基于慧鱼技术和PLC控制的电梯教学模型设计.pdf

总第1 3 9 期 2 0 1 4 年第3 期 设 计试 验 仇 僦 百 丌 及 MECHANI CAL MANAGEM ENT AND DEVELoPM ENT Tot a l of1 39 N o． 3 201 4 基于慧鱼技术 I P L C 控制的电梯教学模型设计 吴 何畏 。杨凯 ，刘 赛男 ，刘立冬 湖北文理学院机械与汽车学院，湖北襄阳 4 4 1 0 5 3 摘要以三菱F x 一 3 2 MR P L C主控制器，结合慧鱼模型 ，采用集选控制的方式组装 了一套多层电梯 模 型。通过程序的设计与调试 解决 了以下 问题 开机 自恢复控制 ；定向和 平层控制 ；外召唤信 号控制 ； 急停控制；报警控制；指示与报警灯控制。该设备可直接用于课堂教 学，亦可作为P L C 课程的实验教学 设备和项 目，具有较好的推广价值。 关键词 慧鱼模 型 ；P L C ；电梯 ； 自动控制 ；教具 中图分类号T P 2 7 3 ；T U 8 5 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 4 0 3 0 0 1 1 0 3 引言 “ 慧鱼创意组合模型” 1 9 6 4 年 由德国发明家A r t u r F i s h e r 士发明 ，它具有一般机械所具有的零部件 ，如 齿轮 、电机 、电气开关等，能够模拟各种机械运动和 机械设备的 自动控制 。电梯则是一种典型机 电一体化 设备，利用慧鱼创意组合模型搭建教学电梯 ，具有模 块化结构 ，易于扩充和变更的优点 ；利用P L C 实现集 选控制系统 ，能够较好地满足电梯随机控制 、逻辑关 系复杂的控制需求 。学生可通过该教学模型直观地观 察到电梯运动过程 ，对停层、越层的功能操作有客观 认识，也可自行调试程序 ，实现更多功能。 1 设计方案 1 ． 1 基本结构与控制要求 该电梯为四层电梯装置 ，其控制系统结构如图l 所 示。其主要控制要求包括 自动开关门；内指令和外 召唤信号的登记 、消除及显示 ；定向；自动选层 ；轿 箱到达层楼位置指示 ；报警装置。 利用慧鱼模型 ，此处运用P L C 控制系统使 电梯启 动后实现在相应位置的暂停 ，并且运用开关按钮的 再 次启动 ，利用急停按钮使 电梯停止并报警等一系 列的功能。 兰 兰 FX2 N 一3 2M R PL C 图1电梯控 制 系统框 图 1 ． 2 电梯模型的装配 设计采用齿轮齿条结构来实现轿厢升降、停层功 能 ，装配图如图2 所示。主体结构由底座 、楼层框架、 指示灯 、电机 、立柱组成 ，主要零件 为 框架编号 6 5 3 7 5 、 6 5 3 5 9 、 6 0 1 7 9 、 6 0 1 8 7 、 6 5 5 7 0 ；底 座 编 号 6 8 0 6 4 ；电机编号6 8 4 2 0 ；齿轮齿条编号6 4 7 9 4 ；行程开 关编号6 8 4 4 7 。 图2慧鱼电梯模 型结构 图 r n n 1 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 2 1 第一作者简介吴何畏 1 9 7 6 -- ，男，副教授，现就职于湖 2 电气控制 系统设计 北文理学院机械与汽车学院，主要研究方向工业自动化。 本 电梯模型 主要用于教学 目的 ，结合P L c 的控 ．12． 1 2 日 l仪 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o rn 制 ，对电梯的升降系统，启停系统及故障报警系统的 运作进行演示。其中电梯的电机电源与P L C 的控制电 源分开，并且直流电机的正反转控制是 由两个继电器 组成的换向电路完成的 ，进行演示前先接通P L C 控制 电源 ，使控制系统运作 ，电机换向电路工作 ，然后接 通电机 电源 ，此时电梯进入复位状态 ，下降到底层并 停止 ，此时即进入正常工作状态 ，电梯运动过程 中可 以按下急停按钮 ，电梯停止并伴随报警指示灯亮进行 报警指示 ，此功能模拟现实中电梯遭遇紧急状况时的 急停功能。在电梯工作时还可以按下报警按钮使报警 灯点亮 ，用来模拟突发状况或被困于电梯 内部时的警 示报警功能。 2 ． 1 P L C 选型与I ／ O 分配 依照装配的电梯模型 ，估算设定1 0 个输入点 ，7 - I “ - 输出点 ，选用三菱F X 3 2 MR P L C 主机l 台 。I ／ O 分配 如表l 所示。 表 1 I ／ O分配袁 连接P L C 外部 设备 功 能 XO 0 1 楼层 按钮S B1 控制 电梯到 一楼 X0 0 2 楼层 按钮S B2 控制 电梯到二 楼 X0 0 3 楼层 按钮S B3 控制 电梯到三 楼 X 0 0 4 楼 层按钮SB 4 控制 电梯到 四楼 X 0 1 1 行 程开关S A1 电梯 到达一楼 XO 1 2 行 程开关S A2 电梯 到达二楼 X 0 1 3 行 程开关S A3 电梯 到达三楼 XO 1 4 行 程开关S A4 电梯 到达 四楼 X0 1 5 报警 按钮 控制报 警灯 亮 XO 1 6 急停 按钮 控 制电梯 急停 、报警灯 亮 Y0 0 3 电动机正 反转线 圈 电梯 电机正反 转 Y0 0 4 电动机正 反转线 圈 电梯 电机正反 转 Y0 1 1 一楼 指示灯 指示 到达楼 层 YO 1 2 二楼 指示灯 指示 到达楼层 Y0 1 3 三楼 指示灯 指示 到达楼层 Y0 1 4 四楼 指示灯 指示 到达楼 层 YO 1 5 报警灯 报 警指示 GND 公 共地 控 制回路 2 ． 2 轿厢升降电机换向电路设计 P L C 输出点Y 3 、Y 4 用于继电器换向电路的换向开 关 ，如图3 所示。2 个继 电器公共端分别接 电机正负 极 ，Y 0 0 3 、Y 0 0 4 分别接P L C 的输 出口Y 0 0 3 、Y 0 0 4 。 当P L C 输出为高电平 2 4 V，继电器接通 ，内部触 点发生偏转 ，使直流电机正负极两端接的电压发生改 变以控制直流电机正转、反转和停止。 当Y 3 、Y 4 输出为 0 ，0 时，电机正极接 9V电 压 ，负极接地 ，此时电动机带动轿厢下降 ，当Y 3 、 Y 4 输出为 1 ，1 时 ，两个继电器右偏 ，电机正极接 第2 9 卷 地，负极接 9 v电压 ，电机转动方向反向，此时电机 带 动 轿 厢 上 升 。 当 Y 3 、 Y 4 输 出 为0 ，1 或 1 ，0 时 ，电机正负极 同时接 9 V电压或 同时接 地 ，此时轿厢停止。 2 ． 3 程序设计思路 采用逻辑控制。当电梯以某一运行方向接近某楼 层的层楼位置感应器位置时，判别该楼层是否有同向 的呼叫信号 ，如有 ，控制程序中选层换速继 电器动 作 ，发出换速信号，则在该楼层减速停车 ；否则继续 沿原方向运行。主程序流程图如图3 所示。 图3主程序流程 图 设计重点在于将各个按钮开关和传感器连接 ，否 则不能任意启动电梯 ，在本此P L C 程序控制中，运用 到行程开关做传感器 ，例如 按钮S B 2 控制 IJ X 0 0 2 闭 合 ，电梯开始运动到二楼 ，到达二楼碰触行程 开关 S A 2 D J J x0 1 2 闭合 ，使电梯在上升到二楼时暂停 ，二楼 指示灯亮 ，此时可以选择回到一楼 ，或者继续上升到 三楼或四楼，只要按下相应楼层按钮即可 ，也可以选 择按下报警按钮触发报警灯。电梯在运行过程中也可 以随时按下急停按钮使电梯停止升降。 2 ． 4程序设计 用S F C 编程法 来编写电梯程序如下页图4 所示。 S T E P 1 P L C 输出空指令 ，此时电梯下降。 S E T P 2 当 电梯 到 达 一 楼 ，触 发 行 程 开 关 S A1 ，X 0 1 1 I ，P L C 输出 Y 0 0 3 ，Y 0 0 4 1 ，0 ，此 时电梯停止，Y 0 1 1 I ，一楼灯亮。 2 0 1 4 年 第3 期 吴何畏，杨凯，刘赛男，刘立冬基于慧鱼技术和P L C 控制的电梯教学模型设计 S T E P 3 电梯在一楼时可 以选择上二楼 、三楼或 四 楼 。 例 如 ，按 下 按 钮 S B 3 ，X 0 0 3 l ，P L C 输 出 Y 0 0 3 ，Y 0 0 4 1 ，1 ，此时电梯上升 可用跳转一 至S T E P 5 到三楼。 S T E P 4 当 电 梯 到 达 二 楼 ， 触 发 行 程 开 关 S A2 ，X 0 1 2 l ，P L C 输 出 Y 0 0 3 ，Y 0 0 4 1 ，0 ，此 时电梯停止，Y 0 1 2 l ，二楼灯亮。 S T E P 5 电梯在二楼可以选择下一楼或上三楼 、 四 楼 。 例 如 ，按 下 按 钮 S B 3 ，X 0 0 3 l ，P c 输 出 Y0 0 3 ，Y 0 0 4 1 ，1 ，此时电梯上升到三楼。 S T E P 6 当 电 梯 到 达 三 楼 ，触 发 行 程 开 关 S A 3 ，X0 1 3 1 ，P L C 输出 Y 0 0 3 ，Y0 0 4 1 ，0，此 时电梯停止，Y 0 1 3 1 ，三楼灯亮。 S T E P 7 电梯在三楼可以选择上四楼或下二楼 、 一 楼 。 例 如 ，按 下 按 钮 S B 4 ，X0 0 4 1 ，P L C 输 出 Y 0 0 3 ，Y 0 0 4 1 ，1 ，此时电梯上升到四楼。 S T E P 8 当 电 梯 到 达 四 楼 ，触 发 行 程 开 关 S A 4 ，X0 1 4 1 ，P L C 输出 Y 0 0 3 ，Y 0 0 4 1 ，0，此 时电梯停止，Y 0 1 4 1 ，四楼灯亮。 S T E P 9 电梯在四楼可以选择下三楼或下二楼 、 一 楼 。 例 如 ，按 下 按 钮 S B 1 ，X0 0 1 l ，P L C 输 出 Y 0 0 3 ，Y 0 0 4 0 ，0 ，电梯下降到一楼。 S T E P 1 0 当 电梯 到 达 一 楼 ，触 发 行 程 开 关 S A1 ，X0 1 1 I ，P L C 输出 Y 0 0 3 ，Y O O 4 1 ，0，此 时 电 梯 停 止 ， Y 0 1 1 I ，一 楼 灯 亮 跳 转 一 至 S T E P 2。 图4 S F C主程序 ．13 ． S T E P 1 1 当 电梯 到 达 二 楼 ，触 发 行 程 开 关 S A2 ，X0 1 2 1 ，P L C 输 出 Y O O 3 ，Y O O 4 1 ，0 ，此 时 电 梯 停 止 ， Y 0 1 2 1 ，二 楼 灯 亮 跳 转 一 至 S T E P 5。 S T E P 1 2 当 电 梯 到 达 三 楼 ，触 发 行 程 开 关 S A 3 ，X0 1 3 l ，P L C 输 出 Y O O 3 ，Y O O 4 1 ，0 ，此 时 电 梯 停 止 ， Y 0 1 3 1 ，三 楼 灯 亮 跳 转 一 至 S T EP 6。 3 结语 安装、调试完成的教学电梯模型如图5 所示。该设 备使知识具体化、形象化 ，为学生感知、理解和记忆 知识创造了条件。减少学生掌握抽象概念的困难，帮 助其形成明确的概念 ，发展其观察能力和思维能力 ， 提高学生的学习兴趣和积极性 。该设备可直接用于高 校机 电类 、电类专业 可编程控制器课程教学，具 有较好的推广价值。 图5 慧鱼技 术和P L C 控 制的 电梯教 学模 型 参考文献 【 1 ] 慧鱼集 团． 慧鱼创 意组合模型 用户手 册[ z 】 ． 德 国 慧鱼 集团， 2 0 0 9 ． 【 2 】三菱公 司． 三菱微 型可编程控制 器编程手册[ z ] ． 上 海 三菱电机 自动化 中国 有限公司， 2 0 0 8 ． [ 3 】冯清秀， 邓星钟． 机电传动控制 第五版 [ M】 ． 武汉 华 中科技大学出版社， 2 0 1 3 ． 编辑贾娟 下转 第4 4 页 ．44． 机 械管理 开发 j x g l k f b j b 1 2 6 ．c o m 5 结语 去除材料的虚拟加工仿真是虚拟制造中研究虚拟样 机的关键技术，在虚拟制造中占有非常重要的地位 。 本文基于O p e n G L 建立了刀具和工件的模型，采用了对 工件进行离散化建模 ，然后根据刀具位置的判断，使 刀具与工件进行布尔运算，从而改变工件的形状 。为 了使仿真更具真实感 ，采用工件模型在加工过程 中连 续动态显示的重构方法 ，并利用O p e n G L 的双缓术实现 了切削过程动态仿真。 参考文献 【 1 】杜 鑫强， 段 建 中， 王海 明． 基 于op e n G L 的铣 削除料过 第2 9 卷 程的三维动 态仿真 卟 煤矿机械， 2 0 1 1 3 7 4 7 6 ． 【 2 1 方 勇． 虚 拟数 控 铣 削加 工 的几 何 与 物理 仿 真 研 究 [ D J ． 长春 吉林大学， 2 0 0 6 ． [ 3 ]赵 红显 ． 数控 加 工运 动仿 真与材料 去除 的研 究与 实 现f D 1 ． 西安 西北工业大学， 2 0 0 5 ． [ 4 】李光耀， 刘剑， 李启炎． 用O p e n G L 现数控加．3 2 仿真 中的图形显示 计算机辅助工程， 2 0 0 2 1 5 9 - 6 2 ． 【 5 1梁立伟． 基于虚拟现 实技术的车铣复合加工仿真 系 统研 究【 D] ． 沈阳 东北大 学硕 士论文， 2 0 0 9 ． 编辑 贾娟 3 D Dyna m i c Em ul a tio n of Tur n m i l l i ng M a c hi n i ng Pr oc e s s Ba s e d o n Ope nGL Y u Qi a n T a i y u a n H e a v y Ma c h i n e r y G r o u p C o ． ， L t d ． ， T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 2 4 【 A b s t r a c t 】 T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a me t h o d o f 3 D d y n a mi c e m u l a t i o n o f t u rn mi l l i n g ma c h i n i n g p r o c e s s b a s e d o n O p e n GL ．T h e r e a l t i me r e mo v i n g ma t e ri a l s e f f e c t c o me s t r u e b y the wa y o f d i s c r e t i z i n g the b l a n k a n d d o i n g Bo o l e a n mi n u s o p e r a t i o n ．I t am p l i fie s Bo o l e a n mi nus o pe r a t i o n c on c r e t e l y c o mbi ni ng wi t h a n pr a c t i cal s i t u a t i on． [ K e y wo r d s 1 O p e n GL ； t u rn- mi l l i n g ； r e mo v e ma t e ri a l 上接第5 页 工作 目标难度较大，这就需要我们全行业广大职工同 心协力，针对当前运行中存在的突出矛盾和问题 ，未 雨绸缪 ，积极应对。下大力气转方式 、创造条件 ，挖 掘新的增长点，努力实现工业转型发展。 编辑苗运平 Pr om o t e S t e a d y a nd H e a l t hy De ve l op m e nt of M e c ha ni c a l a nd El e c t r i c a l I nd us t r i e s Wu Qi n g p i n g S h a n x i E l e c t r i c a l a n d Me c h a n i c a l I n d u s t ri e s As s o c i a t i o n ，T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 0 1 【 A b s t r a c t ] I n o r d e r t o a c h i e v e the wo r k g o a l s f r o m the g o v e r n me n t o f S h a n x i P r o v i n c e ， i t i s n e c e s s a r y t O u n d e r s t a n d th e s i t u a t i o n c l e a r l y a n d g r a s p t h e o v e r all s i t u a t i o n ．T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e e c o n o mi c o p e r a t i o n o f n a t i o n a l e n g i n e e ri n g i n d u s t r y a n d e q u i p me n t man u f a c t u r i ng i nd us t r y of Shan xi Pr ov i n c e i n 2 01 3 a s we l l a s the s i t u a t i o n an d pr o bl e ms t ha t s ho ul d b e f a ce d wi t h i n 2 00 4． 【 K e y w o r d s 1 e c o n o mi c o p e r a t i o n ； i n d u s t r y ； d e v e l o p me n t 上接 第1 3 页 The D e s i g n o f El e v a t o r Te a c hi ng M od e l Ba s e d o n Fi s c he r t e c h ni k a nd PLC Co nt r ol W u He we i ， Ya ng Ka i ，Li u Sa i na n，Li u Li do ng De p a r t me n t o f Me c h an i c a l En g i n e e ri n g ， Hu b e i Un i v e r s i t y o f Ar t s a n d S c i e n c e ，Xi a n g y a n g Hu b e i 4 4 1 0 5 3 【 A b s t r a c t 】 T h i s p a p e r i n t r o d u c e d a fre q u e n c y c o n v e r s i o n a d j u s t i n g s p e e d mu l t i l a y e r e l e v a t o r c o n t r o l s y s t e m， t h a t a d o p t e d c o l l e c t i v e s e l e c t i v e c o n t r o l me t h o d b a s e d o n F X2 N - 3 2 M R P L C h o s t c o n t r o l l e r a n d fis c h e r t e c h n i k Th e p r o g r a m o f t h e s y s t e m r e s o l v e d P o we r o n Re c o ve ry c on t r o l ，di r e c t i on al an d l e v e l i ng c ontro l ，o u t s i d e c a l l s i gn a l c o nt r ol ；e me r ge n c y s t o p c on t r o l ；a l a r m c on tro l ；i nd i c a t i o n an d a l a r m l i g h t c o n t r o 1 ． Th e d e s i g n c a n b e u s e d d i r e c t l y i n t h e c l a s s r o o m， b u t a l S O a s a n e x p e rime n t a l t e a c h i n g e q u i p me n t P L C p r o g r a m s an d p r o j e c t s ， wi t h g o o d p r o mo t i o n a l v a l u e ． 【 K e y WO r d s 】 F i s c h e r t e c h n i k ； P L C ； e l e v a t o r ； a u t o ma t i c c o n t r o l ； t e a c h i n g a i d