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基于單片機的電梯控制系統探討
發表于:2019-01-19 14:09 分享至:

       電梯在運行過程中,制動和起動負載變化頻繁,容易發生停運事故。為了進一步提高電梯設備的可靠性和安全性,基于單片機優化電梯控制系統,使電梯控制系統在頻繁的負載變化下也具有穩定的調速性能。本文簡要介紹了基于單片機和基于PLC的電梯控制系統之間的區別,分析了基于單片機電梯控制系統的軟件設計和硬件設計。

  電梯作為一種機電一體化設備,內部系統結構非常復雜。

  電梯控制系統是電梯設備的重要組成部分,其主要為整個電梯設備提供動力,對于電梯的制動減速、穩速運行、啟動加速都有著重要的控制作用。為了進一步提高基于單片機的電梯控制系統的安全性和穩定性,應積極優化和完善系統設計。

  1基于單片機和基于PLC的電梯控制系統之間的區別和基于PLC的電梯控制系統相比,基于單片機的電梯控制系統成本較低,使用單片機作為電梯控制系統的主控芯片,將變頻調速驅動改變為PWM驅動直流電機,極大地降低了整個電梯控制系統的造價成本。另外,基于單片機的電梯控制系統的數據顯示和重量檢測精度較高,基于單片機電梯控制系統通過采用高精度的測量電路和重量傳感器,配合運行穩定的數字處理軟件,實現高精度的數據顯示和重量檢測,并且便于電梯控制系統優化信號處理和相關檢測電路。

  2基于單片機電梯控制系統的軟件設計軟件部分是基于單片機電梯控制系統的核心部分,電梯控制系統的軟件部分需要信號顯示和采集、實時時鐘顯示和處理、準確定時、電機邏輯運行、時鐘信號和系統模塊初始化等。基于單片機,在電梯控制系統結構軟件程序上設置一個A/D采集中斷、50ms定時中斷和20ms定時中斷。基于單片機電梯控制系統軟件設計采用50ms定時器和20ms定時器,定時更新和查詢系統開關量和鍵盤設置,開關量是指電梯設備的位置檢測傳感器,鍵盤包括電梯廂內的系統鍵盤和呼梯信號等。基于單片機電梯控制系統軟件設計中加入了抗干擾和鍵盤去抖處理,系統采集的開關量和鍵盤信息實時存入單片機,一個開關量或鍵盤對應一個二進制位,便于單片機系統程序直接讀取相關信息。單片機根據邏輯錯誤或者超載等故障以及電梯的運行方向和停留位置等,按照先方向、后距離的設計原則,準確進行控制系統的邏輯分析,確定電梯電機的運行方向和運行狀態。電梯電機運行速度由PWM占空比來決定,電梯設備平層時,通過方向制動和自動降低速度,盡量減少電梯平層偏差。通過50ms定時中斷實現電梯控制系統實時時鐘的顯示和處理,并且完成電梯停留時間定時。由A/D模塊轉換輸出的數字量,校正增益誤差和零值誤差,完成數字濾波,實現電梯控制系統的循環往復運行。

  3基于單片機的電梯控制系統硬件設計基于單片機的電梯控制系統硬件主要包括重量檢測、電源控制、運行管理、位置顯示、電機控制、串口通信六個模塊。

  重量檢測是電梯控制系統的一個重要組成模塊,主要是對電梯重量進行高精度檢測。基于單片機的電梯控制系統重量檢測模塊可使用重量傳感器,這種重量傳感器精度高、價格便宜,在01kg壓力下可輸出020mV電壓信號。在重量傳感器輸出端連接測量放大器或者儀表放大器,將0~20mV電壓信號進行放大,然后再經過A/D轉換模塊轉化為數字信號,最后輸送給單片機進行過載判斷和信號顯示。

  基于單片機的電梯控制系統可選擇多種類的電源,雖然系統內部某些模塊的輸出電壓大小相同,但是需要采取隔離措施,提高電梯控制系統的抗干擾能力。結合電機控制系統的實際需求,可使用以下類型的電源:15V電源為放大電路供電,土5V為單片機邏輯電路供電,+3.3V向單片機供電,這些電源都必須共地,同時隔離+15V和+5V電壓,分別給開關傳感器和開關信號供電,隔離的-5V和+24V電壓為電梯設備電機供電'基于單片機的電梯控制系統運行管理模塊確定著電梯設備的運行方向和運行方式,通過確認電梯控制系統的操作信號和呼梯信號,實現電梯控制系統和遠程計算機系統之間的數據交互。

  電梯轎廂位置顯示是基于單片機電梯控制系統設計的關鍵內容,電梯轎廂位置檢測可以通過非接觸式和接觸式兩種方法。

  為了提高電梯控制系統定位樓層的準確性,可安裝非接觸式的光電反射傳感器,這種傳感器具有較高的可靠性、抗干擾能力強、感應距離遠、反應速度快、精度高、發散角小等優點,該光電反射傳感器供電電壓6~36V,基于單片機電梯控制系統設計采用15V供電電壓。在電梯極限位置和每個樓層安裝這種傳感器,由電梯控制系統電路將傳感器信號處理為高或者低電平,經過電平轉換和光耦隔離后輸入單片機。

  基于單片機電梯控制系統的電機控制模塊主要負責:第一,控制電機速度,單片機根據電梯控制系統的設定速度值,輸出不同PWM占空比,經過硬件平滑濾波后實現電機運行速度控制。

  第二,控制電機運行方向,單片機根據電梯控制系統的輸入信號,對系統進行邏輯分析,從而決定電機的下降、上升或者停止,使單片機其中一個引腳控制電梯設備繼電器的吸合狀態,通過繼電器的斷開和吸合切換電梯控制系統電機供電電壓的正負極性,實現電機的下降或者上升。第三,處理電梯平層時電梯轎廂的慣性,當電梯到達各個樓層時,如果電梯控制系統直接切斷電機供電狀態,電梯轎廂具有一定慣性,會導致平層不準確。

  因此可在電梯控制系統設計中采用反向電壓制動,提高電梯平層的精確度。

  基于單片機的電梯控制系統通過RS232串口實現上位計算機和單片機之間的連接,單片機向計算機發送呼梯信號,上位計算機受到呼梯信號后,將電梯控制系統的運行信息發送給單片機。RS232串口使用三根線,2端連接接收端,3端連接發送端,5端接地,經過RE232電平和TTL電平轉換,通過交叉串口將DB9接口連接到單片機上,實現電梯控制系統的串行通信。

  結合電梯設備的實際操作要求,利用單片機的硬件和軟件資源,優化抗干擾設計,提高基于單片機電梯控制系統的可靠性和穩定性,通過設計不同系統模塊,使基于單片機的電梯控制系統實現運行要求。