一种基于龙芯的plc电梯控制实验装置和方法
技术领域
1.本发明涉及控制实验领域，尤其涉及一种基于龙芯的plc电梯控制实验装置与方法。


背景技术：

2.plc是一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，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，是工业自动化控制领域不可缺少的部分。在plc项目开发中，用于实验测试的装置可起到事半功倍的作用。电梯是plc 常见的控制对象，与日常生活紧密相连，具有较强的实用性。
3.目前plc控制实验装置大多基于传统plc，或基于arm等其他国外主控芯片的 plc。其中，传统plc与控制电路多为有线连接，接线较复杂，费时费力，且传输距离受线长限制；而基于国外主控芯片的plc，容易受国外垄断限制。现有基于龙芯的plc 多为独立的plc模块，构成复杂，购买成本高，且没有针对电梯控制的实验装置。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明旨在提供一种基于国产芯片、简单易实现且成本较低的基于龙芯的plc电梯控制实验装置与方法。
5.技术方案：本发明所述的一种基于龙芯的plc电梯控制实验装置，包括基于龙芯的plc和电梯控制装置两部分，所述基于龙芯的plc包括龙芯处理器、debian10系统和openplc平台，所述电梯控制装置包括电梯模型与执行模块，所述电梯模型包括电梯框架，所述电梯框架内部设置轿厢，顶端设置顶部扩展板和滑轮，左前侧设置左前侧扩展板，所述轿厢顶端设置滑轮，所述顶部扩展板上安装有电机和联轴器，所述滑轮上有牵引绳，所述牵引绳一端连接联轴器，另一端连接电梯框架；所述执行模块包括电机驱动模块、接口扩展模块、楼层检测模块、按键模块、显示模块及电源模块，所述电机驱动模块、接口扩展模块及电源模块均设置在电梯模型的顶部扩展板上，所述楼层检测模块安装在电梯框架每层角落处；所述龙芯处理器与执行模块中的接口扩展模块连接至同一局域网，采用无线通信。
6.优选地，所述基于龙芯的plc的集成过程包括：在龙芯处理器上移植debian10系统；在龙芯处理器上移植openplc平台软件runtime与editor；打开runtime，根据提示注册openplc平台账号并登陆；根据要求在plc操作界面中配置接口扩展模块。
7.优选地，所述龙芯处理器为龙芯2k1000。
8.优选地，所述轿厢内壁安装轿厢内显示及按键模块，所述左前侧扩展板在每层均设置楼层外显示及按键模块。
9.优选地，所述滑轮共有三个，其中两个设在电梯框架顶端，一个设在轿厢顶端，所述牵引绳一端通过电梯框架顶端的一个滑轮与联轴器连接，另一端穿过轿厢顶端的滑轮并通过电梯框架顶端的另一个滑轮与电梯框架连接。
10.本发明所述的一种基于龙芯的plc电梯控制实验方法，包括以下步骤：
11.(s1)基于龙芯的plc基于龙芯处理器，结合openplc平台，模拟传统plc装置；
12.(s2)基于龙芯的plc通过无线连接接口扩展模块，与接口扩展模块交换并处理数据，根据控制程序输入输出数据，实现对电梯模型的控制，并实时监控i/o状态；
13.(s3)电梯模型可通过控制程序实现楼层内外上下呼梯、开关电梯门、楼层显示、上下行状态显示等功能。
14.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：1、采用国产芯片和开源平台结合，简单易实现，成本低且不受国外产权约束；2、降低plc测试实验的难度，减少plc实验装置的成本；3、电梯与主控装置间采用无线连接，接线简单，不受线长限制，节约时间和空间。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；
16.图2本发明的电梯模型结构示意图；
17.图3本发明的执行模块工作流程图；
18.图4本发明的接口扩展模块电路原理图；
19.图5本发明的按键模块及显示模块电路原理图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
21.如图1所示，本发明所述的一种基于龙芯的plc电梯控制实验装置，包括基于龙芯的plc1和电梯控制装置两部分，所述基于龙芯的plc1包括龙芯处理器101、debian10 系统和openplc平台，所述电梯控制装置包括电梯模型2与执行模块3，所述执行模块 3包括电机驱动模块301、接口扩展模块302、楼层检测模块303、按键模块304、显示模块305及电源模块306，所述龙芯处理器101与执行模块3中的接口扩展模块302连接至同一局域网，采用无线通信，所述接口扩展模块302设在电梯模型2上。
22.基于龙芯的plc1以龙芯2k1000为核心，debian10为操作系统，结合openplc平台，模拟传统plc装置，与接口扩展模块302交换并处理数据。openplc平台软件editor 可编辑并生成可执行的plc控制程序文件，在openplc平台软件runtime中登陆plc 操作界面，可控制基于龙芯的plcl运行停止、加载并编译plc控制程序文件、配置接口扩展模块302以及实时监控接口扩展模块302的输入输出状态。
23.基于龙芯的plc1集成过程包括在龙芯2k1000上移植debian10系统；在龙芯 2k1000上移植openplc平台软件runtime与editor；打开runtime，根据提示注册 openplc平台账号并登陆；根据要求在plc操作界面中配置接口扩展模块302。
24.电梯模型2用于模拟日常电梯硬件装置，包括电梯框架201，所述电梯框架201内部设置轿厢202，顶端设置顶部扩展板207和一组滑轮206，左前侧设置左前侧扩展板 208，所述轿厢202顶端设置滑轮206，所述顶部扩展板207上安装有电机203和联轴器 204，所述滑轮206上有牵引绳205，所述牵引绳205一端通过电梯框架201顶端的一个滑轮206与联轴器204连接，另一端穿过轿厢202顶端的滑轮206并通过电梯框架201 顶端的另一个滑轮206与电梯框架201连接，所述轿厢202内壁安装轿厢内显示及按键模块210，所述左前侧扩展板
208在每层均设置楼层外显示及按键模块209，如图2所示。
25.执行模块3包括电机驱动模块301、接口扩展模块302、楼层检测模块303、按键模块304、显示模块305及电源模块306。其中，所述电机驱动模块301用于控制电机203 正反转，拉动轿厢202上下运行；所述接口扩展模块302用于与基于龙芯的plc1传送数据并控制电梯模型2；所述楼层检测模块303为距离传感器，用于检测轿厢202的位置；所述按键模块304包括轿厢内按键及楼层外按键，用于楼层内外上下呼梯及手动开关门；所述显示模块305用于显示电梯所在楼层、电梯上下行状态、开关门状态、按键响应状态。所述楼层检测模块303安装在电梯框架201每层角落处，所述电机驱动模块 301、接口扩展模块302及电源模块306固定连接在顶部扩展板207上。
26.电梯执行模块3的工作过程包括接口扩展模块302通过按键模块304和楼层检测模块303采集按键及楼层信息，传输至基于龙芯的plc1处理后，接收控制信号，传输至显示模块305与电机驱动模块301，显示楼层及电梯状态，控制电机203正反转，拉动轿厢202上下运行，如图3所示。
27.其中接口扩展模块302电路设计原理如图4所示，接口扩展模块302选用 esp8266-07s芯片作为接口扩展核心芯片，需要对其进行wifi配置及i/o口配置，电路可通过跳线帽选择下载模式与运行模式时引脚的连接。需要使用的gpio引脚、通信引脚、下载程序以及电源引脚通过排针引出，方便使用。由于楼层检测模块303传感器输入信号为5v电压，esp8266-07s引脚最大输入电压为3.3v，因此传感器输入信号经光耦隔离后再连接esp8266-07s的gpio引脚，这里选取gpio13、gpio12、gpio4、 gpio5作为传感器信号输入引脚，为了符合通用性，模块设计了跳线选择电路，该4个引脚作为通用i/o使用时，可通过跳线帽直接接入esp8266-07s。通过arduino对esp8266-07s编程，将esp8266-07s连接至无线路由器，在plc操作界面中配置接口扩展模块302的编号及ip地址，使接口扩展模块302通过无线局域网与基于龙芯的plc1 通信。
28.按键模块304及显示模块305电路设计原理如图5所示，该部分电路由按键电路与显示电路组成。按键部分包括轿厢内部按键及轿厢外部按键，内部按键包括内部呼梯按键和内部开关门按键，外部按键包括外部各楼层上下呼梯按键。显示电路包括楼层显示、开关门指示灯显示、电梯上下行状态显示以及各楼层上下楼按键指示灯显示。按键模块 304与显示模块305有线连接至接口扩展模块302各i/o口，基于龙芯的plc1通过与接口扩展模块302交换数据读取按键模块304信息，并控制显示模块305显示楼层信息。
29.一种基于龙芯的plc电梯控制实验方法包括以下步骤：
30.步骤1：将基于龙芯的plc1与接口扩展模块302连接至同一局域网，配置无线路由器，通过网线连接龙芯2k1000主控板的以太网接口与无线路由器lan口，在无线路由器中配置龙芯2k1000主控板的ip地址；
31.步骤2：打开editor，根据控制要求编辑电梯控制程序，编译生成.st文件；
32.步骤3：打开runtime，登陆平台，设置并连接接口扩展模块302；
33.步骤4：在runtime中加载步骤2中编译好的.st文件，点击界面按键运行plc和电梯控制程序；
34.步骤5：按下电梯模型3中的呼梯按键或开关门按键，信号由接口扩展模块302传输至基于龙芯的plc1，根据程序驱动电机203正反转，拉动轿厢202上下运行；
35.步骤6：当轿厢202上下运行时，楼层检测模块303的信号由接口扩展模块302传输至基于龙芯的plc1，控制显示轿厢202当前所在楼层信息、电梯上下行状态以及开关门指示。