高层住宅楼单台电梯信号控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

高层住宅楼单台电梯信号控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

、缓冲器、安全触板、层门门锁、电梯安全窗、电梯超载限制装置、限位开关装置组成。 电梯的基本结构如图 所示。 重庆大学本科学生毕业设计 （论文） 1 绪论 3 图 电梯基本结构剖视图 国内外研究现状 电梯是机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领域，还要考虑可靠性、舒适感和美学问题。 而对现代电梯尤为重要的是，应具有高度的安全性。 事实上，在电梯上已采取了多项安全保护措施。 在设计电梯时，对机械零件部件和电气元器件都取用了很大的安全系数和保险系数。 然而，只有电梯的制造、安装调试、 售后服务和维修保养都达到高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。 在国外，已“法规 ” 实行电梯制造、安装、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。 因此，可以说乘坐电梯更安全。 美国一家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全 5 倍。 据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为 80亿人次，而乘电梯的人数每年却有 540 亿人次之多。 目前， 电梯控制领域重点朝着两个方向发展，一 是交流调压调速技术 ，二是电气控制技术。 （ 1） 交流调压调速 技术 随着电力电子技术的发展，晶闸管变流装置越来越多的用于电梯系统，使电梯的拖动系统简化，性能提高。 同时交流调压调速系统的研制与开发，使交流电重庆大学本科学生毕业设计 （论文） 1 绪论 4 梯的调速性能有了明显的改善。 进入 20世纪 80 年代，通过控制电动机定子供电电压与频率调整电梯运行速度的调压调频技术研制成功，出现了交流变压变频（ VVVF）调速电梯，开拓了电梯拖动的新领域。 1993 年，日本生产了 世界最高速交流变压变频调速电梯，结束了直流电梯独占高速电梯领域的历史。 （ 2） 电气控制技术 微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合， 相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。 除了合资企业外，也有其他厂家开发了变频调速电梯新产品。 另外，用可编程控制器（ PC）取代继电器控制系统的机型也已投产，使电梯性能得到改善，故障率明显降低。 在技术上，应该说这是一大进步，用 PC 对单梯进行控制还是有前途的。 有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、地震控制、自检测以及语言合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。 总之，与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术正以迅猛的发展速度赶超世界先进水平。 电梯发展到今天，在使用需求和新技术应用方面都进入到了全面发展时期。 据电梯行业信息介绍，目前国际上电梯的新技术应用包括以下几个方面： （ 1）全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）。 （ 2）数字智能型安全控制技术（通 过乘客识别系统或者 IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）。 （ 3）第四代无机房电梯技术（速度可以达到 ，最高可以使用在30 层以上）。 （ 4）双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用）。 （ 5）节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）。 （ 6）数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控与控制）。 （ 7）快速安装技术（改变过去的电梯安装方法，能够快速组装）。 （ 8）无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送 信号对电梯进行简单控制）。 可见，随着智能化、信息化建筑的兴起与完善，对电梯的要求不只停留在完成垂直运输的基本功能，还应以人为本，提高舒适度，特别是从电梯运行的控制智能化角度考虑，电梯的优质服务不再是的单一的 “ 时间最短 ” 问题，而是要采用模糊理论、神经网络、专家系统等方法，以期实现单梯与群控管理的最佳模式。 合理的配置与使用。 远程监控与故障诊断、节能以及减少环境污染等。 重庆大学本科学生毕业设计 （论文） 1 绪论 5 课题研究的内容 电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备。 它靠电力，拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑的井道内导轨上做垂直升降运动，在人们生活中起着举足轻重的作用。 安全是电梯制造、安装和使用的首要条件。 随着计算机技术的发展，微型计算机在工业实时控制系统中得到越来越广泛的应用。 采用微型计算机实现电梯控制，取代传统的继电器逻辑控制，使控制系统体积减小，成本降低，耗电省，可靠性提高。 且有通用性强，灵活性大，易于实现复杂控制等优点。 因此，微型计算机控制电梯越来越成为一种趋势。 本设计的主要研究对象是基于单片机的 电梯信号控制系统，要求设计总体方案，电梯位置控制方案和电梯呼叫请求响应方案。 所要实现的基本功能有：召唤信号登记、选层定向、轿厢位置判断、顺向截梯、反向截梯、消号及反向保号等。 本设计是以 8 层住宅楼的电梯为研究对象，选用 52 单片机作为其控制器，其主要有 5个组成模块：电源控制模块、管理模块、显示模块、位置检查控制和重量检测模块。 根据任务书的要求、开题报告的综述，本课题的研究内容包括以下五个方面： （ 1）总体方案设计 （ 2）电梯位置控制方案设计与呼叫请求响应方案设计； （ 3）电梯荷载称重和报警方案设计； （ 4）系统 硬件设计； （ 5）系统软件。 重庆大学本科学生毕业设计 （论文） 2 总体方案设计 6 2 总体方案设计 电梯控制器 方案选择 电梯是势能负载，在使用过程中起动、制动频繁 ,负载变化较大，行驶方向也不停地变化。 为了确保电梯运行安全、可靠、提高乘客舒适感，要求电梯控制系统不管在哪种负载下都有良好的调速性能。 电梯控制系统为电梯提供了动力，且控制着电梯的起动加速、稳速运行和制动减速。 目前的电梯信号控制系统主要有三种方式 ：继电器控制、 PLC 控制、单片机控制。 电梯控制系统最开始采用的是继电器控制， 它有几个特点：（ 1）从控制方式上 看 继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并 联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控 制。 （ 2）从控制速度上看， 继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。 （ 3）从延时控制上看， 继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。 基于这些特点，继电器控制系统的缺点就十分明显：（ 1）继电器在长期磨损和疲劳工作条件下工作，极易损坏。 （ 2）继电器的安装和调试以及改动都是需要投入大量的时间和人力物力（ 3）继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作， 经常造成停梯 ， 大大降低了电梯的安全性和可靠性， 给乘梯人员带来困扰。 更为严重的是， 电梯一 旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能造成人员伤亡。 基于这些缺点和现代电梯技术的要求，继电器控制系统已经被人们所遗弃。 随着计算机技术的发展，微型计算机在工业控制系统中得到了广泛的应用，在电梯控制上采用微型计算机，取代传统的继电器控制方式越来越受到人们的重视。 使用微型计算机控制，使得电梯控制系 统 体积减小、节省能源、可靠性提高，可编程使灵活性增大， 更在实现复杂功能的控制上显出优越性。 常用的微机控制主要 有两种技术：基于 PLC 控制和基于单片机控制。 可编程控制器 (Programmable Logical Controller)简称为 PC 或 PLC，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是基于顺序控制器和微机控制器而发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。 其优点是有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境，所以现在的电梯控制系统主要还是由可编程控制器控制。 其缺点是由于 PLC 的针对性较强，每一台 PLC重庆大学本科学生毕业设计 （论文） 2 总体方案设计 7 都是根据一个设备而设计的，所以价格较昂贵。 相比而言，基于单片机控制具有PLC 没有的优势：单片机价格相当便宜，也不像 PLC 那么有针对性，可以随着设备的更新而不断修改完善，更完美的实现设备的升级。 事实证明，基于单片机 控制的电梯可以大大降低成本而且运行也较可靠，采用单片机来实现老式电梯控制系统的改造无疑是最佳方案。 由于单片机具有体积小、线路简单、无噪音、可靠性高、维护方便等优点 ,是一种低投入、高回报的方案。 同时单片机能方便实现多台电梯的群控 ,并通过通讯接口与楼宇自动化系统联接，实施对电梯的监控。 综上，本课题设计所用的电梯控制系统选用单片机控制系统。 单片机控制方案选择 方案一：一片单片机为主控制器的方案。 MCU 采用一片 单片机控制所有的按键、数码管显示、电动机的转动、传感器的输出信号等，并对以上所有信号进行处理。 这种 方案的控制系统相对复杂，只适用于较简单的电梯控制系统，因为这次 设计的内容是 8层电梯控制系统，所以选用这种方案。 单片机技术目前较为成熟，自身资源丰富，硬件设计简单，成本低，可靠性高，结合软件完全可以实现电梯运行状况的简单模拟。 方案二：多片单片机控制方案。 这种方案是使用多片单片机，其中一片是作为主控制器，另外设置了轿厢控制系统，每层的控制系统分别由一个单片机控制，然后通过主控制器和副控制器之间的通讯，实现电梯系统的控制。 这种方案的控制系统的结构简单明了，各个系统之间相互独立便于维护和修检。 所以根据功能 要求需要选用 5 片 AT89C2052单片机就可以实现该电梯的功能。 不过单片机之间的通讯较多，在目前通讯是个难点，可能导致电梯运行过程不够稳定。 权衡上述两种方案，本次设计采用方案一，由一片单片机控制所有的功能。 按键模块 电梯按键是人与电梯交互的入口，通过电梯系统，乘客给电梯系统传达自己的意愿。 按键就相当于电梯控制系统的耳朵，“听到”乘客所要去的楼层数，“大脑” AT89S52 对其进行处理，再给出反应将乘客送到目标楼层。 按键可以直接和 I/O 口的引脚相接，当按键按下时，输入端口电位改变，从而完成按键信号传输。 键盘有两种排列方式：一种是一个按键对应一个引脚；另一种是将按键排列成 矩阵 形式。 在 矩阵 式 键盘 中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。 这样，一个端口（如 P1 口）就可以构重庆大学本科学生毕业设计 （论文） 2 总体方案设计 8 成 4*4=16 个按键，比直接将端口线用于 键盘 多出了一倍，而且线数越多，区别越明显。 比如再多加一条线就可以构成 20键的 键盘 ，而直接用端口线则只能多出一键（ 9键）。 由于本设计按键所需要的比较多，单片机的 I/O口将不够用，为了减少 I/O 口的占用，采用 矩阵 法来做键盘。 位置检测模块 在电梯信号控制中，电梯轿厢位置的检测是其中的一个重要环节。 电梯运行到的楼层数需要进行实时采集，这会影响截梯顺序、楼层显示等环节。 平层感应器是电梯的位置检测模块通常用的感应器，轿厢的位置检测分为接触式和非接触式。 现有两种位置检测模块方案如下： 方案一：采用红外发射对管检测电梯层数 这是非接触式检测，在竖井各个楼层设置红外发射对管。 当接通电源时，红外线发射管不断发射红外线，当轿厢运动到特定位置（即楼层位置），红外线接收头接收到红外线输出发生变化，单片机通过红外线接收头输出的变化知道电梯轿厢的位置。 此传感器的响应 时间为 ，且体积小、功耗 低、容易安装。 而且反射式非接触式传感器由于具有发散角小、精度高、反应速度快、有效距离较远、抗干扰能力强、可靠性较高等优点，能够更加准确定位楼层。 方案二：采用金属接近开关检测电梯到达楼层数 这是接触式检测，在轿厢安装金属片，并在竖井各个楼层设置金属接近开关，当轿厢运动到特定位置，竖井上的金属接近开关触碰到金属片，其输出发生变化。 单片机通过金属接近开关输出的变化知道电梯轿厢的位置。 该方案安装的金属片会加重轿厢重量，并且金属接近开关体积较大、安装不便、成本较高。 对比以上两种方案 ，本设计采用第一种方案，采用红外发射对管检测电梯层数。 位置显示模块 电梯的位置显示是将电梯所在的楼层数通过视觉直观的反馈给轿厢内和门厅的乘客，使他们实时知道电梯位置，以便作好乘梯和离梯准备。 此显示模块不仅要显示电梯的位置，还要显示电梯运行的方向。 基于这些要求，现有两种方案供选择： 方案一：采用点阵式液晶显示器（ LCD 即 Liquid Crystal Displa）显示各种相关数据以及信息。 点阵式液晶显示器属于低功耗器件，但其价格较贵。 方案二：采用传统的 7 段数码管（ LED）显示电梯实时所到的楼层。 虽功耗大，。