高層住宅樓單臺電梯信號控制系統設計畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 、緩沖器、安全觸板、層門門鎖、電梯安全窗、電梯超載限制裝置、限位開關裝置組成。 電梯的基本結構如圖 所示。 重慶大學本科學生畢業設計 （論文） 1 緒論 3 圖 電梯基本結構剖視圖 國內外研究現狀 電梯是機電一體的復雜系統，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學問題。而對現代電梯尤為重要的是，應具有高度的安全性。事實上，在電梯上已采取了多項安全保護措施。在設計電梯時，對機械零件部件和電氣元器件都取用了很大的安全系數和保險系數。然而，只有電梯的制造、安裝調試、 售后服務和維修保養都達到高質量，才能全面保證電梯的最終高質量。在國外，已“法規 ” 實行電梯制造、安裝、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調查和科學計算，其結論是：乘電梯比走樓梯安全 5 倍。據資料統計，在美國乘其他交通工具的人數每年約為 80億人次，而乘電梯的人數每年卻有 540 億人次之多。 目前， 電梯控制領域重點朝著兩個方向發展，一 是交流調壓調速技術 ，二是電氣控制技術。 （ 1） 交流調壓調速 技術 隨著電力電子技術的發展，晶閘管變流裝置越來越多的用于電梯系統，使電梯的拖動系統簡化，性能提高。同時交流調壓調速系統的研制與開發，使交流電重慶大學本科學生畢業設計 （論文） 1 緒論 4 梯的調速性能有了明顯的改善。進入 20世紀 80 年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率調整電梯運行速度的調壓調頻技術研制成功，出現了交流變壓變頻（ VVVF）調速電梯，開拓了電梯拖動的新領域。 1993 年，日本生產了 世界最高速交流變壓變頻調速電梯，結束了直流電梯獨占高速電梯領域的歷史。 （ 2） 電氣控制技術 微機控制電梯是電梯技術的方向，一些生產企業與科研單位相結合， 相繼推出了微機控制的電梯新機型，使控制功能得到增強，電梯的性能得到改善，明顯提高了可靠性。除了合資企業外，也有其他廠家開發了變頻調速電梯新產品。另外，用可編程控制器（ PC）取代繼電器控制系統的機型也已投產，使電梯性能得到改善，故障率明顯降低。在技術上，應該說這是一大進步，用 PC 對單梯進行控制還是有前途的。有些生產企業開發了緊急供電裝置、防火廳門、地震控制、自檢測以及語言合成等電梯新功能；對機械系統采用了新結構、新材料、新技術和新工藝。總之，與國外先進技術水平相比，雖然還存在一定差距，但國內電梯技術正以迅猛的發展速度趕超世界先進水平。 電梯發展到今天，在使用需求和新技術應用方面都進入到了全面發展時期。據電梯行業信息介紹，目前國際上電梯的新技術應用包括以下幾個方面： （ 1）全數字識別乘客技術（所有乘客進入電梯前進行識別，其中包括眼球識別、指紋識別）。 （ 2）數字智能型安全控制技術（通 過乘客識別系統或者 IC卡以及數碼監控設備，拒絕外來人員進入）。 （ 3）第四代無機房電梯技術（速度可以達到 ，最高可以使用在30 層以上）。 （ 4）雙向安全保護技術（雙向安全鉗、雙向限速器在歐洲必須使用，中國正在被普遍使用）。 （ 5）節能技術（采用節能技術，使電梯更節約能源）。 （ 6）數字監控技術（完全采用計算機進行電梯監控與控制）。 （ 7）快速安裝技術（改變過去的電梯安裝方法，能夠快速組裝）。 （ 8）無線遠程控制及報警裝置（當電梯產生故障時，電梯可以通過無線裝置給手機發送故障信息，并通過手機發送 信號對電梯進行簡單控制）。 可見，隨著智能化、信息化建筑的興起與完善，對電梯的要求不只停留在完成垂直運輸的基本功能，還應以人為本，提高舒適度，特別是從電梯運行的控制智能化角度考慮，電梯的優質服務不再是的單一的 “ 時間最短 ” 問題，而是要采用模糊理論、神經網絡、專家系統等方法，以期實現單梯與群控管理的最佳模式。合理的配置與使用。遠程監控與故障診斷、節能以及減少環境污染等。 重慶大學本科學生畢業設計 （論文） 1 緒論 5 課題研究的內容 電梯是垂直方向的運輸設備，是高層建筑中不可缺少的交通運輸設備。它靠電力，拖動一個可以載人或物的轎廂，在建筑的井道內導軌上做垂直升降運動，在人們生活中起著舉足輕重的作用。安全是電梯制造、安裝和使用的首要條件。隨著計算機技術的發展，微型計算機在工業實時控制系統中得到越來越廣泛的應用。采用微型計算機實現電梯控制，取代傳統的繼電器邏輯控制，使控制系統體積減小，成本降低，耗電省，可靠性提高。且有通用性強，靈活性大，易于實現復雜控制等優點。因此，微型計算機控制電梯越來越成為一種趨勢。 本設計的主要研究對象是基于單片機的 電梯信號控制系統，要求設計總體方案，電梯位置控制方案和電梯呼叫請求響應方案。所要實現的基本功能有：召喚信號登記、選層定向、轎廂位置判斷、順向截梯、反向截梯、消號及反向保號等。本設計是以 8 層住宅樓的電梯為研究對象，選用 52 單片機作為其控制器，其主要有 5個組成模塊：電源控制模塊、管理模塊、顯示模塊、位置檢查控制和重量檢測模塊。根據任務書的要求、開題報告的綜述，本課題的研究內容包括以下五個方面： （ 1）總體方案設計 （ 2）電梯位置控制方案設計與呼叫請求響應方案設計； （ 3）電梯荷載稱重和報警方案設計； （ 4）系統 硬件設計； （ 5）系統軟件。重慶大學本科學生畢業設計 （論文） 2 總體方案設計 6 2 總體方案設計 電梯控制器 方案選擇 電梯是勢能負載，在使用過程中起動、制動頻繁 ,負載變化較大，行駛方向也不停地變化。為了確保電梯運行安全、可靠、提高乘客舒適感，要求電梯控制系統不管在哪種負載下都有良好的調速性能。電梯控制系統為電梯提供了動力，且控制著電梯的起動加速、穩速運行和制動減速。目前的電梯信號控制系統主要有三種方式 ：繼電器控制、 PLC 控制、單片機控制 。 電梯控制系統最開始采用的是繼電器控制， 它有幾個特點：（ 1）從控制方式上 看 繼電器的控制是采用硬件接線實現的，是利用繼電器機械觸點的串聯或并 聯極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控 制。（ 2）從控制速度上看， 繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現象。 （ 3）從延時控制上看， 繼電器控制系統是靠時間繼電器的滯后動作實現延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環境影響大，調整時間困難。 基于這些特點，繼電器控制系統的缺點就十分明顯：（ 1）繼電器在長期磨損和疲勞工作條件下工作，極易損壞。（ 2）繼電器的安裝和調試以及改動都是需要投入大量的時間和人力物力（ 3）繼電器的觸點容易產生電弧，甚至會熔在一起產生誤操作， 經常造成停梯 ， 大大降低了電梯的安全性和可靠性， 給乘梯人員帶來困擾。更為嚴重的是， 電梯一 旦發生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能造成人員傷亡 。 基于這些缺點和現代電梯技術的要求，繼電器控制系統已經被人們所遺棄。 隨著計算機技術的發展，微型計算機在工業控制系統中得到了廣泛的應用，在電梯控制上采用微型計算機，取代傳統的繼電器控制方式越來越受到人們的重視。使用微型計算機控制，使得電梯控制系 統 體積減小、節省能源、可靠性提高，可編程使靈活性增大， 更在實現復雜功能的控制上顯出優越性 。 常用的微機控制主要 有兩種技術：基于 PLC 控制和基于單片機控制 。可編程控制器 (Programmable Logical Controller)簡稱為 PC 或 PLC，是微機技術與繼電器常規控制技術相結合的產物，是基于順序控制器和微機控制器而發展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數字控制的專用計算機。其優點是有良好的抗干擾性能，適應很多工業控制現場的惡劣環境，所以現在的電梯控制系統主要還是由可編程控制器控制。其缺點是由于 PLC 的針對性較強，每一臺 PLC重慶大學本科學生畢業設計 （論文） 2 總體方案設計 7 都是根據一個設備而設計的，所以價格較昂貴。相比而言，基于單片機控制具有PLC 沒有的優勢：單片機價格相當便宜，也不像 PLC 那么有針對性，可以隨著設備的更新而不斷修改完善，更完美的實現設備的升級。事實證明，基于單片機 控制的電梯可以大大降低成本而且運行也較可靠，采用單片機來實現老式電梯控制系統的改造無疑是最佳方案。由于單片機具有體積小、線路簡單、無噪音、可靠性高、維護方便等優點 ,是一種低投入、高回報的方案。同時單片機能方便實現多臺電梯的群控 ,并通過通訊接口與樓宇自動化系統聯接，實施對電梯的監控。 綜上，本課題設計所用的電梯控制系統選用單片機控制系統。 單片機控制方案選擇 方案一：一片單片機為主控制器的方案。 MCU 采用一片 單片機控制所有的按鍵、數碼管顯示、電動機的轉動、傳感器的輸出信號等，并對以上所有信號進行處理 。這種 方案的控制系統相對復雜，只適用于較簡單的電梯控制系統，因為這次 設計的內容是 8層電梯控制系統，所以選用這種方案。單片機技術目前較為成熟，自身資源豐富，硬件設計簡單，成本低，可靠性高，結合軟件完全可以實現電梯運行狀況的簡單模擬。 方案二：多片單片機控制方案。 這種方案是使用多片單片機，其中一片是作為主控制器，另外設置了轎廂控制系統，每層的控制系統分別由一個單片機控制，然后通過主控制器和副控制器之間的通訊，實現電梯系統的控制。這種方案的控制系統的結構簡單明了，各個系統之間相互獨立便于維護和修檢。所以根據功能 要求需要選用 5 片 AT89C2052單片機就可以實現該電梯的功能。不過單片機之間的通訊較多，在目前通訊是個難點，可能導致電梯運行過程不夠穩定。 權衡上述兩種方案，本次設計采用方案一，由一片單片機控制所有的功能。 按鍵模塊 電梯按鍵是人與電梯交互的入口，通過電梯系統，乘客給電梯系統傳達自己的意愿。按鍵就相當于電梯控制系統的耳朵，“聽到”乘客所要去的樓層數，“大腦” AT89S52 對其進行處理，再給出反應將乘客送到目標樓層。 按鍵可以直接和 I/O 口的引腳相接，當按鍵按下時，輸入端口電位改變，從而完成按鍵信號傳輸。鍵盤有兩種排列方式：一種是一個按鍵對應一個引腳；另一種是將按鍵排列成 矩陣 形式。在 矩陣 式 鍵盤 中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構重慶大學本科學生畢業設計 （論文） 2 總體方案設計 8 成 4*4=16 個按鍵，比直接將端口線用于 鍵盤 多出了一倍，而且線數越多，區別越明顯。比如再多加一條線就可以構成 20鍵的 鍵盤 ，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9鍵）。由于本設計按鍵所需要的比較多，單片機的 I/O口將不夠用，為了減少 I/O 口的占用，采用 矩陣 法來做鍵盤。 位置檢測模塊 在電梯信號控制中，電梯轎廂位置的檢測是其中的一個重要環節。電梯運行到的樓層數需要進行實時采集，這會影響截梯順序、樓層顯示等環節。平層感應器是電梯的位置檢測模塊通常用的感應器，轎廂的位置檢測分為接觸式和非接觸式。現有兩種位置檢測模塊方案如下： 方案一：采用紅外發射對管檢測電梯層數 這是非接觸式檢測，在豎井各個樓層設置紅外發射對管。當接通電源時，紅外線發射管不斷發射紅外線，當轎廂運動到特定位置（即樓層位置），紅外線接收頭接收到紅外線輸出發生變化，單片機通過紅外線接收頭輸出的變化知道電梯轎廂的位置。此傳感器的響應 時間為 ，且體積小、功耗 低、容易安裝。而且反射式非接觸式傳感器由于具有發散角小、精度高、反應速度快、有效距離較遠、抗干擾能力強、可靠性較高等優點，能夠更加準確定位樓層。 方案二：采用金屬接近開關檢測電梯到達樓層數 這是接觸式檢測，在轎廂安裝金屬片，并在豎井各個樓層設置金屬接近開關，當轎廂運動到特定位置，豎井上的金屬接近開關觸碰到金屬片，其輸出發生變化。單片機通過金屬接近開關輸出的變化知道電梯轎廂的位置。該方案安裝的金屬片會加重轎廂重量，并且金屬接近開關體積較大、安裝不便、成本較高。 對比以上兩種方案 ，本設計采用第一種方案，采用紅外發射對管檢測電梯層數。 位置顯示模塊 電梯的位置顯示是將電梯所在的樓層數通過視覺直觀的反饋給轎廂內和門廳的乘客，使他們實時知道電梯位置，以便作好乘梯和離梯準備。此顯示模塊不僅要顯示電梯的位置，還要顯示電梯運行的方向。基于這些要求，現有兩種方案供選擇： 方案一：采用點陣式液晶顯示器（ LCD 即 Liquid Crystal Displa）顯示各種相關數據以及信息。點陣式液晶顯示器屬于低功耗器件，但其價格較貴。 方案二：采用傳統的 7 段數碼管（ LED）顯示電梯實時所到的樓層。雖功耗大，