基于plc电梯控制设计（共8篇）
电气工程及自动化
基于PLC的电梯控制系统设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
1.本课题的研究背景及意义
（1）题目背景：随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及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逻辑方式控制。传统的电梯运行逻辑控制系统采用继电器逻辑控制线路。这种控制线路，存在易出故障、维护不便、运行寿命较短、占用空间大等缺点。从技术上发展来看，这种系统将逐渐被淘汰。如何解决电梯的可靠性、维护方便等问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切心声。
（2）题目研究的意义：目前，由可编程序控制器和微机组成的电梯运行逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。采用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，已成为电梯控制的发展方向，其许多功能是传统的继电器控制系统无法实现。
可编程控制系统是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出控制各种类型的机械设备或生产过程。通过可编程控制器可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且最主要的是可编程控制器的“可编程”功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，而不需要像继电器控制系统那样改变硬件和接线。
2．国内外电梯的情况
当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。
世界上有名的几家电梯公司，诸如:美国奥梯斯公司、瑞士讯达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的51%。其中，奥梯斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。
目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯以外，在低层楼房越来越多的使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中新的组成部分。
电梯是集机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯而言，应具有高度的安全性。事实上，在电梯上己经采用了多项安全保护措施。在设计电梯的时候，对机械零部件和电器元件都采取了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造，安装调试、售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量、在国外，己“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是:乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为80亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。
解放前，我国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代己初具规模。
改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。在我国通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，产生了一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业，就是通过合资和补偿贸易方式，引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，使企业素质和产品质量都提高到了一个新水平，推出一代电梯新产品。
目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变频调速电梯新产品。另外，用可编程序控制器取代继电器控制系统的机型对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、放火厅们、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能;对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。
近年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进行着一系列实质性的工作。我国电梯行业，正在走向法规化，加速步入世界先进行列。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
(1)查找相关资料，了解国内外电梯控制系统的发展状况，熟悉现有电梯控制系统的发展方向。
(2)
阐述电梯的结构和可编程控制器的结构，了解PLC在电梯领域应用的优势及其硬件组成。
(3)对电梯的硬件设计。
(4)对电梯PLC控制原理进行分析。
(5)对电梯的软件设计。
这里我主要应用PLC原理对电梯的指层控制模块、轿内指令和厅外召唤登记与消号模块、电梯的选层和定向模块、电梯运行控制模块等进行设计。
三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解现行电梯的结构和可编程控制器的结构。
(2)分析相关的PLC改造。
(3)基于PLC的电梯控制系统的设计。
(4)分析效果。
(5)得出结论。
措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。
四、参考文献：
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章丽芙.基于PLC的电梯控制系统
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李杰.PLC技术在电梯控制系统中的应用.科技创新导报,2008年第19期
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一、PLC的相关概念分析
PLC主要是指编程控制器, 是通过微处理机作为基础而产生的一种新型的自动化控制系统。一般情况下, PLC是由输入接口部件、输出接口部件、中央处理器和电源部件几个部分组成。因为PLC在应用的过程中存在着一定的优势, 因此在工业领域受到了青睐, 近年来在工业设备上使用较为普遍。在电梯行业的发展过程中, PLC也受到了极大的关注, 随着通信技术和集成电路的快速发展, PLC在电梯行业的应用越来越广泛。在电梯行业使用PLC进行系统的控制, 不仅仅投资比较小, 而且见效比较快, 同时也能够使得电梯运行的可靠性得到大大的提升, 因而具有很好的应用前景。在电梯的设计和运营过程中, 控制系统起着决定性的作用, 传统的电梯控制系统中存在着很多的缺点, 比如系统的接线非常复杂, 系统的故障率比较高, 系统的可靠性比较差等, 这些都在很大程度上影响到了系统的安全运行。PLC控制系统不存在传统电梯控制系统的这些问题, 不仅仅编程比较简单, 而且使用过程中灵活性很高, 很方便进行电梯的控制, 最为关键的是PLC可以很好地保障电梯的运行安全, 减少故障的发生。
二、电梯PLC的设计思路探讨
(一) 电梯PLC的设计思路。
在电梯的运行过程中, 电梯自身的控制系统是决定电梯能够正常工作的关键所在。所以在进行电梯控制系统设计的过程中, 首先要做的就是选择适合本部电梯运行情况的PLC。PLC是整个电梯系统控制的中心要素, 对保障电梯系统的质量和技术都有着十分重要的作用, 所以要特别重视。电梯控制系统主要是由电梯的控制系统、电视监控和指令系统以及层站召唤系统几个部分组成。开展电梯控制系统的设计首先就是要定位好PLC的设计思路, 依据使用要求和系统设计的要素来进行I/O接口的分配, 然后进行PLC的I/O接口分配表的编制, 同时要绘制I/O端子接线图, 最后编成电梯控制系统的相关软件。
(二) 梯控制系统的软件开发研究。
在电梯控制系统的软件开发过程中, 我们一般所采取的是数据比较的方法来进行开展程序的编制, 这种编制方法有着一定的优势, 不仅仅方便理解, 而且十分容易操作。即使是面对几十层高的电梯, 在编写的过程中也不会增加很多程序。在进行开关门控制程序编制中主要完成以下几个功能的设计, 电梯的手动关门和开门、无司机状态下的本层开门、电梯在运行过程中的到达目的层站的自动开门等等。在程序编制的过程中, 对于电梯的选测定向方面, 对于电梯的运营方式一定要考虑周全, 综合各个方面的要素来确定电梯的运行方向。比如电梯内有司机的时候, 应该有轿内指定以及电梯所在的方位来确定运行的方向;而在电梯内无司机的时候, 则应该依据电梯所处的位置来确定运行的方向。这些都是在开展电梯控制系统开发中所应该注意的关键问题。
三、电梯PLC控制系统设计的主要方式分析
(一) 信号控制系统。
基于PLC的电梯控制系统中, 电梯的信号控制系统大部分都是由PLC软件来进行控制和处理的, PLC经过发展和应用, 在电梯的控制系统中已经取代了以往的继电器设备和机械选层器, 这大大提升了电梯运行的安全, 减少了在运行过程中可能存在的故障率。在一个信号的控制系统中, 所有的功能都是可以通过程序的运行来完成的。对于电流不同的电梯, 比如直流电和交流电存在着一定的差别, 除了一小部分的控制功能和输入意义及输出功能有差别之外, 其他的PLC电梯信号控制的基本功能都是一样的, 所以PLC控制系统在应用的过程中有着很强的通用性。
(二) 拖动控制系统。
在电梯里有着两种不同类型的拖动方式, 一般可以分为直流和交流。PLC控制的拖动控制系统不需要做太大的变动, 拖动控制的工作情况以及工作过程的反馈信息能够直接送入到PLC, 然后再由PLC向拖动系统发挥控制的信号。目前, 伴随着变频器的出现和广泛的应用, 很多建筑都使用交流调速的电梯, 这主要包含了全闭环控制和半闭环控制两种形式。在开展工作的过程中, PLC先给变频器发出一定的换速信号, 然后由变频器来控制主拖动的电路, 按照一定的原则进行运行, 最终达到进行调速的目的。这样来看整个调速系统既简单实用, 非常便于操作, 也十分安全可靠。
四、电梯PLC控制的主要优势探讨
目前在对电梯的控制方面, 主要有继电器控制、PLC控制以及微型计算机控制这三种形式。PLC电梯控制系统相对于其他两种形式来讲, 有着一定的优势。主要在于PLC系统使用的时间比较长、自动化的水平比较高, 而且PLC控制系统的安全性也非常好。除了这些之外, PLC的电梯控制系统软件也比较容易进行扩展, 不管是高层的大型电梯还是只有几层的小型电梯, PLC控制系统都可以进行应用。
五、结语
伴随着近年来科学技术的不断发展和经济水平的提升, 我国国内的高层建筑越来越多, 这使得电梯的需求不断增加。通过在电梯系统设计的过程中使用PLC控制系统, 不仅仅能够保障电梯的稳定运行, 而且还可以获得比较好的经济效果, 符合目前节能、绿色的发展主题, 因而具有十分广阔的应用前景。
摘要：伴随着城市规模的不断扩大, 高层建筑已经成为了城市发展过程中的重要标志。电梯作为高层建筑进行运输的重要工具, 其质量如何直接会影响到住户的日常生活。传统的电梯系统主要是以继电器、卫星计算机进行控制, 这些控制系统的接线较为复杂, 而且故障率比较高, 可靠性较差。PLC电梯系统的出现, 在一定程度上解决了继电器和卫星计算机控制中存在的问题。本文主要结合电梯系统控制的特点, 对PLC电梯控制系统进行设计, 以期能够更好地促进电梯控制系统的发展。
关键词：电梯控制系统,PLC,继电器设计,微型计算机设计
参考文献
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【关键词】电梯控制;可编程程控制器; 组态模拟
中图分类号:TP18 文献标识码:A 文章编号:1009-8283(2009)05-0116-01
1前言
电梯的电气系统由拖動系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器 控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点,正逐渐被淘汰。目前电梯设计使用可编程控制器(PLC),要求功能变化灵活,编程简单,故障少,噪音低。维修保养方便,节能省工,抗干扰能力强,控制箱占地面积少。当乘员进入电梯,按下楼层按钮,电梯门自动关闭后.控制系统进行下列运作:根据轿厢所处位置及乘员所处层数.判定轿厢运行方向,保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上;同时,根据楼层的呼叫,顺路停车,自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。
MCGS(Monitor and Control Generated System,通用监控系统)是一套用于快速构造和生成 监控系统的组态软件,能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、 曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的 控制系统更具通用性.在自动化领域有着更广泛的应用。本文利用MCGS组态软件检验电梯PLC控制系统的运行情况。
2电梯PLC控制系统
S7—200可编程控制器是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器。它工作可靠,功能强,存储容量大,编程方便,输出端可直接驱动2A的继电器或接触器的线圈,抗干扰能力强。
STEP 7-Micro/WIN 32是S7-200系列的PLC的编程软件.可以对S7—200的所有功能进行编程。该软件在WindOW8平台上运行。基本操作与omce等标准WindOWS软件相类似,简单、易学。其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、修改和编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能。还可以直接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控。
3电梯PLC控制系统设计
因篇幅有限。仅将电梯指示及上下行程序列出说明。
3.1 楼层状态指示设计
当电梯运行至某层有指令发出时.指示位置及指令。以二层为例:
3.2 电梯下行程序设计
以电梯在三层下行情况为例。当电梯的一或二层有指令时,将三层下行位置1,同时无上行,驱动电梯下行。程序说明如下:
3.3 电梯上行程序设计
以电梯在二层上行情况为例。程序说明如下:
3.4 电梯到达时程序设计
电梯到达某层时。将已完成的指令信号复位。以电梯到达三层为例。程序ig明如下:
4组态软件模拟电梯PLC控制系统显示设计
MCGsm态软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面。实时性强,有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面。MCGSm态软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能。同时。提供良好的安全机制,为多个不同级别用户设定不同的操作权限。MCGS组态软件支持多种硬件设备,实现“设备无关”,用户不必因外部设备的局部改动,而影响整个系统。MCGS组态软件由“MCGS组态 ”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立。又紧密相关。
本文利用MCGS组态软件设计。在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备.添加西门子S7—200PLC。正确设置其属性。正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接,即可实现PLC与组态软件的通讯。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合,使电脑对PLC发出的信号有响应。在MCGS组态软件的用户窗口中,制作一个动画界面。在界面上设置各个控件的属性,使设置的控件按照真实的情况动作,检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。MCGS用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面.组态配置各种不同类型和功能的对象或构构。可以对实时数据进行可视化处理。组态过程如图2所示:
5结语
目前电梯设计使用可编程控制器(PLC),要求功能变化灵活,编程简单,故障少,噪音低。针对这个四层电梯的控制系统.本文采用西门子S7—200可编程控制器设-H-电梯的控制系统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。利用MCGS组态软减设计模拟电梯PLC控制系统的运行。将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合,加载驱动。使设置的控件能够按照真实的情况动作。检验和测试电梯PLC控制系统对电梯的运行状态的控制效果。实践证明。将PLC可编程控制器和MCGS组态软件结合可以非常好地模拟电梯控制系统的测试运行.有利于PLC控制系统的设-H-、检测,具有良好的应用价值。
注:PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题,因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素,合理有效地抑制抗干扰,才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽,如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪,PLC会有更大的发展,产品的品种会更丰富、规格更齐全,通过完美的人机界面、完备的 设备会更好地适应各种 控制场合的需求,PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
参考文献:
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[5] SIMATIC s7—200可编程序控制器系统手册,西门子公司.
设计题目：基于PLC的广告牌控制设计
学院： 班级：
成员名单：
1、姓名
学号：
2、姓名：
学号：
3、姓名：
学号：
设计要求: 在16X16点阵式LED显示“五角星”、“圆形”和心形图，并通过按键来选择要显示的图形
摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断的走向深入，同时带动传统控制及LED显示技术日新月异的更新。大型LED点阵广告牌与传统的广告宣传紧密结合成为新的媒体宣传工具，广泛应用于展览中心、金融市场、医院、体育场馆、机场、码头、车站、街道、高速公路等公共场所的信息显示和广告宜传。本文提出了一种实现单片机控制LED点阵显示屏的新方案广告牌是用于广告匾，楼宇装饰和户外装潢的灯具，近来随着国家经济的迅速发展，人民物质文化生活水平的不断提高，对于装饰的美化美观的要求也越来越高，广告牌的越来越多的出现在个人们的视野中。近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时自动控制系统日新月益更新。
本文结合国内外霓虹灯控制技术的发展状况设计了一种采用美国ATMEL公司生产的AVR系列单片机中的ATmega8作控制芯片的霓虹灯控制器．通过ATmega8芯片控制驱动电路，在由驱动电路驱动继电器，而继电器则作为霓虹灯的功率控制。从而实现在16X16点阵式LED显示“五角星”、“圆形”和心形图，并通过按键来选择要显示的图形。
关键字：控制器；继电器；ATmega8 广告牌设计
目录
摘要............................................................................................................错误！未定义书签。目录..................................................................................................................................................1 一
系统方案论证与比较...............................................................................................................4
方案一：NE555与CD4541作为主控制器.........................................................................4 方案二：采用LED点阵与ATmega8作为主驱动器..........................................................5 二
元器件简介...............................................................................................................................7
1.主控芯片ATmega8简介....................................................................................................7
（1）产品特性................................................................................................................7（2）外设特点................................................................................................................7（3）特殊的处理器特点.................................................................................................8（4）I/O 和封装.............................................................................................................8（5）工作电压................................................................................................................8（6）速度等级................................................................................................................8（7）引脚说明..............................................................................................................10（8）ATmega8状态寄存器........................................................................................11（9）通用寄存器..........................................................................................................12（10）堆栈指针............................................................................................................12（11）复位与中断........................................................................................................13 2.点阵显示器.......................................................................................................................14（1）16*16点阵原理图...............................................................................................14（2）16*16点阵实物图...............................................................................................15（3）16*16点阵扫描方式...........................................................................................15（4）16*16点阵应用举例...........................................................................................15 3.驱动芯片4-16译码器CC4514........................................................................................17（1）推荐工作条件......................................................................................................17（2）工作温度范围......................................................................................................17（3）极限值..................................................................................................................17 三
广告控制器系统设计.............................................................................................................19
1.系统硬件设计.....................................................................................................................19（1）主控制器ATmega8............................................................................................19（2）电路原理图..........................................................................................................19 2.系统软件设计.....................................................................................................................21（1）程序流程图..........................................................................................................21（2）程序清单..............................................................................................................21
一
系统方案论证与比较
方案一：NE555与CD4541作为主控制器
广告灯控制器由NE555组成的光控及抗干扰电路、CD4541定时电路、继电器控制、电源电路等部分组成。电原理图如图1所示。
NE555时基电路接成施密特触发器，对光敏电阻RC接收到的信号进行整形和功率放大以后，驱动后续电路。当白天有光照时，其第③脚输出低电平，夜晚无光照时输出高电平。
CD4541是一块具有振荡计数、定时功能的IC，在电路中作为定时控制，各脚功能如表1所示。CD4541工作时，第①脚接振荡电阻，第②脚接振荡电容，第③脚接保护电阻，第⑧脚为输出脚，第⑨脚可选择第⑧脚的输出状态，第⑩脚接低电平为单定时模式，接高电平为循环定时模式，第12、13脚可设定时间或设定输出频率，CD4541分频或计数次数如表2所示。220V交流市电经R9、C6
阻容降压．D2～D5整流，C5滤波，WD2稳压，给继电器提供24V的吸合电压。此电压通过R8和WD1稳压，C4滤波，给IC1和IC2提供9.1V的工作电压。
白天，光敏电阻RG阻值很小，通过RG和WR1分压，NE555第⑥脚电压大于2/3Vcc，使第③脚输出为低电平，三极管BG1截止。CD4541第⑥脚复位端为高电平，其内部计数器清零复位，第⑧脚输出端为低电平，BG2截止，继电器常开触电断开，其受控电路不工作。
当夜幕降临的时候，RG阻值逐渐增大，NE555第②脚电位逐渐降低，当小于1／3Vcc时，NE555第③脚输出端信号翻转为高电平。BG1基极电位升高而导通，给CD4541第⑥脚提供一个由高电平变为低电平的脉冲负跳变沿，使内部电路开始计数，输出端第⑧脚输出高电平。BG2导通，继电器K1得电，常开触点闭合，受控电路工作。WR2和C3为CD4541外接振荡电阻和振荡电容，当经t=32768×2.3RC≈24871秒时间后，输出端第⑧脚变为低电平。VT2截止，K1的常开触点失电而断开，受控电路停止工作。通过微调WR2，可改变定时时长。此电路对于外界干扰引起的白天瞬间变暗不会导致继电器误动作，因为NE555第②、⑥脚所接R1和C1组成延时抗干扰电路，当RG阻值瞬间增大时，由于电容C1两端电压不能突变，从而保持第⑥脚电位基本不变，第③脚输出仍为低电平。但当RG阻值长时间较大时，C1充电完成后，NE555第⑥脚电压降低，第③脚输出高电平，从而导致继电器动作。
方案二：采用LED点阵与ATmega8作为主驱动器
数控广告灯扫描器有以下主要特点：
（1）分体联控结构：解决了大型广告灯工程既要求扫描器分体就近安装又要求扫描器整体调控的矛盾。
（2）强抗干扰设计：通过系统软件的抗干扰处理，避免了广告灯乱闪及抖动的现象，使版面极为干净。
（3）自动同步：当遇强干扰造成扫描器不能同步工作时，系统软件将在1分钟内自动修复。
（4）调试开关：对于大型广告灯工程的调试，这个功能极为有用。
（5）接插件结构：整个线路全部采用接插件绘声结构，拆卸简单，维修方便。
图3 ATmega8与点阵显示广告控制系统
综上所述，我们选择方案二。
二
元器件简介
1.主控芯片ATmega8简介（1）产品特性
● 高性能、低功耗的 8 位AVR® 微处理器 ● 先进的RISC 结构
● 130 条指令 – 大多数指令执行时间为单个时钟周期 ● 32个8 位通用工作寄存器 ● 全静态工作
● 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS ● 只需两个时钟周期的硬件乘法器 ● 非易失性程序和数据存储器 ● 8K 字节的系统内可编程Flash ● 擦写寿命: 10,000 次
● 具有独立锁定位的可选Boot 代码区 ● 通过片上Boot 程序实现系统内编程 ● 真正的同时读写操作 ● 512 字节的EEPROM ● 擦写寿命: 100,000 次 ● 1K字节的片内SRAM ● 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密
（2）外设特点
● 两个具有独立预分频器8 位定时器/ 计数器, 其中之一有比较功能 ● 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 ● 具有独立振荡器的实时计数器RTC ● 三通道PWM
● TQFP与MLF 封装的8 路ADC ● 路10 位ADC ● 8 路10 位ADC ● 面向字节的两线接口 ● 两个可编程的串行USART ● 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口 ● 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 ● 片内模拟比较器
（3）特殊的处理器特点
● 上电复位以及可编程的掉电检测 ● 片内经过标定的RC 振荡器 ● 片内/ 片外中断源
● 5种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及Standby 模式。
（4）I/O 和封装
● 23个可编程的I/O 口
● 28引脚PDIP 封装,32 引脚TQFP 封装,32 引脚MLF 封装
（5）工作电压
● 2.75.5V(ATmega8)（6）速度等级
● 016 MHz(ATmega8)● 4 Mhz 时功耗, 3V, 25°C
● 工作模式: 3.6 mA ● 空闲模式: 1.0 mA ● 掉电模式: 0.5 μA ● 具有8KB 系统内可编程 Flash 的 ● 8 位 微控制器
ATmega8引脚图
ATmega8内部结构简图
（7）引脚说明
VCC 数字电路的电源。GND 地。
端口B(PB7..PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。通过时钟选择熔丝位的设置，PB6 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。通过时钟选择熔丝位的设置PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。若将片内标定RC 振荡器作为芯片时钟源，且ASSR 寄存器的AS2 位设置，PB7..6 作为异步 T/C2 的TOSC2..1 输入端。端口B 的其他功能见P55“ 端口B 的第二功能” 及P 22“ 系统时钟及时钟选项”。
端口C(PC5..PC0)端口C 为7 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。
PC6/RESET 若RSTDISBL 熔丝位编程，PC6 作为I/O 引脚使用。注意PC6 的电气特性与端口C 的其他引脚不同若RSTDISBL 熔丝位未编程，PC6 作为复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见P 35Table 15。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。
端口C 的其他功能见后。
端口D(PD7..PD0)端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 的其他功能见后。
RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见 P35Table 15。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。
AVCC AVCC 是A/D转换器、端口C(3..0)及ADC(7..6)的电源。不使用ADC
时，该引脚应直接与VCC 连接。使用ADC 时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。注意，端口C(5..4)为数字电源，VCC。
AREF A/D 的模拟基准输入引脚。
ADC7..6(TQFP 与MLF 封装)TQFP与MLF封装的ADC7..6作为A/D转换器的模拟输入。为模拟电源 且作为10位ADC通 道。
（8）ATmega8状态寄存器
状态寄存器包含了最近执行的算术指令的结果信息。这些信息可以用来改变程序流程以实现条件操作。如指令集所述，所有ALU 运算都将影响状态寄存器的内容。这样，在许多情况下就不需要专门的比较指令了，从而使系统运行更快速，代码效率更高。在进入中断服务程序时状态寄存器不会自动保存，中断返回时也不会自动恢复。这些工作需要软件来处理。AVR 中断寄存器 SREG 定义如下：
• Bit 7 – I: 全局中断使能I 置位时使能全局中断。单独的中断使能由其他独立的控制寄存器控制。如果I 清零，则不论单独中断标志置位与否，都不会产生中断。任意一个中断发生后I 清零，而执行RETI指令后I 恢复置位以使能中断。I 也可以通过SEI 和CLI 指令来置位和清零。
• Bit 6 – T: 位拷贝存储位拷贝指令BLD 和BST 利用T 作为目的或源地址。BST 把寄存器的某一位拷贝到T，而BLD 把T 拷贝到寄存器的某一位。
• Bit 5 – H: 半进位标志半进位标志H 表示算术操作发生了半进位。此标志对于BCD 运算非常有用。详见指令集的说明。
• Bit 4 – S: 符号位, S = N ⊕ VS 为负数标志N 与2 的补码溢出标志V 的异或。详见指令集的说明。
• Bit 3 – V:2 的补码溢出标志支持2 的补码运算。详见指令集的说明。• Bit 2 – N: 负数标志表明算术或逻辑操作结果为负。详见指令集的说明。
• Bit 1 – Z: 零标志表明算术或逻辑操作结果为零。详见指令集的说明。• Bit 0 – C: 进位标志
（9）通用寄存器
文件寄存器文件针对AVR 增强型 RISC 指令集做了优化。为了获得需要的性能和灵活性，寄存器文件支持以下的输入/ 输出方案： • 输出一个 8 位操作数，输入一个 8 位结果。• 输出两个 8 位位操作数，输入一个 8 位结果。• 输出两个 8 位位操作数，输入一个 16 位结果。• 输出一个 16 位位操作数，输入一个 16 位结果。
CPU 32 个通用工作寄存器的结构
（10）堆栈指针
堆栈指针主要用来保存临时数据、局部变量和中断/ 子程序的返回地址。堆栈指针总是指向堆栈的顶部。要注意AVR 的堆栈是向下生长的，即新数据推入堆栈时，堆栈指针的数值将减小。堆栈指针指向数据SRAM 堆栈区。在此聚集了子程序堆栈和中断堆栈。调用子序和使能中断之前必须定义堆栈空间，且堆栈指针必须指向高于0x60 的地址空间。使用PUSH指令将数据推入堆栈时指针减一；而子程序或中断返回地址推入堆栈时指针将减二。使用POP 指令将数据弹出堆栈
时，堆栈指针加一；而用RET 或RETI 指令从子程序或中断返回时堆栈指针加二。AVR的堆栈指针由I/O空间中的两个8位寄存器实现。实际使用的位数与具体器件有关。请注意某些AVR 器件的数据区太小，用SPL 就足够了。此时将不给出SPH 寄存器。
指令执行时序这一节介绍指令执行过程中的访问时序。AVR CPU 由系统时钟clkCPU 驱动。此时钟直接来自选定的时钟源。芯片内部不对此时钟进行分频。Figure 5 说明了由Harvard 结构决定的并行取指和指令执行，以及可以进行快速访问的寄存器文件的概念。这是一个基本的流水线概念，性能高达1 MIPS/MHz，具有优良的性价比、功能/ 时钟比、功能/ 功耗比。
（11）复位与中断
处理AVR有不同的中断源。每个中断和复位在程序空间都有独立的中断向量。所有的中断事件都有自己的使能位。当使能位置位，且状态寄存器的全局中断使能位I 也置位时，中断可以发生。根据程序计数器PC 的不同，在引导锁定位BLB02 或BLB12 被编程的情况下，中断可能被自动禁止。这个特性提高了软件的安全性。详见 P 209“ 存储器编程” 的描述。程序存储区的最低地址缺省为复位向量和中断向量。完整的向量列表请参见P 43“ 中断”列表也决定了不同中断的优先
级。向量所在的地址越低，优先级越高。RESET 具有最高的优先级，第二个为INT0 – 外部中断请求0。通过置位通用中断控制寄存器(GICR)的IVSEL，中断向量可以移至引导Flash的起始处，参见P 43“中断”。编程熔丝位BOOTRST也可以将复位向量移至引导Flash 的起始处。具体参见P 196“ 支持引导装入程序 －在写的同时可以读(RWW, Read-While-Write)的自我编程能力”。任一中断发生时全局中断使能位I 被清零，从而禁止了所有其他的中断。用户软件可以在中断程序里置位I 来实现中断嵌套。此时所有的中断都可以中断当前的中断服务程序。执行RETI 指令后I 自动置位。从根本上说有两种类型的中断。第一种由事件触发并置位中断标志。对于这些中断，程序计数器跳转到实际的中断向量以执行中断处理程序，同时硬件将清除相应的中断标志。中断标志也可以通过对其写”1” 的方式来清除。当中断发生后，如果相应的中断使能位为“0”，则中断标志位置位，并一直保持到中断执行，或者被软件清除。类似的，如果全局中断标志被清零，则所有已发生的中断都不会被执行，直到I 置位。然后挂起的各个中断按中断优先级依次执行。
2.点阵显示器（1）16*16点阵原理图
（2）16*16点阵实物图
图为8×8点阵LED外观及引脚图，其等效电路如图（2）所示，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则Y0=1，X0=0即可。应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴
（3）16*16点阵扫描方式
LED一般采用扫描式显示，实际运用分为三种方式（1）点扫描（2）行列扫描
16×64=1024Hz，周期小于1ms即可。若使用第二和第三种方式，则频率必须大于16×8=128Hz，周期小于7.8ms即可符合视觉暂留要求。此外一次驱动一列或一行（8颗LED）时需外加驱动电路提高电流，否则LED亮度会不足。
（4）16*16点阵应用举例
点阵内部结构及外形如下，8X8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置
0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮。
一般我们使用点阵显示汉字是用的16*16的点阵宋体字库，所谓16*16，是每一个汉字在纵、横各16点的区域内显示的。也就是说得用四个8*8点阵组合成一个16*16的点阵。如下图所示，要显示“你”则相应的点就要点亮，由于我们的点阵在列线上是低电平有效，而在行线上是高电平有效，所以要显示“你”字的话，它的位代码信息要取反，即所有列（13~16脚）送(***1，0xF7，0x7F)，而第一行（9脚）送1信号，然后第一行送0。再送第二行要显示的数据（13~16脚）送(***1，0xF7，0x7F)，而第二行（14脚）送1信号。依此类推，只要每行数据显示时间间隔够短，利用人眼的视觉暂停作用，这样送16次数据扫描完16行后就会看到一个“你”字；第二种送数据的方法是字模信号送到行线上再扫描列线也是同样的道理。同样以“你”字来说明，16行（9、14、8、12、1、7、2、5）上送（***0，0x00，0x00）而第一列（13脚）送、“0”。同理扫描第二列。当行线上送了16次数据而列线扫描了16次后一个“你”字也就显示出来了。
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因此，形成的列代码为 00H，00H，3EH，41H，41H，3EH，00H，00H；只要把这些代码分别依次送到相应的列线上面，即可实现“0”的数字显示。
3.驱动芯片4-16译码器CC4514（1）推荐工作条件
电源电压范围„„„„„ „.3V～15V 输入电压范围„„„„„„..0V～VDD（2）工作温度范围
M 类„„„„„„.－55℃～125℃ E 类„„„„„ „.－40℃～85℃
（3）极限值
电源电压„...－0.5V～18V 输入电压„ „－0.5V~VDD+0.5V 输入电流„ „„„.±10mA 储存稳定„„„„„.－65℃～150℃
CD4514引脚图
三
广告控制器系统设计
1.系统硬件设计
（1）主控制器ATmega8 本控制系统采用存储容量大的AVR单片机ATmega8作为主控制器，直接可以将容量较大的系统字库存储在ATmega8内部存储器内，节约了资源，也使整个系统变得简洁。
（2）电路原理图
扫描电路采用CD4514，即4-16的译码器来进行行列扫描，用单片机控制其选通端INH来控制送行列字库码，控制扫描，并在输出端加一个非门，来提高其驱动能力，以满足点阵发光的需求。
2.系统软件设计（1）程序流程图
（2）程CNTA EQU 30H COUNT EQU 31H
ORG 00H
LJMP START
ORG 0BH
LJMP T0X
ORG 30H START: MOV CNTA,#00H
MOV COUNT,#00H
MOV TMOD,#01H
MOV TH0,#(65536-4000)/ 256
MOV TL0,#(65536-4000)MOD 256
SETB TR0
SETB ET0
SETB EA WT: JB P2.0,WT
MOV R6,#5
MOV R7,#248 D1: DJNZ R7,$
DJNZ R6,D1
JB P2.0,WT
INC COUNT
MOV A,COUNT
CJNE A,#03H,NEXT
MOV COUNT,#00H NEXT: JNB P2.0,$
SJMP WT
T0X: NOP
MOV TH0,#(65536-4000)/ 256
MOV TL0,#(65536-4000)MOD 256
MOV DPTR,#TAB
MOV A,CNTA
MOVC A,@A+DPTR
MOV P3,A
MOV DPTR,#GRAPH
MOV A,COUNT
MOV B,#8
MUL AB
ADD A,CNTA
MOVC A,@A+DPTR
MOV P1,A
INC CNTA
MOV A,CNTA
CJNE A,#8,NEX
MOV CNTA,#00H NEX:RETI
TAB: DB 0FEH,0FDH,0FBH,0F7H,0EFH,0DFH,0BFH,07FH GRAPH: DB 12H,14H,3CH,48H,3CH,14H,12H,00H
DB 00H,00H,38H,44H,44H,44H,38H,00H
DB 30H,48H,44H,22H,44H,48H,30H,00H
END（2）程序清单
(1)． “★”在16X16LED点阵上显示图如下图所示 2 3
7 8
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12H，14H，3CH，48H，3CH，14H，12H，00H(2)． “●”在16X16LED点阵上显示图如下图所示 1 2 3 5 7 8
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00H，00H，38H，44H，44H，44H，38H，00H(3)． 心形图在16X16LED点阵上显示图如下图所示 1 2 3 5 7 8
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30H，48H，44H，22H，44H，48H，30H，00H
四
总结：
经过这段时间的努力学习和实践，在各位老师和同学们的帮助下，在我的不断努力下，我的课程设计终于完成了。从设计中我学到许多知识，也理解到了不管做任何事情都要细心谨慎的道理。知识的积累是一点一滴的，在设计中我也感受颇深。在此我真的感到团结力量大，在设计过程中在兄弟组严格督促和帮助下
顺利的完成了此次任务，并且及时的帮我解决我在设计中遇到的各种问题和困难，在整个毕业设计过程中都给我鼓励和分析讲解，并主动为我提供各种相关技术资料，在指导老师的帮助和指导下我顺利完成了本次毕业设计，也让我在这次课程设计中受益匪浅，最后感谢评阅和阅读本设计论文的老师为此付出了辛勤劳动，我们会把这种认真做事和一丝不苟的精神继续发扬下去的！
五
参考文献：
题
目学生姓名专业班级学
号院（系）指导教师完成时间
工业机械手的应用
自动化200 级 班
电气信息工程学院 2011年 06月 05日
工业机械手的应用 机械手概述
用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其
一、它能部分的代替人工操作；其
二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其
三、它能操作必要的工具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。
机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。2 机械手的发展史
现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。他的结构是：机体上安装一回转长臂，端部装有电磁铁的工件抓放机构，控制系统是示教型的。
1962年，美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿造坦克炮塔，臂回转、俯仰，用液压驱动；控制系统用磁鼓最存储装置。不少球坐标式通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司（Unimaton）,专门生产工业机械手。
1962年美国机械铸造公司也试验成功一种叫Versatran机械手，原意是灵活搬运。该机械手的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、伸缩、采用液压驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vic-arm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差可小于±1毫米。
美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8年机械手试验台，进行各种性能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时，精度可提高到±0.1毫米。
德国机器制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。
瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。
瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%～60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。
第二代机械手正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信息反馈，使机械手具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉机械手。
第三代机械手（机械人）则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机和电视设备保持联系。并逐步发展成为柔性制造系统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一环。
随着工业机器手（机械人）研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。工业机械手在生产中的应用
机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。
在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在50件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间的5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。目前在我国机械手常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。下面具体说明机械手在工业方面的应用。3.1 建造旋转零件（转轴、盘类、环类）自动线
一般都采用机械手在机床之间传递零件。国内这类生产线很多，如沈阳永泵厂的深井泵轴承体加工自动线（环类），大连电机厂的4号和5号电动机加工自动线（轴类），上海拖拉机厂的齿坯自动线（盘类）等。
加工箱体类零件的组合机床自动线，一般采用随行夹具传送工件，也有采用机械手的，如上海动力机厂的气盖加工自动线转位机械手。
3.2 在实现单机自动化方面
各类半自动车床，有自动加紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，单仍需人工上下料；装上机械手，可实现全自动化生产，一人看管多台机床。目前，机械手在这方面应用很多，如上海柴油机厂的曲拐自动车床和座圈自动车床机械手，大连第二车床厂的自动循环液压仿行车床机械手，沈阳第三机床厂的Y38滚齿机械手，青海第二机床厂的滚铣花键机床机械手等。由于这方面的使用已有成功的经验，国内一些机床厂已在这类产品出厂是就附上机械手，或为用户安装机械手提供条件。如上海第二汽车配件厂的灯壳冲压生产线机械手（生产线中有两台多工位机床）和天津二注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手的自动装卸工件，可实现全自动化生产。目前机械手在冲床上应用有两个方面：一是160t以上的冲床用机械手的较多。如沈阳低压开关厂200t环类冲床磁力起重器壳体下料机械手和天京拖拉机厂400t冲床的下料机械手等。机械手控制方法
机器人控制系统硬件结构要围绕着如何更好地实现机器人的控制功能而设计和选择。以控制器的核心计算机的分布方式来看，机器人控制系统硬件控制结构大体可分为集中控制、主从控制、分级控制等三类。
在核心控制器的选择上可以有多种方案，目前在机电一体化设计中主要有三种：单片机、工业控制计算机、可编程控制器（PLC）。随着计算机系统的不断发展，也出现了运动控制卡和逻辑控制器等新型控制硬件。
单片机控制机械手能够完成简单的逻辑控制或模拟量控制，可按需要自行配置通信功能，软硬件开发工作量很多，输出带负载能力和抗干扰能力差，可靠性差，环境适应能力差，成本较为低廉。
PLC控制机械手可按使用要求选购相应的产品完成复杂的逻辑控制，逻辑控制为主，也可以组成模拟量控制系统，软硬件开发工作量较少，输出带负载能力和抗干扰能力强，可靠性好，环境适应能力强，成本较为高。
工业控制计算机具备完善的控制功能，软件丰富，执行速度快，软件开发工作量较多，硬件开发工作量较少，执行速度较慢，环境适应力一半，可靠性好，成本较为高。
参考文献
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题
目 基于PLC的六轴机械手控制系统设计
班
级
2010工业电气
指导教师
白
龙
牡丹江师范学院
2013 年5月30日 电气控制与PLC课程设计指导书
课程名称：基于PLC的六轴机械手控制系统设计 学时数：2周
学分数：3.5（本门课程）
开课院、系（部）、教研室：工学院 电气工程及其自动化教研室 执笔人：白 龙 编写时间：2014.5.30
一、设计目的
（1）掌握六轴机械手控制的工作时序和继电器控制电路。（2）掌握经验法设计梯形图的一般方法。
二、设计任务
设计基于PLC的六轴机械手控制系统的继电器控制电路和梯形图。
三、基本内容与要求（1）设计I/O及内存表；（2）设计工作时序图；（3）设计继电器控制电路；（4）设计梯形图。
四、设计资料及有关规定
1.设计过程可参考教材P317第九章。2.PLC采用欧姆龙公司的CP1H。
五、设计成果要求
设计论文
六、物资准备
1.到图书馆和相关网站查阅相关资料。2.到可编程控制器实验室了解实验设备。
七、主要图式、表式
各继电器控制电路和梯形图要求用绘图软件画出。
八、时间安排
2014.6.1 设计动员，发放设计任务书 2014.6.2-2014.6.3 查阅资料、拟定设计程序和进度计划 2014.6.4-2014.6.10 确定设计方案、实验、编写设计说明书 2014.6.11-2014.6.13 完成设计，交指导教师审阅 2014.6.14 成绩评定
九、考核内容与方式
考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。
十、参考书目
电梯是现代生产生活中不可或缺的垂直交通工具, 它承担着货物的运输和人员的交通等重要功能。老式的电梯大都采用继电器控制, 存在故障率高、可靠性差等一系列缺点, 面临淘汰。随着电子信息产业的快速发展应用, PLC技术的可靠性好、抗干扰能力强等受到公认, 可大大增加电梯系统的控制精度、可靠性和灵活性, 便于系统设计和现场施工, 因此PLC控制是目前最常用的控制方法, 同时很方便用于传统继电器控制系统的技术改造。
针对利用PLC技术对老电梯进行技术改造中的问题和经验进行总结, 探讨如何利用PLC实现电梯控制, 对推动我国电梯行业更新换代具有十分重要的意义。
1 电梯控制系统的总体方案
电梯的控制系统可以分为电机拖动系统 (变频调速部分) 和电气控制系统 (PLC控制部分) 两个部分。设计的电梯为三层运输装置。电梯有很多的开关量输入输出信号, 包括:轿厢内外呼叫信号、开关门信号、平层信号、上下限位信号等开关量输入信号;实现电梯上行、下行、平层以及开门、关门的开关量输出信号, 以及用于呼梯信号、上下行指示、电机拖动控制的开关量输出信号等。电梯PLC控制系统的总体结构如图1所示。主要硬件设备包括PLC主机及I/O扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。由PLC主机负责对输入信号和传感器信号进行逻辑运算处理和判断, 通过指令信号的输出, 驱动相应的模块以满足门机与电机控制系统的实际运行需求。电梯设计满足用户对安全、舒适的需求, 在总体方案制定时应遵循如下原则:
(1) 乘客的呼叫和操作优先级是最高的, 优先响应轿厢内选信号。
(2) 在上行过程中, 仅执行上行呼叫信号, 可记忆下行呼叫信号;下行同理。
(3) 确保系统正常无故障时才允许电梯运行。
(4) 可显示电梯所在的楼层与运行方向。
2 硬件系统
根据楼层数确定PLC的I/O点, 则该电梯控制系统所需要的I/O点数就能够确定。
三层电梯控制系统的输入信号包括:位于轿厢内的内呼按钮3个, 对应3个楼层;开门按钮和关门按钮各1个;外呼梯按钮在一楼和三楼各只有1个上下呼按钮, 二楼层2个 (1个上楼呼叫和1个下楼呼叫, 即外呼2、3信号) ;平层检测在各楼层的井道内有3个平层传感器。共计需要12个输入点。有些电梯轿厢顶端还有减速传感器, 电梯轿门由两个限位开关控制, 电梯井的底部和顶部还有防止轿厢冲出轨道的限位传感器。系统采用编码器定位和减速平层传感器定位相结合的方案, 以防止单一定位系统出现故障而引起事故。
三层电梯的输出点包括:上下行控制有2个输出开关量, 控制变频调速拖动电机的正反转;上下行指示灯, 显示电梯的运行方向;内呼指示3个, 对应轿厢内呼信号按钮;外呼指示4个, 对应各楼层外呼按钮。共计有11个开关量输出点。
设计选用西门子S7-200PLC (CPU224) 加一个扩展模块。西门子S7-200PLC是一种小型控制器, 可应用于各种小型自动化控制系统。完全能够满足设计的要求, 其硬件接线如图2所示。
3 软件系统设计
为实现电梯自动控制, 要求控制系统具有自动定向、顺向截梯、反向消号、外呼指令记忆、停梯销号、自动开关门、自动报警、手动开关门、到层指示等功能。一楼和三楼设计1个呼叫按钮, 二层设上/下呼叫按钮。电梯平层到位后, 轿厢门自动打开, 并延时10s后自动关门;同时也可以手动控制。主拖动电机驱动轿厢实现上升、下降功能。电梯内呼按钮具有内呼选层功能, 同时显示当前楼层位置。内呼、外呼记忆功能:当轿厢有多个内外呼指令时, 电梯应能按顺序自动停靠车门, 并能确定运行方向。自动定向功能:选层指令相对于电梯位置具有不同方向时, 电梯按先入为主的原则自动确定运行方向。呼梯记忆与顺向截梯:电梯在运行时, 对符合运行方向的召唤, 能逐一停靠应答。
电梯软件系统的控制流程如图3所示。
程序的编写在标准软件包STEP 7环境中进行。根据需要, 将程序分解成为若干个独立的组成部分, 并将各部分的内容分别写在不同的“块”中。这样可以使复杂的程序变得简单化, 易于理解, 容易实现程序的标准化;另一方面, 对于复杂的大程序, 可以由多人合作完成, 便于程序的修改及调试。
4 结语
在实验平台上的调试和模拟运行表明, 三层电梯控制系统能够顺利完成楼层指示、呼梯指令登记、选层选向、自动运行等设计的功能。
参考文献
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【摘 要】编程控制器（PLC）由于其性能高等特点，被广泛的运用于电梯控制领域，文章从其自身的优点，以及其工作原理、设计思路等方面阐述了PLC在电梯控制中的运用。
【关键词】PLC；电梯；特点；结构；工作原理
可编程控制器是一种工业自动控制装置，它是以计算机微处理器为基础的，并且，随着这种编程控制器技术的发展，它的性能也越来越强。被广泛应用于各种工业自动控制装置之中，PLC集三电一体，具有良好的控制精度和可靠性。PLC的生产厂家、型号、种类繁多，不同型号有不同的使用方法和编程语言。
1.PLC应用在电梯控制系统中的优点
为了使电梯的运行安全可靠，需要有一个好的控制系统，也就是对电梯的控制系统要进行改进。根据顺序逻辑控制的需要发展起来的可编程控制器（PLC），它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。可编程控制器（PLC）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。PLC在电梯升降控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。在电梯升降过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对升降的控制。因此，可编程控制器（PLC）控制得到广泛使用，采用PLC组成的控制系统可使电梯运行更加安全、方便、舒适，尤其在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。
2.电梯PLC的基本结构及工作原理
2.1电梯PLC的基本结构
PLC是一种专门为工业环境设计的通用控制装置，可以完成大型而复杂的控制任务，以体积小、成本低、通用性强、可靠性高、通用性强而得到广泛的运用，这是由于它的广泛的运用以及其较好的性能，其成为成为工业自动化的技术支柱之一，在工业自动控制领域占有十分重要的地位。电梯PLC控制系统分两个方面：逻辑控制系统和拖动控制系统。逻辑控制系统由PLC软件实现，其功能有轿内指令与厅外召唤的登记和消号、定向选层、顺向截梯、换速、平层、开关门运行等程序控制。拖动控制系统中，电梯当前工作状态的反馈信号直接送给PLC，由PLC向拖动系统发出速度切换、起动、平层等控制信号，目前电梯的拖动方式由原来的直流调速逐渐过渡到了交流调速，PLC控制技术结合交流调速技术已成为现代电梯行业发展的一个趋势。
2.2电梯PLC的工作原理
编程控制器在电梯的运用中有两种工作状态，分别是停止状态和运行状态。其的的运行状态控制分为：停车以及各个指示灯的控制，上行和下行。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行1次，而是不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。
3.PLC交流双速电梯控制系统设计
交流双速电梯控制系统不论是按照控制方式还是组成结构的分类，电梯的组成结构都基本相同，主要包括电力拖动系统、导向系统、门系统、电气控制系统、安全保护系统和重量平衡系统。以5 层电梯为例，用西门子可编程控制器实现交流双速集选控制电梯。
3.1 PLC选型、硬件系统的配置及I/O点数计算
根据I/O点数和输入、输出类型，考虑I/O点数要保留一定余量，选用目前通用的西门子315-2DP可编程控制器（总共80个输出、输入点）。由于是交流双速电梯需要保留原线路中主回路接触器和门机继电器；考虑安全设计需要，控制部分保留安全回路继电器（急停继电器）和门锁继电器。对5层/5站集选电梯，根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算，输入点数为35点，输出点数为32点，输入、输出信号都是数字量， 输出电压220VAC，110VDC，24VDC。
3.2软件设计流程图
电梯控制系统设计成功的关键环节是PLC程序设计，编程控制程序在设计的过程中，要遵循一些原则，一是保证该程序功能的完善，尽量考虑到有可能影响到电梯有效运行的各方面的因素；二是在设计时，要尽量简单，并且能保证其有一个适应性，即在特殊情况下，可以对此程序进行修改，以应对新情况的发生，这就要求在设计程序时，要充分的利用编程控制程序中的各种优先指令，使其扫描时间减短，并采用模块化设计，保证电梯的精度；三是对存在于程序中的各个逻辑关系要有清楚的判断。
3.3各个控制回路实现的梯形图及其运行指令
3.3.1指层控制回路
指层控制线路的功能是指示电梯轿厢目前所在层楼的位置和将要运行的方向。此例中楼层信号是通过安装于每层井道内的感应器及安装在轿顶的隔磁板来实现的。但是，由于获得的楼层信号不连续，因而需要通过程序实现，X33-X55分别为1-5楼的楼层感应器在PLC 的输入地址。
3.3.2电梯的开关门运行回路
按照双开门有无司机控制来设计，主要无司机状态下的自动延时关门、基站外启动时的开关门、无司机状态下的本层开门、电梯运行到达目的层站的自动开门、手动关门、完成电梯的手动开门等功能。
4.结束语
总而言之，由于PLC控制系统在维修方便、容易扩展、抗干扰强、系统稳定、调试周期等方面的优点，使其在电梯控制系统中被使用的频率大大提高了，但是，就初期投入来说，由于电梯控制系统的信号输入点数较多，PLC控制系统比继电器的成本要高，不过可以采用节省输入点的方法解决成本较高的问题。 [科]
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