王曉東

摘要：本文闡述了餐飲業(yè)中貨梯的使用背景，分析了目前中小餐飲實(shí)體在貨運(yùn)方面的困擾。依據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了集控式電梯控制系統(tǒng)，用于樓層間貨物的運(yùn)送。主要包括整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、通信設(shè)計(jì)、安全保護(hù)設(shè)計(jì)和測試驗(yàn)證等內(nèi)容。成功試制了樣機(jī)，經(jīng)長時(shí)間的試運(yùn)行和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的所有功能。

關(guān)鍵詞：集控式；餐飲電梯；電梯系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)控制；TCP/IP通信

引言

隨著管理理念的改變和技術(shù)的更新?lián)Q代，許多行業(yè)對于工作效率越來越重視。餐飲業(yè)中貨物的搬運(yùn)、餐具的搬運(yùn)、食材以及菜樣等物品的運(yùn)送，傳統(tǒng)的解決方法是借助于人力完成，效率較低，人力成本較高。對于樓層較高的餐飲業(yè)實(shí)體來講，借助于升降電梯是一種普遍的選擇。目前市面上存在部分餐飲用電梯產(chǎn)品，但其容量較小，只能運(yùn)送小體積小重量的物品，比如少量菜樣，而且價(jià)格偏高，對中小型餐飲實(shí)體，是一筆較大的經(jīng)濟(jì)開銷，部分餐飲實(shí)體的經(jīng)營效率和服務(wù)質(zhì)量因此而受限。

基于上述情況，設(shè)計(jì)一套低成本并且能夠滿足使用需求的電梯控制系統(tǒng)，在保證完成常規(guī)運(yùn)送任務(wù)的前提下，降低經(jīng)濟(jì)成本、以服務(wù)于中小型餐飲實(shí)體。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于餐飲業(yè)使用的特殊性，整個(gè)電梯系統(tǒng)采用集中控制，即控制箱和所有的呼叫按鈕都設(shè)在一層，專門配一名操作員，對整個(gè)電梯系統(tǒng)進(jìn)行操作，即集中控制。

整個(gè)集控式電梯控制系統(tǒng)主要由機(jī)械牽引系統(tǒng)、電磁門鎖系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，如圖1所示。

機(jī)械牽引系統(tǒng)主要由牽引電機(jī)、滾筒、鋼絲繩、轎廂、上下限位開關(guān)組成。該系統(tǒng)的牽引電機(jī)為380V交流電動(dòng)機(jī)、外加滾筒以及斷火限位器、具備限位保護(hù)功能。轎廂由鋼絲繩連接到牽引電機(jī)的滾筒上，通過控制牽引電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轎廂的上下運(yùn)動(dòng)，轎廂的四周裝有導(dǎo)向輪和導(dǎo)軌、保證轎廂上下運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。機(jī)械限位開關(guān)能夠在轎廂上行和下行運(yùn)動(dòng)時(shí)起到限位作用。

電磁門鎖系統(tǒng)主要選用280kg磁力鎖，驅(qū)動(dòng)電源為12VDC，且可反饋鎖緊情況。

微控制器系統(tǒng)主要由樓層控制器、信息顯示屏、呼叫按鈕等組成。每一層都設(shè)有一個(gè)樓層控制器負(fù)責(zé)檢測傳感器和驅(qū)動(dòng)信息顯示屏，其中一層的控制器還負(fù)責(zé)門鎖控制和呼叫按鈕的響應(yīng)。微控制器選用STC12C5A60S2，其程序存儲容量64K，且內(nèi)置看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能、滿足控制要求。每層的信息顯示屏采用P3.75室內(nèi)雙色單元板，其數(shù)據(jù)接口為通用HUB08接口，用于顯示轎廂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和提示信息。呼叫按鈕安裝在1層控制箱上，用于選擇轎廂運(yùn)送的目的地。

樓層傳感器主要選用用高可靠的SVDC金屬探測接近開關(guān)、其輸出TTL信號到控制器I/O端口、安裝于井道內(nèi)對應(yīng)層高的墻壁上、用于檢測位于轎廂上的平層感應(yīng)金屬片。

2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

餐飲電梯的多層集控，其實(shí)現(xiàn)方式是在每層設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，其中1層控制器是主機(jī)，用于下達(dá)命令，2、3、4、5層控制器為從機(jī)，主要檢測各層傳感器狀態(tài)并上報(bào)給主機(jī)以及接收主機(jī)下發(fā)的命令^[1]?？紤]到通信距離、通信可靠性以及1主多從的控制方式，選擇TCP/IP通信中的客戶機(jī)/服務(wù)器模式，即將1層控制器作為服務(wù)器，其余4層作為客戶端^[2]。服務(wù)器向各客戶機(jī)廣播當(dāng)前樓層信息以及復(fù)位信息，客戶機(jī)檢測平層傳感器的狀態(tài)發(fā)送給服務(wù)器，并且接收來自服務(wù)器的廣播信息，以控制顯示器信息變化^[3]。

該控制系統(tǒng)中還設(shè)有電話呼叫系統(tǒng)，每層安裝一個(gè)話機(jī)，其上有呼叫按鈕，所有話機(jī)并聯(lián)在一起。按下任意1層呼叫按鈕，所有樓層的電話機(jī)都迅速響，任意樓層摘機(jī)后都能夠多方對講，1層操作員負(fù)責(zé)與每一位呼叫者聯(lián)系，調(diào)度電梯的運(yùn)行，該電話呼叫系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是互相獨(dú)立，不存在關(guān)聯(lián)。

3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1集控式控制實(shí)現(xiàn)

餐飲業(yè)中的貨物運(yùn)送電梯的使用中，從1層向上層運(yùn)輸和從各層向1層運(yùn)輸?shù)拇螖?shù)居多，因此采用集中控制，1層為主控制器，稱為主機(jī)，其余各層的控制器受1層主機(jī)的調(diào)度，稱為分機(jī)，使用者通過呼叫系統(tǒng)與1層操作員取得聯(lián)系，在1層的操作面板上操控。

其中主機(jī)和分機(jī)的任務(wù)有所區(qū)別，主機(jī)調(diào)度所有分機(jī)的運(yùn)行，分機(jī)檢測所在樓層的傳感器信號并發(fā)送給主機(jī)，以及接收并執(zhí)行主機(jī)下達(dá)的命令，功能結(jié)構(gòu)圖如圖3。

3.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主芯片選用STC公司的可以用串口下載程序的40腳封裝的STC12C5A60S2。它采用優(yōu)化之后的增強(qiáng)型51內(nèi)核，支持多種片上資源，包括60K ROM，1280字節(jié)RAM，兩個(gè)全雙工串行口，8路10位AD轉(zhuǎn)換器等資源^[4]。

3.2.1曳引電機(jī)升降控制電路

提升電機(jī)采用滾筒電動(dòng)機(jī)外加斷火限位器、可以保證電機(jī)上行限位后允許下行動(dòng)作，下行限位后允許上行動(dòng)作。其上下運(yùn)行的核心是三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，采用2個(gè)220V交流驅(qū)動(dòng)接觸器控制該電機(jī)的正反轉(zhuǎn)操作。這兩個(gè)交流接觸器是微控制器驅(qū)動(dòng)直流繼電器控制的^[5]?？刂齐娐穲D如圖5。

3.2.2機(jī)械限位控制電路

機(jī)械限位開關(guān)主要有三處、一處位于斷火限位器上、另外兩處分別位于轎廂頂部和轎廂底部的上限位和下限位^[6]，這兩個(gè)機(jī)械限位開關(guān)固定于對應(yīng)墻面上，其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在交流接觸器的線圈電路上，當(dāng)轎廂頂面或者底面的金屬結(jié)構(gòu)件碰撞這兩個(gè)傳感器之后，會強(qiáng)行切斷交流接觸器的控制電路，從而切斷提升電機(jī)的控制電源，同時(shí)產(chǎn)生開關(guān)信號給控制器，觸發(fā)其斷開驅(qū)動(dòng)信號。

3.2.3傳感器信息輸入電路

本集控式餐飲控制系統(tǒng)中，每層均設(shè)有平層檢測傳感器，選用金屬接近開關(guān)，在每層墻面上的對應(yīng)位置上安裝平層檢測傳感器^{[7]，并且將其連接到該層的控制器上，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)靠近該傳感器的時(shí)候，控制器采集到信號，并將其通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)根據(jù)之前請求狀況以及現(xiàn)在的樓層信息進(jìn)行判斷，向各個(gè)從機(jī)發(fā)送廣播信息，各從機(jī)根據(jù)接收到的廣播信息更新各自顯示屏上的信息。}

3.2.4信息顯示電路設(shè)計(jì)

每個(gè)樓層都安裝有一塊信息顯示屏、用于顯示系統(tǒng)開機(jī)畫面、自檢信號以及轎廂實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該顯示屏運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)件P3.75室內(nèi)雙色單元板，控制器內(nèi)部寫有對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)掃描程序。顯示畫面如圖8。

系統(tǒng)中，采用74LS245雙向總線收發(fā)器將來自微控制器的J/○口的顯示控制信號放大。這些I/O口按照HUB08的時(shí)序給單元板發(fā)送顯示數(shù)據(jù)。

3.2.5門鎖控制電路

本集控式餐飲電梯每層都裝有一部電磁門鎖，在轎廂運(yùn)行過程中，每層門鎖鎖緊，當(dāng)轎廂到達(dá)指定樓層停止后，對應(yīng)樓層的電磁門鎖打開。當(dāng)操作員呼叫轎廂的時(shí)候，系統(tǒng)檢測每個(gè)樓層門鎖，如果有某一層或多層層門未關(guān)，系統(tǒng)提示“某層門未關(guān)”信息，且轎廂不響應(yīng)該請求。該電磁門鎖的控置驅(qū)動(dòng)電壓為12VDC，并且有一組檢測點(diǎn)，可以通過微控制檢測這個(gè)點(diǎn)的通斷情況來判別門鎖是否已被鎖上。

3.2.6呼叫按鈕電路

該集控式餐飲電梯設(shè)有呼叫操作面板^[8]，安裝于1層控制箱前面板上，并與控制器連接。每個(gè)按鈕的背后都有紅色背光燈，在主控制器中，設(shè)計(jì)有多個(gè)繼電器電路，專門用于控制每個(gè)按鍵的背光燈，使用戶按下的請求按鍵被點(diǎn)亮，轎廂運(yùn)動(dòng)到達(dá)目的地停止之后、該鍵指示燈熄滅^[9]。

3.2.7通信設(shè)計(jì)

本集控式餐飲電梯控制系統(tǒng)中，將1層控制器設(shè)置為主機(jī)，其余4個(gè)樓層設(shè)置為分機(jī)，消息可以分機(jī)到主機(jī)，也可以主機(jī)到每個(gè)分機(jī)。其分機(jī)到主機(jī)的消息主要包括各自復(fù)位時(shí)的狀況和轎廂路過平層傳感器的狀態(tài)，以便于主機(jī)時(shí)刻掌握分機(jī)的狀況；主機(jī)到各個(gè)分機(jī)的廣播消息包括當(dāng)前電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及當(dāng)前樓層信息，以便于分機(jī)時(shí)刻更新顯示內(nèi)容?；谌缟系姆治?，我們采用TCP/IP通信的C/S模式。

硬件選用濟(jì)南有人科技有限公司的TCP-232-T模塊，該模塊可以將TCP/IP信號轉(zhuǎn)化為232格式，可以工作在透傳方式，并且支持C/S模式的通信，大多數(shù)的中低端微控制器都能夠支持這種方案。設(shè)置好網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)后該模塊會自動(dòng)組建網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)入C/S工作模式進(jìn)行通信。

3.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.3.1自檢初始化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通電之后，需要進(jìn)行自檢，包括系統(tǒng)參數(shù)配置、顯示器屏初始畫面加載、轎廂復(fù)位、主機(jī)分機(jī)組網(wǎng)等操作。

3.3.2呼叫按鈕響應(yīng)控制

該系統(tǒng)設(shè)置有7個(gè)按鍵，其中12345分別代表5個(gè)樓層的呼叫請求按鍵，還設(shè)有復(fù)位和急停按鍵。每個(gè)按鍵下方設(shè)有指示燈，通過程序控制，按下對應(yīng)樓層按鍵后，電梯轎廂運(yùn)行的時(shí)，該按鈕下方的指示燈點(diǎn)亮，轎廂達(dá)對應(yīng)樓層停止運(yùn)行后，按鈕下方指示燈熄滅。系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)運(yùn)行指示燈，轎廂運(yùn)行的時(shí)，該燈閃爍，轎廂停止運(yùn)行的時(shí)候，該燈停止閃爍轉(zhuǎn)為熄滅。復(fù)位按鈕是防止當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖已經(jīng)程序跑飛的等異常情況，按下此鍵系統(tǒng)復(fù)位轎廂回到1層。急停按鈕用于突發(fā)狀況的時(shí)候，按下此鍵系統(tǒng)停止電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)入斷電保護(hù)狀態(tài)，以免意外發(fā)生。

3.3.3樓層呼叫邏輯控制

該控制系統(tǒng)中只能運(yùn)行一條指令，即在轎廂運(yùn)動(dòng)過程中系統(tǒng)不響應(yīng)任何樓層按鍵，直到轎廂運(yùn)動(dòng)停止之后。

轎廂在每一次運(yùn)行結(jié)束后都會更新內(nèi)部的樓層存儲變量，當(dāng)下一次按鍵請求的時(shí)候，比較請求樓層和當(dāng)前記憶樓層的數(shù)值，計(jì)算出轎廂運(yùn)動(dòng)方向，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)運(yùn)動(dòng)并到達(dá)對應(yīng)樓層后停止。

if （flg_run_shangxia==l）//向上

{

if （Rem_run_buf

{

Rem_run_buf_Jieshou_temp；//記憶之前位置的變量

num_del=Jieshou_temp-l；

if （Jieshou_lc>=Ya oqu_lc）

{

STOP

pai[O]=pai[O]&Oxe0;；//熄滅指示燈

switch（Yaoqu_lc）//門鎖處理，打開到達(dá)樓層門鎖

{

case Ox05：pai[l]=pai[l]&Ox7f;；break；

case Ox04：pai[l]=pai[l]&Oxbf;；break；

case Ox03：pai[l]=pai[l]&Oxdf;；break；

case Ox02：pai[l]=pai[l]&Oxef;；break；

case Ox01：pai[l]=pai[l]&Oxf7;；break；

default：break；

）

Yaoqu_lc=Dangqian_lc=Jieshou_lc；

Sendbyte（'#'）；

Sendint（Jiestiou_lc）；

Sendstring（ "farv"）；

flg_run=0；

）

else

{

Sendstring（"#goup"）；

Sendint（Jieshou_Ic）；

）

）//如果不滿足，就視為無效信號，不作處理

）

eIse if（flg_run_shangxia==2）//下

{

if（Rem—run—buf>Jieshou_temp）//確保操作正確

{

Rem_run_buf=Jieshou_temp；//記憶之前位置的變量

num—del=Jiesh.ujemp一1；

if（Jiesh.u_lc<=Ya.qu_lc

{

STOP

pai[0]=pai[0]&0xe0；//熄滅指示燈

switch（Yaoqu_lc//門鎖處理，打開到達(dá)樓層門鎖

{

case ox05：pai[1]=pai[1]&0x7f；break；

case ox04：pai[1]=pai[1]&Oxbf;；break；

case Ox03：pai[1]=pai[1]&0xdf；break；

case ox02：pai[1]=pai[1]&0xef；break；

case ox01：pai[1]=pai[1]&Oxf7;；breakj

default：break：

）

Yaoqu_Ic=Dangqian_Ic=Jieshou_Ic；

Sendbyte（'#'）；

Sendint（Jieshou_lc）；

Sendstring（"farv"）；

flg_run=0；

）

elSe

（

Sendst ring（"#godn"）；

Sendint（Jieshou_c）；

）

）

）//如果不滿足，就視為無效信號，不作處理

樓層控制程序

3.3.4安全保護(hù)控制

對于本餐飲電梯控制系統(tǒng)，安全保護(hù)功能主要包括斷火限位器機(jī)械保護(hù)、上下運(yùn)行限位保護(hù)、按鍵請求保護(hù)、程序算法保護(hù)、急停按鍵保護(hù)等方面。其中斷火限位器是限制牽引電機(jī)滾筒鋼絲繩升降極限位置，限位開關(guān)是監(jiān)測轎廂實(shí)際位置的極限狀況，當(dāng)觸碰限位開關(guān)時(shí)立即切斷動(dòng)力電源；按鍵請求保護(hù)是指在轎廂運(yùn)動(dòng)過程中不響應(yīng)任何樓層按鍵請求：程序算法保護(hù)主要通過監(jiān)控轎廂位置是否超過目的地位置而進(jìn)行急停保護(hù)動(dòng)作；急停按鍵保護(hù)用于緊急情況下的操作，其作用是切斷控制電路，讓轎廂停止運(yùn)行。

3.3.5顯示信息控制

每層樓的信息顯示屏的作用是顯示初始化自檢信息、轎廂的上下運(yùn)動(dòng)方向信息、當(dāng)前的實(shí)時(shí)樓層信息、各個(gè)樓層門鎖未關(guān)閉的報(bào)警信息以及待機(jī)廣告信息。

3.3.6牽引電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制程序

牽引電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制主要分為上升和下降兩個(gè)動(dòng)作，由于轎廂運(yùn)動(dòng)速度較慢，所以對于轎廂的啟動(dòng)停止沒有變速控制要求，上升下降都是同一個(gè)速度。其上下運(yùn)動(dòng)主要是通過控制兩路交流接觸器分別吸合來控制交流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而控制轎廂上升下降運(yùn)動(dòng)。

3.3.7門鎖控制程序

在轎廂啟動(dòng)時(shí)，檢測所有門鎖是否關(guān)嚴(yán)，只有關(guān)嚴(yán)之后才啟動(dòng)運(yùn)行，在轎廂運(yùn)動(dòng)過程中保持門鎖得電，門鎖緊閉。當(dāng)轎廂到達(dá)目的樓層停止運(yùn)動(dòng)之后，對應(yīng)樓層的門鎖才失電開鎖。

3.3.8總體協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中，所有處理任務(wù)需要實(shí)時(shí)掃描處理。比如通信收發(fā)程序、傳感器檢測程序、門鎖控制程序、顯示掃描程序等，都對實(shí)時(shí)性要求較高，需要主程序合理的調(diào)度，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 測試驗(yàn)證

設(shè)計(jì)方案確定后，按照設(shè)計(jì)要求試制了樣機(jī)，并對樣機(jī)進(jìn)行了全部功能性測試和可靠性測試。功能方面，通過長時(shí)間的操作試用，不斷查找問題，比如程序邏輯上的錯(cuò)誤，以及對安全保護(hù)方面的嚴(yán)謹(jǐn)性等方面進(jìn)行驗(yàn)證和修訂，最終滿足使用要求^{[10]。硬件系統(tǒng)中的所有部件經(jīng)過長時(shí)間的較高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察其熱穩(wěn)定性和可靠性，經(jīng)過多次的方案改進(jìn)，系統(tǒng)的可靠性達(dá)到了使用要求，其安全性可靠性得到了保證。}

5 結(jié)語

通過對集控式餐飲電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測試等環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，成功試制了一臺樣機(jī)，并通過長時(shí)間的試運(yùn)行和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的所有功能，并且功能和可靠性都得到了較好的保障，達(dá)到了預(yù)期的效果。安裝到餐飲實(shí)體進(jìn)行長時(shí)間運(yùn)行，用戶反饋狀況良好，得到了市場的初步認(rèn)可。同時(shí)也存在一些不足，控制電路部分的發(fā)熱較明顯，交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)作產(chǎn)生的微弱電磁干擾偶爾會造成顯示畫面閃爍現(xiàn)象。

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