毕业设计施工升降机自动控制系统设计.doc

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1、 简介： 施工升降机是高层建筑施工中不可缺少的垂直运输工具，它主要担负着运送施工人员和施工设备及施工物料的任务。本文对施工升降机自动控制系统的原理及硬、软件进行介绍，并对控制系统的特色部分作了进一步的分析。 关键字：施工升降机 单片机 编码器 平层 1.前言 施工升降机是高层建筑施工中不可缺少的垂直运输工具。它主要担负着运送施工人员的任务，也运输大量的施工设备及物料，工作速度大于34m/min。施工升降机的运送能力及运输高度日益提高，但目前施工升降机

2、自动化控制水平较低。一般没有超载限制，只能靠控制人员数量或估计物料的重量来控制重量，没有楼层的呼叫及显示功能，没有自动选层及平层功能。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及吊笼的平层精度不高，不能预知载荷率，施工升降机的运行是被动的，运输效率低下。 本系统通过设置在各施工楼层的呼叫器，自动检测每个施工层的呼叫信号,判断呼叫信号的上、下行状态，并根据吊笼的运行位置及载荷情况，自动选层并控制吊笼停靠层站及准确平层。当允许吊笼在指定楼层停靠时，系统在吊笼接近到达指定楼层时自动发出减速停靠指令，使吊笼准确停靠在指定楼层上，方便施工人员及施工物料的上、下。 2.系统控制原理 系统根

3、据同向优先、就近优先的原则处理呼叫信号。即系统根据吊笼载荷情况，当呼叫信号方向与吊笼运行方向同向时，优先停靠且优先停靠离吊笼最近的楼层。当吊笼处于满载状态时，则不理会一切呼叫信号，直达目的层。 3.系统硬件设计 系统硬件框图如图1所示。 图1系统硬件结构图 3.1 呼叫信号控制 在高层建筑施工中，由于施工楼层多，楼高高，以33层为例，楼高近100米。如果按传统方法在每一施工层上设置上/下行呼叫按钮，则信号线就需要66根，这势必造成信号线多，成本高，为尽可能减少信号线的数量，本系统采用二进制数字编码技术，即26=64，需6根信号线，再加2根电源线共需8根线就解决了问题。这样大大的

4、减少了信号线的数量。同时根据施工楼层的基本层高，将信号线制作成标准线段，呼叫按钮制作成可拆卸的，随着施工楼层的升高，只需增加标准信号线段即可，组装、拆卸方便。 所有呼层信号通过标准信号线送到呼叫信号控制器。呼叫信号控制器为一MCS-51单片机组成的控制系统，控制器将所有呼层信号经过信号处理后通过无线通信的方式将呼层信号传送到吊笼主控制系统。 3.2 自动选层及平层 由于施工升降机为齿轮、齿条传动，运行位置十分准确，在施工升降机吊笼内传动机构蜗杆轴端部同轴安装一个旋转编码器，随着轴的转动，旋转编转器提供一组与楼层高度成正比的脉冲数，通过对脉冲的计数，可以准确的反映出吊笼的运行位置，系统从而

5、能够进行可靠的平层控制。 3.3 系统存储器 在本系统中，将程序存储器和数据存储器合二为一。由于不同的工程有着不同的层高和随着施工的进行，楼高不断增高，对应的层高和楼高脉冲计数不同，因此系统选用现场读写方便的EEPROM [1]作为系统的RAM和ROM。 在每一项新工程使用前先对对应层高进行一次脉冲计数，以确定每层所对应的脉冲数，作为设定值，并进行存储。随着施工的进行，楼高也在不断升高，需要将施工最高层数不断修正并存储不丢失。 3.4 Watchdog看门狗电路[2] 由于施工现场环境恶劣，对系统的干扰多，因此系统设计了看门狗电路，从硬件上保证系统的正常运行 3.5 LED显示

6、 系统设计7位LED显示器，分别显示吊笼的重量，呼叫楼层和吊笼实际位置。如下图所示。其中第1.2.3位显示吊笼重量,第4.5位显示呼叫楼层,第6.7位显示吊笼当前所处楼层. 4 系统软件设计 4.1 主控程序流程图 系统主控程序流程图如图2。 为保证系统每次的正常使用，特设一个自检子程序，在每次使用物料提升机前进行一次系统自检，以确保物料提升机能可靠工作。 系统设有底层校正开关及程序,在吊笼每次回到底层时进行脉冲零位校正,以消除吊笼在运行过程中带来的脉冲计数误差。 4.2 呼层信号控制子程 呼层信号控制子程如图3. 呼叫信号控制器将所有呼叫信号根据呼叫顺序自动排队

7、发送。每个吊笼主机在收到呼叫控制器发送来的信号后，根据同向优先、就近优先的原则处理呼叫信号。当吊笼处于满载状态时，则不理会一切呼叫信号，直达目的层；每一个吊笼主控系统在决定目的层后，向另一个吊笼主控系统发出联控信号，这样另一个吊笼控制系统在收到信号后即从呼叫楼层队列中去掉该目的层，从而避免了两吊笼之间的运输冲突，减少了无为的往返，提高了输送效率。 表1 呼叫信号编码表 33层 1 1 1 1 1 32层 1 1 1 1 0 31层 1 1 1 0 1 . . . . . . . . . . . . . . .

8、. . . . . 4层 0 0 0 1 1 3层 0 0 0 1 0 2层 0 0 0 0 1 D5 D4 D3 D2 D1 D0 4.3 呼叫信号编码图表 表1中以32层为例，其中：D0~D4为呼层信号位，D5为上/下行信号位，即只需6根信号线就可保证对32层楼的呼叫。如果要实现64层呼叫系统，只须再增加一根信号线即可。 4.4 呼叫信号的处理 主控系统对所有呼层信号根据同向优先、就近优先的原则进行排队处理。根据最优先的呼层信号控制提升机的运行,将最优先的呼层信号送到LED显示，并控制吊笼的运行。 4.5 系

9、统软件采用结构化设计，各功能子程采用模块化编程，组态方便、灵活，调试方便。 4.6 系统软件采用软件陷阱方法，与硬件Watchdog电路共同对系统进行监控，防止控制系统发生死机和飞程序，消除各种干扰因素对系统的影响。 4.7 各吊笼主控系统在收到楼层呼叫信号时，自动发出语音提示。当吊笼到达目的层时自动语音报站。 4.8 系统设有吊笼门安全联锁开关和程序，以保证人员的安全。 4.9 系统设有声光报警子程。当吊笼载重量接近或达到额定载荷时,系统自动发出声、光报警。 5 结论 通过对系统硬件、软件设计，利用单片机和编码技术，系统根据吊笼的载荷率、楼层呼叫信号、吊笼的运行方向，自动选择最需要的停靠层站和使吊笼准确可靠的平层，很好地解决了施工升降机实际使用中遇到的问题，提高了施工升降机的施工自动化水平和运输效率，具有良好的应用前景。 参考文献： [1]何立民著,《MCS-51系列单片机应用系统设计》,北京航空航天大学出版社,1998. [2]李华主编,《MCS-51系列单片机实用接口技术》, 北京航空航天大学出版社,1993. [3] Nordic, nRF401ProductSpecifiation, Nordic corperation, 2000 [4]孙文迁 王波，高速物料提升机自动控制系统，微计算机信息，2004.4