基于AT89S52單片機的電梯控制器設計

張華龍，張二紅

ZHANG Hua-long, ZHANG Er-hong

（廊坊職業技術學院 電氣工程系，廊坊 065000）

1 電梯控制策略

隨著計算機技術和網絡技術的發展，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控制局域網傳遞信息，相互進行通信，協同工作，系統可以實現電纜的插接化，并大大減少井道中電纜數量，減少布線工作量和維護成本。而且，可以使得系統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。

電梯控制系統可分為三個主要功能模塊：電梯操作系統控制模塊，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；拖動系統控制模塊，由模擬電路組成的交流調壓調速裝置。繼電器、接觸器開關量控制模塊，由電梯的狀態、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 電梯控制系統組成框圖

電梯操作系統控制模塊完成電梯操作系統控制功能，它采集電梯運行狀態信號，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的內選信號，結合電梯處的位置決定電梯的運行方向。它向 DMU 發出控制命令，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。

拖動系統控制模塊主要完成電梯的拖動系統的調速控制，它依據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，按產生的理想運行曲線運行，同時變頻器完成調節的作用，使得系統具有良好的動態和靜態特性，以達到乘客滿意的舒適感和平層精度。

開關量控制模塊是電梯操作系統控制模塊的功率輸出級，包括接觸器和少量的狀態繼電器。接觸器正常工作時都是在零電流狀態下開斷，故其可靠性比現行接觸器高得多。系統中各功能模塊都設計成獨立的模塊，它們可以根據用戶要求組成多種不同類型的電梯控制系統。

2 硬件設計

在電梯的頂端設備間內設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。它是電梯控制系統的主要部分，負責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的電梯動力裝置曳引機構成了整個電梯控制系統的核心。 轎廂控制器，轎廂是電梯系統中運載乘客的裝置。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，并且顯示電梯當前運行狀態。

圖2 電梯運行結構

此外，電梯控制系統還包括上、下限位開關，上、下限速開關，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備。控制器之間的通信方式，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絡拓撲結構連接即可，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絡，具有非常好的抗干擾能力和可靠性。

根據系統總體功能結構的要求，設計出以AT89S52 單片機為核心主控制器即電梯控制器。它是電梯控制系統的主要部分，負責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，與電梯動力裝置曳引機構成了整個電梯控制系統的核心。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，系統設置了轎廂位置上、下限位開關，速度上下限開關以提供安全保障，設置帶光隔的繼電器輸出接口實現相應設備的控制。配置LCD，并給出系統運行狀態的指示，對相關生產數據進行存儲，通過 RS-485 總線與上位機進行數據通信。主控制器結構如圖3所示。

圖3 主控制器結構圖

系統主控制器能夠完成對整個系統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，包括電梯向上行駛、電梯向下行駛、電梯滿載運行和轎廂當前所在樓層等信息。

3 軟件設計

在本設計中采用單片機匯編語言編程，完成電梯的基本功能。軟件的設計包括主程序的設計和各子程序的設計。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用。

首先，單片機以及整個系統進行初始化設置，使單片機三個端口設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信息，根據這些信息分別調用子程序。當存在呼梯或選梯有效信號時，控制器就可以調用產生 PWM 程序，發送起動電動機的驅動信號脈沖了。在起動電動機之前要讀關門到位信號，當關門到位后開始發送驅動脈沖，但是此時電動機并沒有轉動，也就是電梯轎箱并沒有產生位移，這時控制器要發送一個開抱閘信號，打開機械抱閘裝置，這樣就可以慢速起動電動機了。可以通過延時后改變 PWM參數完成電動機的調速，直到額定速度，同時控制器再次讀取端口開關的狀態檢查是否到達平層換速點，循環檢測，到達后使電動機減速，讀平層狀態，有效后發送一個抱閘信號，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停靠任務。若沒有停靠任務時，平層換速點和平層信號有效控制器也不給與處理，繼續向上或向下運行。主程序流程圖如圖4所示。

為了達到普通電梯的基本功能，子程序應該要包括產生 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 產生 PWM 信號的流程圖

4 結束語

本文分析了電梯控制的系統結構，將電梯的控制功能分為若干模塊，根據電梯運行提出系統控制要求，據此設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據通信，組成總線式集散控制系統。雖然單片機控制不能適應較為復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有成本低、通用性強、靈活性大等明顯的優點。

[1] 張華熊, 汪亞明. 基于單片機的貨運電梯控制器設計[J].測試技術學報, 2008, 3.

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

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