【正文】 16 第三章 系統軟件的設計 第一節(jié) 控制系統的工作流程 根據電梯的工作流程可以將電梯的工作過程畫成如下的流程圖（圖 31）。圖中展示了電梯運行時的三種狀態(tài)，即初始狀態(tài)、運行中狀態(tài)和運行后狀態(tài)。直觀的展 示了電梯的工作流程。 圖 31 電梯運行的流程圖 根據電梯運行流程圖，大致可將軟件的設計分為以下幾個大部分：開關門環(huán)節(jié)、樓層顯示環(huán)節(jié)（七段碼顯示）、轎內呼叫信號的登記與消除環(huán)節(jié)、廳外呼叫信號的登記與消除環(huán)節(jié)、定向環(huán)節(jié)、啟動環(huán)節(jié)、制動環(huán)節(jié)。 第二節(jié) 控制系統的功能要求 一、電梯內外部功能 在電梯內部，應該有 5 個樓層 (1~5 層 )按鈕、開門和關門按鈕以及樓層顯示器。上 17 升和下降顯示器。當乘客進入電梯后，電梯內應有能讓乘客按下的代表其要去的目的地的樓層按鈕，稱為內呼按鈕。電梯停下時，應具有開門、關門的功能， 即電梯門可以自動打開，經過一定延時后，又可自動關閉。而且，在電梯內部也應有控制電梯開門、關門的按鈕，使乘客可以在電梯停下時隨時地控制電梯的開門與關門。電梯內部還應配有顯示屏 ，用來顯示電梯現在所在的狀態(tài)，即電梯是上升還是下降以及電梯處在樓層的第幾層，這樣可以使乘客清楚地知道自己所處的位置，離自己要到的樓層還有遠，電梯是上升還是下降等。 電梯的外部共分 5 層，每層都應該有呼叫按鈕、呼叫指示燈、上升和下降指示燈及樓層顯示器。呼叫按鈕是乘客用來發(fā)出呼叫的工具，呼叫指示燈在完成相應的呼叫請求之前應一直保持亮，它和上升指 示燈，下降指示燈、樓層顯示器一樣，都是用來顯示電梯所處的狀態(tài)的。 5 層樓中， 1 層只有上呼叫按鈕， 5 層只有下呼叫按鈕，其余 3 層都具有上呼叫和下呼叫按鈕。而上升、下降指示燈以及樓層顯示器， 5 層電梯均應該相同。 二、電梯運行狀態(tài)的分析 電梯的運行狀態(tài)可分為初始狀態(tài)、運行中狀態(tài)和運行后狀態(tài)。 （一）電梯的初始狀態(tài)。 此時電梯位于 1 層待命，電梯照明燈亮，各顯示屏都被初始化，電梯處于以下狀態(tài)： 各層呼叫燈均不亮。 電梯內部以及外部各顯示屏均為“ 1”。 電梯內部及外部各層電梯門均關閉。 （二）電梯在運行過程中 。 電梯處于以下狀態(tài)： 按下某層呼叫按鈕（ 1~5 層）后，該層呼叫燈亮，電梯響應該層呼叫。 電梯上行時，若呼叫層處于電梯當前運行之上目標運行層之下，則電梯在完成前一指令之前先上行至該層，完成該層呼叫后再由近及遠的完成其他各個呼叫動作。若呼叫層處于電梯當前層之下，則電梯在完成前一指令之前不響應該指令，直至電梯重新處于待命狀態(tài)為止。 電梯上行時，若有多個下行呼叫且均位于當前樓層之上，則電梯到達最高的下行呼叫層，然后依次從高到低響應其它下行呼叫層。 電梯下行時，若呼叫層處于電梯當前運行之下目標運行層 之上，則電梯在完成前一指令之前先下行至該層，完成改層呼叫后再由近及遠的完成其他各個呼叫動作。若呼叫層處于電梯當前層之上，則電梯在完成前一指令之前不響應該指令，直至電梯重新處于待命狀態(tài)為止。 電梯下行時，若有多個上行呼叫且均位于當前樓層之下，則電梯到達最低的下行呼叫層，然后依次從低到高響應其它上行呼叫層。 各樓層顯示隨電梯移動而改變，各層指示燈也隨之而變。 運行中電梯門始終關閉，到達指定層時，門才打開。 在電梯運行過程中支持其它呼叫。 （三）電梯運行后狀態(tài)。 在到達指定樓層后，電梯會繼續(xù)待命，直 到新的命令給出。 電梯在到達指定樓層后，電梯門會自動打開，經一段延時自動關閉，在此過程中，支持手動開門或關門。 各樓層顯示值為該層所在位置，且上行下行指示燈均滅。 18 三、電梯的控制要求 接受每個按鈕（包括內部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相應的響應。 電梯停在某一層（如 4 層）時，此時按動該層（ 4 層）的呼叫按鈕（上呼叫或下呼叫），則相當于發(fā)出打開電梯門命令，進行開門的動作過程；若此時電梯的轎廂不在該層（在其余 4 層），則等到電梯關門后，按照不換向原則控制電梯向上或向下運行。 電梯運行的不換向 原則是指優(yōu)先響應不改變現在電梯運行方向的呼叫，直到這些命令全部響應完畢后才響應使電梯反向運行的呼叫。例如現在電梯位置在 2 層和 3 層之間上行，此時出現了 2 層上呼叫、 3 層下呼叫和 4 層上呼叫，則電梯首先響應 4 層上呼叫，然后再依次響應 3 層下呼叫和 2 層上呼叫。 電梯在每層設置上、下平層感應（ 1 樓只有下平層、 5 樓只有上平層），當到達平層點且該層有呼叫信號時，電梯開始減速平層停車，否則繼續(xù)高速通過該層。 當按動某個呼叫按鈕后，響應的指示等亮并保持，直到電梯 完成 該呼叫為止。 當電梯停在某層時，在電梯內部按動開門按 鈕，則電梯門打開，按動電梯內部的關門按鈕，則電梯門關閉。但在電梯行進期間電梯門是不能被打開的。 當電梯運行到某層后，相應的指示燈亮，直到電梯運行到前方一層時樓層指示燈改變。 第三節(jié) 系統信號的確定以及軟元件的選取 經過對電梯運行流程和電梯的控制要求，選取控制系統的軟元件，軟元件包括輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器和定時器，其編號分別如下列表所示。 表 31 輸入信號及信號編碼 輸入的信號 名稱 信號的編碼 SB1 一層內呼信號 X1 SB2 二層內呼信號 X2 SB3 三層內呼信號 X3 SB4 四層內呼信號 X4 SB5 五層內呼信號 X5 SB6 手動開門 X6 SB7 手動關門 X7 SB8 一層外呼上 X10 SB9 二層外呼上 X11 SB10 二層外呼下 X12 SB11 三層外呼上 X13 SB12 三層外呼下 X14 SB13 四層外呼上 X15 SB14 四層外呼下 X16 SB15 五層外呼下 X17 SQ1 一樓下平層 X20 SQ2 二樓上平層 X21 SQ3 二樓下平層 X22 19 SQ4 三樓上平層 X23 SQ5 三樓下平層 X24 SQ6 四樓上平層 X25 SQ7 四樓下平層 X26 SQ8 五樓上平層 X27 SL1 開門到位 X31 SL2 關門到位 X32 S1 零速返回信號 X33 表 32 輸出信號及信號編碼 輸出的信號 名稱 信號的編碼 HL1 一樓內呼顯示 Y1 HL2 二樓內呼顯示 Y2 HL3 三樓內呼顯示 Y3 HL4 四樓內呼顯示 Y4 HL5 五樓內呼顯示 Y5 HL6 上行顯示 Y6 HL7 下行顯示 Y7 七段碼 a 七段碼 a 顯示 Y11 七段碼 b 七段碼 b 顯示 Y12 七段碼 c 七段碼 c 顯示 Y13 七段碼 d 七段碼 d 顯示 Y14 七段碼 e 七段碼 e 顯示 Y15 七段碼 f 七段碼 f 顯示 Y16 七段碼 g 七段碼 g 顯示 Y17 KM1 上行（電機正轉） Y20 KM2 下行（電機反轉） Y21 KM3 電機低速 Y22 KM4 電機高速 Y23 KM8 抱閘 Y24 KM6 開門輸出 Y25 KM7 關門輸出 Y26 KM5 電機制動 Y27 HL8 一層上行外呼顯示 Y30 HL9 二層上行外呼顯示 Y31 HL10 二層下行外呼顯示 Y32 HL11 三層上行外呼顯示 Y33 HL12 三層下行外呼顯示 Y34 HL13 四層上行外呼顯示 Y35 HL14 四層下行外呼顯示 Y36 HL15 五層下行外呼顯示 Y37 20 表 33 定時器和中間繼電器的編號和功能 編號 名稱及作用 T50 關門計時（ 2s 后沒關門到位則開門） T51 開門到位計時（ 15s 后自動關門） T52 制動計時（制動 1s 后抱閘） T53 抱閘計時（抱閘 1s 后開門） T54 低速計時（低速 1s 后轉為高速） M1 轎廂在一樓中間繼電器 M2 轎廂在 二樓中間繼電器 M3 轎廂在三樓中間繼電器 M4 轎廂在四樓中間繼電器 M5 轎廂在五樓中間繼電器 M8 開門中間繼電器 M9 關門中間繼電器 M10 一樓內呼信號保持中間繼電器 M11 二樓內呼信號保持中間繼電器 M12 三樓內呼信號保持中間繼電器 M13 四樓內呼信號保持中間繼電器 M14 五樓內呼信號保持中間繼電器 M15 一樓上外呼信號保持中間繼電器 M16 二樓上外呼信號保持中間繼電器 M17 二樓下外呼信號保持中間繼電器 M18 三樓上外呼信號保持中間繼電器 M19 三樓下外呼信號保持中間繼電器 M20 四樓上外呼信號保持中間繼電器 M21 四樓下外呼信號保持中間繼電器 M22 五樓下外呼信號保持中間繼電器 M23 上行顯示中間繼電器 M24 下行顯示中間繼電器 M25 上行部分中間繼電器（保證呼叫信號‘先內后外’） M26 下行部分中間繼電器（保證呼叫信號‘先內后外’） M27 上行輸出中間繼電器 M28 下行輸出中間繼電器 M29 電機低速中間繼電器 M30 電機高速中間繼電器 M31 電機制動中間繼電器 M32 抱閘中間繼電器 M33 采集抱閘瞬間信號中間繼電器 M34 抱閘延時開門中間繼電器 M35 制動輔助中間繼電器 1 M36 制動輔助中間繼電器 2 M37 開門輔助中間繼電器 1（解決雙線圈） 21 M39 開門輔助中間繼電器 2（解決雙線圈） M40 關門輔助中間繼電器 1（解決雙線圈） M41 關門輔助中間繼電器 2（解決雙線圈） 第四節(jié) 系統梯形圖的設計 根據電梯運行流程，把電梯控制系統分為如下九塊：開門環(huán)節(jié)、關門環(huán)節(jié)、樓層顯示環(huán)節(jié)、內呼信號登記與消除環(huán)節(jié)、外呼信號登記與消除環(huán)節(jié)、定向環(huán)節(jié)、啟動環(huán)節(jié)、制動環(huán)節(jié)和抱閘環(huán)節(jié)。分 塊設計如下。 （一 )開門環(huán)節(jié) 開門環(huán)節(jié)應該滿足如下幾點要求： 按下轎廂內的手動開門按鈕，開門輸出； 電梯到所選樓層（外呼和內呼），平層抱閘后自動開門； 電梯在某層停用，本層外呼，開門輸出。開門環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 31 所示。 圖 31 開門環(huán)節(jié)梯形圖 22 為滿足以上要求，設計中添加了中間繼電器 M37（開門輔助繼電器 1）和 M39（開門輔助繼電器 2），此中間繼電器的另外一個功能是避免了雙線圈。 其中平層抱閘開門輸出的啟動條件是抱閘至電機停轉，所以加了計時器 T53，令抱閘后 1s 開門，此處的時間設為 1s 并無確實依據，顯示中，要根據實際情況設置此時間。 開門輸出斷開的條件是開門到位，當門完全打開，開門到位觸點接通，利用開門到位信號，把開門輸出斷開，開關門直流電機停轉。 （二）關門環(huán)節(jié) 關門環(huán)節(jié)應該滿足的要求： 轎廂內按下手動關門按鈕，關門輸出； 開門到位 15s 后自動關門。此環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 32 所示。 圖 32 關門環(huán)節(jié)梯形圖 同開門環(huán)節(jié)，為滿足上述條件，設置了中間繼電器 M40（關門輔助繼電器 1）和M41（關門輔助繼電器 2），同時避免了雙線圈的出現。 其中 T51 是開門到位計時器，當開門 到位 15s 后，自動輸出關門。關門輸出的關斷條件是關門到位，即關門輸出時開關門直流電機運轉，當關門到位，關門到位觸點接通，關門輸出被關斷，開關門直流電機停轉。 （三）樓層顯示環(huán)節(jié) 樓層顯示環(huán)節(jié)應該滿足的條件是： 轎廂不運行時，七段碼要顯示所在樓層； 轎廂運行時，電梯在兩層之間運行時要正確顯示所在樓層，如從一樓上行，首先要碰到一樓下平層感應觸點，雖然此觸點被接通，但電梯仍在一樓，所以顯示樓層要顯示一樓；直至二樓上平層感應觸點接通，顯示變?yōu)槎?。其余樓層以此類推? 樓層的登記與消除部分和樓層顯示部分組成了 完整的樓層顯示環(huán)節(jié)。 樓層顯示用七段碼顯示，七段碼顯示圖解如圖 33，各段標號依此圖為準。 其中一、二、三、四、五樓顯示分別是： bc 段、 abdeg 段、 abcdg 段、 bcfg 段和 acdfg段。樓層確定由 M M M M4 和 M5 登記和保持。 其中七段碼的輸出分別為： Y1 Y1 Y1 Y1 Y1 Y16 和 Y17?！?+’代表‘或’的關系，通過元件的并聯實現；‘ ’ 代表 ‘ 與 ’ 的關系，通過元件的串聯實現。 23 圖 33 七段碼顯示 M M M M M5 和七段碼的邏輯關系是： Y 1 1 M 2 + M 3 + M 5 M 1 M 4a ? ? ?段 ： （ ） b Y 1 2 M 1 + M 2 + M 3 + M 4 M 5??段 ： （ ）； c Y 1 3 M 1 + M 3 + M 4 + M 5 M 2??段 ： （ ）； d Y 1 4 M 2 + M 3 + M 5 M 1 M 4? ? ?段 ： （ ）； e Y 15 M2 M1 M3 M4 M5? ? ? ? ?段 ： ； f Y 1 6 M 4 M 5 M 1 M 2 M 3? ? ? ? ?段 ： （ ）； g Y 17 M 2 M 3 M 4 M 5 M 1? ? ? ? ?段 ： （ ）。 樓層的登記與消除部分的梯形圖如 34 所示。 圖 34 樓層的登記與消除部分梯形圖 24 樓層顯示環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 35 所示。 圖 35 樓層顯示部分梯形圖 （四）內呼信號的登記與消除環(huán)節(jié) 內呼信號由轎廂內的選層按鈕產生，內呼信號被登記后，要由程序完成保持，直至電梯到達內選確定的樓層后信號才被消除。內呼信號被保持的階段，內呼信號輸出要一直導通，即內呼顯示燈要一直亮。內呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖如圖 36 所示。 25 圖 36 內呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖 內呼信號的消除條件是：電梯到達所選樓層，且電梯牽引電機抱閘停轉。由此條件可知，若乘客進入轎廂內呼當前樓層，內呼信號是不會被登記的。 （五）外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié) 外 呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)類似于內呼，都經過登記 保持 消除三個步驟。雖然電梯運行過程中要碰到很多的情況，比如，電梯在三樓正上行，此時二樓和五樓同時外呼，雖然外呼信號都要被登記和保持，但是并不影響電梯的正常運行，因為定向環(huán)節(jié)會確定電梯的運行方向，如此一來，雖然外呼信號都被登記，但有一些不會對電梯的運轉產生影響。 外呼信號的消除條件亦是：電梯到達所選樓層，且電梯牽引電機抱閘停轉。同樣電梯在某層停轉，乘客外呼本層，外呼信號不會被登記。但是若電梯在某層停用，即不運轉，也沒有內外呼，此時雖然外呼信號不能被登記，但是轎廂 的門會自動打開，這是由開門環(huán)節(jié)決定的。 外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 37 所示。 26 圖 37 外呼信號的登記與消除環(huán)節(jié)梯形圖 27 （六）定向環(huán)節(jié) 定向環(huán)節(jié)分為兩個部分，即定上行和定下行。由于定上行和定下行的情況基本類似，故只以定上行為例介紹定向環(huán)節(jié)的原理。上行要滿足的條件： 電梯在一樓，樓上只要有外呼，或有內呼，電梯就上行； 轎廂在二樓及以上樓層時，上級樓層有外呼，且外呼滿足此時運行方向條件，則上行。 定向時，內呼信號的優(yōu)先級要高于外呼信號。定上行部分的梯形圖如圖 38 所示。 圖 38 定上行部分梯形圖 為了確定內呼信號的優(yōu)先級高于外呼信號，設置了中間繼電器 M25，通過對 M25的置位和復位以確保內呼信號的高優(yōu)先級。上下行顯示由轎廂內和門廳外的上下行顯示燈顯示。 同定上行一樣，定下行部分的梯形圖如圖 39 所示。 28 圖 39 定下行部分梯形圖 當上行和下行條件同時滿足時，定向環(huán)節(jié)會由慣性原則確定方向，即當同時滿足上行和下行條件時，由此時電梯的運行狀況決定；若此時電機上行，則定向為上行；若此時為下行，則定向為下行；若此時電機停轉，則由定向信號被登記的時間先后決定。 電梯在運行過程 中，定向程序的執(zhí)行只是在電梯停層階段，也就是說，電梯只要在樓層停層都會定向一次，當電梯運行中間，定向程序是不會被執(zhí)行的。 電梯的定向輸出控制轎廂牽引電機的正反轉來實現上下行，即上行時牽引電機正轉，下行時牽引電機反轉。 定向輸出信號的消除條件是：電梯到達某個樓層停層后關門輸出。比如電梯在二樓登記上行信號，要求在三樓停層，此時電梯上行，在二樓登記的上行信號保持到電梯在三樓停層再關門。此時在二樓登記的上行信號被消除，定向程序重新執(zhí)行，重新判斷電梯的運行方向。 29 （七）啟動環(huán)節(jié) 本程序設計的啟動環(huán)節(jié)其實包括低速啟動 和高速平穩(wěn)運行兩個部分。電梯的啟動條件是：轎廂門關好，定向完成以及牽引電機停轉。啟動條件滿足，牽引電機開始低速啟動，低速啟動后 1s 電梯進入高速平穩(wěn)運行階段。 啟動環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 310 所示。 圖 310 啟動環(huán)節(jié)梯形圖 低速啟動信號由高速信號斷開，高速運行信號由制動信號斷開。電機的高低速運行的實現，在程序控制的基礎上，由外部電機的接線完成（電機外部接線詳見第五章）。電梯啟動平穩(wěn)運行后進入制動環(huán)節(jié)。 （八）制動環(huán)節(jié) 制動環(huán)節(jié)程序設計時也分上行制動和下行制動兩塊來分析和設計，最后把兩塊整合，即為完整的 制動環(huán)節(jié)程序。 以上行制動為例，闡述制動環(huán)節(jié)的設計思路。上行制動有如下幾種情況： 電梯正上行，內選 m 樓（上級樓層）， m 層上平層觸點接通，牽引電機開始制動； 電梯在 m 層定上行， n 層有外上呼 （ nm）， n 層上平層觸點接通，牽引電機開始制動； 電梯上行，目標層為 m 層，此時 m 以上樓層均無內外呼信號， m 層有外下呼信號，當 m 層上平層觸點接通，牽引電機開始制動； 電梯行上至五樓必制動。 下行制動類似，特殊情況：下行至一樓必制動。 制動信號由平層感應觸點觸發(fā)，上行由上平層感應觸點觸發(fā)，轎廂碰到上平層感應觸點 到電梯停層位置還有一段距離，此程序中設置了制動后 1s 抱閘，此處時間的設置，并無確實依據，現實中要根據實際情況設置，使其制動時間結束，抱閘開始，轎廂正好達到停層位置。 制動信號由抱閘輸出信號斷開，即抱閘信號產生的同時，制動信號被斷開。其間制動信號一直保持，電機一直在制動狀態(tài)。 在程序控制的基礎上，牽引電機的制動由外部電機的接線完成，其詳細見第五章。 制動環(huán)節(jié)的梯形圖如圖 311 所示。 30 圖 311 制動環(huán)節(jié)梯形