張華龍，張二紅

ZHANG Hua-long, ZHANG Er-hong

（廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，廊坊 065000）

1 電梯控制策略

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得電梯的總線(xiàn)式控制方式成為了可能。將電梯的控制功能分為若干模塊，又用不同的控制器完成各部分特定的功能，各控制器間采用可靠的通信技術(shù)控制局域網(wǎng)傳遞信息，相互進(jìn)行通信，協(xié)同工作，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電纜的插接化，并大大減少井道中電纜數(shù)量，減少布線(xiàn)工作量和維護(hù)成本。而且，可以使得系統(tǒng)中各個(gè)控制器有更充裕的時(shí)間用于進(jìn)一步完善其自身的功能，以改善電梯的性能。

電梯控制系統(tǒng)可分為三個(gè)主要功能模塊：電梯操作系統(tǒng)控制模塊，由單片機(jī)及外圍接口電路組成，是電梯邏輯運(yùn)行的控制核心；拖動(dòng)系統(tǒng)控制模塊，由模擬電路組成的交流調(diào)壓調(diào)速裝置。繼電器、接觸器開(kāi)關(guān)量控制模塊，由電梯的狀態(tài)、保護(hù)繼電器及主電路接觸器組成。其組成框圖如圖1所示。

圖1 電梯控制系統(tǒng)組成框圖

電梯操作系統(tǒng)控制模塊完成電梯操作系統(tǒng)控制功能，它采集電梯運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，決定電梯運(yùn)行方式，比如檢修、消防、慢車(chē)等，采集各樓層的呼梯信號(hào)及轎廂內(nèi)的內(nèi)選信號(hào)，結(jié)合電梯處的位置決定電梯的運(yùn)行方向。它向 DMU 發(fā)出控制命令，如啟動(dòng)、制動(dòng)等。它從 RCC 中的運(yùn)行接觸器讀取電梯的狀態(tài)信號(hào)和保護(hù)信號(hào)，同時(shí)控制 RCC中的接觸器正常工作。

拖動(dòng)系統(tǒng)控制模塊主要完成電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速控制，它依據(jù)仿人智能控制算法控制電梯按理想運(yùn)行曲線(xiàn)運(yùn)行，從而保證電梯的運(yùn)行舒適感、平層精度等。電梯接到啟動(dòng)命令后，按產(chǎn)生的理想運(yùn)行曲線(xiàn)運(yùn)行，同時(shí)變頻器完成調(diào)節(jié)的作用，使得系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，以達(dá)到乘客滿(mǎn)意的舒適感和平層精度。

開(kāi)關(guān)量控制模塊是電梯操作系統(tǒng)控制模塊的功率輸出級(jí)，包括接觸器和少量的狀態(tài)繼電器。接觸器正常工作時(shí)都是在零電流狀態(tài)下開(kāi)斷，故其可靠性比現(xiàn)行接觸器高得多。系統(tǒng)中各功能模塊都設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊，它們可以根據(jù)用戶(hù)要求組成多種不同類(lèi)型的電梯控制系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計(jì)

在電梯的頂端設(shè)備間內(nèi)設(shè)置的拽動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電梯轎廂的上下運(yùn)行，由主控制器通過(guò)RS485接收各門(mén)廳控制器的呼梯信號(hào)，控制轎廂的運(yùn)行方向及到達(dá)的樓層。主控制器，即電梯控制器。它是電梯控制系統(tǒng)的主要部分，負(fù)責(zé)整個(gè)電梯的運(yùn)行控制。一般主控制器和位于樓房的頂部電梯機(jī)房?jī)?nèi)的電梯動(dòng)力裝置曳引機(jī)構(gòu)成了整個(gè)電梯控制系統(tǒng)的核心。 轎廂控制器，轎廂是電梯系統(tǒng)中運(yùn)載乘客的裝置。它通過(guò)轎廂中的鍵盤(pán)、顯示屏，使乘客與電梯建立起了相互聯(lián)系。曳引機(jī)通過(guò)鋼絲牽引矯廂的上下運(yùn)行，用于運(yùn)送乘客。在轎頂還有一個(gè)門(mén)機(jī)控制器，用于電梯的開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。門(mén)廳控制器，它是每一層樓的呼叫裝置，給出每一樓層的呼叫請(qǐng)求信息，并且顯示電梯當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 電梯運(yùn)行結(jié)構(gòu)

此外，電梯控制系統(tǒng)還包括上、下限位開(kāi)關(guān)，上、下限速開(kāi)關(guān)，限速器，安全閘，對(duì)重，隨行電纜，平層檢測(cè)板，道軌和緩沖器等一系列電梯運(yùn)行機(jī)械裝置和安全保護(hù)設(shè)備?？刂破髦g的通信方式，主控制器轎廂控制器和呼梯控制器之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一的RS-485 總線(xiàn)進(jìn)行通信。各控制器之間只需一對(duì)雙絞線(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接即可，安裝極為方便。RS-485 總線(xiàn)是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有非常好的抗干擾能力和可靠性。

根據(jù)系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)的要求，設(shè)計(jì)出以AT89S52 單片機(jī)為核心主控制器即電梯控制器。它是電梯控制系統(tǒng)的主要部分，負(fù)責(zé)整個(gè)電梯的運(yùn)行控制。一般主控制器是位于樓房的頂部電梯機(jī)房?jī)?nèi)，與電梯動(dòng)力裝置曳引機(jī)構(gòu)成了整個(gè)電梯控制系統(tǒng)的核心。采用變頻器對(duì)轎廂拽動(dòng)電機(jī)實(shí)施控制，由編碼器反饋轎廂運(yùn)行速度，系統(tǒng)設(shè)置了轎廂位置上、下限位開(kāi)關(guān)，速度上下限開(kāi)關(guān)以提供安全保障，設(shè)置帶光隔的繼電器輸出接口實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的控制。配置LCD，并給出系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的指示，對(duì)相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò) RS-485 總線(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。主控制器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 主控制器結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)主控制器能夠完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸入的采集信號(hào)加以分析處理，然后輸出控制信號(hào)。其中還包括液晶顯示器 LCD，能夠顯示出電梯的運(yùn)行狀態(tài)，包括電梯向上行駛、電梯向下行駛、電梯滿(mǎn)載運(yùn)行和轎廂當(dāng)前所在樓層等信息。

3 軟件設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)匯編語(yǔ)言編程，完成電梯的基本功能。軟件的設(shè)計(jì)包括主程序的設(shè)計(jì)和各子程序的設(shè)計(jì)。主程序要包括各個(gè)硬件部分的初始化，以及各個(gè)部分子程序的調(diào)用。

首先，單片機(jī)以及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，使單片機(jī)三個(gè)端口設(shè)置為基本輸入輸出功能，PSEN 管腳接到高電平，單片機(jī)無(wú)外接程序存儲(chǔ)器。然后，控制器讀取端口的狀態(tài)信息，根據(jù)這些信息分別調(diào)用子程序。當(dāng)存在呼梯或選梯有效信號(hào)時(shí)，控制器就可以調(diào)用產(chǎn)生 PWM 程序，發(fā)送起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)脈沖了。在起動(dòng)電動(dòng)機(jī)之前要讀關(guān)門(mén)到位信號(hào)，當(dāng)關(guān)門(mén)到位后開(kāi)始發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖，但是此時(shí)電動(dòng)機(jī)并沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是電梯轎箱并沒(méi)有產(chǎn)生位移，這時(shí)控制器要發(fā)送一個(gè)開(kāi)抱閘信號(hào)，打開(kāi)機(jī)械抱閘裝置，這樣就可以慢速起動(dòng)電動(dòng)機(jī)了?？梢酝ㄟ^(guò)延時(shí)后改變 PWM參數(shù)完成電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，直到額定速度，同時(shí)控制器再次讀取端口開(kāi)關(guān)的狀態(tài)檢查是否到達(dá)平層換速點(diǎn)，循環(huán)檢測(cè)，到達(dá)后使電動(dòng)機(jī)減速，讀平層狀態(tài)，有效后發(fā)送一個(gè)抱閘信號(hào)，機(jī)械抱閘停車(chē)完成一次運(yùn)行，值得說(shuō)明的是在檢測(cè)平層時(shí)還要檢查該層是否有?？咳蝿?wù)。若沒(méi)有?？咳蝿?wù)時(shí)，平層換速點(diǎn)和平層信號(hào)有效控制器也不給與處理，繼續(xù)向上或向下運(yùn)行。主程序流程圖如圖4所示。

為了達(dá)到普通電梯的基本功能，子程序應(yīng)該要包括產(chǎn)生 PWM 信號(hào)子程序、延時(shí)子程序、消防子程序、直達(dá)運(yùn)行子程序、滿(mǎn)載運(yùn)行子程序、司機(jī)運(yùn)行子程序、檢修運(yùn)行子程序等。在這里介紹一個(gè)產(chǎn)生正弦波 PWM 信號(hào)子程序，如圖5所示。

圖4 主程序框圖

圖5 產(chǎn)生 PWM 信號(hào)的流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了電梯控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將電梯的控制功能分為若干模塊，根據(jù)電梯運(yùn)行提出系統(tǒng)控制要求，據(jù)此設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的主控器、轎廂控制器、門(mén)廳控制器，通過(guò) RS-485 總線(xiàn)與各功能控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，組成總線(xiàn)式集散控制系統(tǒng)。雖然單片機(jī)控制不能適應(yīng)較為復(fù)雜的控制算法和故障診斷等要求，但是實(shí)踐證明，使用單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)有成本低、通用性強(qiáng)、靈活性大等明顯的優(yōu)點(diǎn)。

[1] 張華熊, 汪亞明. 基于單片機(jī)的貨運(yùn)電梯控制器設(shè)計(jì)[J].測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào), 2008, 3.

[2] 鄧佃毅. 基于單片機(jī)的電梯控制器設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電信息,2010(36).

[3] 鄭良田. 基于單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)的研究[J]. 科技資訊, 2007(21).