王永宽开题报告.docx

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王永宽开题报告

CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY

开题报告

设计题目：

四层楼电梯自动控制系统设计

学生姓名：

王永宽

学院名称：

电气与信息工程学院

专业名称：

电子信息工程

班级名称：

电子0842

学号：

0804451236

指导教师：

姜航

教师职称:

讲师

学历：

硕士

2012年5月4日

一、选题依据

1.设计目的及意义

（1）设计目的

随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在社会中有着广泛的应用，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。

电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠，电梯作为楼群建筑中作为垂直运行的交通工具与人们日常生活密不可分，实际上电梯是根据外部呼叫信号已经自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此大部分电梯控制系统都采用随机方式方式控制，这种控制方式，易出故障、维修不变、运行寿命短等缺点，逐渐被淘汰。

如何解决电梯的可靠性、维护方便已成为我们新一代人需迫切解决的问题。

（2）意义

现代社会中，电梯已经成为不可缺少的运输设备，有了电梯，摩天大楼才得以崛起，现代城市才得以长高，电梯的存在使得每幢高层建筑的交通更为便利，高层建筑不断增多，能使人们快速、便捷地到达目的楼层。

电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，它对改善劳动条件，减轻劳动强度起到极为重要的作用，不断满足社会经济快速发展和人民生活水平不断提高的需要，电梯作为一种重要的交通运输工具，已经成为城市物质文明的一种标志。

电梯在公办大楼、公司、高层住宅、宾馆等场所得到了广泛应用。

特别是在高层建筑中，电梯是不可缺少的垂直运输设备。

电梯，为我们快捷高效舒适的现代化生活提供了保障，没有了电梯，现代化楼宇将陷于瘫痪。

2.设计拟解决的工程实际问题

随着社会对建筑功能要求的不断提高和追求，电梯设施已不但是高层建筑和各种公共建筑的功能特征，而且进入了多层甚至一般标准的住宅建筑。

电梯使用的普及是社会进步的特征。

但随着我国建筑行业用量的骤增和使用范围的扩大，也同时带来了诸多急待解决的问题，电梯工程的前期设计工作做得好坏是工程成败的关键，首先，存在方案、设计以及材料各方面的问题造成的影响，加之现在技术能力下降带来的工程质量问题，所以我们既要设计出好的设计方案，也要解决电梯运行中会遇到的问题，例如电梯要有确定的运行方向和保证电梯层门全部关闭好。

其次，电梯系统所有安全保护系统有效而可靠，这是确保电梯设备和乘客人身安全的基本保证，最后，电梯要隔一段时间进行检测，消除电梯可能出现造成不良事故等问题，更好的确保人身安全。

4.设计拟应用的文献综述

[1]本书全面地介绍了电梯结构及相关部件的构造及工作原理，系统论述了直流电梯、交流双速电梯、交流调压调速电梯、变频调速电梯以及永磁同步无齿曳引电梯的拖动与控制方式，详细分析了各种信号控制系统的典型线路及控制方法，对电梯的选用方法、布置原则以及安装、调试、验收与维护加以介绍，指出了我们在电梯设计、安装、运行中可能存在的问题，介绍了几种防护措施，并对自动扶梯、液压梯、杂物梯、自动人行道进行了简单分析与介绍,尤其对电梯的信号控制系统讲解比较详细，介绍了PLC、微机控制系统和电梯信号控制系统的典型电路，对电梯的设计提供很好的思路

[3]本书全面地介绍了电梯结构及相关部件的构成和工作原理，系统地论述了直流电梯、交流双速电梯、交流调压调速电梯、变频调速电梯、永磁同步无齿曳引电梯以及直线电动机为驱动的电梯拖动与控制方式。

详细分析了各种信号控制系统的典型线路、控制方法和控制原则。

对电梯的选方法、布置原则以及安装、调试、验收与维护予以介绍，并对自动扶梯、液压梯、杂物梯、自动人行道进行了简单分析与介绍。

[4].以单片机系统组成的点阵LED显示屏开发过程。

系统采用上一下位机的结构构建，上位机PC可通过串行通信接口实现对下位机LED显示系统显示参数的设定，下位机以LED屏的显示电路和单片机控制电路为核心，实现点阵LED屏以多样化的方式显示各种信息的功能。

该屏具有运行可靠、安全、节能、成本低、使用方便的特点。

[7]中介绍AT98C51是一种低功耗高性能的8位单片机，片内带有一个4k字节的flash可编擦除只读存储器，系统、详细的介绍了增强型MCS-51系列结构的硬件结构、指令系统、程序设计方法、接口技术等方面的基本知识，对MCS-51芯片的各个引脚功能和各种存储器进行了纤细的说明和系统的硬件组成及连接、系统调试方法的介绍，然后结合典型应用实例介绍单片机软硬件相结合的设计和应用系统的开发过程、手段和设备。

[8]本文在采用PLC和变频器实现电梯常规控制的基础上,通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计,以及通过PLC程序设计实现楼层计数、换速信号、开门控制和平层信号的数字控制,取代井道位置检测装置,提高了系统的可靠性和平层精度，该系统具有先进、可靠、经济的特色。

5.设计相关技术的国内外现状

追溯电梯的历史，早在公元前我国就有利用人力作动力的简单提升设备，直到现在我国北方部分农村仍用手摇辘轳提取井水的升降提水装置，所以说，我国是世界上最早出现这种提升设备——电梯雏形的国家之一。

1765年瓦特发明了蒸汽机，把它作为提升设备的动力是在1858年，首次应用于美国纽约市的一台客梯上。

接着阿姆斯特朗发明的水压梯替代了蒸汽机梯。

随着科技的发展，新的动力设备不断出现并替代了旧的动力设备，例如用液压泵和液压控制阀等。

法拉第于1831年发明发电机后50年，美国率先采用直流电动机作为电梯升降的驱动单元，并为今天的电梯发展奠定了基础。

1903年美国生产了不带减速器的无齿轮高速电梯，并把卷筒式传动改进为曳引槽轮式传动，从而为今天高层的大行程电梯奠定了基础。

在动力问题得到解决之后，美国着手研制电气控制及速度调节等方面课题，并获得成功。

1915年美国成功设计了自动平层控制系统以及高速电梯（6m/s）。

随着电子和机电一体化工业的发展，新技术、新产品不断用于电梯的控制和拖动系统，如门极关断（GTO）晶闸管、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、IGPT（自我保护型功率晶体管）和IPM（智能功率模块）等的应用；大规模集成电路和数字通信技术的应用；微电脑（计算机）和创新的大梯群集中调度控制的应用；矢量转换控制和直接转矩控制方式变压变频（简称VVVF）驱动技术的应用；永磁同步电动机与无/小机房电梯的开发应用等使电梯的拖动系统大大简化、产品质量大大提升、可靠性能大大增强。

我国电梯事业起步较晚，但发展较快。

1952-1954年先后在上海、天津、沈阳建立了三家电梯制造厂，并先后成立了有关科研单位，独立自主制造各类电梯产品，如交流货梯、客梯，直流快速、高速客梯等。

并用我国自己生产的电梯产品装备了人民大会堂、北京饭店等。

20世纪60年代开始批量生产自动扶梯和自动人行道，用我国自己生产的自动扶梯装备了北京地铁车站，用我国自己生产的自动人行道装备了北京首都国际机场。

随着我国对外开放，对内搞活经济的政策深入贯彻执行，我国吸取和引进了国外先进的电梯技术、先进的电梯制造工艺与设备、先进的科学管理，使我国电梯工业又取得了巨大发展。

产品连续多年成倍增长，产品质量和整机性能明显提高。

为了进一步推动和发展电梯工业，在上海、北京、天津、广州等地先后建立了中外合资电梯制造公司，使电梯的控制和驱动技术达到了国际先进水平，并先后向市场推出了一批能耗小、效率高、速度快、平层和舒适感好的交流调速电梯、直流高速电梯（包括机群控制电梯）。

为了进一步提高和控制产品质量，近年来颁布了一批具有国际水平的电梯标准，使各制造厂家用新标准去更新、设计电梯产品，加强了管理，促进了电梯工业的新发展。

进入21世纪后，我国成为了世界电梯制造和需求大国。

世界上绝大多数品牌电梯制造商都在我国建立了独资或合资企业，可喜的是具有我国民族品牌的电梯也占据了一定的市场份额。

毫无疑问，伴随着科学发展观和小康社会的建立实现，我国庞大的电梯市场必将激励电梯质量的进步，必将促进电梯技术的创新。

在控制技术方面，从手柄开关控制发展到按钮信号控制、并联集选控制和多台电梯群控制管理控制；从继电器-接触器/半导体分立器件的触点/集成逻辑电路，发展到单片或网络计算机（电脑）系统控制；从交流变极调速（AC-2），到直流调压调速G-M/SGR-M），到交流调压调速（ACVV），再到矢量转换式的变压变频调速（VVVF）。

微电脑（或称微处理机）在电梯控制系统中得到了广泛的应用，从而代替和淘汰了传统的数量众多的继电器、接触器、半导体分立器件控制系统。

微电脑电梯的特点有：

运行可靠、故障率低、耗能少；控制屏（柜）体积小，从而机房的面积可相应减小；维修方便，设备投资费用低。

借助于电脑，实现了带矢量转换的变压变频（VVVF）交流调速高速电梯的技术革新和推广使用。

为了提高电梯的运行性能，推出了交流异步电动机、低转速直流电动机、交流变频式专用电动机和交流永磁同步电动机，以便适应电梯要求的四象限运行工作的状态及性能；除了传统的蜗轮副曳引机外，还开发出斜齿轮、行星齿轮和无齿轮曳引机；由此，提高了电梯运行的可靠性、平稳性，使乘坐电梯的舒适感更好。

在电梯速度方面，由0.25m/s发展到0.5-1.0m/s的交流双速电梯；由1.5-2.0m/s的快速电梯发展到2.5m/s的直流高速电梯；还有1.0-4.5m/s的交流变压变频调速电

梯。

在电梯品种方面，除了常有的货梯、客梯外，还开发和生产出了双层轿厢电梯、

观光电梯、住宅（别墅）电梯、小机房和无机房电梯。

在材料和装饰方面，特别在电梯的机械部件、控制器、操纵盘、轿厢及其附属件上使用了新颖轻质环保材料，使其在提高性能的同时更便于操作，并能减少安装费用和节省空间。

电梯轿厢的装

二、设计方案及技术路线

（一）设计方案

1.设计方案

方案一：

采用AT89C51单片机及外围电路组成实现高度为四层楼的电梯控制系统

本设计选用单片机和外围电路相结合的方案，工作台启动电梯，单片机检测各楼层信号请求控制电梯运动，电梯动作完成后数码管显示所在楼层，同时单片机再次检测各楼层请求信号，使的电梯再次动作，直到控制台停止电梯，电梯降到一楼后停止，等待控制台再次启动电梯。

控制系统工作原理框图如图1

图1方案一

这种方案需要三种电路：

1）各楼层的电梯间电路：

二、三层的电路间均有“上升”和“下降”选择按键，一楼只有“上升”按键，四楼只有“下降”按键，每个按键配一只发光二极管，作为指示灯。

2）电梯内部电路：

目标楼层1——4选择按键配又相应的指示灯。

3）控制台电路：

（1）两个按键用于手动控制。

控制电路的“开始运行”和“停止运行”

（2）两个指示灯，分别指示电梯的升降情况。

（3）一只数码管，用于显示电梯当前所在的楼层。

方案二：

采用PLC技术的方案实现四层楼电梯自动控制系统设计

电梯控制系统的组成及工作原理

电梯控制系统主要由电力拖动部分和电气控制部分组成

（1）电力拖动电力拖动部分由拽引电机、抱闸和相应的开关电路以及开门机组成。

由于所设计的只是一个教学模型，梯速低于1.5m/s，所以只要能实现电机的正反转即可，而不必考虑电机的机械特性。

制动时为满足准确停层的需要，定子回路可接入电抗器减速最后再加上抱闸制动。

故在制动过程中采用了三档延时切换控制。

（2）电气控制部分又称控制电路，它是电梯控制系统的核心。

它包含两部分：

拖动控制电路和信号控制电路。

拖动控制电路因电梯的拖动方式不同而各异。

可以是接触器线圈及其相关的控制电路，也可以是电力电子器件的门极控制电路，对于有速度闭环控制的系统，还必须考虑含有电源、电压、速度检测电路和调节电路。

信号控制电路与拖动的方式关系不大，主要与程序能够实现的功能有直接的关系。

因此，不同的拖动方式的电梯可以采用同一信号控制电路。

（3）PLC系统部分完成所设定的控制任务所需要的PLC规模主要取决于控制系统对输入，输出点的需求量和控制过程的难易程度。

电梯控制原理如图2

图2方案二

这两种方法都能用来设计电梯，各自优点，方案二：

PLC控制的电梯可靠性高、维护方便、开发周期短,这种电梯运行更加可靠,并具有很大的灵活性,可以完成更为复杂的控制任务,己成为电梯控制的发展方向。

方案一：

单片机设计能对电梯进行故障自动诊断，并发出相应故障类型提示符，以便维护人员维修。

（二）技术路线

1．进行企业现场调研，收集数据，查阅收集与毕业设计有关的国内外文献资料。

2．.对收集的文献进行分类总结，确定满足设计要求的可用方案。

3.对已确定的方案进行分析用什么来实现，进一步设计模块电路。

4.组合这些电路，进行测试，查找运行时出现的问题。

5.进一步完善电路，总结经验

三、可能存在的问题及解决措施

1.可能存在的问题

a.硬件电路设计考虑不完善和附加在硬件电路的电源及输入端、输出端的干扰，

b.编写程序不知如何下手以及编写程序过程中，不加注意，会出现好多微不足道的小毛病，有些问题非常低级。

2.解决措施

应给电路接专用地线，并且接地点要与其它设备分开，若达不到这种要求，也可采用公共接地方式，但是禁止采用串联接地方式，因为它会使各设备间产生电位差而引入干扰。

此外，接地线要足够粗，接地电阻要小，完善的接地系统是用单片机设计电梯自动控制系统抗干扰的重要措施之一。

接地在消除干扰上起很大的作用。

这里的接地是指决定系统电位的地，而不是信号系统归路的接地。

数字地和模拟地的共点地最好置悬浮方式。

地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线，输入、输出电路，其元器件质量的优劣、接线方式及是否牢靠也是影响控制系统可靠性的重要因素。

以开关量输入为例，按钮、行程开关的触点接触要保持在良好状态，接线要牢固可靠。

机械限位开关是容易产生故障的元件，设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。

此外，按钮触点的选择也影响到系统的可靠性。

这一方面可以通过选用高质量的元器件来提高可靠性。

总之要抑制附加在电源及输入端、输出端的干扰。

硬件电路应不断检测，进一步来完善电路，确保实际应用中人身安全。

在编写程序前，应先画出程序流程图，理清思路，再编写。

四、设计成果

完成毕业设计任务后，拟提交如下设计成果：

1.四层楼电梯自动控制系统设计开题报告一份；

2.与毕业设计内容有关的外文翻译资料（中英文）一份；

3.四层楼电梯自动控制系统毕业设计（论文）一份；

4四层楼电梯自动控制系统电路原理图（protel格式）1张；

5.四层楼电梯自动控制系统设计系统源程序代码。

五、进度计划

时间安排

完成主要内容

3.21至3.27

企业现场调研、收集数据，查阅收集与毕业设计有关的国内外文献资料，确定毕业设计题目及设计内容的可行性，分析毕业设计任务和技术要求，研究设计思路和设计方案。

3.28至4.10

经指导教师审定，进行外文资料翻译工作，同时进行四层楼电梯自动控制系统设计的方案论证比较，与指导教师共同研究确定设计方案、技术实现的可行性以及存在问题的解决措施和办法。

4.11至4.24

撰写毕业设计开题报告，指导教师审核开题报告后，根据修改意见进一步修改开题报告，修改完善外文翻译。

4.25至5.15

绘制四层楼电梯自动控制系统设计电路原理图，完善电路功能和结构设计，进行电路元器件选择、参数计算。

5.16至5.29

主要进行四层楼电梯自动控制系统的软件结构和流程图设计，完成四层楼电梯自动控制系统的软件设计、程序调试及仿真。

5.30至6.26

整理资料，撰写四层楼电梯自动控制系统毕业设计论文，细化毕业设计内容，指导教师审阅毕业论文，修改后准备毕业答辩，提交四层楼电梯自动控制系统毕业设计（论文）成果。

六、参考资料

[1]李惠昇主编.电梯控制技术[M].机械工业出版社,2003

[2]刘连昆，樊运华，冯国庆编著，《电梯实用技术手册原理安装维修管理》[M]中国电力出版社

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机械工业出版社,2004.1

[5]朱昌明，洪致育，张惠荞编著，《电梯与自动扶梯原理结构安装测试》[M]21IC中国电子网 

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[7]潘永雄编著《新编单片机原理及应用》[M]西安电子科技大学出版社

[8]钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州:

华南理工大学出版社,2004:

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中国电力出版社,2004:

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[10]李惠升主编.电梯控制技术.北京:

机械工业出版社,2003.6:

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电子工业出社,1999:

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[13]李晓霞.  PLC在电梯控制系统的应用设计[J].数字技术与应用.2010（03）

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[15]扈刚,张予生.  基于AT89S51的电梯失电保护系统的设计[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版）.2010（05）

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CN101263072,2008-09-10.

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CN201842546U,2011-05-25.