郭景全

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，重慶401331）

基于單片機(jī)的三層貨運(yùn)電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭景全

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，重慶401331）

對(duì)三層老式貨運(yùn)電梯進(jìn)行改造，要求每層樓可以直接輸入樓層號(hào)，控制器能直接將貨運(yùn)電梯從當(dāng)前樓層運(yùn)行到目標(biāo)樓層。綜合成本和控制需求，制作一個(gè)以89C51為主控制芯片，行程開(kāi)關(guān)產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，由繼電器控制交流接觸器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制系統(tǒng)。具體闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件結(jié)構(gòu)和軟件流程。該控制器具有運(yùn)行安全可靠，制造成本低，在改造的貨運(yùn)電梯上使用效果良好。

單片機(jī)；貨運(yùn)電梯；控制

老式的三層貨運(yùn)電梯以交流接觸器作為控制元件，由于交流接觸器頻繁的動(dòng)作會(huì)出現(xiàn)接觸不良的故障，導(dǎo)致控制時(shí)序出錯(cuò)。貨運(yùn)電梯與其他的電梯相比，除了具有上升、下降、平層等功能外，還應(yīng)具有極強(qiáng)的抗干擾能力，能保證在工廠里較惡劣的環(huán)境下正常工作。因此樓層信號(hào)檢測(cè)采用行程開(kāi)關(guān)來(lái)產(chǎn)生，控制芯片采用AT89C51單片機(jī)為核心，加光電耦合器接輸入接口和輸出接口，增強(qiáng)抗干擾能力。樓層信號(hào)經(jīng)屏蔽線接到輸出接口，樓層輸入信號(hào)經(jīng)屏蔽線接到輸入接口。

1 控制功能需求分析

綜合分析三層貨運(yùn)電梯的控制需求，主要有以下幾個(gè)動(dòng)作：

（1）當(dāng)電梯停于一層或二層時(shí)，如果按三層按鍵呼叫，則電梯上升到三層，由三層的行程開(kāi)關(guān)KS3停止。

（2）當(dāng)電梯停于三層或二層時(shí)，如果按一層按鍵呼叫，則電梯下降到一層，由一層行程開(kāi)關(guān)KS1停止。

（3）當(dāng)電梯停于一層時(shí)，如果按二層按鍵呼叫，則電梯上升到二層，由二層行程開(kāi)關(guān)KS2停止。

（4）當(dāng)電梯停于三層，按二層按鍵呼叫，則電梯下降到二層，由二層行程開(kāi)關(guān)KS2停止。

（5）當(dāng)電梯上升途中，任何反方向的下降按鍵呼叫均無(wú)效。到達(dá)該層后，由該層的行程開(kāi)關(guān)給一個(gè)信號(hào)，使任何反方向的下降按鍵信號(hào)有效。

（6）當(dāng)電梯下降途中，任何反方向的上升按鍵呼叫均無(wú)效。到達(dá)該層后，由該層的行程開(kāi)關(guān)給一個(gè)信號(hào)，使任何反方向的上升按鍵信號(hào)有效。

（7）每層樓之間電梯到達(dá)的時(shí)間應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間以?xún)?nèi)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)電梯沒(méi)有到達(dá)相應(yīng)的樓層，則電梯自動(dòng)停止。

（8）設(shè)有上下極限行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)一層和三層的行程開(kāi)關(guān)KS1、KS3失效時(shí)，由極限行程開(kāi)關(guān)KS4、KS5進(jìn)行二次保護(hù)。

（9）設(shè)有緊急停車(chē)按鍵。

經(jīng)以上分析，得到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（如圖1所示）。所有的樓層呼叫按鍵、行程開(kāi)關(guān)信號(hào)都通過(guò)屏蔽線接到光電隔離模塊，經(jīng)光電隔離模塊輸入到單片機(jī)的接口。輸出控制交流接觸器的信號(hào)同樣經(jīng)過(guò)光電隔離模擬接到繼電器，再由繼電器控制交流接觸器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)達(dá)到電梯上升下降的目的。

圖1電梯控制系統(tǒng)框圖

2 輸入、輸出、控制模塊

為加強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，輸入采用光電耦合器PC817進(jìn)行隔離，具體電路見(jiàn)圖2。當(dāng)樓層的行程開(kāi)關(guān)KS1閉合時(shí)，光電耦合器導(dǎo)通，使單片機(jī)的中斷口接到一個(gè)低電平信號(hào)，當(dāng)電梯停止時(shí)可以檢測(cè)到電梯當(dāng)前的位置，運(yùn)行中可以檢測(cè)電梯的樓層信號(hào)。輸出電光隔離及控制模塊見(jiàn)圖3。當(dāng)單片機(jī)輸出接口輸出一個(gè)低電平時(shí)，光電耦合器導(dǎo)通使三極管Q1導(dǎo)通，使繼電器K1閉合讓控制的交流接觸器吸合讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)電梯的上升、下降功能。

圖2 信號(hào)輸入電路

圖3 信號(hào)輸出電路及控制單元

3 軟件及抗干擾設(shè)計(jì)

程序的控制流程圖如圖4所示。

圖4 軟件流程圖

當(dāng)系統(tǒng)通電時(shí)，自動(dòng)對(duì)定時(shí)器及系統(tǒng)進(jìn)行初始化，完成后檢測(cè)當(dāng)前電梯所在的樓層號(hào)。如未檢測(cè)到樓層信號(hào)說(shuō)明電梯對(duì)位錯(cuò)誤，則對(duì)電梯進(jìn)行下降操作至檢測(cè)到樓層信號(hào)為止。當(dāng)達(dá)到極限開(kāi)關(guān)時(shí)還沒(méi)有檢測(cè)到樓層信號(hào)則說(shuō)明電梯存在故障，停止并發(fā)出報(bào)警信號(hào)要求進(jìn)行檢修。當(dāng)檢測(cè)到樓層信號(hào)后則等待樓層呼叫信號(hào)，收到樓層信號(hào)后系統(tǒng)會(huì)將電梯上升或下降到相應(yīng)的目標(biāo)樓層，如果在定時(shí)時(shí)間內(nèi)電梯沒(méi)有到過(guò)目標(biāo)層，則說(shuō)明電梯運(yùn)行過(guò)程中有故障，停止并報(bào)警要求檢修。

貨運(yùn)電梯控制器的運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，長(zhǎng)期工作于受干擾的環(huán)境中，尤其是電機(jī)的運(yùn)行、繼電器或交流接觸器的開(kāi)關(guān)閉合會(huì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)電磁或脈沖干擾。因此，系統(tǒng)必須采取有力的抗干擾措施才能保證系統(tǒng)的正常工作。在本系統(tǒng)中，除了在硬件上加濾波電容，在軟件上選用指令冗余、看門(mén)狗等措施外，還采用了兩種技術(shù)控制干擾：一是在硬件上采用DC-DC電源模塊，實(shí)現(xiàn)電源的隔離，防止電機(jī)等其他干擾設(shè)備通過(guò)供電電路對(duì)貨運(yùn)電梯控制器進(jìn)行干擾；二是在軟件設(shè)計(jì)上在控制器在對(duì)外發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器和交流接觸控制器的控制以前，先暫時(shí)關(guān)閉控制器的外部中斷響應(yīng)。在繼電器和交流接觸器完成切換以后再打開(kāi)控制器的外部中斷響應(yīng)，以消除繼電器和交流接觸器開(kāi)關(guān)閉所帶來(lái)的干擾。

4 結(jié)語(yǔ)

利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種低成本、高可靠性的貨運(yùn)電梯控制器，該控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的三層貨運(yùn)電梯進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)上升、下降、故障報(bào)警等多種功能，該控制器工作穩(wěn)定、安全可靠，大大提高了以前老式貨運(yùn)電遞的工作效率。

[1]朱蓉.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2009.

[2]張政.PLC編程技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]朱堅(jiān)兒.電梯控制及維護(hù)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[4]劉同法.單片機(jī)C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)與實(shí)踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.

Microcontroller-based Three-tier Freight Elevator Control System

GUO Jingquan
(The Mechanical and Electrical Engineering Department,Chongqing College of Electronic Engineering,Chongqing 401331,China)

Three of the factory to transform the old freight elevator,requiring direct input on each floor floor number,the controller can directly run the freight elevator to the target from the current floor floor.Comprehensive cost and control requirements,making an 89C51 chip-based control,limit switch detection signal generated by the AC contactor control relay control motor reversing control system.Specifically addressed the overall system design,hardware architecture and software process.The controller has a safe and reliable operation,low manufacturing costs,freight elevator in the transformation to use to good effect.

microcontroller； freight elevators；control

TP39

A

1674－5787（2011）04－0164－02

2011-05-19

郭景全（1980—），男，四川省營(yíng)山人，碩士研究生，主要從事機(jī)械制造加工、系統(tǒng)工程方向的研究。

責(zé)任編輯 王榮輝