液压电梯控制系统

马牧乐　陈鹏程

摘要：液压电梯是一种安全环保，噪声小同时故障率低，在工业生产过程中使用较为广泛的产品。针对液压电梯的控制系统，采用单片机RS485通讯的方法来取代传统的低压电器组合控制和昂贵的PLC控制，并在电梯的运行中增加一些保证电梯安全运行的装置和功能。

关键词：液压电梯;控制系统;安全运行;柱塞运动

中图分类号：TU857

文献标识码：A

DOI：10.15913/j.cnki.kj ycx.2019.10.031

1 电梯运行原理

1.1 电梯的整体构成

液压电梯（ hydrauliclift）是依靠液压驱动的电梯。液压电梯是通过液压动力源，把油压人油缸使柱塞作直线运动，直接或通过钢丝绳间接地使轿厢运动的电梯。液压电梯是机、电、电子、液压一体化的产品，由泵站系统、液压系统、导向系统、轿厢、门系统、电气控制系统、安全保护系统这几个相对独立但又相互联系配合的系统组成。电梯上行时，由液压泵站提供电梯上行所需的动力压差，由液压泵站上的阀组控制液压油的流量，液压油推动液压油缸中柱塞来厢，从而实现电梯的上行运动。

电梯下行时，打开阀组，利用轿厢自重（客（货）的重量）造成的压差，使液压油回流液压油箱中，实现电梯的下行运动（由阀组控制速度）。

液压电梯的压力传递是靠液体压力来实现，其工作压力由负载的大小，即油缸柱塞受的力决定。运动速度的传递按液体溶剂变化相等的原则進行，因此只要改变向油缸输出的流量，就可相应改变柱塞运动的速度。

1.2 液压电梯的速度控制及液压阀

液压电梯控制系统中，改变油泵向油缸输出的油量就可以改变电梯的运行速度。这种阀与所设计的液压电梯控制组件连接在一起，可以控制电梯从启动到停止的全部速度变化，所以，液压电梯的速度控制实际上是液压系统的流量控制。以GMV泵站为例，泵站结构如图1所示。

2 电梯控制系统设计

2.1 控制类型的比较

用常用的低压电器组合对液压电梯进行设计，主要会运用开关器件，包括按键开关、接触开关、继电器，在电梯的运行过程中包含了各种线路上的自锁和互锁设计，而且这其中会包含很多中间继电器，继电器的开合是硬性的，不仅会造成电梯响应上的延迟（但是这个过程可以调试，但调试过程十分漫长且复杂），而且继电器长时间使用后本身会有损耗，后期的维护和检修也比较复杂，如果电梯出现了问题，很难找出是哪一个继电器出现问题，所以这种控制类型一般都运用在简单的传输电梯上，比如餐厅菜品在楼上和楼下的运送。

PLC电梯控制的优点是稳定性较好，但PLC一般用于高层的电梯控制上，如果使用在楼层不高的电梯或价格高昂、后期检修维护复杂的货梯，都会造成不便，考虑到经济性和实用性，可选择单片机来对电梯运行进行控制。随着工业应用等的需求不断增加，对高速、高可靠性和低成本的通信介质的要求也随之提高。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。所以，本电梯控制CPU选择AT8960S2单片机来控制，因为它的应用比较广泛，并且成本低、操作控制简单、功耗较低、运行可靠性强。PLC能实现的功能它同样可以实现。

2.2 串行通信原理

由于电梯的每一层都要有一个控制器来接收信息，从而使电梯升降，整个电梯的控制利用多机通讯系统，但是这种通讯不一定是同时的，所以，单片机的通讯方式要采用半双工通讯方式，而RS485通讯装置更适合这种通讯方式，真正实现多点总线连接，相比于RS232和RS422等可以承载更多负载，所以选择RS485作为电梯控制的接口。整个通讯过程分三个主要阶段：发送机处理输入数据、通信和主接收机对楼层上的开关器件使能。在第一阶段，发送机判断输入的键值，将其打包处理;第二阶段，即通信阶段，把打包处理好的数值发送给寄存器，再从寄存器发送给接收机;第三阶段，即接收机使能阶段，把打包好的数据处理后还原原来的数据，通过线路控制对应楼层上的开关器件。此时，接收机清除接收缓冲区及相关变量，准备与主机下次通信。任何一次完整的通信过程都是由发送机方发起的，接收机上的单片机在无键值输入的情况下都处在接收状态。

2.3 电梯控制的通讯过程

主机控制PCB电路板如图2所示。

2.3.1 主要硬件电路的设计

电梯硬件包括CPU、电路板、断路器、电磁继电器、开关电源（交流220V转直流24V）、磁控开关等。通讯装置由轿厢接呼盒和控制主机来完成，每一个接呼盒在通讯系统中扮演着从机的角色，控制主机来判断接呼盒发送的楼层数据对应的键值，比如3楼为“0000 0100”，主机寻址成功之后，相对应楼层的磁控开关电平至“0”，通过与前一个输入楼层数据的比较，主机控制电磁继电器对液压阀的出油口开关（直流24V，开通使电梯下行）和进油口开关（交流220V，控制电梯上行）的通断，当轿厢上升到对应楼层，磁控开关会感应到轿厢上的磁铁，电平至“1”，液压阀停止工作，轿厢停止运行。

2.3.2 电梯的软件设计

电梯的每一个楼层的轿厢外呼梯输入模块控制单元为从机，从机由一个主机控制实现多机通讯。为了使电梯能够正确地上下行，在刚启动电梯时，检测电梯是否在一层，如果不在一层，电梯轿厢会自动下行到一层直到磁控开关感应到，此段程序为高级中断，放在电梯循环扫描寻址的While循环外，满足这个条件之后，电梯进入主循环进行工作。

当电梯准备工作完成进入完全工作状态时，主从机均采用9 600 KB/s的速率传输数据，各从机开始时处于接收地址状态，按键是主机系统的一部分，按下楼层的按键，主机得知目前的目标楼层，主机发送地址帧呼叫从机，地址帧既是这个楼层对应接呼盒上从机所属的楼层，从机将接收到的地址内容与本地址比较，相比于地址相符的从机，使本机的SM2=0，以便接收主机随后发来的控制电磁开关工作的信息，其他地址不相符的从机保持SM-1的状态。

主机通过与上一个楼层的数据比较控制液压油的出或进（电梯在启动时要先运行到一层是因为有一个比较的数据留在寄存其中比较，从而使电梯运行），这个步骤是在完成寻址从机，从机向主机返回确认信息之后，主机控制液压阀输出对电梯上下行使能。

磁控开关在通讯完成之后由从机使能至“0”，处于工作状态，在电梯到达相应楼层，开关感知轿厢上的磁性装置之后至高电平，从机检测到开关为高电平之后向主机发送信息，使主机关断输出，电梯运行结束。

每一个从机上都有急停按钮，用于检修和应对突发情况。急停按钮对应程序中的最高级中断，按键按下之后从机向主机发送特定的数据信息，设定为“FFH”，当主机接收之后将程序跳出主循环，执行直接使电梯停止运行的程序，排除故障之后，切换按钮，电梯复位。

3 总结

本设计是对以单片机为核心的货运液压电梯控制系统的研究，在研究过程中笔者从电梯的发展历史及国内的电梯发展状况中了解到，电梯在人们的生活中扮演者重要的角色，人们对电梯的需求越来越大，同样对电梯的要求越来越高。此研究设备针对于目前的货运电梯控制系统，了解到目前货运液压电梯自动化程度低、可靠性不高、操作复杂，致使电梯工作人员劳动强度大，降低了整体效率，所以提出了这一方案并完成了整体设计，从而为社会服务贡献自己的一份力量。

参考文献：

[1]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2009.

[2]张先庭.单片机原理、接口与C51应用程序设计[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社.2011.