【文章內(nèi)容簡介】 電子技術(shù)的發(fā)展，在用晶閘管取代直流發(fā)電機(jī) 電動機(jī)組的同時，研制出了交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，是交流電梯的調(diào)速性能得到了明顯改善。 1976 年將微處理器應(yīng)用于電梯。 1977 年日本三菱電機(jī)株式會社開發(fā)出了 lOm/s的超高速電梯。 至此，電梯的控制技術(shù)有了很大發(fā)展。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 進(jìn)入 80 年代，電梯控制技術(shù)又有了新的變化。由于固體功率器件的不斷發(fā)展和完善以及微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。 1984 年在日本己將其用于 2m/s 以上的高速電梯。 1985年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯 。交流變頻調(diào)速技術(shù)被認(rèn)為是電梯行業(yè)的當(dāng)代技術(shù)。 1985 年日本生產(chǎn)出世界上第一臺螺旋式自動扶梯，使其明顯減少了占地面積。 1993 年日本生產(chǎn)的 。 當(dāng)前，在電梯電力拖動方面，除了大容量電梯還采用直流拖動系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代自流調(diào)速方式，已成為高速電梯的主流。 應(yīng)用微機(jī)全面取代繼電器控制邏輯實現(xiàn)閉環(huán)控制，可進(jìn)一步提高電梯的性能和可靠性，并可降低現(xiàn)場調(diào)試要求，是電梯控制技術(shù)的方向。 電梯群控系統(tǒng)是現(xiàn)代電梯的技術(shù)的又一重要組成部分。它不但有完善的分區(qū) 服務(wù)、運(yùn)行監(jiān)控、客流交通統(tǒng)計分析等功能，還具備故障診斷功能。 在電梯品種方面，出現(xiàn)了雙層電梯、大噸位的集裝箱電梯等。 為適應(yīng)摩天大樓對電梯的特殊要求，目前正在研制無繩直線驅(qū)動電梯。 對于電梯的曳引機(jī)，目前除了中、低速范圍的電梯還采用蝸輪副減速裝置外，其他均己采用圓柱斜齒輪曳引系統(tǒng)，使效率提高了 15%25%。 此外，用電子位置傳感器取代機(jī)械選層器、用更先進(jìn)的裝置取代門安全觸板、增設(shè)轎廂內(nèi)通信設(shè)施以及轎廂非安全門區(qū)語音提醒和運(yùn)行狀態(tài)語音報告等裝置，也是電梯技術(shù)現(xiàn)代化的體現(xiàn)。 對現(xiàn)代化電梯性能的衡量，主要著重于 可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對經(jīng)濟(jì)性、能耗、噪聲等級和電磁干擾程度等方面也有相應(yīng)要求。隨著時代的發(fā)展，對人在與外界隔離封閉的電梯轎廂內(nèi)心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進(jìn)行豪華性裝修，比如：轎廂內(nèi)用鏡面不銹鋼裝潢、在觀光電梯井道設(shè)置宇宙空間或深海景象 。進(jìn)而主張電梯、扶梯應(yīng)與大自然相協(xié)調(diào)，在扶梯的周圍種植花草；在轎廂壁和頂棚裝飾某些圖案甚至是有變化的圖案，并且在彩色調(diào)配上要令人賞心悅目；在轎廂內(nèi)播放優(yōu)美的音樂，用以減少煩躁 。在轎廂內(nèi)播放電視節(jié)目，乘客可收看天氣預(yù)報、新聞等。時至今日，電 梯已進(jìn)入了全面發(fā)展的新時期。 國外電梯情況 當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，電梯的使用相當(dāng)普遍。 世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧梯斯公司、瑞士訊達(dá)公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的 51%。其中，奧梯斯公司和三菱基于 MSC51 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 4 公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。 目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中新的組成部分。 電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng) ，不僅涉及機(jī)械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實上，在電梯上己經(jīng)采用了多項安全保護(hù)措施。在設(shè)計電梯的時候，對機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。在國外己“法規(guī)”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊和維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運(yùn)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(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計算，其結(jié)論是 :乘電梯比走樓梯安全 5倍。據(jù)資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為 80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有 540億人次之多。 國內(nèi)電梯情況 解放前，全國只有 2021臺電梯，幾乎沒有電梯生產(chǎn)企業(yè)。解放后，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，電梯企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。我國的電梯企業(yè)由 60 年代開始起步，到了 70 年代己初具規(guī)模。 改革開放以來，我國電梯的需求量急劇上升。在我國通過引進(jìn)國際電梯標(biāo)準(zhǔn)以及發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)產(chǎn)品和技術(shù)，產(chǎn)生了一支以中 外合資企業(yè)為主體的外向型企業(yè)隊伍。如中國迅達(dá)公司、天津奧梯斯公司、上海三菱公司、蘇州迅達(dá)公司和廣州電梯工業(yè)公司等企業(yè)，就是通過合資和補(bǔ)償貿(mào)易方式，引進(jìn)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)管理和技術(shù)，不斷改善現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和管理體制，使企業(yè)素質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量都提高到了一個新水平，推出一代電梯新產(chǎn)品。 目前，交流調(diào)壓調(diào)速電梯技術(shù)己趨成熟，一些企業(yè)都有成功的產(chǎn)品。微機(jī)控制電梯是電梯技術(shù)的方向，一些生產(chǎn)企業(yè)與科研單位相結(jié)合，相繼推出了微機(jī)控制的電梯新機(jī)型，使控制功能得到增強(qiáng)，電梯的性能得到改善，明顯提高了可靠性。除了合資企業(yè)外，也有其他廠家開 發(fā)出了變頻調(diào)速電梯新產(chǎn)品。另外，用 FPGA/CPLD 取代原來的控制系統(tǒng)的機(jī)型對單梯進(jìn)行控制還是有前途的。有些生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)了緊急供電裝置、放火廳們、地震控制、自檢測以及語言合成等電梯新功能；對機(jī)械系統(tǒng)采用了新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)和新工藝?？傊c國外先進(jìn)技術(shù)水平相比，雖然還存在一定差距，但國內(nèi)電梯技術(shù)正以迅猛的發(fā)展速度趕超世界先進(jìn)水平。 中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達(dá) 1 萬臺左右，約占亞吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 洲市場的 1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻(xiàn)。 近年來，為保證電梯最終質(zhì)量，在建立全國性完 整的電梯管理法規(guī)、落實檢查機(jī)構(gòu)、壯大安裝調(diào)試隊伍、組建維修保養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)和提高相關(guān)人員技術(shù)素質(zhì)等方面，正在進(jìn)行著一系列實質(zhì)性的工作。我國電梯行業(yè)，正在走向法規(guī)化，加速步入世界先進(jìn)行列。 基于 MSC51 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 6 第 2 章 整體方案設(shè)計 整個方案由主控制電路，系統(tǒng)硬件，傳動部分組成。 電梯組成框圖 圖 21 電梯組成框圖 主控制電路板位于電梯內(nèi)部所有線纜均與控制電路相連，由控制電路控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，電機(jī)部分由 L293 控制，從而控制電梯的上下行和電梯轎廂的開關(guān)，各樓層及電梯 內(nèi)部乘客對電梯的呼叫等信息的處理。系統(tǒng)硬件由電梯主框架和電梯轎廂組成，主要負(fù)責(zé)支撐和裝載。傳動裝置由上下行電機(jī)、開關(guān)門電機(jī)、傳動線纜及各種規(guī)格齒輪組成主要負(fù)責(zé)電梯的動作響應(yīng)。 電梯主控制電路原理 電梯控制系統(tǒng)圖 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 圖 22 主控制原理圖 本電梯系統(tǒng)的整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 22 所示，它由四個控制部分組成。 （ 1）運(yùn)行管理控制部分：電梯的呼叫登陸層次表示以及電梯的運(yùn)行管理等。 （ 2）運(yùn)動控制部分：電梯的樓層監(jiān)視，產(chǎn)生到達(dá)目標(biāo)層的指令等。 （ 3）電動機(jī)控制部分：直流電動機(jī)的運(yùn)行速度控制，停 開控制，正反轉(zhuǎn)控制等。 （ 4）門的控制部分：電梯門的開閉控制。 以上各部分的控制均使用單片機(jī)控制，各部分之間通過導(dǎo)線的連接構(gòu)成了整個電梯的控制系統(tǒng)。 主控制電路原理圖 圖 23 主控制電路圖 整個系統(tǒng)由脈沖檢測，脈沖計數(shù)，層選，比較判斷，輸出執(zhí)行，預(yù)置以及手動升降基于 MSC51 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 8 等部分組成。脈沖檢測由裝在電梯上的干簧管或紅外開關(guān)完成。輸出執(zhí)行部分：控制單元送出的控制信號經(jīng)電磁繼電器和接觸器來控制電梯轎廂的運(yùn)動。脈沖計數(shù)，層選和比較判斷等由 SST89E516RD 單片機(jī)來完成 [4]。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 第 3 章 電梯控制 系統(tǒng)的實現(xiàn)及主要元器件介紹 電動機(jī)控制模塊 電動機(jī)控制原理 電動機(jī)運(yùn)行行定向控制模塊原理如圖 31 所示。 圖 31 電梯電機(jī)控制原理 采用直流電機(jī)作為本設(shè)計的執(zhí)行元件，直流電機(jī)工作是讓線圈始終交替地處于穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定平衡狀態(tài)，通過兩個半圓環(huán)形電樞將線圈的穩(wěn)定平衡狀態(tài)消除掉。這樣，載流線圈在磁場中就會一直地轉(zhuǎn)動下去。直流電機(jī)在高起動轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的系統(tǒng)中經(jīng)常使用到，由于本次設(shè)計為電梯模型不需要精度很高的控制，主要目的是電梯的控制系統(tǒng)的功能實現(xiàn)，所以，采用直流電機(jī)為動力系統(tǒng) [9]。 電梯上、下行的動作由電動機(jī) 1 來完成，相應(yīng)的控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動的正反方向來控制電梯的上下行。正反方向由繼電器來控制。電梯的上、下行定向控制是根據(jù)呼梯信號的基于 MSC51 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 10 先后次序，以及當(dāng)前轎箱所在樓層位置，按照同向優(yōu)先逆向記憶的規(guī)則，由主機(jī)根據(jù)掃描電路輸入的鍵值，經(jīng)邏輯控制電路分析處理后，發(fā)出相應(yīng)控制命令，指揮電梯的運(yùn)行，在電梯運(yùn)行過程中，隨時檢測順呼信號，若無，則方向保持至所選層。程序采用數(shù)據(jù)比較指令，對選層信號通道的內(nèi)容與轎箱位置通道內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，當(dāng)前者大于后者時，上行定向開關(guān)打開。反之下行定向開關(guān)打開 [10]。 電 梯轎廂的開關(guān)由電機(jī) 2 來控制，當(dāng)電梯轎廂的門開著的時候紅外傳感器發(fā)射管發(fā)射的紅外信號因為光強(qiáng)的原因達(dá)不到紅外接收管的一端，所以檢測不到信號脈沖。證明轎廂的門狀態(tài)為開，反之則為關(guān)閉狀態(tài) [11]。 繼電器介紹 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動開關(guān) ” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 本系統(tǒng)需要用到兩個繼電器，一個是用于電梯上下行電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，一個是用于電梯轎廂 開關(guān)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 圖 32 繼電器結(jié)構(gòu)圖 電磁繼電器的工作原理和特性：在輸入電路內(nèi)電流的作用下，由機(jī)械部件的相對運(yùn)動產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的一種繼電器。 它包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器、磁保持繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器，節(jié)能功率繼電器。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失 ，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的 “ 常開、常閉 ” 觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為 “ 常開觸點 ” ；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為 “ 常閉觸點 ” 。 圖 33 繼電器結(jié)原理圖 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) ： （ 1） 額定工作電壓 ： 是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。 （ 2） 直流電阻 ： 是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通 過萬能表測量。 （ 3） 吸合電流 ： 是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的 ，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 （ 4） 釋放電流 ： 是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流 。 當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。 （ 5） 觸點切換電壓和電流 ： 是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值 ，否則很容易損壞繼電器的觸點。 基于 MSC51 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 12 紅外傳感器介紹 傳感器就是一種能感知某一物理量（如化學(xué)量，生物量等）的信息，并能將該信息轉(zhuǎn)化為有用信號的裝置。 傳感器是人的五官功能的擴(kuò)展，其功能各種各樣。它能代替人的視覺、觸覺、聽覺等五官感覺的功能，它能檢測人的五官不能感覺的現(xiàn)象。傳感器功能的潛在性決定了應(yīng)用的廣泛性。它既可用于軍事工程，又可用于工農(nóng)業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)各部門。它被譽(yù)為“八十年代最具有時代性的大量生產(chǎn)的商品”。傳感器的重要作用就是信息的收集、信息數(shù)據(jù)的交換以及控制信息的采集。另外，傳感器的制作工藝也很復(fù)雜 。 傳感器技術(shù)的應(yīng)用范圍非常之廣。它會隨著不斷滿足社會性的需求而不斷增加。新傳感器的開發(fā)和應(yīng)用，要求傳感器技術(shù)的三大支柱即“檢測原理”、“生產(chǎn)技術(shù)”和“現(xiàn)場（試驗）數(shù)據(jù)”協(xié)調(diào)發(fā)展，傳感器必然走向全數(shù)字化。傳感器系統(tǒng)將集成在一個芯片上，其中包括為傳感器處理器和位執(zhí)行器，它們構(gòu)成一個閉環(huán)工作為系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，傳感器的功能會更多，精度和可靠性會更高，智能化的程度也將不斷的提高，優(yōu)點會越來越明顯 [12]。 紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳 感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類： （ 1）輻射計，用于輻射和光譜測量； （ 2）搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對它的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤； （ 3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標(biāo)紅外輻射的分布圖像； （ 4）紅外測距和通信系統(tǒng)； （ 5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。 本電梯控制電路板 運(yùn)用了兩只紅外管，一只發(fā)射，一只接收，構(gòu)成紅外傳感器，主要用來檢測 電梯轎廂是否已經(jīng)關(guān)門 ，根據(jù)檢測 光線射進(jìn)轎廂內(nèi)光線 的不同， 來判斷電梯轎廂門的開關(guān)狀態(tài)， 檢測距離范圍一般為 225cm。紅外傳感器的發(fā)射頻率 8~40KHz。 圖 34 紅外發(fā)射管 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 圖 35 紅外接收管 原理介紹： 紅外接收線路集成了前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、整前電路和輸出放大電路，靈敏度很高。有時從紅外管側(cè)面和后面漏出的紅外光也會被紅外接收管探測到。在 電梯控制系統(tǒng) 上，紅外的發(fā)射和接收管都是 主控制電路板 上，可以有效地避免這種情況的發(fā)生。紅外傳感器是靠發(fā)射并接收由障礙物反射或直接接收回來的紅外光來判斷是否有 信號產(chǎn)生 。 如圖 36所示： 圖 36 紅外傳感器原理圖 如圖所示，紅外傳感器有障 礙時的情況，紅外光以 60176。 的散角向外發(fā)射，陰影區(qū)域為發(fā)射光的區(qū)域，紅外接收管正好處于反射光區(qū)域內(nèi)，能接收到紅外發(fā)射管的反射光，由前所述，即認(rèn)為此時有障礙，事實如此。 在此應(yīng)用特別注意，紅外接收管只是在接收到了一定強(qiáng)度的紅外光時才起到質(zhì)的變化，認(rèn)為有障礙。所以障礙物太細(xì)時，會檢測不到；當(dāng)障礙物顏色為黑色或深色時，會吸收大部分的紅外光，而只反射回一小部分，有時會使紅外接收管接收到的紅外光強(qiáng)度不夠，不足以產(chǎn)生有障礙的信號 [13]。 使用說明：紅外傳感器是數(shù)字傳感器，接在 芯片 接口 （ ），在檢察不到 物體時反映數(shù)值為（ 1）在檢察到物體時反映數(shù)值為（ 0）。 用戶自己拆卸，安裝時注意方向，裝好以后可用下面的語句檢測一下。 示例程序： void main() 基于 MSC51 單片機(jī)的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 14 { while(1){ printf(“IR=%d”,digital( p0^0))。 //digital(p0^0)是傳感器接在 芯片接口的 p0^0口 sleep()。 } } 樓層位置檢測模塊 位置檢測模塊原理 樓層位置檢測模塊原理圖如圖 37 所示 圖 37 樓層位置檢測模塊 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 該模塊主要用于檢測電梯模型的運(yùn)行位置，以便單片機(jī)能監(jiān)控電梯的位置 從式 并保證各樓層?？繒r準(zhǔn)確平穩(wěn)。樓層 14 樓有呼叫信號給入時，即樓層按鍵開關(guān) 1， 2， 3， 4開始作用呼叫電梯轎廂， 51 單片機(jī)讀入信號量，轎箱接收信號到達(dá)只定樓層。我們采用干黃管磁控開關(guān)作為信號采集元件，具體設(shè)計是：在轎箱的頂部位置安裝永久磁鐵，每個樓層都安裝一個干簧管，當(dāng)電梯運(yùn)行到這一位置