集控式餐饮电梯控制系统设计.docx
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集控式餐饮电梯控制系统设计
集控式餐饮电梯控制系统设计
摘要：
本文阐述了餐饮业中货梯的使用背景，分析了目前中小餐饮实体在货运方面的困扰。
依据实际需求，设计了集控式电梯控制系统，用于楼层间货物的运送。
主要包括整体设计、硬件设计、软件设计、通信设计、安全保护设计和测试验证等内容。
成功试制了样机，经长时间的试运行和验证，实现了预期的所有功能。
关键词：
集控式；餐饮电梯；电梯系统；网络控制；TCP/IP通信
引言
随着管理理念的改变和技术的更新换代，许多行业对于工作效率越来越重视。
餐饮业中货物的搬运、餐具的搬运、食材以及菜样等物品的运送，传统的解决方法是借助于人力完成，效率较低，人力成本较高。
对于楼层较高的餐饮业实体来讲，借助于升降电梯是一种普遍的选择。
目前市面上存在部分餐饮用电梯产品，但其容量较小，只能运送小体积小重量的物品，比如少量菜样，而且价格偏高，对中小型餐饮实体，是一笔较大的经济开销，部分餐饮实体的经营效率和服务质量因此而受限。
基于上述情况，设计一套低成本并且能够满足使用需求的电梯控制系统，在保证完成常规运送任务的前提下，降低经济成本、以服务于中小型餐饮实体。
1系统结构
由于餐饮业使用的特殊性，整个电梯系统采用集中控制，即控制箱和所有的呼叫按钮都设在一层，专门配一名操作员，对整个电梯系统进行操作，即集中控制。
整个集控式电梯控制系统主要由机械牵引系统、电磁门锁系统、微控制器系统、传感器检测系统和通信网络系统组成，如图1所示。
机械牵引系统主要由牵引电机、滚筒、钢丝绳、轿厢、上下限位开关组成。
该系统的牵引电机为380V交流电动机、外加滚筒以及断火限位器、具备限位保护功能。
轿厢由钢丝绳连接到牵引电机的滚筒上，通过控制牵引电机的正反转实现轿厢的上下运动，轿厢的四周装有导向轮和导轨、保证轿厢上下运动的平稳性。
机械限位开关能够在轿厢上行和下行运动时起到限位作用。
电磁门锁系统主要选用280kg磁力锁，驱动电源为12VDC，且可反馈锁紧情况。
微控制器系统主要由楼层控制器、信息显示屏、呼叫按钮等组成。
每一层都设有一个楼层控制器负责检测传感器和驱动信息显示屏，其中一层的控制器还负责门锁控制和呼叫按钮的响应。
微控制器选用STC12C5A60S2，其程序存储容量64K，且内置看门狗、模数转换等功能、满足控制要求。
每层的信息显示屏采用P3.75室内双色单元板，其数据接口为通用HUB08接口，用于显示轿厢的运动状态和提示信息。
呼叫按钮安装在1层控制箱上，用于选择轿厢运送的目的地。
楼层传感器主要选用用高可靠的SVDC金属探测接近开关、其输出TTL信号到控制器I/O端口、安装于井道内对应层高的墙壁上、用于检测位于轿厢上的平层感应金属片。
2网络通信系统
餐饮电梯的多层集控，其实现方式是在每层设计一个控制器，其中1层控制器是主机，用于下达命令，2、3、4、5层控制器为从机，主要检测各层传感器状态并上报给主机以及接收主机下发的命令[1]。
考虑到通信距离、通信可靠性以及1主多从的控制方式，选择TCP/IP通信中的客户机/服务器模式，即将1层控制器作为服务器，其余4层作为客户端[2]。
服务器向各客户机广播当前楼层信息以及复位信息，客户机检测平层传感器的状态发送给服务器，并且接收来自服务器的广播信息，以控制显示器信息变化[3]。
该控制系统中还设有电话呼叫系统，每层安装一个话机，其上有呼叫按钮，所有话机并联在一起。
按下任意1层呼叫按钮，所有楼层的电话机都迅速响，任意楼层摘机后都能够多方对讲，1层操作员负责与每一位呼叫者联系，调度电梯的运行，该电话呼叫系统与控制系统是互相独立，不存在关联。
3控制系统设计
3.1集控式控制实现
餐饮业中的货物运送电梯的使用中，从1层向上层运输和从各层向1层运输的次数居多，因此采用集中控制，1层为主控制器，称为主机，其余各层的控制器受1层主机的调度，称为分机，使用者通过呼叫系统与1层操作员取得联系，在1层的操作面板上操控。
其中主机和分机的任务有所区别，主机调度所有分机的运行，分机检测所在楼层的传感器信号并发送给主机，以及接收并执行主机下达的命令，功能结构图如图3。
3.2控制系统硬件设计
控制系统主芯片选用STC公司的可以用串口下载程序的40脚封装的STC12C5A60S2。
它采用优化之后的增强型51内核，支持多种片上资源，包括60KROM，1280字节RAM，两个全双工串行口，8路10位AD转换器等资源[4]。
3.2.1曳引电机升降控制电路
提升电机采用滚筒电动机外加断火限位器、可以保证电机上行限位后允许下行动作，下行限位后允许上行动作。
其上下运行的核心是三相异步电动机的正反转动作，采用2个220V交流驱动接触器控制该电机的正反转操作。
这两个交流接触器是微控制器驱动直流继电器控制的[5]。
控制电路图如图5。
3.2.2机械限位控制电路
机械限位开关主要有三处、一处位于断火限位器上、另外两处分别位于轿厢顶部和轿厢底部的上限位和下限位[6]，这两个机械限位开关固定于对应墙面上，其常闭触点串联在交流接触器的线圈电路上，当轿厢顶面或者底面的金属结构件碰撞这两个传感器之后，会强行切断交流接触器的控制电路，从而切断提升电机的控制电源，同时产生开关信号给控制器，触发其断开驱动信号。
3.2.3传感器信息输入电路
本集控式餐饮控制系统中，每层均设有平层检测传感器，选用金属接近开关，在每层墙面上的对应位置上安装平层检测传感器[7]，并且将其连接到该层的控制器上，当轿厢运动靠近该传感器的时候，控制器采集到信号，并将其通过网络发送到主机，主机根据之前请求状况以及现在的楼层信息进行判断，向各个从机发送广播信息，各从机根据接收到的广播信息更新各自显示屏上的信息。
3.2.4信息显示电路设计
每个楼层都安装有一块信息显示屏、用于显示系统开机画面、自检信号以及轿厢实时运动状态。
该显示屏运用标准件P3.75室内双色单元板，控制器内部写有对应的驱动扫描程序。
显示画面如图8。
系统中，采用74LS245双向总线收发器将来自微控制器的J/○口的显示控制信号放大。
这些I/O口按照HUB08的时序给单元板发送显示数据。
3.2.5门锁控制电路
本集控式餐饮电梯每层都装有一部电磁门锁，在轿厢运行过程中，每层门锁锁紧，当轿厢到达指定楼层停止后，对应楼层的电磁门锁打开。
当操作员呼叫轿厢的时候，系统检测每个楼层门锁，如果有某一层或多层层门未关，系统提示“某层门未关”信息，且轿厢不响应该请求。
该电磁门锁的控置驱动电压为12VDC，并且有一组检测点，可以通过微控制检测这个点的通断情况来判别门锁是否已被锁上。
3.2.6呼叫按钮电路
该集控式餐饮电梯设有呼叫操作面板[8]，安装于1层控制箱前面板上，并与控制器连接。
每个按钮的背后都有红色背光灯，在主控制器中，设计有多个继电器电路，专门用于控制每个按键的背光灯，使用户按下的请求按键被点亮，轿厢运动到达目的地停止之后、该键指示灯熄灭[9]。
3.2.7通信设计
本集控式餐饮电梯控制系统中，将1层控制器设置为主机，其余4个楼层设置为分机，消息可以分机到主机，也可以主机到每个分机。
其分机到主机的消息主要包括各自复位时的状况和轿厢路过平层传感器的状态，以便于主机时刻掌握分机的状况；主机到各个分机的广播消息包括当前电梯的运动状态以及当前楼层信息，以便于分机时刻更新显示内容。
基于如上的分析，我们采用TCP/IP通信的C/S模式。
硬件选用济南有人科技有限公司的TCP-232-T模块，该模块可以将TCP/IP信号转化为232格式，可以工作在透传方式，并且支持C/S模式的通信，大多数的中低端微控制器都能够支持这种方案。
设置好网络通信参数后该模块会自动组建网络并进入C/S工作模式进行通信。
3.3控制系统软件设计
3.3.1自检初始化设计
系统通电之后，需要进行自检，包括系统参数配置、显示器屏初始画面加载、轿厢复位、主机分机组网等操作。
3.3.2呼叫按钮响应控制
该系统设置有7个按键，其中12345分别代表5个楼层的呼叫请求按键，还设有复位和急停按键。
每个按键下方设有指示灯，通过程序控制，按下对应楼层按键后，电梯轿厢运行的时，该按钮下方的指示灯点亮，轿厢达对应楼层停止运行后，按钮下方指示灯熄灭。
系统设置一个运行指示灯，轿厢运行的时，该灯闪烁，轿厢停止运行的时候，该灯停止闪烁转为熄灭。
复位按钮是防止当系统出现死锁已经程序跑飞的等异常情况，按下此键系统复位轿厢回到1层。
急停按钮用于突发状况的时候，按下此键系统停止电机运行，进入断电保护状态，以免意外发生。
3.3.3楼层呼叫逻辑控制
该控制系统中只能运行一条指令，即在轿厢运动过程中系统不响应任何楼层按键，直到轿厢运动停止之后。
轿厢在每一次运行结束后都会更新内部的楼层存储变量，当下一次按键请求的时候，比较请求楼层和当前记忆楼层的数值，计算出轿厢运动方向，驱动牵引电机运动并到达对应楼层后停止。
if（flg_run_shangxia==l）//向上
{
if（Rem_run_buf {
Rem_run_buf_Jieshou_temp；//记忆之前位置的变量
num_del=Jieshou_temp-l；
if（Jieshou_lc>=Yaoqu_lc）
{
STOP
pai[O]=pai[O]&Oxe0；//熄灭指示灯
switch（Yaoqu_lc）//门锁处理，打开到达楼层门锁
{
caseOx05：
pai[l]=pai[l]&Ox7f；break；
caseOx04：
pai[l]=pai[l]&Oxbf；break；
caseOx03：
pai[l]=pai[l]&Oxdf；break；
caseOx02：
pai[l]=pai[l]&Oxef；break；
caseOx01：
pai[l]=pai[l]&Oxf7；break；
default：
break；
）
Yaoqu_lc=Dangqian_lc=Jieshou_lc；
Sendbyte（'#'）；
Sendint（Jiestiou_lc）；
Sendstring（"farv"）；
flg_run=0；
）
else
{
Sendstring（"#goup"）；
Sendint（Jieshou_Ic）；
）
）//如果不满足，就视为无效信号，不作处理
）
eIseif（flg_run_shangxia==2）//下
{
if（Rem―run―buf>Jieshou_temp）//确保操作正确
{
Rem_run_buf=Jieshou_temp；//记忆之前位置的变量
num―del=Jiesh.ujemp一1； if（Jiesh.u_lc<=Ya.qu_lc
{
STOP
pai[0]=pai[0]&0xe0；//熄灭指示灯
switch（Yaoqu_lc//门锁处理，打开到达楼层门锁
{
caseox05：
pai[1]=pai[1]&0x7f；break；
caseox04：
pai[1]=pai[1]&Oxbf；break；
caseOx03：
pai[1]=pai[1]&0xdf；break；
caseox02：
pai[1]=pai[1]&0xef；break；
caseox01：
pai[1]=pai[1]&Oxf7；breakj
default：
break：
）
Yaoqu_Ic=Dangqian_Ic=Jieshou_Ic；
Sendbyte（'#'）；
Sendint（Jieshou_lc）；
Sendstring（"farv"）；
flg_run=0；
）
elSe
（
Sendstring（"#godn"）；
Sendint（Jieshou_c）；
）
）
）//如果不满足，就视为无效信号，不作处理
楼层控制程序
3.3.4安全保护控制
对于本餐饮电梯控制系统，安全保护功能主要包括断火限位器机械保护、上下运行限位保护、按键请求保护、程序算法保护、急停按键保护等方面。
其中断火限位器是限制牵引电机滚筒钢丝绳升降极限位置，限位开关是监测轿厢实际位置的极限状况，当触碰限位开关时立即切断动力电源；按键请求保护是指在轿厢运动过程中不响应任何楼层按键请求：
程序算法保护主要通过监控轿厢位置是否超过目的地位置而进行急停保护动作；急停按键保护用于紧急情况下的操作，其作用是切断控制电路，让轿厢停止运行。
3.3.5显示信息控制
每层楼的信息显示屏的作用是显示初始化自检信息、轿厢的上下运动方向信息、当前的实时楼层信息、各个楼层门锁未关闭的报警信息以及待机广告信息。
3.3.6牵引电机运动控制程序
牵引电机运动控制主要分为上升和下降两个动作，由于轿厢运动速度较慢，所以对于轿厢的启动停止没有变速控制要求，上升下降都是同一个速度。
其上下运动主要是通过控制两路交流接触器分别吸合来控制交流电动机正反转运动，从而控制轿厢上升下降运动。
3.3.7门锁控制程序
在轿厢启动时，检测所有门锁是否关严，只有关严之后才启动运行，在轿厢运动过程中保持门锁得电，门锁紧闭。
当轿厢到达目的楼层停止运动之后，对应楼层的门锁才失电开锁。
3.3.8总体协调设计
在整个系统运行中，所有处理任务需要实时扫描处理。
比如通信收发程序、传感器检测程序、门锁控制程序、显示扫描程序等，都对实时性要求较高，需要主程序合理的调度，保证系统的稳定性和可靠性。
4测试验证
设计方案确定后，按照设计要求试制了样机，并对样机进行了全部功能性测试和可靠性测试。
功能方面，通过长时间的操作试用，不断查找问题，比如程序逻辑上的错误，以及对安全保护方面的严谨性等方面进行验证和修订，最终满足使用要求[10]。
硬件系统中的所有部件经过长时间的较高负荷运转，观察其热稳定性和可靠性，经过多次的方案改进，系统的可靠性达到了使用要求，其安全性可靠性得到了保证。
5结语
通过对集控式餐饮电梯控制系统进行整体设计、硬件设计、软件设计、系统测试等环节的设计，成功试制了一台样机，并通过长时间的试运行和验证，实现了预期的所有功能，并且功能和可靠性都得到了较好的保障，达到了预期的效果。
安装到餐饮实体进行长时间运行，用户反馈状况良好，得到了市场的初步认可。
同时也存在一些不足，控制电路部分的发热较明显，交流电动机动作产生的微弱电磁干扰偶尔会造成显示画面闪烁现象。
参考文献：
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