天津职业技术师范大学 课程设计报告书
题 目：四层电梯自动控制 学 院：机械工程学院 班 级：机检0911 学 生：魏晓东 学 号：*********** ********
时 间：2012年1月4日至2012年1月9日
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第一章 绪论 ............................................. 3
1.1 PLC在电梯控制中的应用 ........................... 4 1.2 课程设计的内容 .................................. 4 1.3 四层电梯控制要求 ................................ 5 第二章 电梯的综述 ....................................... 5
2.1 电梯的定义与简介 ................................ 5 2.2 电梯的主要参数及性能指标 ........................ 5 2.3 电梯的结构及组成部件 ............................ 7 2.4 电梯的工作原理 .................................. 9 第三章 总体方案设计 .................................... 10
3.1 整体设计方案 ................................... 10 3.2 控制方式的选择 ................................. 10 3.3 电梯PLC控制系统的基本结构 ..................... 11 3.4 信号控制系统 ................................... 11 第四章 硬件设计 ........................................ 12
4.1 可编程控制器机型的选择 ......................... 12 4.2 其他参数 ....................................... 13 4.3 输入输出点分配 ................................. 14 4.4 PLC的外部接线图 ................................ 15 4.5 四层电梯主电路图 ............................... 15 第五章 软件设计 ........................................ 17
5.1 电梯运行流程图 ................................. 17
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5.2 电梯开关门流程图 ............................... 19 5.3 梯形图 ......................................... 19 5.4 语句表 ......................................... 24 第六章 总结 ............................................ 29 第七章 参考文献 ........................................ 30
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第一章 绪论
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1.1 PLC在电梯控制中的应用
目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、PLC控制和微型计算机控制三种。而PlC实际上是一种专用计算机，它采用巡回扫描的方式分时处理各项任务，而且依靠程序运行，这就保证只有正确的程序才能运行，否则电梯不会工作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是PLC系统内存工作单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电器控制有着明显的优越性，运行寿命更长，工作更加可靠安全，自动化水平更高。PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代，是电梯控制系统中理想的控制新技术。
1.2 课程设计的内容
课程设计的内容主要是用可编程控制器（PLC）改造在用电梯自动控制系统。由于大部分老式电梯的电控系统可靠性欠佳，用户寻求对电梯的电控系统进行改造，以节约资金。因此，对电梯控制技术进行研究，找出一条适合国产老式电梯的改造之路，并进而提高国产电梯的技术水平和质量，具有十分重要的意义。
针对老式电梯采用的继电器逻辑控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作寿命短等缺陷，提出采用功能强、故障率低、可靠性高的可编程控制器（PLC）来控制电梯。
主要内容如下：
首先对电梯系统及可编程控制器（PLC）作了简单的介绍。接着阐述了电梯的主要性能指标和参数、结构及组成部件，电梯的控制系统分为调速和信号控制两大部分。确定了系统的总体结构，由 PLC 来实现电梯信号控制，完成了电机和可编程控制器（PLC）的选择。然后是系统硬件开发，完成了 PLC 的选型、I/O 点数分配与 PLC 的连接。在分析了电梯系统的软件设计方法基础上，设计出了软件流程图，提出了模块化编程思想，介绍了系统的软件开发。最后对改造后的电梯系统进行模拟调试。
1.3 四层电梯控制要求
（1） 电梯的上、下行由一台电动机拖动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。
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（2） 楼层呼叫按钮及电梯内按钮按下，电梯未达到相应楼层或未得到相应的响应时，相应指示灯一直接通指示。
（3） 电梯运行时，电梯开门与关门按钮不起作用，电梯到达停在各楼层时，电梯开门与关门动作可由电梯开门与关门按钮控制，也可延时控制，但检测到电梯超重时，电梯门不能关闭，并由报警电铃发出报警信号。
（4）电梯最大运行区间为三层距离，若一次运行时间超过30s，则电动机停转，并由HA报警。
(5) 检修开关SB7接通时，电梯下行停在一层位置，进行检修，其他所有动作均不相应。
(6)电梯拖动电动机控制电路有各种常规电气保护，如短路保护、过载保护、正反转互锁等。
第二章 电梯的综述
2.1 电梯的定义与简介
一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。
服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。
习惯上不论其驱动方式如何，将电梯作为建筑物内垂直交通运输工具的总称。
2.2 电梯的主要参数及性能指标
2.2.1 性能指标： （1）安全性
电梯时运送乘客的，即使载货电梯通常也有人相伴随，因此对电梯的第一要求就是安全。电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各环节都有密切联系，任何一个环节出了问题，都可能造成不安全的隐患，以致造成事故。 （2）可靠性
电梯的可靠性很重要，如果一部电梯工作起来经常出故障，就会影响人们正常的生产与生活，给人们造成很大的不便，不可靠也是事故的隐患，常常是不安全的起因。要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，只有
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每个零部件都是可靠的，整个电梯才能使可靠的。 （3）停站的准确性
停站准确性又称平层准确度，平层精度。GB/T10058-1997《电梯技术条件》对轿厢的平层准确度规定如下： 电梯类型 交流双速电梯 额定速度（m/s） 0.25或0.5 0.75或1.0 交直流快速电梯 交直流高速电梯 1.5—2.0 ≥2.0 平层准确度（m/s） ≤±15 ≤±30 ≤±15 ≤±5 电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度，电梯的负载情况有密切关系。负载重，则惯性大，提速高惯性也大。因此检查平层准确度时，分别以空载，满载，上下运行，到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值做平层站的平层准确度。 （4）振动、噪声及电磁干扰
现代电梯是为乘客创造舒适的生活和工作环境。因侧要求电梯运行平稳，安静，无电磁干扰。 （5）舒适感和快速感
电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的，快速可以节省时间，这对于快节奏的现代生活中的乘客是很重要的。但是加速度和减速度的过分增大的不合理变化又会造成乘客的不适感。因此在电梯设计时就要兼顾快速性和舒适感这两个互相矛盾的因素。 （6）节能
现代电梯应该合理的选择拖动方式，以达到节能的目的 2.2.2 主要参数：
（1）额定载重量（kg）：制造和设计规定的电梯载重量。 （2）轿厢尺寸（mm）：宽×深×高。
（3）轿厢形式：有单或双面开门及其它特殊要求等，以及对轿顶、轿底、轿壁的处理，颜色的选择，对电风扇、电话的要求等。
（4）轿门形式：有栅栏门、封闭式中分门、封闭式双拆门、封闭式双拆中分门等。 （5）开门宽度（mm）：轿厢门和厅门完全开启的净宽度。
（6）开门方向：人在厅外面对厅门，门向左方向的为左开门，门向右方向开启的为右开门，两扇门分别向左右两边开启者为中开门，也称为中分门。
（7）曳引方式：常用的有半绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。半绕2：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝运行速度的一半。全绕1：1吊索法，轿厢的运行速度等于钢丝的运行速度。
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（8）额定速度（m/s）：制造和设计所规定的电梯运行速度。
（9）电气控制系统：包括控制方式、拖动系统的形式等。如交流电机拖动或直流电机拖动，轿内按钮控制或集选控制等。
（10）停层站数（站）：凡在建筑物内各层楼用于出入轿厢的地点均称为站。 （11）提升高度（mm）：由底层端站楼面至层顶端站楼面之间的垂直距离。 （12）顶层高度（mm）:由顶层端站楼面至机房楼板或隔音层楼板下最突出构件之的垂直距离。电梯的运行速度越快，顶层高度一般越高。
（13）底坑深度（mm）：由层底端站楼面至井道底面之间的垂直距离。电梯的运行速度越快，底坑一般越深。
（14）井道深度（mm）：由井道底面至机房楼房或隔音层楼房板下最突出构件之间的垂直距离。
（15）井道尺寸（mm）：宽×深。
2.3 电梯的结构及组成部件
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，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳拽引式结构，其机械部分由拽引系统，轿厢和门系统，平衡系统，导向系统以及机械安全保护装置组成；而电气控制部分由电力拖动系统，运行逻辑功能控制系统和电气安全保护等系统组成。
（1）、拽引系统
电梯拽系统的功能是输出动力和传递动力，驱动电梯运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为电梯的运行提供动力，由电动机，拽引轮，连轴器，减速箱，和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连轿厢和对重，依靠钢丝绳和拽引轮之间的摩擦来驱动轿厢升降。导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型还可以增加拽引力。
（2）、导向系统
导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使得轿厢和对重只能沿着导轨做升降运动。 （3）、门系统
门系统有轿厢门、层门、开门、连动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇，门导轨架等组成，层门设在层站入口处。开门机设在轿厢上，是轿厢和层
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门的动力源。 （4）、轿厢
轿厢是运送乘客或者货物的电梯组件。它是有轿厢架和轿厢体组成的。轿厢架是轿厢体的承重机构，由横梁，立柱，底梁，和斜拉杆等组成。轿厢体由厢底，轿厢壁，轿厢顶以及照明通风装置，轿厢装饰件和轿厢内操纵按钮板等组成。轿厢体空间的大小由额定载重量和额定客人数决定 （5）、重量平衡系统
重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧拽引钢丝绳长度变化对电梯的平衡设计影响的装置。 （6）、电力拖动系统
电力拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对电梯进行速度控制。拽引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供电梯运行速度信号。一般采用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。 （7）、电气控制系统
电梯的电气控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置，和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜上。操纵装置是由轿厢内的按钮箱和厅门的召唤箱按钮来操纵电梯的运行的。平层装置是发出平层控制信号，使电梯轿厢准确平层的控制装置。所谓平层，是指轿厢在接近某一楼层的停靠站时，欲使轿厢地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。位置显示装置是用来显示电梯所在楼层位置的轿内和厅门的指示灯，厅门指示灯还用尖头指示电梯的运行方向。 （8）、安全保护系统
安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护电梯安全的使用。机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起冲顶和撞底保护作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节中都有体现。
2.4 电梯的工作原理
曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑
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物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。
第三章3.1 整体设计方案
整体设计方案如图3-1所示。精彩文档
总体方案设计
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图3-1 整体设计方案图
3.2 控制方式的选择
电梯的控制方式有：1）、电磁继电控制系统 ，2）、微机（PC）控制系
统， 3）、可编程控制器（PLC）控制系统， 4）、单片机控制系统等。
本次课程设计采用可编程控制器（PLC）作为控制方式。
3.3 电梯PLC控制系统的基本结构
电梯PLC的控制系统主要由信号控制系统和拖动控制系统两部分组成。图3-2为电梯PLC控制系统的基本结构图，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操纵盘、厅外呼梯盘、指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。
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系统控制核心为PLC主机、操纵盘、呼梯盘、井道及安全保护信号通过PLC输入接口送入PLC，存储在存储器及召唤指示灯等发出显示信号，向拖动和门机控制系统发出控制信号。
图3-2 电梯PLC控制系统的基本结构图
3.4 信号控制系统
电梯信号控制基本由PLC软件实现。电梯信号控制系统如图3-2所示，输入到PLC的控制信号有：运行方式选择（如自动、有/无司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码器、光电脉
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冲、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
图3-2 电梯PLC信号控制系统框图
第四章 硬件设计
4.1 可编程控制器机型的选择
（1）输入/输出点的估算：
采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖
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动，电动机正转为电梯上升，反转为下降。一层有上升呼叫按钮SB11和指示灯H11，二层有上升呼叫按钮SB21和指示灯H21以及下降呼叫按钮SB22和指示灯H22，三层有上升呼叫按钮SB31和指示灯H31以及下降呼叫按钮SB32和指示灯H32，四层有下降呼叫按钮SB41和指示灯H41。一至四层有到位行程开关ST1～ST4。电梯内有一至四层呼叫按钮SB1～SB4和指示灯H1～H4；电梯开门和关门按钮SB5和SB6，电梯开门和关门分别通过电磁铁YA1和YA2控制，关门到位由行程开关ST5检测。此外还有电梯载重超限检测压力继电器KP以及故障报警电铃HA。
输入点共有20个，输出点共有15个,总共35个。 （2） 内存容量的估算
用户控制程序所需内存容量与内存利用率、输入/输出点数、用户的程序编写水平等因素有关。因此,在用户程序编写前只能根据输入/输出点数、控制系统的复杂程度进行估算。本系统有开关量I/O总点数有35个，模拟量I/O数为0个。利用估算PLC内存总容量的计算公式:
所需总内存字数=开关量I/O总点数×(10～15)+模拟量I/O总点数×(150～250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节的内存容量。
综合I/O点数以及内存容量，S7—200的CPU226输入，输出点数为24／16，足以满足要求。
4.2 其他参数
① 拖动电动机M：5.5kW，AC380V，11.6A，1440r/min。 ② 指示灯H：0.25W，AC220V。 ③ 电铃HA：8W，AC220V。 ④ 电磁铁YA：100mA，AC220V。
4.3 输入输出点分配
该系统占用PLC的35个I/O口，20个输入点，15个输出点，具体的I/O分配如表4-3所示。
表4-3 I\\O分配表 输 入 文字符精彩文档
输 出 文字符号 说 明 说 明 实用标准文案
号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB11 SB21 SB22 SB31 SB32 SB41 SB5 SB6 SB7 ST1 ST2 ST3 ST4 ST5 SP FR 电梯内一层按钮 电梯内二层按钮 电梯内三层按钮 电梯内四层按钮 一层上升呼叫按钮 二层上升呼叫按钮 二层下降呼叫按钮 三层上升呼叫按钮 三层下降呼叫按钮 四层下降呼叫按钮 电梯开门按钮 电梯关门按钮 检修开关 电梯一层到位限位开关 电梯二层到位限位开关 电梯三层到位限位开关 电梯四层到位限位开关 电梯关门到位限位开关 电梯载重超限检测 电动机过载保护热继电器 H1 H2 H3 H4 H11 H21 H22 H31 H32 H41 KM1 KM2 YA1 YA2 HA 电梯内一层按钮指示灯 电梯内二层按钮指示灯 电梯内三层按钮指示灯 电梯内四层按钮指示灯 一层上升呼叫按钮指示灯 二层上升呼叫按钮指示灯 二层下降呼叫按钮指示灯 三层上升呼叫按钮指示灯 三层下降呼叫按钮指示灯 四层下降呼叫按钮指示灯 电动机正转接触器 电动机反转接触器 电梯开门电磁铁 电梯关门电磁铁 电梯故障报警电铃
4.4 PLC的外部接线图
本设计的PLC外部接线图如图4-4所示.CPU226的传感器电源24V(DC)可以输出600mA电流，通过核算在本设计中PLC容量完全满足要求，CPU226的输出继电器触点容量为2A，电压范围为5~30V（DC）或5~250V（AC）。
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图4-4 PLC外部接线图
4.5 四层电梯主电路图
本次设计的四层电梯控制系统主回路原理图如图4-5所示。电机通过KM1、KM2的闭合来实现正反转，从而实现电梯的上、下运行。FR1为起过载保护作用的热继电器，用于电梯运行过载时断开主电路。FU1为熔断器，起过电流保护作用.
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图4-5 四层电梯控制主电路图
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图4-6 四层电梯控制控制电路图
第五章 软件设计
5.1 电梯运行流程图
（1）电梯运行流程图如图5-1所示
图5-1 电梯运行流程图
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（2）电梯运行流程图简要介绍：
首先判断电梯停在几楼，如果停在一楼，再判断2、3、4楼是否有信号，如果没有信号，电梯停在一楼，如果有信号，电梯上升到相应的楼层，停止后判断电梯停在哪一楼，判断有无上行或下行信号，如果只有一种，上行或下行，则
执行上行或下行；如果同时有上行和下行信号，则30秒后电梯回到一楼。
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5.2 电梯开关门流程图
电梯开关门流程图如图5-2所示
图5-2 电梯开关门流程图
3.2 梯形图
5.3.1外召唤信号登记及消除
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5.3.2 内指令信号登记和消除
点动内呼按钮，信号登记显示。到层信号取消。
本系统设一楼为基站，两分钟内无任何操作，电梯自动返回一楼。
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5.3.3 轿厢上行
5.3.4 电梯下行
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5.3.5电梯故障警铃和检修
5.3.6 内指令外召唤信号的保持
轿厢的内呼指令与外召唤指令保持信号，用于在有乘坐需要的楼层停车，并自动或手动执行开关门操作。开关门执行一次之后，信号取消。使电梯能够继续响应其他乘坐信号。 轿厢外：
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轿厢内
5.3.7 各楼层停车信号
5.3.8 自动开关门
电梯到层停车后，延时2s自动开门，5s后自动关门。并设有手动开门按扭和关门按钮，可实现即时开关门。
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电梯外呼信号：
5.4 语句表
5.3.1外召唤信
号登记及消除
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5.3.2 内指令信号登记和消除
5.3.3 轿厢上行
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5.3.4 电梯下行
5.3.5电梯故障警铃和检修
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5.3.6 内指令外召唤信号的保持 轿厢外：
轿厢内
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5.3.7 各楼层停车信号
5.3.8 自动开关门
信号
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第六章 总结
经过一个多礼拜的研究，通过在图书馆以及互联网查阅相关资料，了解了电梯的内部结构，并且加深了对电梯运行过程、控制系统的认识，熟悉了可编程控制器在电梯控制系统中的运用。并且，使我将原来所学的知识系统化、理论化、实用化，对如何使用已有知识及获取相关资料方面的能力又有了提高。通过这次设计，我还认识到无论做什么，都需要踏实，勤奋，严谨的工作态度，这对我以后的工作将会产生深渊的影响。
从刚开始的无从下手到知道方向，这个过程带给我的不止是自己试验进度的加速，也从另一个层面上诠释着学海无涯。我们这学期刚接触PLC，但懂得的只是皮毛或者说一些简单的控制，并没有把它与实际结合起来，也完全不明白控制的精髓，当时拿到这个题目就想，编程好复杂啊！每天都坐电梯，却从来没把它与我们学习的自动控制相连系起来，但是想想编程好复杂啊！虽然才四层，但情况好多。
经过查阅资料，参考别人的一些设计，才渐渐明白了一些电梯的控制过程。刚开始编程时有几种电梯运行的方案，有的方案编程简单，但缺乏实际意义，却接近实际，编程就越复杂，最后我还是选择的一种较接近实际的编程。觉得越接近实际那么意义才大，不符合实际的东四根本就是无用的。
这次实习遗憾的是用仿真软件来实现电梯的自动控制，行程开关需要手动控制，控制起来有点麻烦，所以我只做了简单的单步的仿真。
本次设计对我们是一个很大的考验，也是一个很大的学习机会，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。原来在我们身边还有许多能够用我们所学的专业知识来解决的问题，这使得我对我学的专业的自豪感油然而生，并且从理论结合实际中，我们可以学到更多。所以这次的课程设计虽然艰难也学到了很多。我也明白了，设计必须建立在实际的基础上，为人服务，方便人们的生活。以后要更努力的学习，提高自己。也要多多运用自己所学知识来运用到实际中，解决实际问题。
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第七章 参考文献
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【9】顾战松，陈铁年编著.可编程控制器原理与应用.[M] 北京：国防工业出版社，1996
【10】丁树模主编.机械工程学.[M] 北京：机械工业出版社
【11】肖军,孟令军编著.可编程序控制器原理及应用.北京:清华大学出版社.2008
【12】贺哲荣,曾龙飞编著.流行可编程序控制器梯形图识图入门.北京:机械工业
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【13】王整风，谢云敏.可编程控制器原理与实践教程.上海：上海交通大学出版社，2007.
【14】严盈富，罗海平，屋海勤.监控组态软件与PLC入门.北京：人民邮电出版社，2006.
【15】三菱可编程控制器系统手册.
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