智能控制PID算法的电梯系统设计

【摘要】本文介绍一种基于智能控制PID算法的电梯系统设计。使用单片机作为核心控制，设计仿人智能控制的PID算法，利用拖动技术实现调频、调压、调速，实现较为理想的电梯控制效果。

【关键词】电梯控制；单片机；智能控制；PID算法

一、系统整体设计

整个电梯控制系统按照总线式，控制结构分成主控制器，轿厢控制器和门厅控制器，各组成部分均围绕单片机构建而成，承担不同的系统任务，由RS-485总线连接成有机的控制系统。

二、电梯控制系统的组成设计

电梯控制系统可分为三个主要功能模块：电梯操作系统控制模块，由单片机及外围接口电路组成，是电梯逻辑运行的控制核心；拖动系统控制模块，由模拟电路组成的交流调压调速装置；继电器、接触器开关量控制模块，由电梯的状态、保护继电器及主电路接触器组成。

三、电梯控制系统结构设计

（一）电梯的逻辑控制系统

主要完成的是采集来自厅層、轿厢、井道、机房等不同位置、不同性质的外部信号，将它们按一定的逻辑关系进行综合处理，得到对应的处理结果，进而输出给各控制器件实现控制具体的操作。其具体的系统包括轿厢内指令系统、厅外呼梯系统、选层定向系统、显示系统、安全保护系统、检修系统等。

（二）电梯的拖动系统

接收来自逻辑控制系统的信号，在没有发现故障的情况下，控制电梯拖动系统以速度给定曲线为依据，利用模拟或数字控制装置，针对曳引电机的不同调速方式构成的闭环速度控制系统，实现电梯运动状态的控制。

（三）电梯的附属装置系统

应急装置系统，是当电梯运行中发生故障时，使电梯能够按预先设定能够的救援程序运行，在最短的时间内将梯内乘客放出，保障乘客的人身安全。

四、系统各控制器的设计

（一）主控制器的设计

以AT89S52单片机为核心主控制器，负责整个电梯的运行控制。位于楼房的顶部电梯机房内，与电梯动力装置曳引机构成了整个电梯控制系统的核心。采用变频器对轿厢拽动电机实施控制，由编码器反馈轿厢运行速度，系统设置了轿厢位置上、下限位开关，速度上下限开关以提供安全保障，设置光电隔离的继电器输出接口实现相应设备的控制。配置LCD，并给出系统运行状态的指示，包括电梯向上行驶、电梯向下行驶、电梯满载运行和轿厢当前所在楼层等信息。

主控制器通过RS-485总线进行数据通信，能接受轿厢控制器、门厅控制器、电梯速度控制器等的信号，存储并加以分析处理，然后输出控制信号。其主要任务：实时采集轿厢的内选信号和厅层的召唤信号；根据采集的位置、呼叫信号和上位机的控制指令，实现自动定向、顺向截车、最远程反向截车等操作；向下面的变频器，门控装置和显示装置发出信号，控制电梯上下行、开关门及显示电梯当前所在的楼层；将采集到的召唤等信息向上位机传递，并接受、执行上位机发来的控制指令，同时开辟运行状态数据缓冲区，并实时存储电梯运行状态供上位机查询。

（二）轿厢控制器的设计

轿厢控制器以AT89S52单片机为核心，并且扩展了数据存储器，设计带光隔的开关量输入接口，实现司机、自动、超载、内选信号等数字量输入方法同主控制器，输出则使用继电器和晶体管输出相结合的方法，驱动轿厢门并由夹紧传感器配合门控制动作，采用RS-485总线进行数据通信。

（三）门厅控制器的设计

门厅控制器，用于控制电梯的开关门动作，以AT89S52单片机为核心，完成上、下行两召唤信号的输入存储，设置LED显示器，用以指示运行方向和当前轿厢位置，采用RS-485总线进行数据通信。

五、仿人智能的PID控制算法设计

在传统PID控制的基础上，加入仿人智能控制的方法，实现仿人智能的PID控制算法的设计。将设计的仿人智能PID控制算法进行简化，实现单片机AT89S52程序设计，得到适用于单片机的控制算法。

单片机系统主控器控制软件主要由以下几个部分组成：主程序、仿人智能PID控制程序、采样定时器中断程序、设备运行状态控制程序和串口通讯程序等。

首先，主程序对AT89S52单片机进行初始化设置，包括串口、LCD、数据存储器设置，以通信方式对轿厢控制器、门厅控制器进行对话，对算法所用到的一些参数进行初始化，对一些变量进行初始化以及对外设进行初始化等。其次，检测轿厢、位置及限位开关状态，确定电梯系统的各设备状态，控制LCD及数据存储器，并控制相关设备做好运行准备。然后，等待轿厢控制器和门厅控制器有没有呼叫请求信号。如果没有，等待定时器的中断，检测电梯运行状态。如果有轿厢控制器和门厅控制器呼叫请求信号，单片机通过RS-485总线以通信方式读取呼叫的层号数据，据此呼叫给出电梯运行策略，包括运行方向、到达楼层等，执行智能PID控制程序，由拖动系统控制模块实施电梯运行控制。在电梯运行中检测电梯运行参数和状态，并与轿厢控制器及门厅控制器进行通信，控制其更新相应状态和显示。

参考文献

[1]万长建，张莉.用单片机实现高层电梯运行自动控制[J].实验技术与管理，2007，24（05）：256～261.

[2]张娅莉，曲国峰.单片机在电梯自动控制中的应用[J].工业控制计算机，2003，16（02）：135～138.

作者简介：黄滔（1982.06—），男，汉族，四川叙永人，硕士研究生，大学讲师，研究方向：电子信息工程、智能控制、自动化。

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