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基于计算机制约技术的实验实训电梯的实施方案和评价
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【摘 要】本课题根据行业发展方向，结合高职实践教学的特点，开发与实现的实验实训电梯设备包括实验实训电梯制约系统和计算机制约系统两部分。
电梯制约系统由实物电梯、PLC、现场传感器、变频器等组成，可以独立运转。
计算机制约系统采用组态软件编程实现监控画面，以动画方式实时显示电梯的运转状态，具有报警功能，同时可以提供强大的演示功能。
【关键词】实验实训;电梯设备;实施方案
一、课题研究背景及作用
电梯是住宅、商店、宾馆、多层厂房和仓库等高层建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。
根据电梯行业协会的初步统计，上世纪90年代中后期建设的电梯房，如今的使用年限正在逐步迈入15年至20年，这是电梯使用的“大限”。
但由于没有明确、统一的报废年限，许多电梯超期服役，带病工作。
分析人士认为，近年来我国电梯安全事故频发，大多与电梯使用时间较长、运转维护不到位有直接关系。
中国电梯协会统计显示，我国电梯数量达到200万台，并以每年20%的速度增长，但是从电梯英才网了解到，我国电梯维保人员比较缺乏，电梯维保技师是电梯企业常年热招的职位，需求量远远无法满足目前市场的实际需求。
又由于电梯在使用方面、结构方面和技术覆盖面的特点决定，从事电梯行业的人员素质和技术水平亟待提高，而在人才培养方面，专门开设电梯专业的学院和具有电梯实物教学的培训场所却很少，又由于电梯行业人才培养，受实验实训器材、设施和师资、培训成本等因素的限制，学习渠道有限而且实践的机会少，导致专业人才队伍建设薄弱，技术人员短缺。
近年来电梯事故频发更是凸显了行业内人才供求的矛盾。
所以，进行实验实训方面的电梯开发具有非常广阔的市场前景。
二、课题的研究方案
本课题基于笔者所在院校的电气自动化技术专业和电梯专业的培养方案，结合课程整合化和项目教学化为需要，以实验实训设备为依托，训练学生对该专业课程体系的理解和学生实践动手能力的提高，从而不断满足电气行业和电梯行业人才需求。
该实验实训设备旨在以下几个方面做具体研究，其具体研究内容如下：
(1)电梯机械机构的研究：旨在满足学生能理解电梯的结构组成和基本功能，尤其是主要机械部件的功能作用。
(2)电梯制约系统硬件设计：对PLC和变频器、传感器这些关键设备进行选型，主要结合现在生产实际应用较广泛应用的类型为指导思想，满足学生对该相关课程的学习需要和系统设计需要，还包括电梯实验系统的电气制约电路及关键设备的保护电路，从而满足两个专业课程学习训练需要和培养计划。
(3)电梯制约系统软件设计：分析了电梯运转模式，并根据电梯运转模式设计教学电梯制约程序流程图及相关功能模块说明。
(4)电梯实验设置：根据本院电气自动化技术和电梯专业课程体系和学生技能训练的需要，设置实现方式，并借助于组态软件，以动画方式实时显示电梯的运转状态，并具有报警功能。
三、实施方案
(1)电梯的结构分析与实现：电梯是机、电一体化产品。
其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，制约部分相当于人的大脑。
各部分通过制约部分调度，密切协同，使电梯可靠运转。
考虑到教学实验的特殊要求和直观教学的效果，本课题采用的电梯全面、逼真地模拟实电梯。
设计成最常见的3层3站升降式电梯，并采用市面上常见的电梯仿真模型。
机械部分尺寸大小按照实际电梯尺寸同比例缩小，采用不锈钢材料制成，结构与实际电梯几乎相同;在电气制约系统上，引入了实际电梯所具备的全部现场的输入输出电气信号，确保能够实现各种方式下电梯运转的逻辑制约功能。
空间上考虑一般分为四个部分：机房部分、井道部分、层站部分和轿厢部分，根据电梯各构件的功能，则分为八个部分：曳引系统、轿厢、导向系统、重量平系统、门系统、电力拖动系统、电气制约系统和安全保护系统。
(2)可编程序制约器(PLC)的选择：可编程制约器作为工业自动化的核心设备其应用极为广泛，基本上只要有工厂，有制约要求，就会有PLC的应用。
随着PLC技术的发展，PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，而不同型号的PLC，其结构形式、容量、性能、价格、指令系统、编程方式等也各有不同，适用的场合也各有侧重。
本课题PLC的选择主要应从PLC的机型、I/O模块、容量、特殊功能模块、电源模块、通信联网能力以及根据学生就业调查和目前市场上应用情况等综合考虑，本课题最终选择了日本OMRON生产的CMP一2A型机。
该机型专用于开关量制约，其体积小，安装起来节省空间;性价比高，CMP-2A型机采用的是箱体结构，其价格便宜，可靠性高;易于扩展，该机型的任一种CPU箱和任一种扩展箱均可配置在一起。
(3)变频器的选择：变频器的对于制约系统的正常运转是非常关键的。
实验实训电梯用于演示电梯功能原理并不载人，曳引电机拖动的负载只有轿厢和对重。
据实验实训电梯选用的曳引电机，变频器最终采用松下电工生产的通用型VF0系列变器BFV00042G。
VF0系列变频器体积小巧、价格便宜、操作简单、功能齐全，并能用PLC直接制约，非常适合教学电梯使用。
(4)组态王软件应用的优势：本课题中采用组态王软件，实现了实验实训电梯系统的动态监控、教学演示等功能，具有非常直观的可视化性能，便于实验实训教学的开展;同时自动化软件的引入，提高了实验实训设备的技术含量，也拓宽了实践教学范围，还可提高学生在新技术应用方面的能力。
为了直观的显示电梯运转情况，将组态软件与PLC可编程制约器相连，实现实时监控。
组态软件可以从PLC中读取输出信号，真实的显现电梯运转情况，同时也可以给PLC提供输入信号，制约电梯的运转。
四、实施效果分析
(1)电梯的真实性：本次研制的实验实训电梯设备采用三层三站结构，电梯的主要部件通过购买实际电梯的零部件完成，框架、机械连接、电气配电柜采用自主开发方式完成。
井道采用模拟的框架结构，采用机械小车代替轿箱运转，有配重、各类行程开关、层站、曳引机构、OMRON的制约器、变频器等，除了框架尺寸成比例缩小以外，其余均与实际电梯相同。
本课题电梯的层站的结构采用独立设计，符合电梯标准，从而降低设计成本。
轿箱的结构采用实物轿箱，内部的电器部件、制约结构、消防、通讯联络都和正常使用的电梯是一样的。
采用一台工业制约计算机(工控机)，作为电梯的制约主体。
PLC做为下位机与工控机完成通讯，PLC通过采样电梯现场情况，以组态形式反映在计算机上，直观地监控电梯的运转，同时工控机还可以向PLC下达运转指令，制约电梯的运转状态。
(2)操作性的实用性：本实验实训电梯设备主要用于教学和劳动技能鉴定。
学生在该设备上可进行安装、调试、运转、故障检测、维修维护等操作，因此该设备的部件都是可拆卸、可按照所需要的功能重新进行组合，以完成不同的实验、实训项目，从而多方位提高学生的操作技能。
(3)教学的演示性：本实验实训电梯在安装、调试、运转、故障检测、维修维护等项目的教学上充分体现了它的演示性和操作的灵活方便性。
该设备通过采用自动化软件一组态王，应用组态王强大的动态监控、界面支持、数据处理、网络状态制约、丰富的文本提示等功能，实现在计算机上可以演示电梯的各种运转状态。
通过这种方式能使学生先通过软件演示、模拟现场、解决理由，再进行实际的操作，实时性更强，效果也更好。
(4)技术的先进性：在本次研制开发的实训电梯中除了一般电梯模型所具有的功能外，还增加了计算机制约系统、自动化软件(组态王)、计算机通讯等先进技术，可以模拟出各类电梯、群控电梯的状态，在先进性方面可以说是其它电梯模型所不具备的。
【参考文献】
[1]中国电梯网.探析电梯技术发展趋势.2014
[2]罗世亮.基于PLC的电梯教学实验系统研究[D].厦门大学，2012.
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