基于单片机的施工升降机自动控制系统研究

周敬华1廖裕丰2

2珠海市唯信贸易有限公司，广东珠海519015

摘要：施工升降机是一种常用的建筑施工机械，一般由驾驶人员通过控制继电器控制三相交流电机，以实现对施工升降机的上升、下降以及停止等操作。目前施工升降机自动化控制水平较低，一般没有超载限制，只能靠控制人数或估计物料的重量，也没有楼层的呼叫及显示，没有自动选层、平层，因此目前施工升降机在工作中不能预知哪个楼层需要停站，其运行是被动的，不能确定载荷率，使施工升降机的运输能力得不到充分发挥。本文对单片机施工升降机自动控制系统进行了分析研究

关键词：施工升降机；单片机技术；自动控制

1引言

施工升降机已广泛应用于建筑工地，承担着垂直运输人员及货物的工作。施工升降机的自动驾驶系统的成功研发，将有助于实现对施工升降机的自动驾驶，进一步提高该领域该设备的自动化水平，具有一定的创新性和较高的使用价值。

2组成及工作原理控

制装置由以下几部分组成：位置传感部分、计数部分、比较判断部分、楼层选择部分、预置数生成部分、输出控制部分，具体结构框图（见图1）。

2.1位置传感器部分

在减速箱的传动轴上安装一个计数码盘，码盘的两侧分别为光线发射和接收装置。升降机工作时，圆盘转动，其转动圈数和角度与升降机的实际上升高度有直接联系。圆盘上的开缝每阻断光线一次，则接收装置就给出一次计数脉冲，脉冲的累计数即代表升降机的即时高度。

2.2计数部分

对收到的脉冲进行计数。

2.3比较判断部分

对脉冲的计数值与预置值(该预置值由操纵者通过按下楼层选择按钮进行选定)进行比较，以决定电机的上、下或启、停操作。

2.4楼层选择部分

是一个多键自锁开关，每次选中一层楼也就确定了预置数。

2.5预置数的生成过程

当升降机初次安装或楼层增加后，先将升降机用手动方式上升至该新楼层，并进行手动平层定位，到达预定位置后，按下预置钮，则这个楼层的位置就被记忆下来。

2.6输出控制部分

通过光电耦合器和继电器控制电机的运转。主控部分由单片机完成。采用单片机控制，不仅电路相对简单，成本降低，工作更加可靠，而且设计灵活性很大，针对不同的具体问题，只要修改一下程序即可完成控制的修改。此外还可实现编程保密功能。

3系统的软件设计以及硬件设计分析

3.1系统的软件设计采用C51语言

首先对所选楼层信息排序,找到最大目标楼层。若最大目标楼层大于当前楼层,表明升降机上行,反之,下行。由红外检测产生的编码,单片机可检测出是否已经上升至当前楼层,若是,则停车。若不是,则继续上升。

3.2平层信号检测

施工升降机的位置信号是采用称为旋转编码器的装置来检测产生的（见图2）。旋转编码器实际上是一个脉冲发生装置，在圆盘的边缘上开有相同间距的缝隙，圆盘两侧分别安装红外发生器件和光敏元件。将圆盘与电机同轴连接，当圆盘随电机转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线明暗的变化，经光敏元件转换，就产生一个电脉冲，整形放大就得到具有一定幅值的脉冲信号。由于每个脉冲与电机轴转过的角度有一定关系，也就是与吊笼运行的距离有一定的关系，这种方法的优点是测量准确，无磨损，测量信号便于计算机处理。

完成如下要求：1.当吊笼载重量达到90%额载时，不理会呼叫信号。2.当呼层信号与吊笼运行方向相反时，不理会呼叫信号。3.当呼层信号与吊笼运行方向相同但在吊笼后方时，不理会呼叫信号。4.当同时有呼梯信号时，下层呼叫信号优先。下层产生信号时，同时切断上层呼叫信号电源，防止同时呼叫信号产生混乱。

3.3施工升降机的位置信号

采用称为旋转编码器的装置来检测产生的。旋转编码器实际上是一个脉冲发生装置，在圆盘的边缘上开有相同间距的缝隙，圆盘两侧分别安装红外发生器件和光敏元件。将圆盘与电机同轴连接，当圆盘随电机转动时，每转过一个缝隙就发生一次光线明暗的变化，经光敏元件转换，就产生一个电脉冲，整形放大就得到具有一定幅值的脉冲信号。由于每个脉冲与电机轴转过的角度有一定关系，也就是与吊笼运行的距离有一定的关系，对其进行计数，就可以得到施工升降机的位置信号。这种方法的优点是测量准确，无磨损，测量信号便于计算机处理。由于施工升降机工作条件复杂，楼层高度可能随着工作环境的不同而不同，因而其系统参数也要随时改变。

3.4参数的设置修改

通过人机交互界面完成，人机对话界面采用菜单提示方式。当升降机上的参数需要重新设置时，按下参数修改按钮，单片机系统进入参数设置工作方式，根据菜单提示完成设置后，按保存键退出，系统又回到检测状态参数的工作方式。施工升降机工作时存在较强的干扰，在设计系统时，必须采取一定的抗干扰措施。为防止电源系统引入干扰，选用了高质量的微机稳压电源。为避免"#$通道干扰，对数字信号采用光电隔离耦合技术。对模拟信号，首先在硬件上采用低通滤波电路，滤除信号中混入的干扰成分。信号传送线采用双胶屏蔽线，以免信号受到噪声的电磁耦合。

4各程序模块的功能

键盘处理程序模块是上升控制程序模块，当按上升键后转至本程序，首先判断预置值是否大于当前值，否则返回键盘扫描程序，上升过程中，每到一层，8031中的T0计数器，由于响应的码盘与光电传感器组成的外部脉冲发生器所提供的计数脉冲，就会发出一个计数溢出中断，并判断是否已上升至目的楼层。若是，则停车；否则，继续上升。

在实际的上升操作过程中，钢丝绳的直径不可忽略。因此，缠绕在电机减速器主轴上的钢丝绳数会随着上升楼层数的增多而增多，从而使其旋转半径不断加大。这样，每层楼之间的脉冲数就会相应减少。事先所推算的理论值将不再适用。升降机初次安装或楼层增加后，先将升降机用手动方式开至该新楼层，并进行手动平层定位，确定后，按下预置钮，则这个楼层的位置就被记忆下来了。这样，即使断电或故障，其存储的数据也不会丢失。

下降控制程序模块，按下降键后转至本程序。其原理与上升程序基本相同。但是在上升过程中，由于电机正转，到达指定位置后，由于电机的惯性，不会马上停车，吊笼还会上升少许，吊笼的自重会使其略微下降。这样就会部分或完全的抵消了惯性的作用。但在下降的控制过程中，吊笼运动方向与重力方向相同，这就使得实际运行中的吊笼会在指定位置以下停车，造成较大的误差，因此在设计中不可忽略。因此，在执行下降程序时，当8031从X25045中取出各层间的脉冲数后，应先对其做“减33”的处理，再用其结果对TO计数器置数。

5结语

升降机设备的不断更新，不仅提高了吊笼到达指定目的位置的准确性，而且大大提高了工人高空作业的安全系数，降低了事故的发生率。充分考虑单片机技术在控制系统中的应用。提出了利用单片机作为控制部分的核心，进行对施工升降机自动控制系统的研制和开发。

参考文献：

[1]许少横,张廷锋,莫文贞.基于PLC电梯控制系统设计的创新实验[J].中国现代教育装备.2015（3）:127-129.