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。

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5VDC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60K ROM，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I/O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。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第1期第68页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。