模型电梯机械结构论文

模型电梯机械结构论文 篇1：

基于PLC及触摸屏的智能并联电梯检修培训装置开发

摘   要：基于PLC 及触摸屏的智能并联电梯检修培训装置是一款小型的并联电梯模型，其控制方式主要是通过PLC进行控制。首先，作为一种小型的电梯教学模型，不仅结构完整，拥有八大系统，而且该模型设计了故障检修系统，并能人为设置故障，以供教学。其次，该教学模型可以由两种方式进行运行，第一种就是通过模型外侧的呼梯盒进行上下运行，第二种就是通过触摸屏进行调控，即人机交互。

关键词：并联电梯教学模型  PLC  故障检修与设置  人机交互

随着经济的发展，我国的电梯行业也得到迅速发展。如今电梯已经成为我们日常生活中不可或缺的一种特种设备。电梯已经成为一种典型的、成功的高层运输工具，与人们的日常生活密不可分。电梯虽然方便了我们的生活，但是电梯的安全事故却频频发生，已经引起了社会的广泛关注。同时，由于电梯行业的迅速发展，导致现在的电梯行业对人才的需求量的也逐年増加，但是拥有专业水平和高素质的的电梯专业学生却十分缺乏。因此电梯教学模型就显得尤为重要。

1 研究现状

市场上虽然已经出现了许多基于PLC控制的电梯模型，但它们的功能并不是全面的。市场上流行的电梯模型一种是专门针对电梯的电气控制方面进行的设计，但也只是包含其中一两个方面，不能够全部都实现。还有一种就是一些高校拥有大型的电梯实训实验室，虽然实物电梯能够真实反映电梯的运行状态，但是作为一种大型的实验设备不仅占用实验场地较大，花费大，而且对于教师进行电梯实训教学时，拆装环节也较复杂，也会存在很大的安全隐患。

2  总体设计方案

基于PLC及触摸屏的智能并联电梯检修培训装置本质上是模仿真实电梯的结构，它是一款缩小版的并联电梯模型。该教学模型可以由两种方式进行运行，第一种就是通过模型外侧的呼梯盒进行上下运行，第二种就是通过触摸屏进行调控，即人机交互。同时，作为一种小型的电梯教学模型，不仅结构完整，而且该模型也设计了故障检修系统，并能人为设置故障，以供教学。该模型主要由机械结构、控制系统两部分组成。

2.1 机械部分

该教学模型的机械结构齐全，拥有实际电梯的基本功能。它主要包括控制柜、曳引机、井道（方管铝合金）、外围透明板材、导轨，轿厢、层轿门、触摸屏、安全钳、限速器、底轮等主要结构，如图1所示。

具体机械结构安装位置如下：底部用六个脚轮用螺栓固定在方形铝型材底部，方便移动。井道由多根方形铝合金型材连接而成，方便拆卸与安装。八根导轨包括轿厢导轨和对重导轨分别竖向设置在井道内。两个轿厢安装在轿厢导轨上，因为是并联电梯，故两个电梯之间有一定的空隙，防止碰撞。层站分别设置在井道的前端。轿门、层门分别位于轿厢前端和井道前端。考虑到是并联电梯。故两个对重分别位于轿厢后侧。两个安全钳位于轿厢底部，保证电梯的完整性。两个限速器位于轿厢左侧; 曳引机位于井道最上端。控制柜是单独放置，用于控制这两台并联电梯，而图中未表示出来。井道四周采用透明的亚克力板，以便教学和学生观察、实操。

2.2 控制部分

2.2.1 控制方式的发展

当前在电梯厂家中，他们主要采用的电梯控制方式有继电器控制、PLC控制和微机控制这三种方式。该教学模型采用的是PLC控制，因为PLC控制系统具备智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，占体积小，功耗小等特点，而且该控制方式也受到许多电梯厂家的重视，PLC控制已经成为应用最多的控制形式。为何不采用另外两种方式？首先，在继电器控制系统中，它的控制点多，故障比较多，接线复杂，维护麻烦，控制周期长，修改麻烦，这导致了继电器控制系统渐渐被市场淘汰。其次，微机控制系统虽然具有较好的控制能力和运算能为，但是也存在扰动性较差，不稳定，系统设计复杂、开发周期长，一旦要有变化修改比较麻烦等问题。

因此根据以上情况，提出基于PLC 及触摸屏的智能并联电梯检修培训装置的开发，想做出一款更适合教学的电梯模型。

2.2.2 PLC控制器的系统配置

该并联电梯检修培训装置的控制系统是按照5层站并联电梯进行设计。一般并联电梯可以采用两台PLC控制，但是为了提高电梯的运行效率和节约成本，该模型直接采用一个PLC控制两台电梯。

通常情况下，为了算出所需的PLC输入输出点，要根据电梯的层站数、梯型、控制方式及具体控制要求等各个方面，才可以计算出PLC的输入信号与输出信号的数量。由于该模型是教学模型，可以选用的是三菱PLC。PLC控制系统进行I/O点数分配时一般要多考虑10%～15%的余量。根据以上要求，故该教学模型用了一台FX2N-128MR的三菱PLC控制这两台5层站并联电梯。

2.2.3 故障设计的运用

该并联电梯检修培训装置在满足基本的教学要求的基础上，与大型电梯有相同的功能之外，它还可以设置故障，模拟故障发生情况，可以有效地在故障诊断与检修技能的训练中发挥作用，既方便老师教学，也有利于增强学生的动手能力，此外在系统中加入了触摸屏的应用，它不仅是人机交互操作终端，还是故障显示终端。

一般情况下，从电梯安全的角度考虑，通常会把安全回路中所有的安全触点串接在一起，即共同使用一个 PLC 的输入端口。由于是教学模型，如果想要检测每一种故障并加以提示，就必须把每个安全触点分开，不能串联，并且每个触点独立进行接线输入。这是从电路图上可以体现出故障设置，而在实际的教学中，为了方便设计故障，该模型会有一个故障设置小方盒，主要通过拨动开关设置故障，從而让学生根据实际故障情况进行检测并排除故障，这有利于提高学生的动手和实践能力。

2.2.4 触摸屏的运用

触摸屏，顾名思义，就是可以通过“触摸”方式对机械构件进行操控。而本模型就采用了触摸屏对电梯进行控制，它主要有两个作用，第一个是控制电梯模型楼层上下运行，第二个就是对发生故障的部分进行提示。

3  结语

本次设计的基于PLC 及触摸屏的智能并联电梯检修培训装置拥有电梯绝大多数的部件和功能，同时也增加了故障设置以及触摸屏的人机交互系统，故作为一款电梯教学模型，它能发挥良好的作用，不仅方便老师的上课教学，也能增强学生的动手实践能力，更加贴合企业的用人标准，能让使用者更加详细地了解到电梯的各个结构、运作方式以及电梯故障的检测与维修。

参考文献

[1] 解增昆.基于PLC技术的电梯教学实验实训平台的研究与设计[D].中国海洋大学，2015.

[2] 王红.五层双部并联电梯的PLC设计[J].中国科技信息，2013（20）：53-54.

[3] 张海莉.基于PLC的电梯教学模型控制系统设计[J].淮海工学院学报：自然科学版，2016，25（3）：50-54.

作者： 王永 窦岩 韩成 张凤草 叶敬坡 焦斯勇

模型电梯机械结构论文 篇2：

基于Petri网的电梯控制系统建模与分析

摘 要：使用Petri网模型工具建立一种电梯单控系统模型，分析电梯运行中的循环和满载开门问题，给出优化设计方案.结果表明，优化方案可以实现，模型有效.

关键词：Petri网；电梯控制系统；建模；性质分析

Key words：Petri nets； single control elevator ；modeling；property analysis

Petri网是分布式系统的建模和分析工具，它不仅便于描述系统中进程或部件的顺序并发、冲突、同步，使系统直观化，而且可以确切地分析系统的结构性质及动态性质，被广泛应用于业务流程管理.随着电梯的普及，人们对电梯性能和功能的要求也不断提高，其对应的运行原则、交通模式和控制方式等也在变化.在实际应用中，电梯仍存在一些缺陷.宗群[1＼]等提出一种交通模式多模式的预测方法.唐海燕和赵小翠[2-3]等认为，一些算法只能在特定的交通模式下才能体现其优越性.杨博钦[4＼]等给出了电梯群控系统的整体设计.宗群[5＼]等给出了基于面向对象Petri网的电梯群控系统建模.本文从电梯单控系统入手，利用Petri网对电梯单控系统建模，分析循环和满载开门问题，给出优化建议和方案.

2 电梯单控系统建模与分析

2.1 电梯运行原则及交通模式

电梯运行原则 将乘客及其需求抽象成任务，分为内部任务（电梯内乘客需求）和外部任务（电梯外乘客需求）.同向任务是和电梯移动方向一致的任务，电梯向下移动时，向下的任务即为同向任务；反向任务是和电梯移动方向相反的任务.电梯运行原则为：

（1）优先执行电梯内部任务：电梯內部任务为首要必须完成的任务，在这个基础上接受外部任务；

（2）优先执行同向任务：电梯应先完成同向执行，然后再反向完成反向任务；

（3）顺路执行任务：电梯在执行内部任务时，若有同向的外部任务，则顺便执行；

（4）外部任务主电梯惟一：一个外部任务只分配一部电梯，可以变换但惟一；

（5）满载不停：电梯在满载时不接受外部任务，以减少不必要的停靠次数，节时和节能；

（6）两级变速：电梯执行任务时慢速，无任务时快速以节约时间；

（7）特定电梯优先执行特定任务：某一部或者几部电梯必须优先执行特定任务，在以特定任务为优先执行任务的基础上执行顺路任务.

交通模式 现实生活中，对电梯的需求往往会呈现出一定的规律，其交通模式为：

（1）上行高峰交通模式：多数乘客从一楼乘电梯至其他各层；

（2） 下行高峰交通模式：多数乘客从各层乘电梯至一楼或地下；

（3） 两地交通模式：其中一层乘客涌进另一层，多路交通模式与之类似；

（4） 空闲交通模式：和上面所述三种交通模式不同，此交通模式乘客流量较少.

2.2 建模

电梯的状态可分为等待、装载和运行，电梯单控系统的目的很简单，就是完成任务让乘客满意，尽量节时节能.图1是电梯单控系统模型图，控制流标签的取值及其含义见表1，标签及其含义见表2.控制器在收到任务请求后首先判断任务同层是否有电梯正在执行装载任务，如果有且不满载的话可以直接执行任务，这样可以让乘客第一时间坐到电梯，节时节能.如果本层没有正在装载的电梯但有空闲电梯，直接把任务分配给此空闲电梯，同样可以快速高效地完成任务.在本层没有正在装载和空闲电梯的情况下，控制器会把任务分配给其他电梯，该任务可以作为电梯的顺路任务执行，也可以作为某一电梯的第一任务去执行.

2.3 模型分析

图1表明，如果分配给任务t的电梯在执行顺路任务时满载，再给任务t分配其他电梯会浪费很多时间，甚至会在高峰期造成一种死循环，如图2，本文把这个问题称为循环问题.图2表明，如果不能同时满足Service（e）=0和Full（e）=0，即电梯没有需要执行的顺路任务且未满载，则任务t一直不能被执行.可以通过加上一些控制条件，通过限制循环的次数或者限制等待的时间，找出解决办法.

满载开门问题 .在图1中，t13和t15均表示执行任务，外部任务t变为内部任务，但是它们的前置条件不一样.通过t13的限制条件，考虑到只有满足执行外部任务t之后，不满载的电梯e才能完成任务.因此，当电梯e在执行任务t时达到满载状态，t15不能完全执行任务t，t会变成两个任务，外部任务和内部任务.本文把这个问题称为满载开门问题.当乘客搭乘电梯之后，电梯发出满载警告，这时候必然要退出一位乘客.这位乘客出去之后必须等待该电梯完全关门开始执行内部任务，才能继续请求电梯，否则由于该电梯未满载会开门执行任务，而该电梯又不能继续承重，见图3.本文设计一种方法缩短满载开门等待的时间，让电梯在发出满载警告的同时反馈给控制器一个任务未完成的信号，让控制器再派一部电梯执行该任务，并让该层电梯按键重新打亮以提醒乘客电梯正在路上.这样就可以避免出现已满载的电梯不停开门关门的情况，也可以减掉该电梯从满载警报到关门开始执行内部任务的时间，最大程度缩短乘客的等待时间，提高乘客的乘坐体验.解决满载开门问题的部分优化模型见图3，优化后电梯控制系统模型见图4.

开门却不能执行任务，浪费时间，影响乘客体验；

T6时：b在到达地下车库后发现车钥匙没带，发出请求R*（特定任务），特定电梯（可达地下车库的电梯）收到命令，在执行完此时的内部任务之后优先去执行R*.

T0时刻本层有正在装载电梯且在执行任务之后未满载.T1，T2，T3以及T3到T4之间是循环问题，T5是满载开门问题.优化方案为：同学b退出电梯之后会看到本层电梯按键已打亮，则b不会再按下电梯按键，节时节能，优化方案有效.T6是特定电梯优先执行特定任务.

4 结论

针对电梯调度过程中出现的循环问题和满载开门问题，通过Petri网开展讨论和优化，并给出了优化模型和解决方案. 由于实际情况的变化性和多样性，电梯控制系统十分复杂，本文只是给出了电梯单控系统模型并做了简单的分析优化，为电梯群控系统的建模与分析优化打基础.

参考文献

[1] 宗群，孙志明，童玲.一种电梯交通模式多模式预测方法的研究[J].信息与控制，2006，35（1）：93-97+102.

[2] 唐海燕，丁宝，齐维贵.电梯群多控制策略的优化研究[J].陕西科技大学学报，2012，30（6）：118-121.

[3] 赵小翠，罗飞，许玉格.混合电梯群控系统建模及新型优化调度策略[J].计算机应用研究，2010，27（9），3290- 3293.

[4] 杨博钦，宋文，周鑫.基于Petri网的电梯群控系统设计[D].成都：西华大学，2015.

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[7] W.M.P.van der Aalst，M.Pesic.Decserflow：Towards a Truly Declarative Service flow Language[J].Web Services and Formal Methods，2006，4184：1-23.

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[11] Smirnov S， Weidlich M， Mendling J. Business Process Model

[12] 何路路，方歡.基于Petri网的保险工作流系统建模及验证[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（1）：5-8.

[13] 贾小贝，方欢.基于行为轮廓的网络日志行为相似性分析[J].牡丹江师范学院学报：自然科学版，2017（3）：1-5.

编辑：琳莉

作者：段瑞　方欢

模型电梯机械结构论文 篇3：

“翻山越岭”的机器人小车

学习背景

随着“互联网+”时代教育和信息社会发展要求，发挥STEM教育在培养青少年创新思维中的作用变得越发重要。

本课以如何让机器人小车通过不平坦或者带有坡度的路面为教学目标，让学生学会对问题进行分析、判断，通过分析车辆本身的机械结构、动力输出以及问题发生的实际环境，设计并形成初步的实验方案；进而尝试创新性地改造机械结构和动力输出并修改软件程序，加深软件程序控制机械结构的理解，体验如何利用已学知识与现有实验材料使机器人小车实现“翻山越岭”。

本课旨在让学生亲历发现问题、分析问题、设计方案、落实方案、改进方案的一般过程，培养综合运用所学知识解决实际问题的能力。通过“做中学”的方法，将理论教学与实践活动有效地结合起来，充分调动学生的积极性，激发学生的创新精神、创造能力和学习能动性。

教学目标

知识与技能

1.说明任务设计需求并形成初步的实验方案。

2.参照方案对结构进行改造，理解程序控制结构，独立完成实验。

过程与方法

经历设计、改进方案的过程，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

情感态度与价值观

1.体验技术问题解决过程中的曲折与艰辛，培养学生敢于克服困难以及不折不挠的意志和决心。

2.通过小组合作培养学生团结协作的能力，通过自由搭建激发学生的创新能力。

教学重点与难点

教学重点 说明任务设计的需求要求，并设计出实验方案。

教学难点 根据实际需求改造并调试结构。

教学过程

一、任务驱动，制订方案

教师通过公路救援的新闻报道引入，让学生发现救援队遇到的问题。学生分析手中所拥有的材料，小组成员发挥特长形成初步的解决方案，进行首次小组交流。

二、实验操作，验证方案

在前期讨论和交流的基础上，使用乐高教具进行机械结构和动力输出的改造，并修改软件程序。通过不断地修改和调试，逐步完善原先的解决方案，提高解决问题的能力。

三、整体展示，反馈交流

学生以小组为单位进行成果展示，并向全班同学介绍方案特色、设计思路、实验过程中遇到的问题以及解决的方法。由教师和其他小组成员共同对方案进行评价，从而引导学生对方案进行进一步完善和创新，让学生发挥想象，设计出更加完美的解决方案。

案例详解

一、任务驱动，制订方案

1.理解问题

教师通过视频新闻导入情境，并使用预先准备好的乐高车辆模型重现新闻中的实际情况（车辆无法通过一座大桥），让学生了解实际问题，明确本课的主要任务。

2.讨论方案

学生以三人小组的形式，分析问题，讨论方案，寻找解决问题的办法。在学生讨论方案的过程中，教师帮助学生回忆车辆的基本结构知识，和学生们一起讨论：车辆自身的哪些因素会导致车辆无法通过大桥？引导学生制订改变车辆自身结构的方案。在初步交流的基础上，教师继续引导学生除了改变车辆的自身因素外，还可以改变一些环境因素，如改变坡道长度以及增设临时车辆电梯等来完成任务，拓展学生的思路。

3.制订方案

学生完成初步方案后，将自己小组准备使用的方案填写在任务单中。

4.交流反馈

在小组完成任务单后，由组长交流本小组的方案。教师引导学生讨论分析每个可供选择方案的利弊，最终做出合理的选择。

二、实验操作，验证方案

每个小组根据本组方案，分别从更改车辆的机械结构、车辆的动力输出以及改变周边环境等方面，使用乐高教具进行改造，完善方案。（如图1、图2）

说明：去掉左图中原始的万向轮，在相同位置增加第三个马达（如右图），并改变轮胎的大小。

说明：去掉左图中原始车辆的四个轮胎，改装成右图中的履带。

针对改造后的車辆结构，适当对原有程序进行修改来配合改造情况。（如图3、图4、图5）

说明：程序启动后，车辆的两个马达（B+C端口）全程以100%的功率运转，快速通过。

说明：程序启动后，首先重置陀螺仪传感器（2号端口），车辆的两个马达（B+C端口）以50%的功率前进，当陀螺仪传感器（2号端口）测得的角度数据大于15°时，车辆的两个马达（B+C端口）以100%的功率前进，否则继续以50%的功率前进，保存动力。

说明：程序启动后，首先重置陀螺仪传感器（2号端口），车辆的两个马达（B+C端口）以100%的功率前进，当陀螺仪传感器（2号端口）测得的角度数据大于15°时，启动车辆的第三马达（D端口）以100%的功率前进，否则D端口马达不启动。

改造完成后，各组进行实验，验证方案是否有效并记录方案实施过程和结果，填写任务单。

三、整体展示，交流反馈

组长再次交流任务实施的结果，对遇到的问题做简单描述，并提出继续改进的设想。教师进行点评总结，深化学生提出问题、经历实际操作、找出解决方法的一般过程。

反思与启迪

一、培养计算思维

在本课实施过程中，学生获得的不仅是信息技术的知识与技能，更是一种独特思考和解决问题的方式——计算思维。通过培养计算思维，能让学生更深入地理解解决问题的过程，并培养学生在收集信息、筛选信息、处理信息和反馈信息等方面的能力。

二、学会分解问题

在实践过程中，教师不断引导学生将复杂的问题分解成多个易于管理解决的小问题；并对这些小问题单独观察处理，关注其中的主要问题，进而通过程序的调整或者结构的调整，不断完善方法和规则解决每个小问题，最终形成解决问题的整体方案。

三、培养工程素养

通过乐高的搭建，以及实验过程中的不断重建、修改与调试，帮助学生了解车辆结构中的奥秘，思考合理的工程设计为工作生活带来的便利，通过不同改进方案的对照，培养学生的工程素养。

四、增进团结协作

在方案实施的过程中，小组成员根据任务的不同完成各自的工作，通过不断解决出现的问题，增进了成员间的团结协作。在本课实施过程中，最终只有极少部分小组完成任务，让学生充分体会到解决问题的过程中充满着曲折与艰辛，所有的成功并非一蹴而就，培养学生敢于克服困难以及不折不挠的意志和决心。

教学点评

不论是信息技术课程还是STEM创客教育，都需要关注学生在活动过程中发现问题、分析问题、解决问题的能力。在本节课中，汪晓鸣老师以新闻中报道的真实事件为导入，提供学生解决实际问题的情境，激发学生的学习兴趣；在教学实施过程中，通过小组讨论发现问题，提出初步解决方案，在不断调试的过程中分析各种方案的实际情况并进行适当的调整，来验证方案的效果，进而解决问题。当然在这堂课中，并不是所有的学生小组最终都解决了问题，但也让学生体会到了改进与发展一项技术的艰难曲折，培养了学生勇于探索、敢于尝试、不畏挫折的品质。（点评人：王世达，上海市普陀区教育学院现代教育技术研究室副主任，信息技术教研员）

作者：汪晓鸣 王世达