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基于单片机的电梯控制系统探讨
发表于:2019-01-19 14:09 分享至:

       电梯在运行过程中,制动和起动负载变化频繁,容易发生停运事故。为了进一步提高电梯设备的可靠性和安全性,基于单片机优化电梯控制系统,使电梯控制系统在频繁的负载变化下也具有稳定的调速性能。本文简要介绍了基于单片机和基于PLC的电梯控制系统之间的区别,分析了基于单片机电梯控制系统的软件设计和硬件设计。

  电梯作为一种机电一体化设备,内部系统结构非常复杂。

  电梯控制系统是电梯设备的重要组成部分,其主要为整个电梯设备提供动力,对于电梯的制动减速、稳速运行、启动加速都有着重要的控制作用。为了进一步提高基于单片机的电梯控制系统的安全性和稳定性,应积极优化和完善系统设计。

  1基于单片机和基于PLC的电梯控制系统之间的区别和基于PLC的电梯控制系统相比,基于单片机的电梯控制系统成本较低,使用单片机作为电梯控制系统的主控芯片,将变频调速驱动改变为PWM驱动直流电机,极大地降低了整个电梯控制系统的造价成本。另外,基于单片机的电梯控制系统的数据显示和重量检测精度较高,基于单片机电梯控制系统通过采用高精度的测量电路和重量传感器,配合运行稳定的数字处理软件,实现高精度的数据显示和重量检测,并且便于电梯控制系统优化信号处理和相关检测电路。

  2基于单片机电梯控制系统的软件设计软件部分是基于单片机电梯控制系统的核心部分,电梯控制系统的软件部分需要信号显示和采集、实时时钟显示和处理、准确定时、电机逻辑运行、时钟信号和系统模块初始化等。基于单片机,在电梯控制系统结构软件程序上设置一个A/D采集中断、50ms定时中断和20ms定时中断。基于单片机电梯控制系统软件设计采用50ms定时器和20ms定时器,定时更新和查询系统开关量和键盘设置,开关量是指电梯设备的位置检测传感器,键盘包括电梯厢内的系统键盘和呼梯信号等。基于单片机电梯控制系统软件设计中加入了抗干扰和键盘去抖处理,系统采集的开关量和键盘信息实时存入单片机,一个开关量或键盘对应一个二进制位,便于单片机系统程序直接读取相关信息。单片机根据逻辑错误或者超载等故障以及电梯的运行方向和停留位置等,按照先方向、后距离的设计原则,准确进行控制系统的逻辑分析,确定电梯电机的运行方向和运行状态。电梯电机运行速度由PWM占空比来决定,电梯设备平层时,通过方向制动和自动降低速度,尽量减少电梯平层偏差。通过50ms定时中断实现电梯控制系统实时时钟的显示和处理,并且完成电梯停留时间定时。由A/D模块转换输出的数字量,校正增益误差和零值误差,完成数字滤波,实现电梯控制系统的循环往复运行。

  3基于单片机的电梯控制系统硬件设计基于单片机的电梯控制系统硬件主要包括重量检测、电源控制、运行管理、位置显示、电机控制、串口通信六个模块。

  重量检测是电梯控制系统的一个重要组成模块,主要是对电梯重量进行高精度检测。基于单片机的电梯控制系统重量检测模块可使用重量传感器,这种重量传感器精度高、价格便宜,在01kg压力下可输出020mV电压信号。在重量传感器输出端连接测量放大器或者仪表放大器,将0~20mV电压信号进行放大,然后再经过A/D转换模块转化为数字信号,最后输送给单片机进行过载判断和信号显示。

  基于单片机的电梯控制系统可选择多种类的电源,虽然系统内部某些模块的输出电压大小相同,但是需要采取隔离措施,提高电梯控制系统的抗干扰能力。结合电机控制系统的实际需求,可使用以下类型的电源:15V电源为放大电路供电,土5V为单片机逻辑电路供电,+3.3V向单片机供电,这些电源都必须共地,同时隔离+15V和+5V电压,分别给开关传感器和开关信号供电,隔离的-5V和+24V电压为电梯设备电机供电'基于单片机的电梯控制系统运行管理模块确定着电梯设备的运行方向和运行方式,通过确认电梯控制系统的操作信号和呼梯信号,实现电梯控制系统和远程计算机系统之间的数据交互。

  电梯轿厢位置显示是基于单片机电梯控制系统设计的关键内容,电梯轿厢位置检测可以通过非接触式和接触式两种方法。

  为了提高电梯控制系统定位楼层的准确性,可安装非接触式的光电反射传感器,这种传感器具有较高的可靠性、抗干扰能力强、感应距离远、反应速度快、精度高、发散角小等优点,该光电反射传感器供电电压6~36V,基于单片机电梯控制系统设计采用15V供电电压。在电梯极限位置和每个楼层安装这种传感器,由电梯控制系统电路将传感器信号处理为高或者低电平,经过电平转换和光耦隔离后输入单片机。

  基于单片机电梯控制系统的电机控制模块主要负责:第一,控制电机速度,单片机根据电梯控制系统的设定速度值,输出不同PWM占空比,经过硬件平滑滤波后实现电机运行速度控制。

  第二,控制电机运行方向,单片机根据电梯控制系统的输入信号,对系统进行逻辑分析,从而决定电机的下降、上升或者停止,使单片机其中一个引脚控制电梯设备继电器的吸合状态,通过继电器的断开和吸合切换电梯控制系统电机供电电压的正负极性,实现电机的下降或者上升。第三,处理电梯平层时电梯轿厢的惯性,当电梯到达各个楼层时,如果电梯控制系统直接切断电机供电状态,电梯轿厢具有一定惯性,会导致平层不准确。

  因此可在电梯控制系统设计中采用反向电压制动,提高电梯平层的精确度。

  基于单片机的电梯控制系统通过RS232串口实现上位计算机和单片机之间的连接,单片机向计算机发送呼梯信号,上位计算机受到呼梯信号后,将电梯控制系统的运行信息发送给单片机。RS232串口使用三根线,2端连接接收端,3端连接发送端,5端接地,经过RE232电平和TTL电平转换,通过交叉串口将DB9接口连接到单片机上,实现电梯控制系统的串行通信。

  结合电梯设备的实际操作要求,利用单片机的硬件和软件资源,优化抗干扰设计,提高基于单片机电梯控制系统的可靠性和稳定性,通过设计不同系统模块,使基于单片机的电梯控制系统实现运行要求。

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