高性能服务梯控制系统的研制

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.03.027 第21卷第3期 北京科技大学学报 Vol.21 No.3 1999年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1999 高性能服务梯控制系统的研制 霍月 宁久瑞黄全福 朱漪刚 门风英 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要基于模糊控制原理，设计了利用单片机构成的模糊能耗制动服务梯控制系统，单片机 AT89C51是该系统的控制核心.同时介绍了该系统的设计思想及其硬件结构. 关键词单片机：服务梯；模糊控制：能耗制动 分类号TP273 目前在我国各地仍有大量服务梯继电控制 波，提高系统的抗干扰能力 柜在现场使用.这种继电控制柜，仅靠抱闸制 (3)为防止控制程序意外跑飞，本系统还增 动，又使用过多机械继电器，因此速度低，故障 设了具有监测(watch-dog)功能的系统自动复位 率高，性能简单，可靠性差，急需研制一种先进 电路.本系统自动复位电路由NE556电路和14 的更新换代产品.为此，我们研制了利用单片机 位计数器4020构成，1/2556接成单稳为CPU提 AT89C51构成的高性能服务梯控制系统. 供可靠的复位信号，1/2556接成振荡器为4020 提供计数脉冲，程序设计时使CPU在适当时刻 1系统电路结构和性能特点 从P3.7给4020发出清零脉冲，使4020不能溢 服务梯的基本功能是使人能够在任意层站 出：万一程序运行失常，清零脉冲不发，4020必 门外用按钮发出命令，控制电梯轿厢由现在层 然溢出，进而由单稳动作发出复位信号，强制 站安全运行到达任意目标层站，迅速、平稳、准 89C51复位，使程序运行恢复正常.这就进一步 确地停车.为此，采用模糊控制原理”，设计了 提高了系统运行的可靠性. 系统控制电路构成，如图1所示.系统控制核心 (4)在本系统设计中，结合以往经验，把服务 是单片机AT89C51. 梯运行中可能发生的故障尽量考虑在内，为此， 增设了系统故障自检回路.它们包括门接点检 电梯系统输 系统输出驱 测回路、各接触器的辅助接点、抱闸接点检测回 入信号（按钮 动信号（楼层 路、相序检测回路和电梯运行检测回路.当故障 命令、楼层传 89C51 故障显示啊 动和动力接 发生时，系统将发出声光报警，并以数码指示故 感、轿厢行程 传感和运行 单片机 触器驱动等) 障点，供维修人员参考，以便迅速查到和排除故 状态、安全保 光电隔离输 障，这就提高了系统的可维修性， 护、故障检测 出回路 (5)采用模糊能耗制动技术，使电梯平层停 等)光电隔离 自动复位电路 车更加迅速、平稳、准确 图1服务梯控制电路结构框图 2系统控制程序框图 其结构性能特点如下： 本系统控制程序采用MCS-51汇编语言进 (1)系统运行逻辑控制通过程序完成，省去 行模块化设计，由主程序和若干子程序构成.程 了所有控制继电器，因而避免了机械接点故障. 序框图如图2所示.呼梯命令处理、系统运行逻 (2)本系统的信号输入输出回路都采用光电 辑判断和控制由主程序负责：输入信号采集和 隔离措施，并且在程序设计时采用软件数字滤 数字滤波及4020清零操作在定时中断子程序 1998-12-20收稿蛋月女，57岁，副教授 中进行：故障处理分别由相应子程序完成

第 卷 第 期 ， 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 高性 育 霍 月 旨服 务梯 控 制 系 统 的研 制 宁久瑞 黄全福 北京科技大学信息工程学 院 朱漪 刚 门 风英 ， 北 京 摘 要 基 于模糊控制 原理 ， 设计 了利用 单片机构成 的模 糊 能耗 制动 服 务梯 控 制 系统 ， 单 片机 是该系统 的控制核心 同时介绍 了该系统 的设计 思 想 及 其 硬 件 结构 关键词 单片机 服务梯 模糊控 制 能耗制动 分 类号 冲 目前在我 国各地仍有大量服务梯继 电控制 柜在现场 使用 这种继 电控制柜 ， 仅靠抱 闸制 动 ， 又 使用 过 多机械继 电器 ， 因此速度低 ， 故 障 率高 ， 性 能简单 ， 可 靠性差 ， 急需研 制一种先进 的更 新换代产 品 为此 ， 我们研制 了利用 单片机 构成 的高性 能服务梯控制系统 系统 电路结构和 性 能特 点 服务梯 的基本功 能是使人 能够在任意层 站 门外 用 按钮发 出命令 ， 控制 电梯轿厢 由现在 层 站 安全运行到达任 意 目标层站 ， 迅速 、 平 稳 、 准 确地停车 为此 ， 采用模糊控制原理 〔团 ， 设 计 了 系统控制 电路构成 ， 如 图 所示 系统控制核心 是单 片机 ， 一电 梯 系 统 输 产信号 按钮 命令 、 楼层传 感 、 轿厢行程 传 感 和 运 行 伏态 、 安全保 护 、 故障检测 等 光 电隔离 自动复位电 系 统 输 出 驱 动信号 楼层 故 障 显 示 驱 动 和 动 力 接 触 器 驱 动 等 光 电 隔 离 输 出回路 波 ， 提 高系统 的抗 干 扰 能力 为 防止 控 制程 序意外 跑 飞 ， 本 系统 还 增 设 了具 有监 测 一 功 能 的系统 自动 复位 电路 本 系统 自动 复位 电路 由 电路和 位 计 数器 构成 ， 接成 单稳 为 提 供可 靠 的复位信号 ， 接成 振荡器 为 提供计数脉冲 程序设计 时使 在适 当时刻 从 给 发 出清 零 脉 冲 ， 使 不 能溢 出 万 一 程 序运行 失 常 ， 清 零 脉 冲 不 发 ， 必 然 溢 出 ， 进 而 由单稳 动 作 发 出复位信 号 ， 强 制 复位 ， 使程 序运 行恢 复正 常 这 就 进 一 步 提 高 了系统运 行 的可 靠 性 在 本系统 设计 中 ， 结合 以往经验 ， 把服务 梯运 行 中可 能 发生 的故 障尽量 考虑在 内 ， 为此 ， 增 设 了 系统 故 障 自检 回路 它们 包 括 门接 点检 测 回路 、 各接 触器 的辅助 接点 、 抱 闸接 点检测 回 路 、 相序检 测 回路 和 电梯运 行检测 回路 当故 障 发 生 时 ， 系 统将发 出声 光报警 ， 并 以数码 指 示 故 障点 ， 供 维修人 员参考 ， 以便迅速 查 到和 排 除故 障 这 就 提 高 了系统 的可 维修性 采用 模 糊 能耗制 动 技 术 ， 使 电梯平 层 停 车 更 加 迅速 、 平 稳 、 准 确 图 服务梯控制 电路结构框 图 其 结构 性 能特 点 如 下 系统运行逻辑控制通过程序 完成 ， 省 去 了所有控制继 电器 ， 因而 避免 了机械接 点 故 障 本系统 的信号输入输 出回路都采用 光 电 隔 离措施 ， 并 且 在程序设计 时采用 软 件 数字滤 一 一 收稿 霍 月 女 ， 岁 ， 副 教授 系统控 制 程 序框 图 本 系 统控制 程 序 采用 一 汇 编语 言进 行 模 块化 设计 ， 由主 程 序和 若干子 程序 构成 程 序框 图如 图 所 示 呼 梯命令处 理 、 系统 运 行逻 辑 判 断 和 控 制 由主 程 序 负责 输入 信 号 采集 和 数 字 滤 波 及 清 零 操 作在定 时 中断子 程 序 中进 行 故 障 处 理 分 别 由相 应 子 程 序完成 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．03．027

·312· 北京科技大学学报 1999年第3期 MAIN 初始化 CTCO M INTO INTI Y N 维修运行 保存现场 下限位 下限位 命令 置T0初值 报警处理 报警处理 上行 下行 清T1 处理 处理 RETI DISP RETI 读取P0,P1,P2P3 把显示缓冲区 、到站 行入内部RAM 并作预处理 内容移位显示 停车处理 发现异常报警 RET RETI 图2系统控制程序框图 3停车处理时的能耗模糊制动调速 (a) 为了让电梯平稳准确地到站停车，在停车 处理时，应使电梯按图3(a)所示速度曲线运行. 日· 图中。为额定速度.因为没有准确的数学模型 可用和PID参数难调，本系统在停车处理时，采 用模糊能耗制动调速技术.所谓模糊能耗制动 能耗制动距离m 调速就是把模糊控制技术应用于能耗制动调 (b) 速.模糊能耗制动调速控制回路如图3(b)所示 E 当电梯轿厢与目标层站的距离等于或小于停车 模糊 控制表 K 能耗 制动距离时，切断电梯电机驱动主回路，接通电 机绕组直流激磁供电的可控硅回路，进入下述 @K9 回路 的模糊能耗制动调速过程. 利用单片机89C51片内计数器T1的计数 速度 行程检 值（光电数码盘脉冲数）和定时器T0的定时，可 变换 测回路 计算变换出电梯的行程和运行速度“，与由速度 图3模糊控制回路图 曲线离散化查表得来的给定速度，相减，求得 (a)运行速度曲线， b)模糊能耗制动调速控制回路 速度偏差e,做微分运算得速度偏差变化率cc. 个模糊语言值整数化表示为{-3，-2，-1,0,1,2， 它们乘各自的模糊量化因子k,k得到对应的模 3}7个等级模糊数.本系统采用三角形隶属函 糊量E和EC.再根据E和EC查表，从模糊控制 数，已知精确量e及其变化范围(a-b),则E= 表中得到控制模糊量U,然后进行解模糊处理， INT{6[e-(a+b)/2]/(b-a)}.NT是就近取整运算， 乘系数k,求得精确控制量.在此4实际上是 取a,b为正负对称数，所以a+b-0,E-NT{6el(b- AT89C51从P2.0输出的方波的占空比，即单位 a)},即k,=6/(b-a).同理可计算出ec和u的模糊 时间内可控硅导通的半波数.根据经验，本系统 语言值整数化表示值.把它们代入模糊控制表 所采用的模糊控制表如表】所示.e,ec和u均模 1,就可作进一步的编程操作.因为本系统没有 糊量化为7个等级：NB(负大)、NM(负中)NS(负 加速手段，所以模糊控制表1的0对角线左边 小)、ZO(零)PS(正大)、PM(正中)、PB(正大).这7 都取0值.在实际现场调试时，采样控制周期和

一 北 京 科 技 大 学 学 报 ，年 第 期 】 初始化 维修运 行 命令 卜行 处理 下行 处理 下限位 报警处理 下限位 报警处理 一卜酬州︷ 匕一土劫曰私卜︸王 呀 到站 订 停车处理 保存现场 置 初值 清 读取 ， ， ， 存入 内部 并作预处理 发现异常报警 图 系统控制程序框图 层日 · 遥犷 停 车处理 时的能耗 模糊 制 动调 速 为 了让 电梯 平 稳准 确 地 到 站 停 车 ， 在 停车 处 理 时 ， 应 使 电梯按 图 所 示速 度 曲线运 行 图 中 凡 为额 定 速 度 因 为没 有准 确 的数 学 模型 可 用 和 参 数 难 调 ， 本 系统 在停 车 处 理 时 ， 采 用 模 糊 能耗 制 动 调 速 技 术 所 谓 模 糊 能耗 制动 调 速 就 是 把 模 糊 控 制 技 术 应 用 于 能 耗 制 动 调 速 模糊 能耗 制动 调 速 控 制 回路 如 图 所 示 当电梯轿厢 与 目标层 站 的距 离 等 于 或 小于 停车 制 动 距 离 时 ，切 断 电梯 电机 驱 动 主 回路 ， 接 通 电 机 绕 组 直 流激 磁 供 电 的 可 控 硅 回 路 ， 进 入 下 述 的模 糊 能 耗 制动 调 速 过 程 利 用 单 片 机 片 内计 数器 的计 数 值 光 电数码 盘 脉 冲 数 和 定 时 器 的定 时 ， 可 计 算变 换 出 电梯 的行 程 和 运 行速 度 ， 与 由速 度 曲线 离散化 查 表得来 的给 定速 度 相 减 ， 求 得 速度偏差 ， 做微 分 运算得 速度偏 差 变 化 率 它们 乘各 自的模糊量化 因 子 ，， 几得到对应 的模 糊 量 和 再 根据 和 查 表 ， 从 模糊 控 制 表 中得 到控 制模糊 量 ， 然 后 进行 解 模 糊 处 理 ， 乘 系数 棍 ， 求 得精 确 控 制 量 在 此 “ 实 际 上 是 从 输 出 的 方 波 的 占空 比 ， 即 单 位 时 间 内可 控硅 导通 的半 波数 根据 经 验 ， 本系统 所 采 用 的模糊 控 制 表 如 表 所 示 ， 和 均 模 糊量化为 个等级 负大 、 负 中 、 负 小 、 零 、 正 大 、 正 中 、 正 大 这 能耗制动距 离 控模制糊表 能耗 回路 速度 行程检 变换 测回路 图 模糊控制回路图 运行速度曲线 ， 模糊能耗制动调速控制回路 个 模糊 语 言值 整 数化 表示 为 一 ，一 ， 一 ， ， ，， 个等级模糊 数 本系统 采用 三 角形 隶属 函 数 ， 己 知 精确 量 及 其变 化 范 围 一 ， 则 水 一 一 是就 近取 整 运 算 ， 取 ， 为 正 负对 称 数 ， 所 以 二， 毛 ， 即 ， 一 同理 可 计 算 出 和 的模糊 语 言值 整 数化表 示 值 把它们 代入模糊控 制表 ， 就 可 作进 一 步 的编程 操 作 因 为本 系统 没 有 加速 手 段 ， 所 以模糊控制表 的 对 角线左 边 都取 值 在 实际现场 调 试 时 ， 采样控制周 期和

Vol.21 No.3 霍月等：高性能服务梯控制系统的研制 ·313 α，b值因具体电梯系统而异，经反复试验确定 4结语 后，固化在89C51的片内EEPROM中.当电梯 在系统惯性和可控的能耗制动力矩的合成作用 本系统性能比原继电控制柜优越，而H其 下，按速度曲线平稳滑行到准确停层位置时，速 性能价格比远优于现在的PLC产品，具有推 度接近为零，再利用抱闸即可使其准确停车. 价值. 表1模糊控制表 参考文献 模糊量偏差EC 1何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天 模糊量E NB NM NS Z0 PS PM PB 大学，1990 NB 0000000 2陈永义.模糊控制技术及其应用实例.北京：北京师 NM 000 0 0 0 NS 范大学出版社，1993 NS 00000 NS NM 3诸静.模糊控制原理与应用.北京：机械工业出版社， ZO 0000 NS NM NP 1995 PS 000 NS NM NP NP PM 00 NS NM NPNP NP PB 0 NS NM NPNPNP NP Research of High Performance Service Elevator Control System Huo Yue,Ning Jiurui,Huang Quanfu,Zhu Yigang Information Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The fuzzy energy-consume brake service elevator control system which is made up of SCM was introduced and the design thought,hardware theory and control program of this system are explained in detail. KEY WORDS SCM;service elevator;fuzzy control;energy-consume brake

、 霍月等 高性能服务梯控制系统的研制 一 ， 值 因 具体 电梯 系统而 异 ， 经 反 复试验 确 定 后 ， 固化在 的片 内 中 当 电梯 在系统惯性和 可控 的能耗制动 力矩 的合 成作用 下 ，按速度 曲线平稳滑行到准确 停层位 置 时 ， 速 度接近 为零 ， 再利用 抱 闸 即可 使其准确 停车 表 模糊控制表 模糊量偏差 模糊量 下而 一下而厂丽 一一云厂下丁几丽尸而一 结语 本 系统 性 能 比原 继 电控 制 柜 优越 ， 而 目其 性 能 价格 比远 优 于 现 在 的 产 品 ， 具 有 推 厂 价 值 参 考 文 献 何立 民 单片 机应 用 系统 设 计 北 京 北 京航 空 航天 大学 ， 陈永义 模糊控制 技术及 其应用 实例 北 京 北 京 师 范大学 出版社 ， 诸静 模糊控制原理 与应用 北 京 机械工 业 出版 社 ， ， 。 八 口 ， 州心 五“ 川 ， 找 晌 ， 鞠 允 力成 ， ， ， 雌卿 一 ， 呷 『 让 泣 】及 一