集控式餐飲電梯控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：本文闡述了餐飲業(yè)中貨梯的使用背景，分析了目前中小餐飲實體在貨運方面的困擾。依據(jù)實際需求，設(shè)計了集控式電梯控制系統(tǒng)，用于樓層間貨物的運送。主要包括整體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、通信設(shè)計、安全保護設(shè)計和測試驗證等內(nèi)容。成功試制了樣機，經(jīng)長時間的試運行和驗證，實現(xiàn)了預(yù)期的所有功能。

引言

　　隨著管理理念的改變和技術(shù)的更新?lián)Q代，許多行業(yè)對于工作效率越來越重視。餐飲業(yè)中貨物的搬運、餐具的搬運、食材以及菜樣等物品的運送，傳統(tǒng)的解決方法是借助于人力完成，效率較低，人力成本較高。對于樓層較高的餐飲業(yè)實體來講，借助于升降電梯是一種普遍的選擇。目前市面上存在部分餐飲用電梯產(chǎn)品，但其容量較小，只能運送小體積小重量的物品，比如少量菜樣，而且價格偏高，對中小型餐飲實體，是一筆較大的經(jīng)濟開銷，部分餐飲實體的經(jīng)營效率和服務(wù)質(zhì)量因此而受限。

　　基于上述情況，設(shè)計一套低成本并且能夠滿足使用需求的電梯控制系統(tǒng)，在保證完成常規(guī)運送任務(wù)的前提下，降低經(jīng)濟成本，以服務(wù)于中小型餐飲實體。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　由于餐飲業(yè)使用的特殊性，整個電梯系統(tǒng)采用集中控制，即控制箱和所有的呼叫按鈕都設(shè)在一層，專門配一名操作員，對整個電梯系統(tǒng)進行操作，即集中控制。

　　整個集控式電梯控制系統(tǒng)主要由機械牽引系統(tǒng)、電磁門鎖系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)、傳感器檢測系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，如圖1所示。

　　機械牽引系統(tǒng)主要由牽引電機、滾筒、鋼絲繩、轎廂、上下限位開關(guān)組成。該系統(tǒng)的牽引電機為380V交流電動機，外加滾筒以及斷火限位器，具備限位保護功能。轎廂由鋼絲繩連接到牽引電機的滾筒上，通過控制牽引電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)轎廂的上下運動，轎廂的四周裝有導向輪和導軌，保證轎廂上下運動的平穩(wěn)性。機械限位開關(guān)能夠在轎廂上行和下行運動時起到限位作用。

　　電磁門鎖系統(tǒng)主要選用280kg磁力鎖，驅(qū)動電源為12VDC，且可反饋鎖緊情況。

　　微控制器系統(tǒng)主要由樓層控制器、信息顯示屏、呼叫按鈕等組成。每一層都設(shè)有一個樓層控制器負責檢測傳感器和驅(qū)動信息顯示屏，其中一層的控制器還負責門鎖控制和呼叫按鈕的響應(yīng)。微控制器選用STC12C5A60S2，其程序存儲容量64K，且內(nèi)置看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能，滿足控制要求。每層的信息顯示屏采用P3.75室內(nèi)雙色單元板，其數(shù)據(jù)接口為通用HUB08接口，用于顯示轎廂的運動狀態(tài)和提示信息。呼叫按鈕安裝在1層控制箱上，用于選擇轎廂運送的目的地。

　　樓層傳感器主要選用用高可靠的5VDC金屬探測接近開關(guān)，其輸出TTL信號到控制器I/O端口，安裝于井道內(nèi)對應(yīng)層高的墻壁上，用于檢測位于轎廂上的平層感應(yīng)金屬片。

2 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

　　餐飲電梯的多層集控，其實現(xiàn)方式是在每層設(shè)計一個控制器，其中1層控制器是主機，用于下達命令，2、3、4、5層控制器為從機，主要檢測各層傳感器狀態(tài)并上報給主機以及接收主機下發(fā)的命令^[1]。考慮到通信距離、通信可靠性以及1主多從的控制方式，選擇TCP/IP通信中的客戶機/服務(wù)器模式，即將1層控制器作為服務(wù)器，其余4層作為客戶端^[2]。服務(wù)器向各客戶機廣播當前樓層信息以及復(fù)位信息，客戶機檢測平層傳感器的狀態(tài)發(fā)送給服務(wù)器，并且接收來自服務(wù)器的廣播信息，以控制顯示器信息變化^[3]。

　　該控制系統(tǒng)中還設(shè)有電話呼叫系統(tǒng)，每層安裝一個話機，其上有呼叫按鈕，所有話機并聯(lián)在一起。按下任意1層呼叫按鈕，所有樓層的電話機都迅速響，任意樓層摘機后都能夠多方對講，1層操作員負責與每一位呼叫者聯(lián)系，調(diào)度電梯的運行，該電話呼叫系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是互相獨立，不存在關(guān)聯(lián)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 集控式控制實現(xiàn)

　　餐飲業(yè)中的貨物運送電梯的使用中，從1層向上層運輸和從各層向1層運輸?shù)拇螖?shù)居多，因此采用集中控制，1層為主控制器，稱為主機，其余各層的控制器受1層主機的調(diào)度，稱為分機，使用者通過呼叫系統(tǒng)與1層操作員取得聯(lián)系，在1層的操作面板上操控。

　　其中主機和分機的任務(wù)有所區(qū)別，主機調(diào)度所有分機的運行，分機檢測所在樓層的傳感器信號并發(fā)送給主機，以及接收并執(zhí)行主機下達的命令，功能結(jié)構(gòu)圖如圖3。

3.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)主芯片選用STC公司的可以用串口下載程序的40腳封裝的STC12C5A60S2。它采用優(yōu)化之后的增強型51內(nèi)核，支持多種片上資源，包括60K ROM，1280字節(jié)RAM，兩個全雙工串行口，8路10位AD轉(zhuǎn)換器等資源^[4]。

3.2.1 曳引電機升降控制電路

　　提升電機采用滾筒電動機外加斷火限位器，可以保證電機上行限位后允許下行動作，下行限位后允許上行動作。其上下運行的核心是三相異步電動機的正反轉(zhuǎn)動作，采用2個220V交流驅(qū)動接觸器控制該電機的正反轉(zhuǎn)操作。這兩個交流接觸器是微控制器驅(qū)動直流繼電器控制的[5]。控制電路圖如圖5。

3.2.2 機械限位控制電路

　　機械限位開關(guān)主要有三處，一處位于斷火限位器上，另外兩處分別位于轎廂頂部和轎廂底部的上限位和下限位^[6]，這兩個機械限位開關(guān)固定于對應(yīng)墻面上，其常閉觸點串聯(lián)在交流接觸器的線圈電路上，當轎廂頂面或者底面的金屬結(jié)構(gòu)件碰撞這兩個傳感器之后，會強行切斷交流接觸器的控制電路，從而切斷提升電機的控制電源，同時產(chǎn)生開關(guān)信號給控制器，觸發(fā)其斷開驅(qū)動信號。

3.2.3 傳感器信息輸入電路

　　本集控式餐飲控制系統(tǒng)中，每層均設(shè)有平層檢測傳感器，選用金屬接近開關(guān)，在每層墻面上的對應(yīng)位置上安裝平層檢測傳感器^[7]，并且將其連接到該層的控制器上，當轎廂運動靠近該傳感器的時候，控制器采集到信號，并將其通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主機，主機根據(jù)之前請求狀況以及現(xiàn)在的樓層信息進行判斷，向各個從機發(fā)送廣播信息，各從機根據(jù)接收到的廣播信息更新各自顯示屏上的信息。

3.2.4 信息顯示電路設(shè)計

　　每個樓層都安裝有一塊信息顯示屏，用于顯示系統(tǒng)開機畫面、自檢信號以及轎廂實時運動狀態(tài)。該顯示屏運用標準件P3.75室內(nèi)雙色單元板，控制器內(nèi)部寫有對應(yīng)的驅(qū)動掃描程序。顯示畫面如圖8。

　　系統(tǒng)中，采用74LS245雙向總線收發(fā)器將來自微控制器的I/O口的顯示控制信號放大。這些I/O口按照HUB08的時序給單元板發(fā)送顯示數(shù)據(jù)。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第1期第68頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。