)電穩(wěn)壓。技術方案如下圖：

外部光線強度 光敏電阻 AT89C51單片機 A/D轉換器 繼電器驅動

鍵盤控制 LED顯示 報警 電壓放大 三端穩(wěn)壓器 路燈 3、關鍵問題

(1)信號采集電路設計

該模塊需要檢測環(huán)境光的變化，根據(jù)環(huán)境光的明暗進行路燈開關的自動控制?；诖艘蟛捎糜晒饷綦娮杞M成的分壓電路進行檢測。光敏電阻器又稱光導管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見光。在不同的光強下，光敏電阻的電阻值會發(fā)生明顯變化，光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光通過檢測不同光強下電阻值的變化量來控制路燈的開和關。 (2)穩(wěn)壓模塊設計

通過采集三端穩(wěn)壓器輸出的電壓并將該電壓與設定電壓進行比較，進而調整輸出電壓的大小，達到穩(wěn)壓的目的。本設計使用美國國家半導體公司的三端可調正穩(wěn)壓器集成電路LM317。 (3)時鐘電路設計

為實現(xiàn)路燈對電壓進行智能補償，從而達到智能調壓，本設計采用美國DALLAS公司的實時時鐘電路DS1302，該芯片一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。另外該芯片有備份電源引腳，可以在斷電后仍能工作，以保證時鐘的準確性。

3、時間安排

(1) 2012.2.20—2012.2.29 查閱相關資料，理解設計任務書。 (2) 2012.3.1 —2012.4.1 搜索資料，完成開題報告。

(3) 2012.4.1 —2012.4.20 硬件調試，排除故障直至滿足設計要求。 (4) 2012.4.20—2012.5.10 軟件調試，排除故障直至滿足設計要求。 (5) 2012.5.10—2012.5.30 整理資料，按要求撰寫論文，完成初稿。 (6) 2012.6.1—2012.6.20 論文整定，最終定稿，準備答辯。

四、主要參考文獻

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[12] 刁鳴.常用電路模塊分析與設計指導[M].清華大學出版社,2008

AT89C51的介紹

描述

AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機帶有4K字節(jié)的可反復擦寫的程序存儲器（PENROM）。這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲技術生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機兼容。片內含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89C51單片機能夠被應用到控制領域中。

功能特性

AT89C51提供以下的功能標準：4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結構，1個串行通信口，片內震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的內容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個復位。

引腳描述

VCC：電源電壓 GND：地

P0口

P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅動8個TTL電路。當“1”被寫入P0口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉換地址和數(shù)據(jù)總線復用，并在這時激活內部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時，P0口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。

P1口

P1口一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動4個TTL電路。對端口寫“1”，通過內部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時，P1口接收低8位地址。

P2口

P2口是一個內部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動4個TTL電路。對端口寫“1”，通過內部的電阻把端口拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時，P2口接收高位地址和其它控制信號。