【正文】 PLD 控制系 統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強 ,設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。更新?lián)Q代生產(chǎn)更新型的電梯，電梯主 要分為機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)兩大部份，隨著自動控制理論與微電子技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動方式與控制手段均發(fā)生了很大的變化，交流調(diào)速是當前電梯拖動的主要發(fā)展方向。 通過程序調(diào)試及運行仿真，結(jié)果表明，本 設(shè)計 可以完成：電梯運行所在樓層指示、電梯運行方向指示、關(guān)門延時設(shè)置、看門狗報警、超載報警、故障報警等。本設(shè)計就是基于電子設(shè)計自動化（ Electronic Design Automation）技術(shù)中的甚高速集成電路硬件描述語言（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語言所開發(fā)的 六 層電梯控制程序 。 VHDL具有與具體硬件電路無關(guān)和設(shè)計平臺無關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，并在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計方面，表現(xiàn)了強大的生命力和應(yīng)用潛 力。 關(guān)鍵詞： VHDL、控制器、 EDA、電梯 Abstract The lift , as the modernized result, are entered in our life in last century. This thesis designs the three floor lift control on the basis of the electron basic on the electronic design automation(EDA) technology’s the very highspeed integrated circuit hardware describe language(VHDL). VHDL has with the concrete hardware electric circuit has nothing to do with and designs the characteristic which the platform has nothing to do with, and has the good electric circuit behavior description and the system description ability, and in language legible and has orderliness the structurization design aspect, has displayed the formidable vitality and the application potential. Introduced based on the VHDL language design elevator controller, and has carried on the electric circuit synthesis and the simulation. This controller follows the direction first principle, provides 6 floors multi user to carry passengers to serve and to instruct the elevator the movement situation. Through testing the connection of the EDA case, realize the following main functions: The lift ‘s floor shows, the lift operation direction shows。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng) (早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng) )、 FPGA/CPLD控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)。 目前國內(nèi)七八十年代安裝的許多電梯電氣部分用繼電器接觸器控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，接線多，故障率高，維修保養(yǎng)難，許多已處于閑置狀態(tài)，其拽引系統(tǒng)多采用交流雙速電機系統(tǒng)換速，效率低，調(diào)速性能指標較差，嚴重影響電梯運行質(zhì)量。 FPGA/CPLD 作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機控制的一個重要方向，成為當前電梯控制和技術(shù)改造的熱點之一。 3） 電梯到達有?？空菊埱蟮臉菍雍?，電梯門就會自動打開門指示燈 亮，開門 6 秒后，電梯門自動關(guān)閉（開門指示等滅）電梯繼續(xù)運行。當電梯內(nèi)部超載過電梯規(guī)定的人數(shù)或重量后，電梯會自動報警，提示電梯已超載。使用 VHDL 語言進行程序的設(shè)計，在 MAX+plusII 軟件上對程序進行編譯、仿真。在利用 EDA 進行集成電路設(shè)計時，應(yīng)采用高效率的 TOPDOWN 設(shè)計方法，即根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求，自上而下地依次完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗證，直到生成器件?，F(xiàn)代 EDA 技術(shù)的基本特征是采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。 VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language。此后 VHDL 在電子設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標準硬件語言。在對一個設(shè)計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實 體。強大的行為描述能力是避開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。 對于用 VHDL 完成的一個確定的設(shè)計，可以利用 EDA 工具進行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動的把 VHDL 描述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。 3）程序中的注釋用 雙“ ”。 大規(guī)模可編程邏輯器件 可編程邏輯器件 (簡稱 PLD)是一種由用戶編程以實現(xiàn)某種邏輯功能的新型邏輯器件。 FPGA 在結(jié)構(gòu)上主要分為三個部分，即可編程邏輯單元，可編程輸入 /輸出單元和可編程連線三個部分。在高可靠應(yīng)用領(lǐng)域，如果設(shè)計得當，將不會存在類似于 MCU 的復(fù)位不可靠和 PC可能跑飛等問題。隨著 EDA技術(shù)的快 速發(fā)展， CPLD/FPGA 已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計與控制的各個方面。 可編程控制器是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。 PLC 電梯的缺點 當今電梯市場已經(jīng)有多種電梯控制器的設(shè)計方案。 當前電梯發(fā)展的智能化發(fā)方向是 IC 卡智能電梯，但最終的發(fā)展是聲控智能電梯， IC 卡智能電梯 PLC 都需通過外加 IC 讀卡芯片才能實現(xiàn)， PLC單獨是不能實現(xiàn)的，那以后的聲控智能電梯 PLC 就能不能單獨實現(xiàn)，然而我們采用 VHDL 技術(shù)就可以實現(xiàn)電梯的智能化，節(jié)能，也可以提高電梯的舒適性，可靠性和安全性。 VHDL 豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計早期就能查驗設(shè)計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設(shè)計進行仿真模擬。 次級設(shè)計單元 ―― 結(jié)構(gòu)體 (architecture)，實體的結(jié)構(gòu)體具有描述實體的行為功能，一個實體可以有多個結(jié)構(gòu)體，一種可能為行為描述，另一種為結(jié)構(gòu)描述。 進程（ process）是 VHDL 中的基本執(zhí)行單元，仿真時把所有的操作劃分為單個或多個進程。 電梯控制方式選擇 內(nèi)部請求優(yōu)先控制方式類似于出租車的工作方式，先將車上的人 送至目的地，再去載客。 單向?qū)訉油？刂品绞降韧诨疖嚨倪\行方式，遇站即停止、開門。因而這不是理想的方案。 假設(shè)： 電梯每兩層間的運行時間為Δ T ,樓層數(shù)為 6, 在每層樓的停止時間為 t, 如果每層樓都有請求 ,則這種控制方式的效率和上面的單向每層停等控制方式的效率一樣 , 然而 , 當不是每層樓都有請求 (假定為只有第 6 層有請求輸入 ) 時 ,上面的方式 2(設(shè)為 A 方式 )的響應(yīng)時間 T=5*(Δ T + t ) 而方向優(yōu)先控制方式 (設(shè)為 B 方式 )對同一請求的響應(yīng)時間 T1=5*Δ T 效率比 η b/η a = 1 + t /Δ T 方向優(yōu)先控 制方式的效率遠大于單向?qū)訉油５瓤刂品绞降男省? 4 電梯控制器的 模塊設(shè)計 電梯系統(tǒng)組成 電梯方向優(yōu)先控制方式控制系統(tǒng)方框圖 系 統(tǒng) 時鐘樓 層 請求故 障 清除關(guān) 門 中斷超 載提 起 關(guān)門信 號 存儲分 頻 器FPGA電 梯 升 降停門 開 關(guān) 停樓 層 顯 示請 求 信 號顯 示超 載 故 障報 警狀 態(tài) 存儲 模塊設(shè)計 . 外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計 對外部信號采集、處理要求電梯控制器： （ 1）外部請求信號的實時、準確采集。由于電路中毛刺現(xiàn)象的存在，信號的純凈度降低，單個的毛刺往往被誤作為系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號，嚴重影響電梯的正常工作。 電梯運行過程中，由于用戶的請求信號的輸入是離散的，而且系統(tǒng)對請求的響應(yīng)也是離散的，因此請求信號的存儲要求新的請求信號不能覆蓋原來的請求信號，只有響應(yīng)動作完成后才能清除存儲器內(nèi)對應(yīng)的請求信號位。 超載狀態(tài)時電梯關(guān)門動作取消，同時發(fā)出警報，直到警報被清除； 故障時電梯不執(zhí)行關(guān)門動作，同時發(fā)出警報，直到警報被清除（看門狗信號有效的條件是一層樓連續(xù)發(fā)生關(guān)門中斷情況超過 3次）。 兩位控制信號作為一個三路開關(guān)的選通信號，此三路開關(guān)選用模擬電子開關(guān)。同時，電梯外部的人也可根據(jù)請求信號顯示（上升請求、下降請求、無請求），就可以避免沒必要的重復(fù)請求信號輸入。 (2)芯片速度 隨著可編程邏輯器件集成技術(shù)的不斷提高， fpga 的工作速度也在不斷的提高，在對系統(tǒng)的具體設(shè)計中，應(yīng)該對芯片速度的選擇有一定的考慮，芯片的速度也并不是越快越好。 (3)CPLD 的封裝 CPLD 的封裝形式有 很多，同一型號類型的器件可以有多種不同的封裝。 FLEX6000 系列期間的特性 ： 特性 EPF 6016 EPF 6016A EPF 6024A 典型門 800016000 800016000 1202124000 邏輯單元 1320 1320 1960 最大 I/O 引腳數(shù)目 204 171 218 電源電壓 3． 3v 所以選擇 EPF6016A 型號 ，門數(shù)，引腳數(shù)都夠用電源電壓為 EPF6016A 器件 固定引腳 配置管腳： MSEL[1:0] 用于選擇配置模式，比如 AS、 PS 等 。 ASDO（ I/O） FPGA 串行數(shù)據(jù)輸出，連接到配置器件的 ASDI 管腳。 nCE 下載鏈器件始能輸入，連接到上一個器件的 nCEO，下載鏈的最后一個器 件 nCE 接地。 電源管腳： VCCINT 內(nèi)核電壓（供電電壓）。 5． 用戶 i/o管 腳 分配 管腳 定義 管腳 定義 71 時鐘信號 CLK 48 門內(nèi)三層請求 D3 65 超載 FULL 49 門內(nèi)四層請求 D4 66 提前關(guān)門 QUICK 50 門內(nèi)五層請求 D5 67 關(guān)門中斷 DE 51 門內(nèi)六層請求 D6 68 排除故障 CLR 39 到達一層信號 G1 1 門外 一層上請求 C_U1 40 到達 二 層信號 G2 2 門外 二層上請求 C_U2 41 到達 三 層信號 G3 10 門外 三層上請求 C_U3 42 到達 四 層信號 G4 11 門外 四層上請求 C_U4 43 到達 五 層信號 G5 12 門外五 層上請求 C_U5 44 到達 六 層信號 G6 14 門外二層下請求 C_D2 113 顯示門外一層上請求 LED_C_U1 15 門外三層下請求 C_D3 115 顯示門外二層上請求 LED_C_U2 16 門外四層下請求 C_D4 116 顯示門外三層上請求 LED_C_U3 21 門外五層下請求 C_D5 118 顯示門外四層上請求 LED_C_U4 22 門外六層下請求 C_D6 119 顯 示門外五層上請求 LED_C_U5 46 門內(nèi)一層請求 D1 121 顯示門外二層下請求 LED_C_D2 47 門內(nèi)二層請求 D2 122 顯示門外三層下請求 LED_C_D3 58 顯示樓層液晶顯示 124 顯示門外四層下請求 LED_C_D4 59 顯示樓層液晶顯示 95 顯示門外五層下請求 LED_C_D5 60 顯示樓層液晶顯示 96 顯示門外六層下請求 LED_C_D6 61 顯示樓層液晶顯示 106 顯示門內(nèi)一層請求 LED_D_D1 62 顯示樓層液晶顯示 107 顯示門內(nèi)二層請求 LED_D_D2 63 顯示樓層液晶顯示 108 顯示門內(nèi)三層請求 LED_D_D3 64 顯示樓層液晶顯示 109 顯示門內(nèi)四層請求 LED_D_D4 87 門開關(guān)信號 110 顯示門內(nèi)五層請求 LED_D_D5 86 門開關(guān)信號 112 顯示門內(nèi)六層請求 LED_D_D6 88 電梯運行信號 82 顯示電梯上升 UD1 93 電梯運行信號 83 顯示電梯下降 UD2 72