液壓電梯控制系統

馬牧樂　陳鵬程

摘要：液壓電梯是一種安全環保，噪聲小同時故障率低，在工業生產過程中使用較為廣泛的產品。針對液壓電梯的控制系統，采用單片機RS485通訊的方法來取代傳統的低壓電器組合控制和昂貴的PLC控制，并在電梯的運行中增加一些保證電梯安全運行的裝置和功能。

關鍵詞：液壓電梯;控制系統;安全運行;柱塞運動

中圖分類號：TU857

文獻標識碼：A

DOI：10.15913/j.cnki.kj ycx.2019.10.031

1 電梯運行原理

1.1 電梯的整體構成

液壓電梯（ hydrauliclift）是依靠液壓驅動的電梯。液壓電梯是通過液壓動力源，把油壓人油缸使柱塞作直線運動，直接或通過鋼絲繩間接地使轎廂運動的電梯。液壓電梯是機、電、電子、液壓一體化的產品，由泵站系統、液壓系統、導向系統、轎廂、門系統、電氣控制系統、安全保護系統這幾個相對獨立但又相互聯系配合的系統組成。電梯上行時，由液壓泵站提供電梯上行所需的動力壓差，由液壓泵站上的閥組控制液壓油的流量，液壓油推動液壓油缸中柱塞來廂，從而實現電梯的上行運動。

電梯下行時，打開閥組，利用轎廂自重（客（貨）的重量）造成的壓差，使液壓油回流液壓油箱中，實現電梯的下行運動（由閥組控制速度）。

液壓電梯的壓力傳遞是靠液體壓力來實現，其工作壓力由負載的大小，即油缸柱塞受的力決定。運動速度的傳遞按液體溶劑變化相等的原則進行，因此只要改變向油缸輸出的流量，就可相應改變柱塞運動的速度。

1.2 液壓電梯的速度控制及液壓閥

液壓電梯控制系統中，改變油泵向油缸輸出的油量就可以改變電梯的運行速度。這種閥與所設計的液壓電梯控制組件連接在一起，可以控制電梯從啟動到停止的全部速度變化，所以，液壓電梯的速度控制實際上是液壓系統的流量控制。以GMV泵站為例，泵站結構如圖1所示。

2 電梯控制系統設計

2.1 控制類型的比較

用常用的低壓電器組合對液壓電梯進行設計，主要會運用開關器件，包括按鍵開關、接觸開關、繼電器，在電梯的運行過程中包含了各種線路上的自鎖和互鎖設計，而且這其中會包含很多中間繼電器，繼電器的開合是硬性的，不僅會造成電梯響應上的延遲（但是這個過程可以調試，但調試過程十分漫長且復雜），而且繼電器長時間使用后本身會有損耗，后期的維護和檢修也比較復雜，如果電梯出現了問題，很難找出是哪一個繼電器出現問題，所以這種控制類型一般都運用在簡單的傳輸電梯上，比如餐廳菜品在樓上和樓下的運送。

PLC電梯控制的優點是穩定性較好，但PLC一般用于高層的電梯控制上，如果使用在樓層不高的電梯或價格高昂、后期檢修維護復雜的貨梯，都會造成不便，考慮到經濟性和實用性，可選擇單片機來對電梯運行進行控制。隨著工業應用等的需求不斷增加，對高速、高可靠性和低成本的通信介質的要求也隨之提高。

現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，它為分布式控制系統實現各節點之間實時、可靠的數據通信提供了強有力的技術支持。所以，本電梯控制CPU選擇AT8960S2單片機來控制，因為它的應用比較廣泛，并且成本低、操作控制簡單、功耗較低、運行可靠性強。PLC能實現的功能它同樣可以實現。

2.2 串行通信原理

由于電梯的每一層都要有一個控制器來接收信息，從而使電梯升降，整個電梯的控制利用多機通訊系統，但是這種通訊不一定是同時的，所以，單片機的通訊方式要采用半雙工通訊方式，而RS485通訊裝置更適合這種通訊方式，真正實現多點總線連接，相比于RS232和RS422等可以承載更多負載，所以選擇RS485作為電梯控制的接口。整個通訊過程分三個主要階段：發送機處理輸入數據、通信和主接收機對樓層上的開關器件使能。在第一階段，發送機判斷輸入的鍵值，將其打包處理;第二階段，即通信階段，把打包處理好的數值發送給寄存器，再從寄存器發送給接收機;第三階段，即接收機使能階段，把打包好的數據處理后還原原來的數據，通過線路控制對應樓層上的開關器件。此時，接收機清除接收緩沖區及相關變量，準備與主機下次通信。任何一次完整的通信過程都是由發送機方發起的，接收機上的單片機在無鍵值輸入的情況下都處在接收狀態。

2.3 電梯控制的通訊過程

主機控制PCB電路板如圖2所示。

2.3.1 主要硬件電路的設計

電梯硬件包括CPU、電路板、斷路器、電磁繼電器、開關電源（交流220V轉直流24V）、磁控開關等。通訊裝置由轎廂接呼盒和控制主機來完成，每一個接呼盒在通訊系統中扮演著從機的角色，控制主機來判斷接呼盒發送的樓層數據對應的鍵值，比如3樓為“0000 0100”，主機尋址成功之后，相對應樓層的磁控開關電平至“0”，通過與前一個輸入樓層數據的比較，主機控制電磁繼電器對液壓閥的出油口開關（直流24V，開通使電梯下行）和進油口開關（交流220V，控制電梯上行）的通斷，當轎廂上升到對應樓層，磁控開關會感應到轎廂上的磁鐵，電平至“1”，液壓閥停止工作，轎廂停止運行。

2.3.2 電梯的軟件設計

電梯的每一個樓層的轎廂外呼梯輸入模塊控制單元為從機，從機由一個主機控制實現多機通訊。為了使電梯能夠正確地上下行，在剛啟動電梯時，檢測電梯是否在一層，如果不在一層，電梯轎廂會自動下行到一層直到磁控開關感應到，此段程序為高級中斷，放在電梯循環掃描尋址的While循環外，滿足這個條件之后，電梯進入主循環進行工作。

當電梯準備工作完成進入完全工作狀態時，主從機均采用9 600 KB/s的速率傳輸數據，各從機開始時處于接收地址狀態，按鍵是主機系統的一部分，按下樓層的按鍵，主機得知目前的目標樓層，主機發送地址幀呼叫從機，地址幀既是這個樓層對應接呼盒上從機所屬的樓層，從機將接收到的地址內容與本地址比較，相比于地址相符的從機，使本機的SM2=0，以便接收主機隨后發來的控制電磁開關工作的信息，其他地址不相符的從機保持SM-1的狀態。

主機通過與上一個樓層的數據比較控制液壓油的出或進（電梯在啟動時要先運行到一層是因為有一個比較的數據留在寄存其中比較，從而使電梯運行），這個步驟是在完成尋址從機，從機向主機返回確認信息之后，主機控制液壓閥輸出對電梯上下行使能。

磁控開關在通訊完成之后由從機使能至“0”，處于工作狀態，在電梯到達相應樓層，開關感知轎廂上的磁性裝置之后至高電平，從機檢測到開關為高電平之后向主機發送信息，使主機關斷輸出，電梯運行結束。

每一個從機上都有急停按鈕，用于檢修和應對突發情況。急停按鈕對應程序中的最高級中斷，按鍵按下之后從機向主機發送特定的數據信息，設定為“FFH”，當主機接收之后將程序跳出主循環，執行直接使電梯停止運行的程序，排除故障之后，切換按鈕，電梯復位。

3 總結

本設計是對以單片機為核心的貨運液壓電梯控制系統的研究，在研究過程中筆者從電梯的發展歷史及國內的電梯發展狀況中了解到，電梯在人們的生活中扮演者重要的角色，人們對電梯的需求越來越大，同樣對電梯的要求越來越高。此研究設備針對于目前的貨運電梯控制系統，了解到目前貨運液壓電梯自動化程度低、可靠性不高、操作復雜，致使電梯工作人員勞動強度大，降低了整體效率，所以提出了這一方案并完成了整體設計，從而為社會服務貢獻自己的一份力量。

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