自动升降电梯控制器设计.ppt

8.19 自动升降电梯控制器设计 设计要求 设计一个6层楼的电梯控制器。 该控制器可控制电梯完成6层楼的载客服而且遵循方向优先原则，并能响应提前关门延时关门，并具有超载报警和故障报警； 同时指示电梯运行情况和电梯内外请求信息。 电梯控制方式 1.内部请求优先控制方式 2.单向层层停控制方式 3.方向优先控制方式 1.内部请求优先控制方式方案 内部请求优先控制方式类似于出租车的工作方式，先将车上的人送至目的地，再去载客。作为通用型电梯应该服务于大多数人，必须考虑电梯对内、外请求的响应率P： Pin = 100%; Pout = 0~100%; 在内部请求优先控制方式中，当电梯外部人的请求和电梯内部人的请求冲突时，外部人的请求信号可能被长时间忽略，因而它不能作为通用型电梯的设计方案。 2.单向层层停控制方式方案 单向层层停控制方式等同于火车的运行方式，遇站即停止、开门。 这种方案的优点在于“面面俱到”，可以保证所有人的请求都能得到响应。 然而这样对电梯的效率产生消极影响：不必要的等待消耗了大量时间，而且电梯的运作与用户的请求无关，当无请求时电梯也照常跑空车，就浪费了大量电能。 对用户而言，此种控制方式的请求响应时间也不是很快。 因而这不是理想的方案。 3.方向优先控制方式方案 方向优先控制是指电梯运行到某一楼层时先考虑这一楼层是否有请求：有，则停止； 无，则继续前进。 停下后再启动时，①考虑前方——上方、或下方是否有请求：有，则继续前进；无，则停止；②检测后方是否有请求， 有请求则转向运行， 无请求则维持停止状态。这种运作方式下，电梯对用户的请求响应率为100%，且响应的时间较短。 假设： 电梯每两层间的运行时间为ΔT ,楼层数为6, 在每层楼的停止时间为t, 如果每层楼都有请求,则这种控制方式的效率和上面的单向每层停等控制方式的效率一样, 然而, 当不是每层楼都有请求 (假定为只有第6层有请求输入) 时,上面的方式2(设为A方式)的响应时间 T=5*(ΔT + t ) 而方向优先控制方式(设为B方式)对同一请求的响应时间 T1=5*ΔT 即效率比 ηb/ηa = 1 + t /ΔT 方向优先控制方式的效率远大于单向层层停等控制方式的效率。 而且，方向优先控制方式下，电梯在维持停止状态的时候可以进入省电模式，又能节省大量电能， 本设计选择方向优先控制方式。 系统组成 模块设计 1. 外部数据高速采集模块设计 2.信号存储模块 3. 基于FPGA的中央处理模块 4.信号的输出、显示模块 1.外部数据高速采集模块设计 对外部信号采集、处理要求电梯控制器： （1）外部请求信号的实时、准确采集。（2）准确、实时的捕捉楼层到达信号。（3）有效的防止楼层到达信号、外部请求信号的误判。 控制器采用FPGA作为系统控制的核心，系统时钟频率是32.0000MHz，完全可以满足实时采集数据的要求。由于电路中毛刺现象的存在，信号的纯净度降低，单个的毛刺往往被误作为系统状态转换的触发信号，严重影响电梯的正常工作。可以采用多次检测的方法解决这个问题，对一个信号进行多次采样以保证信号的可信度。 外部请求信号的输入形式为按键输入，到达楼层信号来自光敏传感器，关门中断信号及超载信号则产生于压力传感器。 键盘、光敏外部输入接口电路未设计。 2.信号存储模块 电梯控制器的请求输入信号有18个（电梯外有6个上升请求和6个下降请求的用户输入断口，电梯内有6个请求用户输入断口），由于系统对内、外请求没有设置优先级，各楼层的内、外请求信号被采集后可先进行运算，再存到存储器内。 电梯运行过程中，由于用户的请求信号的输入是离散的，而且系统对请求的响应也是离散的，因此请求信号的存储要求新的请求信号不能覆盖原来的请求信号，只有响应动作完成后才能清除存储器内对应的请求信号位。 3.基于FPGA的中央处理模块 中央数据处理模块是系统的核心，通过对存储的数据（含请求、到达楼层等信号）进行比较、判断以驱动系统状态的流转。电梯工作过程中共有９种状态：等待、上升、下降、开门、关门、停止、休眠、超载报警以及故障报警状态。一般情况下，电梯工作起始点是第一层，起始状态是等待状态，启动条件是收到上升请求。 超载状态时电梯关门动作取消，同时发出警报，直到警报被清除； 故障时电梯不执行关门动作，同时发出警报，直到警报被清除（看门狗信号有效的条件是一层楼连续发生关门中断情况超过3次）。本系统由请求信号启动，运行中每检测到一个到达楼层信号，就将信号存储器的请求信号和楼层状态信号进行比较，再参考原方向信号来决定是否停止，转向等动作。 4.信号的输出、显示模块 本系统的输出信号有两种： 一种是电机的升降控制信号（两位）和开门/关门控制信号；另一种是面向