【正文】 論文題目： 基于 VHDL的 電梯控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 1 摘 要 電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運(yùn)輸工具 ， 是機(jī) —電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。 而電梯的核心是電梯控制器。 對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器 —接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展， 采用硬件描述語言 VHL來完成電梯控制器的設(shè)計(jì) , 是設(shè)計(jì)智能化的標(biāo)志。 本文 結(jié)合 EDA 自上而下的設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析了電梯控制系統(tǒng)的工作原理，給出了電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，并用 VHDL 語言描述出了整個(gè)系統(tǒng)，最后用QuartusⅡ 軟件進(jìn)行了仿真，分析了仿真結(jié)果，進(jìn)行了總結(jié)。 本文結(jié)構(gòu)主要分成 四 大部分： 第一章介紹了電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展情況及發(fā)展趨勢(shì)，交代了課題的研究背景，并對(duì)要完成的工作做了介紹； 第二章介紹了 EDA技術(shù)的主要特點(diǎn)，并對(duì) VHDL語言的功能及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，并著重介紹了狀態(tài)機(jī)的含義； 第三章 以 VHDL 語言作為描述工具，對(duì)四層電梯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，給出了電梯控制器的設(shè)計(jì)流程和狀態(tài)機(jī)描述； 第四章用 QuartusⅡ 軟件對(duì)程序進(jìn)行了仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了說明和分析，并進(jìn)行總結(jié)。 關(guān)鍵字： 電梯控制器， EDA， VHDL狀態(tài)機(jī) 2 Abstract Elevator is the symbol of modern vertical transport of material is machine the plexity of transport equipment, electrical integration. The elevator is the core of elevator controller. For the elevator control, the traditional approach is to use relay contactor control system to control, as technology continues to develop, using hardware description language VHL to plete the elevator controller design, is a sign of intelligent design. This paper EDA Design features of a topdown elevator control system working principle of the elevator control system block diagram and describe the use of VHDL, the whole system, and finally with Quartus Ⅱ simulation software to analyze the simulation results , is summarized. This structure is divided into four parts: The first chapter describes the elevator control system development and trends, explain the topic of the research background, and to plete the work have been described。 Chapter II describes the main features of EDA technologies, and VHDL language features and structure are described, with an emphasis on the meaning of the state machine。 The third chapter describes VHDL language as a tool for analyzing the structure of four elevators, the elevator controller is given the design process and the state machine description。 Chapter IV with Quartus Ⅱ software process simulation, and simulation results are described and analyzed and summarized. Keywords: elevator controller, EDA, VHDL State Machine 3 目 錄 1 緒論 .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1 .............................................................................................. 1 .............................................................................. 2 ...................................................................................... 3 2 EDA技術(shù) 及 VHDL語言 ....................................................................................... 4 4 3四層電梯控制器的 VHDL設(shè)計(jì) .............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 9 PLC電梯控制缺點(diǎn) 四層電梯控制器具體設(shè)計(jì) ............................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 9 .............................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 10 VHDL設(shè)計(jì) ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 11 4四層電梯控制器的調(diào)試及仿真 ............................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 16 5 結(jié)束語 .................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 18 致謝 .............................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 8 參考文獻(xiàn) .................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 19 附錄 ............................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 19 附錄 1......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 19 附錄 2......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 20 1 緒論 電梯 智能化 的特點(diǎn) 當(dāng)今時(shí)代隨著高層建筑的日益增多和建筑設(shè)計(jì)的檔次的提高，使得人們對(duì)電梯的要求也越來越高。目前已不僅限于要求電梯搭乘快速、舒適，制造堅(jiān)固，裝潢考究，人們對(duì)電梯的安全可靠性及多功能性正提出越來越高的要求，為此電梯正朝著控制智能化的方向發(fā)展。 我國很多新近安裝的電梯已經(jīng)采用了世界上最新的電梯技術(shù)，電梯運(yùn)行 效率和質(zhì)量都很高；但同時(shí)還存在著大量的“老舊”電梯，說它們老舊其實(shí)它們運(yùn)行時(shí)間 并不是很長，只是沒能采用最新的電梯先進(jìn)技術(shù)，所以運(yùn)行效率和質(zhì)最相比之下不高。電梯智能化改造針對(duì)的就是那些運(yùn)行時(shí)間不是太長，而電梯的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量已經(jīng)不能滿足用戶的要求的電 5 梯。特別是當(dāng)一棟大廈的原有系統(tǒng)或是因?yàn)楫?dāng)初設(shè)計(jì)或是因?yàn)榇髲B功能的改變使得電梯系統(tǒng)的運(yùn)力不足，不能夠滿足大廈的上下運(yùn)輸需要時(shí)，這時(shí)要么采取添加或更換電梯，要么只能采取通過提高電梯群的運(yùn)行效率來提高電梯的運(yùn)力。通過對(duì)電梯系統(tǒng)的智能化改造，付出少量的代價(jià)使得原有電梯系統(tǒng)的性能有一個(gè)大的提升。電梯的智能化改造還有一個(gè)關(guān)鍵問題是如何與電梯原來的控 制系統(tǒng)連接，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)所需電梯的信號(hào)的采集和實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制；還要考慮到一棟大廈如果安裝有多部不同品牌或型號(hào)的電梯的情況。 何為電梯的智能化 將人工智能應(yīng)用到電梯控制領(lǐng)域是從上世紀(jì) 80 年代開始的，那時(shí)人工智能蓬勃發(fā)展，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等許多最新的人工智能成果都被應(yīng)用到電梯群控的派梯算法上，但這些具有智能化派梯策略的電梯在中國的使用卻很晚，使用量并不是很大。這是由多種原因造成的。智能化電梯群控系統(tǒng)可以大大提高電梯群的派梯效率，減少乘客的候梯時(shí)間，降低電梯的能耗 。 電梯智能化改造的實(shí)現(xiàn) 對(duì)電梯的原有機(jī)械電梯部分基本不作改動(dòng)，包括提升部分、廳門控制部分等等，只是在原有電梯控制系統(tǒng)之上增加一層接口層，在接口層實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯各種信號(hào)的采集和通過電梯的原有外部輸入接口實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制信號(hào)的輸入，在接口層之上實(shí)現(xiàn)電梯群的智能化群控。 （ 1） 接口層的實(shí)現(xiàn) 電梯智能化改造的實(shí)現(xiàn)中與原有電梯的接口部分很重要。與原有系統(tǒng)的接口包括兩個(gè)部分，一是電梯的狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，二是控制信號(hào)的回送。始終強(qiáng)調(diào)電梯的改造最重要的是不可以降低原有系統(tǒng)的安全性。如果原有電梯控制系統(tǒng)仍能滿足需要，應(yīng)盡量減少對(duì)原有電梯控制系統(tǒng)的改變 ，同時(shí)又要能夠及時(shí)得到電梯的狀態(tài)變化，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的調(diào)度。 接口層的實(shí)現(xiàn)采用分布式控制技術(shù)，在每 — 臺(tái)電梯的每一樓層的外招板上加裝一塊外招接口板，在內(nèi)招板上加裝一塊內(nèi)招接口板，在電梯控制柜中加裝一塊梯態(tài)接口板，這些接口板上都有一個(gè)獨(dú)立的 CPU 控制著各自的信號(hào)采集、發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)，它們通過一條公用總線與信號(hào)采集主機(jī)相連，信號(hào)采集主機(jī)負(fù)責(zé)電梯所有信號(hào)的收集和轉(zhuǎn)發(fā)，負(fù)責(zé)將收集到的電梯信號(hào)送達(dá)上層的群控主機(jī)和實(shí)時(shí)監(jiān)控主機(jī)，并轉(zhuǎn)發(fā)群控主機(jī)和監(jiān)控主機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)。 通過各樓層加裝的外招接口板采集所有外 招信號(hào)，電梯內(nèi)加裝的內(nèi)招接口板采集電梯的內(nèi)招信號(hào)，電梯的控制柜中加裝的電梯狀態(tài)接口板采集電梯的目前狀態(tài)：如口前樓層、運(yùn)行 6 方向、電梯門狀態(tài)、電梯停止等信號(hào)，通過串行總線送往群控主機(jī)，群控主機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)作派梯選澤，將派梯信號(hào)回送到外招接口板，由外招接口板將信號(hào)發(fā)送給電梯的外招板，完成派梯。在接口板與電梯原電氣裝置連接時(shí)采用光電耦合結(jié)構(gòu)，以隔絕相互之間的電磁干擾。電梯外招接口板的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，它既要保證乘客的按鍵召喚信號(hào)和電梯的響應(yīng)信號(hào)能夠被及時(shí)、準(zhǔn)確地采集并送到信號(hào)采集主機(jī)，還要能夠及時(shí)地將群控主機(jī)發(fā)山的 派梯信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給外招板，并且還要保證在群控主機(jī)或與之通信的線路有故障時(shí)也能夠完成乘客的請(qǐng)求，而不會(huì)山現(xiàn)乘客的請(qǐng)求不能被滿足的情況，同時(shí)也適合不同品牌的電梯。 系統(tǒng)總線采用雙向 RS485 總線。這既可以保證長距離大量數(shù)據(jù)傳送，又由于這種接口用途廣泛，成本也較為合理。 RS485 采用差分傳輸方式，較低的信號(hào)放大就可以做到較高的抗干擾能力，損耗也低。就電磁兼容性（ EMV）而言，這對(duì)可靠的無故障傳輸很重要，而且使得現(xiàn)場配線減少，降低安裝復(fù)雜性。 （ 2）群控策略的選擇 近 20 年來，人們對(duì)電梯的智能群控策略有很多研 究，提出了各種智能群控算法，它們實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性和性能也各不相同。一種是采用專家系統(tǒng)，即收集專家在電梯控制領(lǐng)域的各種知識(shí)，也就是說對(duì)在電梯的各種不同情況下專家們有可能采取的策略進(jìn)行匯總、分類，組織成規(guī)則庫，然后根據(jù)采集到的電梯的數(shù)據(jù)以規(guī)則庫里的推理規(guī)則確定電梯的派梯方案。另一種是采用模糊推理規(guī)則，即綜合考慮評(píng)價(jià)梯群性能的各種標(biāo)準(zhǔn)，如平均等待時(shí)間、長時(shí)間等待率、電梯能耗等等，確定一個(gè)隸屬度函數(shù)，將電梯的各種輸入