施工升降機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn)介： 施工升降機(jī)是高層建筑施工中不可缺少的垂直運(yùn)輸工具，它主要擔(dān)負(fù)著運(yùn)送施工人員和施工設(shè)備及施工物料的任務(wù)。本文對(duì)施工升降機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理及硬、軟件進(jìn)行介紹，并對(duì)控制系統(tǒng)的特色部分作了進(jìn)一步的分析。關(guān)鍵字：施工升降機(jī) 單片機(jī) 編碼器 平層 1.前言施工升降機(jī)是高層建筑施工中不可缺少的垂直運(yùn)輸工具。它主要擔(dān)負(fù)著運(yùn)送施工人員的任務(wù)，也運(yùn)輸大量的施工設(shè)備及物料，工作速度大于34m/min。施工升降機(jī)的運(yùn)送能力及運(yùn)輸高度日益提高，但目前施工升降機(jī)自動(dòng)化控制水平較低。一般沒(méi)有超載限制，只能靠控制人員數(shù)量或估計(jì)物料的重量來(lái)控制重量，沒(méi)有樓層的呼叫及顯示功能，沒(méi)有自動(dòng)選層及平層功能。因此，目前施工升降

2、機(jī)在工作中不能預(yù)知哪個(gè)樓層需要停站及吊籠的平層精度不高，不能預(yù)知載荷率，施工升降機(jī)的運(yùn)行是被動(dòng)的，運(yùn)輸效率低下。本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置在各施工樓層的呼叫器，自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)施工層的呼叫信號(hào),判斷呼叫信號(hào)的上、下行狀態(tài)，并根據(jù)吊籠的運(yùn)行位置及載荷情況，自動(dòng)選層并控制吊籠?？繉诱炯皽?zhǔn)確平層。當(dāng)允許吊籠在指定樓層?？繒r(shí)，系統(tǒng)在吊籠接近到達(dá)指定樓層時(shí)自動(dòng)發(fā)出減速?？恐噶睿沟趸\準(zhǔn)確?？吭谥付菍由希奖闶┕と藛T及施工物料的上、下。2.系統(tǒng)控制原理系統(tǒng)根據(jù)同向優(yōu)先、就近優(yōu)先的原則處理呼叫信號(hào)。即系統(tǒng)根據(jù)吊籠載荷情況，當(dāng)呼叫信號(hào)方向與吊籠運(yùn)行方向同向時(shí)，優(yōu)先停靠且優(yōu)先?？侩x吊籠最近的樓層。當(dāng)?shù)趸\處于滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)，則不理

3、會(huì)一切呼叫信號(hào)，直達(dá)目的層。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 3.1 呼叫信號(hào)控制在高層建筑施工中，由于施工樓層多，樓高高，以33層為例，樓高近100米。如果按傳統(tǒng)方法在每一施工層上設(shè)置上/下行呼叫按鈕，則信號(hào)線(xiàn)就需要66根，這勢(shì)必造成信號(hào)線(xiàn)多，成本高，為盡可能減少信號(hào)線(xiàn)的數(shù)量，本系統(tǒng)采用二進(jìn)制數(shù)字編碼技術(shù)，即26=64，需6根信號(hào)線(xiàn)，再加2根電源線(xiàn)共需8根線(xiàn)就解決了問(wèn)題。這樣大大的減少了信號(hào)線(xiàn)的數(shù)量。同時(shí)根據(jù)施工樓層的基本層高，將信號(hào)線(xiàn)制作成標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)段，呼叫按鈕制作成可拆卸的，隨著施工樓層的升高，只需增加標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)線(xiàn)段即可，組裝、拆卸方便。所有呼層信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)線(xiàn)送到

4、呼叫信號(hào)控制器。呼叫信號(hào)控制器為一MCS-51單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)，控制器將所有呼層信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式將呼層信號(hào)傳送到吊籠主控制系統(tǒng)。3.2 自動(dòng)選層及平層由于施工升降機(jī)為齒輪、齒條傳動(dòng)，運(yùn)行位置十分準(zhǔn)確，在施工升降機(jī)吊籠內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)蝸桿軸端部同軸安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)編轉(zhuǎn)器提供一組與樓層高度成正比的脈沖數(shù)，通過(guò)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)，可以準(zhǔn)確的反映出吊籠的運(yùn)行位置，系統(tǒng)從而能夠進(jìn)行可靠的平層控制。3.3 系統(tǒng)存儲(chǔ)器在本系統(tǒng)中，將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一。由于不同的工程有著不同的層高和隨著施工的進(jìn)行，樓高不斷增高，對(duì)應(yīng)的層高和樓高脈沖計(jì)數(shù)不同，因此系統(tǒng)選用現(xiàn)場(chǎng)讀寫(xiě)方

5、便的EEPROM 1作為系統(tǒng)的RAM和ROM。在每一項(xiàng)新工程使用前先對(duì)對(duì)應(yīng)層高進(jìn)行一次脈沖計(jì)數(shù)，以確定每層所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，作為設(shè)定值，并進(jìn)行存儲(chǔ)。隨著施工的進(jìn)行，樓高也在不斷升高，需要將施工最高層數(shù)不斷修正并存儲(chǔ)不丟失。3.4 Watchdog看門(mén)狗電路2 由于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，對(duì)系統(tǒng)的干擾多，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了看門(mén)狗電路，從硬件上保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行 3.5 LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)7位LED顯示器，分別顯示吊籠的重量，呼叫樓層和吊籠實(shí)際位置。如下圖所示。其中第位顯示吊籠重量,第4.5位顯示呼叫樓層,第6.7位顯示吊籠當(dāng)前所處樓層.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主控程序流程圖系統(tǒng)主控程序流程圖如圖2。為保證系

6、統(tǒng)每次的正常使用，特設(shè)一個(gè)自檢子程序，在每次使用物料提升機(jī)前進(jìn)行一次系統(tǒng)自檢，以確保物料提升機(jī)能可靠工作。系統(tǒng)設(shè)有底層校正開(kāi)關(guān)及程序,在吊籠每次回到底層時(shí)進(jìn)行脈沖零位校正,以消除吊籠在運(yùn)行過(guò)程中帶來(lái)的脈沖計(jì)數(shù)誤差。4.2 呼層信號(hào)控制子程呼層信號(hào)控制子程如圖3.呼叫信號(hào)控制器將所有呼叫信號(hào)根據(jù)呼叫順序自動(dòng)排隊(duì)發(fā)送。每個(gè)吊籠主機(jī)在收到呼叫控制器發(fā)送來(lái)的信號(hào)后，根據(jù)同向優(yōu)先、就近優(yōu)先的原則處理呼叫信號(hào)。當(dāng)?shù)趸\處于滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)，則不理會(huì)一切呼叫信號(hào)，直達(dá)目的層；每一個(gè)吊籠主控系統(tǒng)在決定目的層后，向另一個(gè)吊籠主控系統(tǒng)發(fā)出聯(lián)控信號(hào)，這樣另一個(gè)吊籠控制系統(tǒng)在收到信號(hào)后即從呼叫樓層隊(duì)列中去掉該目的層，從而避免

7、了兩吊籠之間的運(yùn)輸沖突，減少了無(wú)為的往返，提高了輸送效率。表1 呼叫信號(hào)編碼表 33層1111132層1111031層11101.4層000113層000102層00001D5D4D3D2D1D04.3 呼叫信號(hào)編碼圖表表1中以32層為例，其中：D0D4為呼層信號(hào)位，D5為上/下行信號(hào)位，即只需6根信號(hào)線(xiàn)就可保證對(duì)32層樓的呼叫。如果要實(shí)現(xiàn)64層呼叫系統(tǒng)，只須再增加一根信號(hào)線(xiàn)即可。4.4 呼叫信號(hào)的處理主控系統(tǒng)對(duì)所有呼層信號(hào)根據(jù)同向優(yōu)先、就近優(yōu)先的原則進(jìn)行排隊(duì)處理。根據(jù)最優(yōu)先的呼層信號(hào)控制提升機(jī)的運(yùn)行,將最優(yōu)先的呼層信號(hào)送到LED顯示，并控制吊籠的運(yùn)行。4.5 系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，各功能子

8、程采用模塊化編程，組態(tài)方便、靈活，調(diào)試方便。4.6 系統(tǒng)軟件采用軟件陷阱方法，與硬件Watchdog電路共同對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，防止控制系統(tǒng)發(fā)生死機(jī)和飛程序，消除各種干擾因素對(duì)系統(tǒng)的影響。4.7 各吊籠主控系統(tǒng)在收到樓層呼叫信號(hào)時(shí)，自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音提示。當(dāng)?shù)趸\到達(dá)目的層時(shí)自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站。4.8 系統(tǒng)設(shè)有吊籠門(mén)安全聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)和程序，以保證人員的安全。4.9 系統(tǒng)設(shè)有聲光報(bào)警子程。當(dāng)?shù)趸\載重量接近或達(dá)到額定載荷時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲、光報(bào)警。5 結(jié)論通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)和編碼技術(shù)，系統(tǒng)根據(jù)吊籠的載荷率、樓層呼叫信號(hào)、吊籠的運(yùn)行方向，自動(dòng)選擇最需要的?？繉诱竞褪沟趸\準(zhǔn)確可靠的平層，很好地解決了施工升降機(jī)實(shí)際使用中遇到的問(wèn)題，提高了施工升降機(jī)的施工自動(dòng)化水平和運(yùn)輸效率，具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1何立民著,MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),北京航空航天大學(xué)出版社,1998.2李華主編,M