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第一篇：基于PLC的电梯智能控制系统设计开题报告
鸡西大学
PLC 设计报告
题目 基于PLC 的电梯智能控制系统设计
专 业 名 称 机械设计制造及其自动化
班 级 学 号 [1**********]
学 生 姓 名 海涛
指 导 教 师 杨超
填 表 日 2012 年 月 日
一、选题的依据及意义：
（1）选题背景：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。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：
传统的电梯控制系统主要采用继电器—接触器进行控制，其缺点是触点比较多，故障高，可靠性差、体积大、维修工作量大等缺点，正逐步被淘汰。世界上各主要PLC 生产厂家几乎都有运动控制功能，它的运动控制功能广泛地应用于各种机械，如金切削机床、金属成型机械、电梯等；随着计算机控制的发展，近年来国外工厂自动化通信网络发展很快，各个著名的PLC 厂家都推出了自己的网络系统。这有利于电梯向智能化方向发展，而PLC 控制系统的开关柜制作、现场施工和梯形图设计可以同时进行，梯形图可以在实验室模拟调试，发现问题后修改起来非常方便。
自1889年美国奥斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，
电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可缺少的代步工具，而且作为载人工具，人们在运动的平滑性、高速行、准确性和高效性等一系列静动态性能方面对它提出了更高的要求。由于早期的电梯继电器控制方式存在故障较多、可靠性较差、接线较复杂、一旦接收完成不易更改等缺点，所以需要开发一种安全、高效的控制方式。可编程序控制器（PLC ）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口和维修方便等诸多高品质性能，又采用一种可编程运算、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、输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。因此，现在PLC 在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。 随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程序控制器更多的具有计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有数据处理、通信、网络等功能。由于它可以通过软件来改编控制过程，而且体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。可编程控制系统是一种专门为工业环境下使用而设计的数字运算操作电子系统，它采用了一种可编程运算、顺序控制、定时、计数和算术运算的操作的指令，通过数字式模拟式输入、输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器的出现，以其无可媲美的优越性，正在以惊人的速度取代继电器-接触器系统。
在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着
可编程序控制器的性能价格比不断提高，过去许多使用计算机的场合可以使用可编程序控制器。可编程序控制器的应用范围不断扩大，正在成为工业控制领域的关键设备。
可编程序控制器的推广应用在我国更是得到了迅猛发展，大量地应用于引进设
备和国产设备中。伴随着现代高新技术带动传统产业发展的时代潮流，可编程序控制器在我国产业发展领域中将会有展示自己强大魅力的崭新舞台。
李方园在《PLC 工业应用实践》认为：PLC 是以微处理器为基础的新型工业控制
装置，是将计算机技术应用于工业环境下的崭新产品。它把逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等控制功能，以一系列指令形式存储在存储器中，然后根据存储的程序，通过数字或模拟量输入输出部件对过程进行控制。利用PLC 进行电梯的设计可以方便地进行程序的修改，控制模式的转换，同时也提高了系统的可靠性、
灵活性和通用性等。
三、研究内容及实验方案：
3.1研究内容
主要包括；设备选型及系统设计。通过指导老师的指导，独立完成设计方案、
系统设计、设备选型、绘制流程图等工作。
3.2实验方案
PLC 试验方法有两种，一种是用PLC 实验装置进行实验和应用程序的开发：
另一种是用普通的PLC 外加若干导线进行简易的开发和实验。PLC 实验装备具有直
观，使用方便得优点，通常配有各种工业控制模板，可以形象的模拟工业现场控
制，尤其是导线的插拔连接形式，适用于教学的重复使用。如无PLC 实验装置，
亦可以直接使用PLC 配以外部连接导线，给出必要的输入信号进行试验，并可以
利用PLC 自身的输出功能指示观察PLC 运行结果。
1）PLC 的选型
要基于学校的调试与实验条件
2）电梯PLC 控制系统实现的基本功能
① 电梯运行到位后，具有手动及自动开关门功能
② 电梯的每一层均有升降及车厢所在楼层的指示灯显示
③ 每层的楼顶均有输入（分上行和下行）按钮召唤电梯
④ 具有自动定向、顺向截梯、反向保号、外呼记忆、自动开/关门、停梯销号、
自动达层等功能
⑤ 电梯能在一定条件下进行启动，加速和减速
3）模拟实现功能手段
① 换向说明
当电梯轿内或门厅呼叫按钮按下时，根据检测到的上行或下行指令给出相应的信号，从而控制电梯的驱动电机进行相应的动作；当有多个呼叫信号到达时，
执行方式为优先响应电梯运行方向上的信号，再响应另一方向信号；对未及时响
应的信号要进行保留。
② 换速说明 电梯正常状态下以快速启动，当要到达需要停止的楼层时，给出换速信号控制拖动电机转为慢速运行，以确保电梯平稳的停止在目标位置。
4）设计流程
四、目标、主要特色及工作进度
4.1 目标及主要特色
1）电梯停止时，可以响应任意一层的呼叫；电梯在上升过程中，响应将经过楼层或高出目的楼层的同向呼叫；电梯在下降过程中，响应将经过楼层或低于目的楼层的同向呼叫，不响应其他呼叫。电梯中途停靠，需延时一段时间，上升或下降指示灯不灭。若无键按下，电梯停止。系统必须有必要的电气保护。
2）硬件和软件联调。
3）论文书写规范。
4.2 毕业设计（论文）的工作进度
1） 查阅相关资料，外文资料翻译（6000字符以上），撰写开题报告。
第1周—第2周
2）系统总体设计和电源电路设计。 第3周—第5周
3）系统键盘电路和显示电路设计，相关软件设计。 第6周—第9周
4）电梯驱动电路设计，相关软件设计。 第10周—第13周
5) 电梯保护电路设计。 第14周—第15周
6) 撰写毕业论文。 第16周—第17周
五、参考文献
【7】 张万忠. 电器与PLC 控制技术[M].北京化学工业出版社，2003
【5】 李世基. 微机与可编程控制器[M].北京机械工业出版社，1994
【12】贺德明. 电梯结构与原理. 广州: 中山大学出版社, 2009.08
【8】 李方园.PLC 工业应用实践[M].中国电力出版社,2001:12-58.
【3】 刘载文、彭莉萍、张远峰. 电梯实时远程计算机监控网络与故障诊断专家系统. 电气传动，1998
【4】 王永华. 现代电气控制及可编程控制技术[M].北京航空航天出版社，2002
【6】 郭肖永. 浅谈PLC 安全性[J].化工自动化及仪表，1998
【9】 张靖武. 单片机系统的PROTEUS 设计与仿真. 北京：电子工业出版社，2007
【10】 马忠梅. 单片机的C 语言应用程序设计. 北京：北京航空航天大学出版社，2005年
【11】岳庆来. 电梯现代智能控制技术. 北京: 机械工业出版社, 2009
【13】Richard C.Dorf. Modern Control Systems.北京：科学出版社，2005年
【2】 唐勇奇，赵葵银. 电梯变频调速PLC 控制的设计与实现[J].电机电器技术，2000
第二篇：基于51单片机的路灯控制系统设计开题报告
一、本课题的内容及研究意义 1、论文研究的目的和意义
如今，照明电路的数量越来越多，使得城市街道、小区内的路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加，当低谷时，照明设备有不能正常工作。
所以，对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此智能节能路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要。本论文旨在设计一套对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压的控制系统，它能对路灯进行稳压、调压、自启动并延长路灯寿命的作用。
2、论文研究内容
本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率。要求独立选择芯片、设计电路、编制程序、调试、完成整个系统功能。 主要内容如下：
(1) 根据控制技术的特点，进行路灯系统设计的整体研究与设计。 (2) 针对光线和电压信号的采集，采用数据采集技术。
(3) 通过按键可对相关的参数值进行设置，从而实现对不同时间进行不同的开灯模式。
(4) 当电压符合额定电压时，系统自动进行稳压。 (5) 在午夜之后降低电压以调节路灯亮度，实现调压。
二、本课题的研究现状和发展趋势
目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具。这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被广泛使用，但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。
我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市安全问题。
另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命。目前，路灯照明广泛采用高压钠灯，其设计寿命在12000小时以上，在正常情况下至少可用3年，但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右，有的甚至只有几个月，造成
维护和材料的极大浪费。较高的电压不仅不能让负载设备更好的工作，而且还会造成发热及过早损坏，还会造成不必要的电费开支。
而且，我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制，这样也有许多不利之处：若采用人工控制，则路灯开关存在着一定的不确定性，同时也占用了一定的人力资源；定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况，使得天还没黑路灯就开，天还没亮路灯就灭的情况，大大影响了人们的日常出生活。本设计通过使用AT89C51单片机对系统进行智能控制，使系统达到自动启停及智能调压。
近年来，随着科技的不断发展，各种路灯控制器也被不断的研究出来。其中，美国和日本主要集中在研究紧凑型荧光灯和镇流器荧光灯两个方面。而我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定的节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几种情况：第一种，采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则会对灯具造成损坏，相对来说稳压效果较差；第二种是采用电子器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的，现在国内外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯，基本可以达到完全自给自足的效果。
综上所述，未来的智能路灯控制必将向着更安全、更环保、更节能、更高效率的方向发展。
三、本课题的研究方案及工作计划 1、设计方案
本次课程设计是由传感器通过外界光信号的强弱来产生电压信号，再由单片机控制实现路灯的自动启停及智能稳压。本设计通过使用AT89C51单片机芯片来设计电路，编制程序，仿真，调试，完成整个系统的功能。整个控制系统主要包括四个模块：信号采集模块、数据处理模块、稳压模块和控制模块。
2、技术路线
设计要求采集输入电压信号，通过A/D转换后输入控制器，当外界光信号的强度低于一定数值时，通过软启动开启路灯。当光信号强度高于一定数值时，通过软启动关闭路灯，并将采集输入电压信号，与已设定的标准电压值进行比较，并对输入电压进行稳压，再通过时钟电路对路灯亮度进行调节，在午夜之后对路灯亮度进行降低，最后达到节电稳压。技术方案如下图：
外部光线强度 光敏电阻 AT89C51单片机 A/D转换器 继电器驱动
键盘控制 LED显示 报警 电压放大 三端稳压器 路灯 3、关键问题
(1)信号采集电路设计
该模块需要检测环境光的变化，根据环境光的明暗进行路灯开关的自动控制。基于此要求采用由光敏电阻组成的分压电路进行检测。光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。在不同的光强下，光敏电阻的电阻值会发生明显变化，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光通过检测不同光强下电阻值的变化量来控制路灯的开和关。 (2)稳压模块设计
通过采集三端稳压器输出的电压并将该电压与设定电压进行比较，进而调整输出电压的大小，达到稳压的目的。本设计使用美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路LM317。 (3)时钟电路设计
为实现路灯对电压进行智能补偿，从而达到智能调压，本设计采用美国DALLAS公司的实时时钟电路DS1302，该芯片一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。另外该芯片有备份电源引脚，可以在断电后仍能工作，以保证时钟的准确性。
3、时间安排
(1) 2012.2.20—2012.2.29 查阅相关资料，理解设计任务书。 (2) 2012.3.1 —2012.4.1 搜索资料，完成开题报告。
(3) 2012.4.1 —2012.4.20 硬件调试，排除故障直至满足设计要求。 (4) 2012.4.20—2012.5.10 软件调试，排除故障直至满足设计要求。 (5) 2012.5.10—2012.5.30 整理资料，按要求撰写论文，完成初稿。 (6) 2012.6.1—2012.6.20 论文整定，最终定稿，准备答辩。
四、主要参考文献
[1] 查兵，崔浩.单片机原理[J].中国高新技术,2011年1期
[2] 李健，蒋全胜，任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机,2010年6期 [3] 金仁贵.单片机应用系统的开发方法[J].电脑知识与技术：学术交流,2006年12期
[4] 严怀龙.基于单片机的数据采集系统 [J].广西轻工业,2006年6期
[5] 王虎城，周晋军，皮依标，叶振华. 基于光传感器和单片机的校园路灯控制系统设计[J].科技广场,2011年1期
[6] 王立红. 基于单片机的智能路灯控制系统[J]. 网络财富,2010年6期 [7] 王皑，佘丹妮. 基于单片机的模拟路灯控制系统设计[J]. 仪表技术,2011年11期 [8] 张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社,2003 [9] 阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2006
[10] 童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006 [11] 程德福，林君.智能仪器[M].机械工业出版社,2009
[12] 刁鸣.常用电路模块分析与设计指导[M].清华大学出版社,2008
AT89C51的介绍
描述
AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。
功能特性
AT89C51提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。
引脚描述
VCC：电源电压 GND：地
P0口
P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。
P1口
P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。
P2口
P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。
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