基于AT89S52單片機的電梯控制器設(shè)計

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

隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得電梯的總線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，相互進行通信，協(xié)同工作，系統(tǒng)可以實現(xiàn)電纜的插接化，并大大減少井道中電纜數(shù)量，減少布線工作量和維護成本。而且，可以使得系統(tǒng)中各個控制器有更充裕的時間用于進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)可分為三個主要功能模塊：電梯操作系統(tǒng)控制模塊，由單片機及外圍接口電路組成，是電梯邏輯運行的控制核心；拖動系統(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、接觸器開關(guān)量控制模塊，由電梯的狀態(tài)、保護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，它采集電梯運行狀態(tài)信號，決定電梯運行方式，比如檢修、消防、慢車等，采集各樓層的呼梯信號及轎廂內(nèi)的內(nèi)選信號，結(jié)合電梯處的位置決定電梯的運行方向。它向 DMU 發(fā)出控制命令，如啟動、制動等。它從 RCC 中的運行接觸器讀取電梯的狀態(tài)信號和保護信號，同時控制 RCC中的接觸器正常工作。

拖動系統(tǒng)控制模塊主要完成電梯的拖動系統(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行曲線運行，從而保證電梯的運行舒適感、平層精度等。電梯接到啟動命令后，按產(chǎn)生的理想運行曲線運行，同時變頻器完成調(diào)節(jié)的作用，使得系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)特性，以達到乘客滿意的舒適感和平層精度。

開關(guān)量控制模塊是電梯操作系統(tǒng)控制模塊的功率輸出級，包括接觸器和少量的狀態(tài)繼電器。接觸器正常工作時都是在零電流狀態(tài)下開斷，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)計成獨立的模塊，它們可以根據(jù)用戶要求組成多種不同類型的電梯控制系統(tǒng)。

2 硬件設(shè)計

在電梯的頂端設(shè)備間內(nèi)設(shè)置的拽動電動機帶動電梯轎廂的上下運行，由主控制器通過RS485接收各門廳控制器的呼梯信號，控制轎廂的運行方向及到達的樓層。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)整個電梯的運行控制。一般主控制器和位于樓房的頂部電梯機房內(nèi)的電梯動力裝置曳引機構(gòu)成了整個電梯控制系統(tǒng)的核心。 轎廂控制器，轎廂是電梯系統(tǒng)中運載乘客的裝置。它通過轎廂中的鍵盤、顯示屏，使乘客與電梯建立起了相互聯(lián)系。曳引機通過鋼絲牽引矯廂的上下運行，用于運送乘客。在轎頂還有一個門機控制器，用于電梯的開關(guān)門動作。門廳控制器，它是每一層樓的呼叫裝置，給出每一樓層的呼叫請求信息，并且顯示電梯當(dāng)前運行狀態(tài)。

圖2 電梯運行結(jié)構(gòu)

此外，電梯控制系統(tǒng)還包括上、下限位開關(guān)，上、下限速開關(guān)，限速器，安全閘，對重，隨行電纜，平層檢測板，道軌和緩沖器等一系列電梯運行機械裝置和安全保護設(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)場總線之一的RS-485 總線進行通信。各控制器之間只需一對雙絞線通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接即可，安裝極為方便。RS-485 總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網(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)計出以AT89S52 單片機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)整個電梯的運行控制。一般主控制器是位于樓房的頂部電梯機房內(nèi)，與電梯動力裝置曳引機構(gòu)成了整個電梯控制系統(tǒng)的核心。采用變頻器對轎廂拽動電機實施控制，由編碼器反饋轎廂運行速度，系統(tǒng)設(shè)置了轎廂位置上、下限位開關(guān)，速度上下限開關(guān)以提供安全保障，設(shè)置帶光隔的繼電器輸出接口實現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的控制。配置LCD，并給出系統(tǒng)運行狀態(tài)的指示，對相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行存儲，通過 RS-485 總線與上位機進行數(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整個系統(tǒng)輸入的采集信號加以分析處理，然后輸出控制信號。其中還包括液晶顯示器 LCD，能夠顯示出電梯的運行狀態(tài)，包括電梯向上行駛、電梯向下行駛、電梯滿載運行和轎廂當(dāng)前所在樓層等信息。

3 軟件設(shè)計

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

首先，單片機以及整個系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，使單片機三個端口設(shè)置為基本輸入輸出功能，PSEN 管腳接到高電平，單片機無外接程序存儲器。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時，控制器就可以調(diào)用產(chǎn)生 PWM 程序，發(fā)送起動電動機的驅(qū)動信號脈沖了。在起動電動機之前要讀關(guān)門到位信號，當(dāng)關(guān)門到位后開始發(fā)送驅(qū)動脈沖，但是此時電動機并沒有轉(zhuǎn)動，也就是電梯轎箱并沒有產(chǎn)生位移，這時控制器要發(fā)送一個開抱閘信號，打開機械抱閘裝置，這樣就可以慢速起動電動機了?？梢酝ㄟ^延時后改變 PWM參數(shù)完成電動機的調(diào)速，直到額定速度，同時控制器再次讀取端口開關(guān)的狀態(tài)檢查是否到達平層換速點，循環(huán)檢測，到達后使電動機減速，讀平層狀態(tài)，有效后發(fā)送一個抱閘信號，機械抱閘停車完成一次運行，值得說明的是在檢測平層時還要檢查該層是否有?？咳蝿?wù)。若沒有?？咳蝿?wù)時，平層換速點和平層信號有效控制器也不給與處理，繼續(xù)向上或向下運行。主程序流程圖如圖4所示。

為了達到普通電梯的基本功能，子程序應(yīng)該要包括產(chǎn)生 PWM 信號子程序、延時子程序、消防子程序、直達運行子程序、滿載運行子程序、司機運行子程序、檢修運行子程序等。在這里介紹一個產(chǎn)生正弦波 PWM 信號子程序，如圖5所示。

圖4 主程序框圖

圖5 產(chǎn)生 PWM 信號的流程圖

4 結(jié)束語

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)電梯運行提出系統(tǒng)控制要求，據(jù)此設(shè)計了以單片機為核心的主控器、轎廂控制器、門廳控制器，通過 RS-485 總線與各功能控制器進行數(shù)據(jù)通信，組成總線式集散控制系統(tǒng)。雖然單片機控制不能適應(yīng)較為復(fù)雜的控制算法和故障診斷等要求，但是實踐證明，使用單片機的電梯控制系統(tǒng)有成本低、通用性強、靈活性大等明顯的優(yōu)點。

[1] 張華熊, 汪亞明. 基于單片機的貨運電梯控制器設(shè)計[J].測試技術(shù)學(xué)報, 2008, 3.

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

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