【導(dǎo)讀】電梯作為現(xiàn)代化的產(chǎn)物，早在上個(gè)世紀(jì)就進(jìn)入了我們的生活之中。設(shè)尤其是蓬勃發(fā)展的房地產(chǎn)業(yè)給國(guó)內(nèi)電梯行業(yè)開(kāi)拓了更為廣闊的市場(chǎng)。持續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)電梯需求量越來(lái)越大。我國(guó)以前主要都是依靠國(guó)外的進(jìn)口技術(shù)，本國(guó)的電梯廠商主要都是依靠為進(jìn)。口電梯作銷(xiāo)售代理或者售后維修進(jìn)行經(jīng)營(yíng)。但是隨著技術(shù)的革新和與國(guó)外的交流，當(dāng)今。經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求的各類(lèi)電梯，幾乎全部都可以在中國(guó)生產(chǎn)。電梯生產(chǎn)作為一門(mén)國(guó)家的新興。一片光明的前景。語(yǔ)言所開(kāi)發(fā)的三層電梯控制程序，實(shí)驗(yàn)調(diào)試平臺(tái)是Altera公司的MAX+plusII軟件。出）端口進(jìn)行定義；結(jié)構(gòu)體architecture，對(duì)控制器內(nèi)部的信號(hào)端以及寄存器進(jìn)行定義；通過(guò)程序調(diào)試及運(yùn)行仿真，結(jié)果表明，本程序可以完成：電梯運(yùn)行所在。樓層指示、電梯運(yùn)行方向指示、關(guān)門(mén)延時(shí)設(shè)置、看門(mén)狗報(bào)警、超載報(bào)警、故障報(bào)警等。本設(shè)計(jì)對(duì)更高層的電梯控制設(shè)計(jì)具有一定的拓展性。

　　

【正文】 電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)顯示 led_c_d=cc_d。 電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)顯示 end if。 程序調(diào)試 （ 1）建立好工作庫(kù)目錄，以便設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的存儲(chǔ)，打開(kāi) MAX+plusII 軟件，其初始界面如圖 14 所示。 24 圖 14 MAX+plusII 軟件初始界面 （ 2）在工具欄中選擇“新建”按鈕。在選擇輸入路徑時(shí)，選擇“ Text Editor File”以進(jìn)行文本輸入，如圖 15 所示。 圖 15 輸入路徑選擇為文本輸入 （ 3）在文本輸入界面內(nèi)進(jìn)行程序輸入，如圖 16 所示： 25 圖 16 程序輸入界面 26 （ 4）輸入完畢后，需要對(duì)對(duì)程序進(jìn)行 保存。文件名和實(shí)體定義的符號(hào)必須保持一致，即文件名為 dianti。因?yàn)槭鞘褂?VHDL 語(yǔ)言，所以文件后綴名須改成 VHD，詳見(jiàn)圖 17所示。由于文件后綴名都默認(rèn)為 TDF，在初次調(diào)試時(shí)并沒(méi)有注意這個(gè)問(wèn)題，結(jié)果在編譯的時(shí)候老是出錯(cuò)。 圖 17 文本輸入保存界面 （ 5）保存以后，對(duì)程序進(jìn)行編譯。在編譯前，需要把文件設(shè)置為頂層文件 ,或稱工程文件 Project。選擇菜單“ File”→“ Set Project to Current File”，當(dāng)前的文件即被指定。詳見(jiàn)圖 18 所示。 圖 18 設(shè)置頂層文件 27 （ 6） 在“ MAX+plusII”下拉按鈕里選擇 ”Compiler”,對(duì)程序進(jìn)行編譯。此時(shí)，MAX+plusII 軟件會(huì)對(duì)程序進(jìn)行糾錯(cuò)等處理。當(dāng)程序被確認(rèn)無(wú)誤以后會(huì)出現(xiàn)如下界面，如圖 19 所示。 圖 19 編譯完成 在編譯完成以后，程序的調(diào)試亦告完結(jié)。 6 程序仿真 波形輸入建立 （ 1）編譯完全通過(guò)后，新建波形編輯器進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。通過(guò)“新建”按鈕，選擇“ Waveform Editor file”，詳細(xì)如圖 20 所示。 圖 20 新建波形編輯器 28 （ 2）新建波形編輯器后，對(duì)文件進(jìn)行保存。同樣是使用相同的 文件名 dianti，后綴則改為 scf。 （ 3）在編輯器的 Name 欄點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“ Enter Nodes from SNF”選擇添加需要觀察的節(jié)點(diǎn)信號(hào)。如圖 21 所示。 圖 21 添加節(jié)點(diǎn)信號(hào) （ 4）通過(guò)編輯器左側(cè)的一些快捷按鈕對(duì)所加節(jié)點(diǎn)中的輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的賦值后，就可對(duì)程序進(jìn)行仿真，觀察輸出信號(hào)，得出結(jié)論。如對(duì)時(shí)鐘信號(hào) clk 賦周期為 25ms 的周期信號(hào)，如圖 22 所示。 圖 22 對(duì) clk 信號(hào)賦值圖 29 （ 5）在進(jìn)行仿真前，還需對(duì)仿真截止時(shí)間和最小單位時(shí)間進(jìn)行一下調(diào)整。在“ File”欄對(duì)截止時(shí) 間“ End Time”設(shè)置為“ 10s”，在“ Options”欄的“ Grid Size”設(shè)置為“ 20ns”。如圖 23 和圖 24 所示。 圖 23 截止時(shí)間設(shè)置 圖 24 單位時(shí)間設(shè)置 電梯運(yùn)行情況仿真 三層電梯的運(yùn)行情況多樣，以觀察以下兩種情況為主。 （ 1）電梯在不同時(shí)段接收到請(qǐng)求信號(hào)的情況： 電梯處于一樓，接收到三樓的梯外下降請(qǐng)求（ c_d3），于是電梯運(yùn)行到三樓，中途經(jīng)過(guò)二樓時(shí)不作停頓。 到達(dá)三樓載客后，電梯內(nèi)又接收 到下降到一樓的梯內(nèi)請(qǐng)求（ d1），于是電梯返回一樓待機(jī)。 仿真情況如圖 25 所示。觀察以下信號(hào)： up、 ud、 down、 led、 led_c_d、 led_d。 圖 25 運(yùn)行情況之一 30 說(shuō)明： up：在電梯接收到 c_d3 后，賦值就為 1，表示電梯受控制處于上升過(guò)程；當(dāng)電梯運(yùn)行到三樓以后，賦值變?yōu)?0。 ud：從電梯接收 c_d3 到電梯接收 d1 為止，賦值為 1 表示電梯此時(shí)向上運(yùn)行；其余時(shí)間段都為 0，表示電梯此時(shí)向下運(yùn)行或者待機(jī)。 down：在電梯接收到 d1 后，賦值就為 1，表示電梯受控制處于下降過(guò)程；當(dāng)電梯運(yùn)行到一樓以后， 賦值變?yōu)?0。 led： 電梯每運(yùn)行到達(dá)一層時(shí)，都會(huì)有不同的信號(hào)輸出： 100111 00100 0000110。這些就是樓層指示，依次代表 3。 led_c_d：在電梯接收到 c_d3 后，賦值樓層編碼為 100，表示梯外有人請(qǐng)求下降；電梯運(yùn)行到達(dá)請(qǐng)求發(fā)出的樓層三樓后，電梯賦值變?yōu)?000，表示下降請(qǐng)求得到滿足。 led_d：在電梯接收到 d1 后，賦值為 001，表示梯內(nèi)請(qǐng)求到達(dá)樓層編碼為 001 即一樓；電梯運(yùn)行到達(dá)請(qǐng)求目的樓層一樓后，電梯賦值變?yōu)?000，表示請(qǐng)求樓層得到滿足或在待機(jī)。 （ 2）當(dāng)電梯在同一時(shí)間段 里接收到幾種不同的請(qǐng)求信號(hào)時(shí)： 電梯停在一樓，在同一時(shí)間段里接受到幾個(gè)請(qǐng)求信號(hào)，包括梯內(nèi)上升到三樓的請(qǐng)求（ d3）、二樓的梯外上升請(qǐng)求（ c_u2）和三樓的梯外下降請(qǐng)求（ c_d3）。 電梯到達(dá)二樓 ,載客繼續(xù)上升。電梯上升到三樓時(shí)，響應(yīng)請(qǐng)求 c_d3，開(kāi)門(mén)載客；進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)。 由于二樓并沒(méi)有請(qǐng)求，所以電梯不作停頓地下降到一樓。 電梯執(zhí)行完所有請(qǐng)求時(shí)電梯將停在一樓待機(jī)。 仿真情況如圖 26 所示。觀察以下信號(hào)： up、 ud、 down、 led_c_u、 led_c_d、 led_d。 31 圖 26 運(yùn)行情況之二 說(shuō)明： up：在電梯接收到請(qǐng)求信號(hào)后，賦值就為 1，表示電梯受控制處于上升過(guò)程；當(dāng)電梯運(yùn)行到二樓以后，賦值短暫變 0，然后又變?yōu)?1，表示電梯在二樓載客完畢后又進(jìn)入上升過(guò)程；到達(dá)三樓后，賦值為 0。 ud：從電梯接收請(qǐng)求信號(hào)后到電梯運(yùn)行到三樓為止，賦值為 1 表示電梯此時(shí)向上運(yùn)行；其余時(shí)間段都為 0，表示電梯此時(shí)向下運(yùn)行或者待機(jī)。 down：在電梯到達(dá)三樓后，賦值就為 1，表示電梯受控制處于下降過(guò)程；當(dāng)電梯運(yùn)行到一樓以后，賦值變?yōu)?0。 Led_c_u：在電梯接收到 c_u2 后，賦值樓層編碼為 010 即二樓，表示二樓梯外有人請(qǐng)求上升；電 梯運(yùn)行到達(dá)請(qǐng)求發(fā)出的樓層二樓后，電梯賦值變?yōu)?000，表示上升請(qǐng)求得到滿足或在待機(jī)。 led_c_d：在電梯接收到 c_d3 后，賦值樓層編碼為 100，表示梯外有人請(qǐng)求下降；電梯運(yùn)行到達(dá)請(qǐng)求發(fā)出的樓層三樓后，電梯賦值變?yōu)?000，表示下降請(qǐng)求得到滿足或在待機(jī)。 led_d：在電梯接收到 d3 后，賦值為 100，表示梯內(nèi)請(qǐng)求到達(dá)樓層編碼為 100 即三樓；電梯運(yùn)行到達(dá)請(qǐng)求目的樓層三樓后，電梯賦值變?yōu)?000，表示請(qǐng)求樓層得到滿足或在待機(jī)。 32 電梯功能仿真 電梯的功能包括：（ 1）提前關(guān)門(mén)；（ 2）看門(mén)狗報(bào)警；（ 3）超載報(bào)警； （ 4）故障報(bào)警。 設(shè)電梯到達(dá)三樓時(shí)，響應(yīng)請(qǐng)求（ c_d3），開(kāi)門(mén)載客；進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)。 電梯在預(yù)備下降狀態(tài)下，電梯應(yīng)超載（ full=39。139。），發(fā)出超載警報(bào) alarm；超載信號(hào)消失（ full=39。039。），電梯重新進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)。 電梯接受到 deng、 c_d3 和 d3 電梯重新進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)，并且 c_d3 和 d3 信號(hào)都可以對(duì) q2（ q23 時(shí)）進(jìn)行清零處理。 當(dāng)連續(xù)的關(guān)門(mén)中斷的次數(shù)超過(guò) 3 次時(shí)，不認(rèn)為是出自乘客的需要，而認(rèn)為是故障，并報(bào)警，等技術(shù)員處理完故障時(shí)，用 clr 信號(hào)才可以清除報(bào)警。 仿真情況如下圖 27 所示。觀察 以下信號(hào)： wahaha、 alarm、 quick。 圖 27 功能仿真圖 說(shuō)明： wahaha：當(dāng)關(guān)門(mén)中斷信號(hào) deng 初次賦值為 1 時(shí)，本信號(hào)就賦值為 1，一直到故障清除信號(hào) clr 賦值為 1 時(shí)才變?yōu)?0。這表示當(dāng)電梯首次關(guān)門(mén)失敗后（即 deng 首次賦值為1 時(shí)），電梯便一直處于故障報(bào)警狀態(tài)下，直到技術(shù)員處理完故障后，用 clr 才可以清除其報(bào)警。 alarm：跟隨超重信號(hào) full 的賦值變化而變化。表示當(dāng)電梯超重時(shí)，超重信號(hào)就進(jìn)行報(bào)警。 33 quick：電梯接受到提前關(guān)門(mén)信號(hào) quick，電梯跳過(guò)關(guān)門(mén)等待時(shí)間。 q1 信號(hào)從 1 跳到 3，進(jìn)入關(guān)門(mén)狀態(tài)。 7 結(jié)論 設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)情況 對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真分析，結(jié)果表明本電梯控制程序?qū)崿F(xiàn)了以下功能： （ 1） 電梯到達(dá)樓層時(shí)，能發(fā)出指示信號(hào)； （ 2）能指示電梯的運(yùn)行狀態(tài)； （ 3）電梯的門(mén)操作具有關(guān)門(mén)延時(shí)設(shè)置； （ 4）當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時(shí)，由看門(mén)狗信號(hào)報(bào)警，并且只有通過(guò)技術(shù)人員輸入清除信號(hào)才能使電梯恢復(fù)正常的工作狀態(tài)； （ 5）電梯的超載報(bào)警程序能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 設(shè)計(jì)存在問(wèn)題 雖然本設(shè)計(jì)能基本實(shí)現(xiàn)上述的功能，但 是 也存在一定的問(wèn)題： （ 1）仿真中參數(shù)的設(shè)置問(wèn)題。參數(shù)的設(shè)置對(duì) 于整個(gè)設(shè)計(jì)可謂至關(guān)重要。在程序仿真之初，這個(gè)問(wèn)題就曾一度被忽視。造成在調(diào)試的過(guò)程中對(duì)信號(hào)隨意設(shè)置，導(dǎo)致仿真失敗，還以為是程序出錯(cuò)，導(dǎo)致嚴(yán)重的人力、物力浪費(fèi)以及設(shè)計(jì)者的精神損失。 例如，在程序仿真之初， clk 信號(hào)的周期設(shè)置為 100ms，由仿真的效果看到只能實(shí)現(xiàn)最基本的樓層顯示，其他功能都失效。后來(lái)通過(guò)對(duì) clk 信號(hào)的周期進(jìn)行調(diào)試，當(dāng)其減少到25ms 時(shí)，電梯的上述功能都能基本實(shí)現(xiàn)。 （ 2）信號(hào)傳輸延時(shí)的問(wèn)題。通過(guò)調(diào)試仿真觀察，可以看到本系統(tǒng)的信號(hào)延時(shí)在 10ms左右。但當(dāng)改變仿真時(shí)的一些參數(shù)時(shí)（如仿真時(shí)間、時(shí)鐘信號(hào) 的周期、分頻信號(hào)的周期以及器件的選用等），可以發(fā)現(xiàn)延時(shí)又會(huì)發(fā)生比較細(xì)微的變化。在日常應(yīng)用中，由于選用的硬件以及使用環(huán)境的問(wèn)題，延時(shí)問(wèn)題可能會(huì)進(jìn)一步顯著。如何解決信號(hào)的延時(shí)，也是本設(shè)計(jì)未來(lái)需解決的主要問(wèn)題之一。 進(jìn)一步完善建議 經(jīng)過(guò)現(xiàn)實(shí)觀察，發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)與生活中的電梯系統(tǒng)存在 一定區(qū)別 。 現(xiàn)實(shí)的電梯系統(tǒng)，當(dāng)完成上一操作，沒(méi)有接收到請(qǐng)求信號(hào)時(shí)， 在 原樓層待機(jī)。而在本設(shè)計(jì)里，卻把電梯的待機(jī)操作都設(shè)置 為返回一樓待機(jī) 。這個(gè)問(wèn)題的存在， 會(huì)因?yàn)殡娞莸念l繁使用而間接 影響到電梯 的操作壽命以及會(huì)造成能源浪費(fèi)的局面。解決這個(gè)問(wèn)題 的途徑可以有： 34 （ 1） 在不對(duì)程序進(jìn)行大改動(dòng)的前提下，延長(zhǎng)電梯在樓層的待機(jī)時(shí)間 ； （ 2）通過(guò)對(duì)程序的“電梯運(yùn)行描述”模塊進(jìn)行調(diào)整 ， 主要是改動(dòng)“在無(wú)請(qǐng)求時(shí)，電梯在一樓待機(jī)”附近的相關(guān)語(yǔ)句； （ 3） 通過(guò)對(duì)電梯的運(yùn)行規(guī)則進(jìn)行重新的定義，刪掉電梯在無(wú)信號(hào)情況下進(jìn)行預(yù)操作的流程，重新設(shè)計(jì)程序。 為高層電梯控制設(shè)計(jì)進(jìn)行鋪墊是本設(shè)計(jì)的展望。本設(shè)計(jì)是采用隨機(jī)邏輯控制方式來(lái)解決電梯請(qǐng)求信號(hào)的優(yōu)先問(wèn)題。對(duì)于高層擴(kuò)展，這種方式具有其所特有的適應(yīng)性。只需對(duì)程序作一定調(diào)整即可。 如擴(kuò)展成四層電梯 控制設(shè)計(jì)。 需 先 對(duì)程序加以三樓的上升運(yùn)行描 述以及相關(guān)端口的設(shè)置 。 然后仿照原三樓的運(yùn)行描述 ， 對(duì)四樓的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行設(shè) 計(jì)。最后對(duì)寄存器及各端口作出相關(guān)的調(diào)整，就可以擴(kuò)展成四層電梯控制。 35 致 謝 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，宋淑然老師和陸健強(qiáng)老師給予了許多指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心的感謝。 此外，也要感謝身邊經(jīng)常給予幫助的老師和同學(xué)，感謝 BBS上的同道們所給予的指導(dǎo)。 最后，再次感謝王衛(wèi)星老師、宋淑然老師所給予的學(xué)術(shù)上、生活上的指導(dǎo)和啟迪，更要感謝為了我的成長(zhǎng)進(jìn)步而奔波勞碌的父母。衷心祝愿我的父母和工程學(xué)院所有的老師 、同學(xué)都能幸福快樂(lè)。 36 參 考 文 獻(xiàn) 王志鵬，付麗琴． 2020．可編程邏輯器件 — 開(kāi)發(fā)技術(shù) MAX+plusII．北京 ： 國(guó)防工業(yè)出版社 王俊峰，薛鴻德． 2020．理工科學(xué)生怎樣搞畢業(yè)設(shè)計(jì)． 北京： 電子工業(yè)出版社 馬宏騫． PLC 應(yīng)用在電梯控制中的編程技術(shù)．機(jī)床電器， 2020， 15： 42－ 44 甘 歷． 2020． VHDL 應(yīng)用與開(kāi)發(fā)實(shí)際．北京 ： 科學(xué)出版社 李惠升． 2020．電梯控制技術(shù)．北京 ： 機(jī)械工業(yè)出版社 張婭莉，曲國(guó)峰．單片機(jī)在電梯自動(dòng)控制中的應(yīng)用 .工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 16（ 2）： 59－ 60 楊曉慧． 2020．電子技術(shù) EDA 實(shí)踐教程．北京 ： 國(guó)防工業(yè)出版社 康華光． 2000．電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）．武漢 ： 高等教育出版社 潘 松，黃繼業(yè)． 2002． EDA 技術(shù)實(shí)用教程．北京 ： 科學(xué)出版社 Altera Corporation． 2002． Altera Digital Abo Akademi． The Lift Control System Assignment for Software Safety Course Spring 2020． Japan： 2020． 1－ 8 37 The Lift Control Design Basic on the EDA Technology Abstract： The lift , as the modernized result, are entered in our life