集控式餐飲電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shí)體在貨運(yùn)方面的困擾。依據(jù)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了集控式電梯控制系統(tǒng)，用于樓層間貨物的運(yùn)送。主要包括整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、通信設(shè)計(jì)、安全保護(hù)設(shè)計(jì)和測(cè)試驗(yàn)證等內(nèi)容。成功試制了樣機(jī)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的試運(yùn)行和驗(yàn)證，實(shí)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(duì)于工作效率越來(lái)越重視。餐飲業(yè)中貨物的搬運(yùn)、餐具的搬運(yùn)、食材以及菜樣等物品的運(yùn)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(duì)于樓層較高的餐飲業(yè)實(shí)體來(lái)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(yùn)送小體積小重量的物品，比如少量菜樣，而且價(jià)格偏高，對(duì)中小型餐飲實(shí)體，是一筆較大的經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷，部分餐飲實(shí)體的經(jīng)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量因此而受限。

　　基于上述情況，設(shè)計(jì)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(yùn)送任務(wù)的前提下，降低經(jīng)濟(jì)成本，以服務(wù)于中小型餐飲實(shí)體。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　由于餐飲業(yè)使用的特殊性，整個(gè)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(duì)整個(gè)電梯系統(tǒng)進(jìn)行操作，即集中控制。

　　整個(gè)集控式電梯控制系統(tǒng)主要由機(jī)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(cè)系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，如圖1所示。

　　機(jī)械牽引系統(tǒng)主要由牽引電機(jī)、滾筒、鋼絲繩、轎廂、上下限位開(kāi)關(guān)組成。該系統(tǒng)的牽引電機(jī)為380V交流電動(dòng)機(jī)，外加滾筒以及斷火限位器，具備限位保護(hù)功能。轎廂由鋼絲繩連接到牽引電機(jī)的滾筒上，通過(guò)控制牽引電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轎廂的上下運(yùn)動(dòng)，轎廂的四周裝有導(dǎo)向輪和導(dǎo)軌，保證轎廂上下運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。機(jī)械限位開(kāi)關(guān)能夠在轎廂上行和下行運(yùn)動(dòng)時(shí)起到限位作用。

　　電磁門鎖系統(tǒng)主要選用280kg磁力鎖，驅(qū)動(dòng)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(gè)樓層控制器負(fù)責(zé)檢測(cè)傳感器和驅(qū)動(dòng)信息顯示屏，其中一層的控制器還負(fù)責(zé)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(chǔ)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(yùn)動(dòng)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(yùn)送的目的地。

　　樓層傳感器主要選用用高可靠的5VDC金屬探測(cè)接近開(kāi)關(guān)，其輸出TTL信號(hào)到控制器I/O端口，安裝于井道內(nèi)對(duì)應(yīng)層高的墻壁上，用于檢測(cè)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(shí)現(xiàn)方式是在每層設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，其中1層控制器是主機(jī)，用于下達(dá)命令，2、3、4、5層控制器為從機(jī)，主要檢測(cè)各層傳感器狀態(tài)并上報(bào)給主機(jī)以及接收主機(jī)下發(fā)的命令^[1]?？紤]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(jī)/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(jī)廣播當(dāng)前樓層信息以及復(fù)位信息，客戶機(jī)檢測(cè)平層傳感器的狀態(tài)發(fā)送給服務(wù)器，并且接收來(lái)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(gè)話機(jī)，其上有呼叫按鈕，所有話機(jī)并聯(lián)在一起。按下任意1層呼叫按鈕，所有樓層的電話機(jī)都迅速響，任意樓層摘機(jī)后都能夠多方對(duì)講，1層操作員負(fù)責(zé)與每一位呼叫者聯(lián)系，調(diào)度電梯的運(yùn)行，該電話呼叫系統(tǒng)與控制系統(tǒng)是互相獨(dú)立，不存在關(guān)聯(lián)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 集控式控制實(shí)現(xiàn)

　　餐飲業(yè)中的貨物運(yùn)送電梯的使用中，從1層向上層運(yùn)輸和從各層向1層運(yùn)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(jī)，其余各層的控制器受1層主機(jī)的調(diào)度，稱為分機(jī)，使用者通過(guò)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(jī)和分機(jī)的任務(wù)有所區(qū)別，主機(jī)調(diào)度所有分機(jī)的運(yùn)行，分機(jī)檢測(cè)所在樓層的傳感器信號(hào)并發(fā)送給主機(jī)，以及接收并執(zhí)行主機(jī)下達(dá)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(jì)

　　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(qiáng)型51內(nèi)核，支持多種片上資源，包括60K ROM，1280字節(jié)RAM，兩個(gè)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(jī)升降控制電路

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

3.2.2 機(jī)械限位控制電路

　　機(jī)械限位開(kāi)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(gè)機(jī)械限位開(kāi)關(guān)固定于對(duì)應(yīng)墻面上，其常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在交流接觸器的線圈電路上，當(dāng)轎廂頂面或者底面的金屬結(jié)構(gòu)件碰撞這兩個(gè)傳感器之后，會(huì)強(qiáng)行切斷交流接觸器的控制電路，從而切斷提升電機(jī)的控制電源，同時(shí)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)給控制器，觸發(fā)其斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

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(cè)傳感器，選用金屬接近開(kāi)關(guān)，在每層墻面上的對(duì)應(yīng)位置上安裝平層檢測(cè)傳感器^[7]，并且將其連接到該層的控制器上，當(dāng)轎廂運(yùn)動(dòng)靠近該傳感器的時(shí)候，控制器采集到信號(hào)，并將其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)根據(jù)之前請(qǐng)求狀況以及現(xiàn)在的樓層信息進(jìn)行判斷，向各個(gè)從機(jī)發(fā)送廣播信息，各從機(jī)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(jì)

　　每個(gè)樓層都安裝有一塊信息顯示屏，用于顯示系統(tǒng)開(kāi)機(jī)畫(huà)面、自檢信號(hào)以及轎廂實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該顯示屏運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)件P3.75室內(nèi)雙色單元板，控制器內(nèi)部寫(xiě)有對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)掃描程序。顯示畫(huà)面如圖8。

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

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第1期第68頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。