科技创新导报 2011 NO.29 Science and Technology Innovation Herald 工 程 技 术 基于 VHDL 的电梯控制系统设计 ( 山东物华租赁有限公司 山东淄博 2 5 5 0 3 1 ) 庞 云 江 摘 要:按照电梯控制系统的一般要求,设计了基于VHDL语言的电梯控制系统。该系统遵循方向优先的设计原则,可以提供楼层用户的 载客服务并指示电梯的运行情况。通过对整个系统进行了综合仿真,得到了电梯控制系统的时序仿真波形,仿真结果表明该控制系统符 合 设 计 要 求 。 关键词:VHDL语言 电梯 控制系统 中图分类号: TP 2 7 3 文章编号:1674-098X(2011)10(b)-0096-02 文 献 标 识 码: A 电梯控制系统是控制电梯按顾客的要 求 自 动 上 下 的 装 置。电 梯 的 控 制 状 态 包 括 运行状态、停止状态及等待状态,其中运行 状 态 又 包 含 向 上 状 态 和 向 下 状 态。主 要 动 作 有 开、关 门,停 靠 和 启 动。乘 客 通 过 键 入 开关门按钮、呼唤按钮、制定楼层按钮等来 控 制 电 梯 停 与 行 。 1 电梯控制系统的设计要求 电梯控制系统分为主控制器和分控制 器。主控制器是电梯内部的控制器,每个楼 层 有 一 个 分 控 制 器 。 主 控 制 器 的 设 计 要 求 :① 完 成 三 层 楼 多 用 户 的 载 客 服 务 控 制 ;② 电 梯 运 行 时 显 示 电 梯 的 运 行 方 向 和 所 在 的 楼 层 ;③ 当 电 梯 到 达 选 择 的 楼 层 时,电 梯 自 动 开 门;④电 梯每秒升(将)一层;⑤响应分控制器的有效 请 求,如 果 到 达 有 请 求 的 楼 层 ,电 梯 经 过 一 秒 门 打 开 ,打 开 四 秒 后 ,电 梯 门 关 闭 (开 门 指 示 灯 灭 ),电 梯 继 续 运 行 ,直 至 执 行 完 最 后 一 个 请 求 信 号 后 停 留 在 当 前 层 ;⑥ 能 记 忆 电 梯 内 外 的 所 有 请 求 信 号 ,并 按 照 电 梯 运 行 规 则 次 序 响 应 ,每 个 请 求 信 号 留 至 执 行 后 消 除;⑦ 电 梯 初 态 为 一 层 开 门 状 态 。 分 控 制 器 的 设 计 要 求 :① 显 示 电 梯 的 运 行 状 态 和 所 在 的 楼 层 ;② 显 示 乘 客 的 上 升 和 下 降 请 求 。 分 控 制 器 还 需 满 足 有 效 请 求 原 则 :① 电 梯 处 于 等 待 状 态 时 ,上 升 和 下 降 请 求 都 响 应;② 电 梯 处 于 上 升 状 态 时 ,有 上 升 请 求 的分控制器所在楼层数大于电梯所在楼层 数;③ 电 梯 处 于 下 降 状 态 时 ,有 下 降 请 求 的 分 控 制 器 所 在 楼 层 数 小 于 电 梯 所 在 楼 层 数 。 图1 电 梯 控 制 系 统 的 功 能 模 块 2 电梯控制系统设计思路 比 较 而 言 ,基 于 CPLD/FPGA的 电 梯 控 制 系 统 的 设 计,以 可 编 程 逻 辑 器 件 为 核 心 , 采用VHDL(超高速硬件描述语言)来实现。 它具有集成度高、逻辑功能强的特点。一般 采 用 分 段 式 结 构,走 线 灵 活,便 于 复 杂 功 能 的 实 现 ,且 具 有 研 制 周 期 短 ,设 计 成 本 低 , 设 计 灵 活 性 高 , 高 性 能 的 特 点。因 此 用 CPLD/FPGA来 设 计 电 梯 控 制 系 统 能 够 更 大 限 度 的 切合“ 智 能 化”的 特 点,提 升 设 计 的可行性。在此设计中,由于系统中的模块 比较少,因此采用多进程的方式进行VHDL 程 序 设 计 。 首 先 把 系 统 化 分 为 几 个 模 块 , 分 别 用 VHDL语 言 实 现 , 然 后 把 各 个 模 块 连 接 起 来 , 构 成 整 个 系 统。在 功 能 模 块 进 行 仿 真、纠 错, 再 利 用 原 理 图 输 入 法 对 整 体 设 计 进 行 综 合 仿 真 , 并 得 出 结 果 验 证 其 可 行 性 。 3 电梯控制系统的设计 电 梯 控 制 系 统 的 功 能 模 块 如 图1所 示, 包 括 主 控 制 器、分 控 制 器、楼 层 选 择 器、状 (下 转 98 页 ) 96 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 图2 系统仿真 

工 程 技 术 维 修 时 ,代 换 元 器 件 尽 可 能 的 采 用 相 同 型 号,不 同 器 件 的 输 出 波 形 会 有 差 异 ,信 号 频 率与工作频率不能适应则一样会引起输出 波 形 严 重 畸 变,甚 至 丢 失 脉 冲 ,这 样 维 修 就 会 出 现 失 败 。 (2)雷击设备的维修应尽量从雷电流或 电 磁 感 应 的 进 入 途 径 进 行 分 析 ,可 以 发 现 线路是从源到末端沿线损坏的可能性比较 大,对 于 没 有 告 警 信 息 的 故 障,要 对 现 象 原 理 进 行 深 入 分 析 ,加 以 验 证 并 尝 试 代 换 备 件,对 今 后 的 维 修 思 路 有 帮 助,可 以 尽 快 进 行 故 障 定 位 ,快 速 查 找 故 障 点 。 参考文献 [1] SIR- M/C TE CHNICAL MANUAL. A L E N I A . [2] 图 形 显 示 系 统 原 理 分 析 . 5 结语 仿真结果表明该控制系统设计完全符 合要求,适用于三层楼的电梯的控制。但 它 的设计思想和系统的各项功能具有典型性 和 良 好 的 扩 展 性 ,系 统 经 过 适 当 修 改 与 扩 展 后 ,可 以 应 用 于 大 型 高 层 建 筑 物 中 电 梯 的 运 行 控 制 。 参考文献 [1] 汪 浩 然 .基 于PLC控 制 技 术 的 电 梯 控 制 系 统 的 设 计 与 实 现 [J].数 字 技 术 与 应 用 ,2010(9):165～ 168. [2] 许 瑾 娜 . 四 层 电 梯 系 统 的 开 发 与 设 计 [J].机 电 工 程 技 术 ,2010(6):49～ 51. 科技创新导报 2011 NO.29 Science and Technology Innovation Herald A26(NRP1)两 脚 ,仍 无 方 位 脉 冲 和 正 北 脉 冲 ,现 在 故 障 可 以 推 断 为 编 码 器 及 其 外 围 线 缆 故 障,测 量 编 码 器 输 入 电 压 为 4.4V,供 电 正 常 ,仔 细 检 查 编 码 器 与 机 架 电 缆 接 头 正 常 ,通 过 对 EDR板 上 的 S5跳 线 进 行 设 置 模 拟 产 生 ACP信 号 ,原 先 的 0700告 警 码 消 失,出 现 雷 达 信 号 但 不 稳 定 ,初 步 断 定 编 码 器 主 备 全 坏,更 换 其 中 一 只 编 码 器 ,重 新 开 机 后EDR板EN1灯 亮。综 合 视 频 正 常 显 示, 但 目 标 方 位 角 不 对 , 再 利 用 延 伸 板 调 整 EDR板 上 的 相 位 调 节 开 关 ,直 至 目 标 方 位 角 正 确 ,系 统 恢 复 正 常 。 对 照 图 2, 通 过 对 编 码 器 进 行 拆 开 检 查,发 现 转 换 电 路 主 要 有1个LM319比 较 器 和 多 个 三 极 管 组 成 ,光 电 码 盘 通 过 旋 转 输 出 不 同 的 信 号 MM、MA、MC、IP1、IP2到 LM139比 较 器 的 正 负 端 ,LM319比 较 放 大 器 起 到 比 较 和 放 大 作 用 ,Q1,Q2管 Q4,Q5 管 Q7,Q8管 分 别 构 成 推 挽 输 出 。MM,MA, LM319,Q1,Q2,Q3 组 成 正 北 的 输 出 ,MC, IP1,LM319,Q7,Q8,Q9组 成 ACP的 输 出 ,通 过 用 万 用 表 检 查 Q1,Q2,Q3,Q7,Q8,Q9以 及 LM319,发 现 Q2,Q3,LM319,Q7,Q8均 已 损 坏,更 换 相 关 器 件 后,安 装 回 系 统 进 行 检 测,编 码 信 号 恢 复 正 常 ,检 测 波 形 信 号 与 正 常 编 码 器 信 号 基 本 相 同 。 2 对编码器的异常引起的雷达信号偏航进 行分析 塔 台 管 制 部 门 发 现 雷 达 信 号 出 现 分 裂,在终端显示器上可见ALEINA信号与其 他 雷 达 信 号 无 法 融 合 ,经 仔 细 观 察 发 现 航 (上 接 96 页 ) 态显示器、译 码 器 和 楼 层 显 示 器 。 整个控制系统由以上模块进行有机结 合,实现了智能化的控制方案。乘 客 在 电 梯 中 选 择 所 要 到 达 的 楼 层 ,通 过 电 梯 控 制 器 的 处 理,电 梯 开 始 运 行,状 态 显 示 器 显 示 电 梯 的 运 行 状 态 ,电 梯 所 在 的 楼 层 数 通 过 译 码 器 译 码 从 而 在 楼 层 显 示 器 中 显 示。分 控 制 器 把 有 效 的 请 求 传 给 主 控 制 器 进 行 处 理 ,同 时 显 示 电 梯 的 运 行 状 态 和 电 梯 所 在 的楼层数。由于分控制器相对简单很多,所 以 主 控 制 器 是 核 心 部 分 。 电梯主控制器的各输入输出端口的设 计主要由VHDL语言来实现。输入端口在电 梯 外 部 ,分 控 制 器 产 生 对 主 控 制 器 的 升 降 请 求 ,一 层 是 最 底 层 ,不 需 要 有 下 降 请 求 , 顶 层 是 最 高 层,不 需 要 有 上 升 请 求 ,二 层 则 上 升 下 降 请 求 端 口 都 有 ;在 电 梯 的 内 部 ,楼 层 选 择 其 设 有 各 层 停 留 的 请 求 端 口。输 出 端口使用一个译码电路显示电梯现在所处 的 位 置,并 且 能 显 示 电 梯 的 升 降 状 态 ,用 来 观 察 电 梯 的 运 行 情 况 。 迹 偏 离 航 线 30度。在 雷 达 站 上 检 查 雷 达 设 备 , 没 有 发 现 告 警 , 在 雷 达 维 护 显 示 席 (RMM)观 察,航 迹 与 航 线 间 距 离 偏 离 较 大 , 测 试 应 答 机 在 RMM屏 幕 上 测 量 出 的 距 离 方位为(75海里,197度)(角度为与正北的夹 角)。首 先,切 换 为 雷 达 备 机 工 作 ,航 迹 在 屏 幕 上 显 示 依 旧 为 偏 航 ,初 步 分 析 为 编 码 信 号 在 编 码 信 号 接 收 处 理 板 (EDR)的 处 理 发 生 偏 差 ,更 换 了 一 块 EDR,故 障 没 有 消 除 。 雷 达 设 备 停 机 ,调 整 EDR板 上 的 S2、S3、S4 的 跳 线,对 方 位 脉 冲 的 延 时 进 行 调 整 ,使 方 位 数 据 与 实 际 坐 标 吻 合 ,经 多 雷 达 融 合 确 认 已 恢 复。在 雷 达 控 制 席 位 进 行 单 个 点 迹 跟踪了1个小时后发现,该航迹在经过几个 周 期 后 会 发 生 跳 变 ,而 且 总 体 趋 势 为 向 一 个 方 向 减 少,角 度 从 开 始 设 置 的229度慢慢 的变为225度,好 象 是 编 码 器 与 天 线 没 有 同 步 旋 转,询 问 多 雷 达 融 合 的 情 况,发 现 航 迹 重 新 开 始 分 裂 ,由 此 分 析 编 码 器 已 经 发 生 变 质 故 障,拆 下 编 码 器 后 ,发 现 编 码 器 与 旋 转 电 机 之 间 的 连 接 部 件 已 经 发 生 断 裂 ,旋 转 就 靠 相 互 之 间 的 摩 擦 力 维 持 ,所 以 每 过 几 个 周 期,编 码 信 息 就 发 生 偏 差 ,导 致 航 迹 逐 渐 偏 离 , 更 换 好 的 连 接 件 后 , 接 上 编 码 器,调 整 EDR板 的 方 位 延 时 跳 线 后 ,信 号 恢 复 正 常 ,经 过 一 段 时 间 运 行 没 有 发 现 分 裂 现 象。至 此 由 于 编 码 器 连 接 件 故 障 引 起 的 航 迹 分 裂 得 到 解 决 。 3 结语 (1)在 故 障 排 查 时 ,尽 可 能 通 过 随 机 手 册 的 流 程 图 进 行 排 查 ,可 以 节 省 很 多 时 间, 4 电梯控制系统的VHDL语言实现及仿真 基 于 电 梯 控 制 系 统 的 原 理 框 图 ,把 整 个 系 统 划 分 为 三 大 模 块 ,主 控 制 器 模 块 是 整个设计系统的核心部分。限于篇幅,各个 模块的VHDL语言实现不做具体说明。 利用原理图输入法对整体设计有如下 仿 真 图。如 图2所 示 : 由 于 仿 真 引 脚 很 多 ,以 上 仿 真 的 是 当 一 楼 有 上 升 请 求 时 的 情 况。根 据 对 上 述 仿 真 图 的 分 析 得 知 , 当 一 楼 有 请 求 信 号 时 , up1=1,乘 客 进 入 电 梯 内 ,分 别 有 到 二、三 层 的 停 电 梯 请 求 ,当 乘 客 到 二 楼 时 ,则 有 k2、 a2均 置 1,则 door置 0门 关 闭 ,电 梯 为 上 升 状 态 mode=0,楼 层 数 指 示 器 就 会 增 加 ,即 site 为 高 电 平 ,并 随 着 脉 冲 的 增 加 依 次 显 示 一 二 楼 , 电 梯 到 达 了 二 楼 层 时 , 电 梯 开 门 door=1开 门 出 乘 客 ,当 二 层 有 停 电 梯 的 请 求 时 ,a2为 高 电 平 ,输 入 端 a3a2a1为 010(2), 其显示结果应为2,仿真结果为q0q1q3q4q6 为 高 电 平,mode=0,dian15…dian0显 示 上 升 标 志 ; 当 乘 客 到 三 楼 时 , 与 此 类 同 依 次 完 成。下降时时序仿真相反。 98 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald