毕业设计基于VHDL的电梯控制系统设计.docx

毕业设计基于VHDL的电梯控制系统设计.docx

《毕业设计基于VHDL的电梯控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计基于VHDL的电梯控制系统设计.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计基于VHDL的电梯控制系统设计

论文题目：

基于VHDL的电梯控制系统设计

专业：

电气工程及其自动化

摘要

电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具，是机—电一体化的复杂运输设备。

而电梯的核心是电梯控制器。

对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器—接触器控制系统进行控制，随着技术的不断发展，采用硬件描述语言VHL来完成电梯控制器的设计,是设计智能化的标志。

本文结合EDA自上而下的设计特点分析了电梯控制系统的工作原理，给出了电梯控制系统的设计框图，并用VHDL语言描述出了整个系统，最后用QuartusⅡ软件进行了仿真，分析了仿真结果，进行了总结。

本文结构主要分成四大部分：

第一章介绍了电梯控制系统的发展情况及发展趋势，交代了课题的研究背景，并对要完成的工作做了介绍；

第二章介绍了EDA技术的主要特点，并对VHDL语言的功能及其结构进行了描述，并着重介绍了状态机的含义；

第三章以VHDL语言作为描述工具，对四层电梯的结构进行分析，给出了电梯控制器的设计流程和状态机描述；

第四章用QuartusⅡ软件对程序进行了仿真，并对仿真结果进行了说明和分析，并进行总结。

关键字：

电梯控制器，EDA，VHDL状态机

Abstract

Elevatoristhesymbolofmodernverticaltransportofmaterialismachine-thecomplexityoftransportequipment,electricalintegration.Theelevatoristhecoreofelevatorcontroller.Fortheelevatorcontrol,thetraditionalapproachistouserelay-contactorcontrolsystemtocontrol,astechnologycontinuestodevelop,usinghardwaredescriptionlanguageVHLtocompletetheelevatorcontrollerdesign,isasignofintelligentdesign.

ThispaperEDADesignfeaturesofatop-downelevatorcontrolsystemworkingprincipleoftheelevatorcontrolsystemblockdiagramanddescribetheuseofVHDL,thewholesystem,andfinallywithQuartusⅡsimulationsoftwaretoanalyzethesimulationresults,issummarized.

Thisstructureisdividedintofourparts:

Thefirstchapterdescribestheelevatorcontrolsystemdevelopmentandtrends,explainthetopicoftheresearchbackground,andtocompletetheworkhavebeendescribed;

ChapterIIdescribesthemainfeaturesofEDAtechnologies,andVHDLlanguagefeaturesandstructurearedescribed,withanemphasisonthemeaningofthestatemachine;

ThethirdchapterdescribesVHDLlanguageasatoolforanalyzingthestructureoffourelevators,theelevatorcontrollerisgiventhedesignprocessandthestatemachinedescription;

ChapterIVwithQuartusⅡsoftwareprocesssimulation,andsimulationresultsaredescribedandanalyzedandsummarized.

Keywords:

elevatorcontroller,EDA,VHDLStateMachine

3.1PLC电梯控制缺点

1绪论

1.1电梯智能化的特点

当今时代随着高层建筑的日益增多和建筑设计的档次的提高，使得人们对电梯的要求也越来越高。

目前已不仅限于要求电梯搭乘快速、舒适，制造坚固，装潢考究，人们对电梯的安全可靠性及多功能性正提出越来越高的要求，为此电梯正朝着控制智能化的方向发展。

我国很多新近安装的电梯已经采用了世界上最新的电梯技术，电梯运行效率和质量都很高；但同时还存在着大量的“老旧”电梯，说它们老旧其实它们运行时间并不是很长，只是没能采用最新的电梯先进技术，所以运行效率和质最相比之下不高。

电梯智能化改造针对的就是那些运行时间不是太长，而电梯的运行效率和服务质量已经不能满足用户的要求的电梯。

特别是当一栋大厦的原有系统或是因为当初设计或是因为大厦功能的改变使得电梯系统的运力不足，不能够满足大厦的上下运输需要时，这时要么采取添加或更换电梯，要么只能采取通过提高电梯群的运行效率来提高电梯的运力。

通过对电梯系统的智能化改造，付出少量的代价使得原有电梯系统的性能有一个大的提升。

电梯的智能化改造还有一个关键问题是如何与电梯原来的控制系统连接，才能实现对所需电梯的信号的采集和实现对电梯的控制；还要考虑到一栋大厦如果安装有多部不同品牌或型号的电梯的情况。

1、何为电梯的智能化

将人工智能应用到电梯控制领域是从上世纪80年代开始的，那时人工智能蓬勃发展，专家系统、神经网络、模糊控制等许多最新的人工智能成果都被应用到电梯群控的派梯算法上，但这些具有智能化派梯策略的电梯在中国的使用却很晚，使用量并不是很大。

这是由多种原因造成的。

智能化电梯群控系统可以大大提高电梯群的派梯效率，减少乘客的候梯时间，降低电梯的能耗。

2、电梯智能化改造的实现

对电梯的原有机械电梯部分基本不作改动，包括提升部分、厅门控制部分等等，只是在原有电梯控制系统之上增加一层接口层，在接口层实现对电梯各种信号的采集和通过电梯的原有外部输入接口实现对电梯控制信号的输入，在接口层之上实现电梯群的智能化群控。

（1）接口层的实现

电梯智能化改造的实现中与原有电梯的接口部分很重要。

与原有系统的接口包括两个部分，一是电梯的状态的实时采集，二是控制信号的回送。

始终强调电梯的改造最重要的是不可以降低原有系统的安全性。

如果原有电梯控制系统仍能满足需要，应尽量减少对原有电梯控制系统的改变，同时又要能够及时得到电梯的状态变化，并实现对电梯的调度。

接口层的实现采用分布式控制技术，在每—台电梯的每一楼层的外招板上加装一块外招接口板，在内招板上加装一块内招接口板，在电梯控制柜中加装一块梯态接口板，这些接口板上都有一个独立的CPU控制着各自的信号采集、发送、接收、转发，它们通过一条公用总线与信号采集主机相连，信号采集主机负责电梯所有信号的收集和转发，负责将收集到的电梯信号送达上层的群控主机和实时监控主机，并转发群控主机和监控主机发出的控制信号。

通过各楼层加装的外招接口板采集所有外招信号，电梯内加装的内招接口板采集电梯的内招信号，电梯的控制柜中加装的电梯状态接口板采集电梯的目前状态：

如口前楼层、运行方向、电梯门状态、电梯停止等信号，通过串行总线送往群控主机，群控主机根据采集到的信号作派梯选泽，将派梯信号回送到外招接口板，由外招接口板将信号发送给电梯的外招板，完成派梯。

在接口板与电梯原电气装置连接时采用光电耦合结构，以隔绝相互之间的电磁干扰。

电梯外招接口板的设计非常关键，它既要保证乘客的按键召唤信号和电梯的响应信号能够被及时、准确地采集并送到信号采集主机，还要能够及时地将群控主机发山的派梯信号转发给外招板，并且还要保证在群控主机或与之通信的线路有故障时也能够完成乘客的请求，而不会山现乘客的请求不能被满足的情况，同时也适合不同品牌的电梯。

系统总线采用双向RS485总线。

这既可以保证长距离大量数据传送，又由于这种接口用途广泛，成本也较为合理。

RS485采用差分传输方式，较低的信号放大就可以做到较高的抗干扰能力，损耗也低。

就电磁兼容性（EMV）而言，这对可靠的无故障传输很重要，而且使得现场配线减少，降低安装复杂性。

（2）群控策略的选择

近20年来，人们对电梯的智能群控策略有很多研究，提出了各种智能群控算法，它们实现的复杂性和性能也各不相同。

一种是采用专家系统，即收集专家在电梯控制领域的各种知识，也就是说对在电梯的各种不同情况下专家们有可能采取的策略进行汇总、分类，组织成规则库，然后根据采集到的电梯的数据以规则库里的推理规则确定电梯的派梯方案。

另一种是采用模糊推理规则，即综合考虑评价梯群性能的各种标准，如平均等待时间、长时间等待率、电梯能耗等等，确定一个隶属度函数，将电梯的各种输入参数模糊化后输入系统，通过模糊判断规则根据隶属度函数来确定一个最佳派梯。

还有一种是采用人工神经网络来实时熟悉大楼的交通模式，根据电梯前一小段时间的客流状况来推理出电梯未来的客流状况，并根据电梯处于不同的客流模式如上行高峰、下行高峰、层间客流、空闲交通等等来采取不同的派梯策略。

另外，就是通过统计学原理根据电梯前一小段时间的客流状况来推测出电梯在未来一小段时间里可能产生的召唤信号，然后根据推测的结果来精确计算电梯到达某一楼层响应召唤的等待时间，然后选择使得所有召唤信号的等待时间最短的派梯策略。

这不是一种智能群控算法。

1.2国内外研究现状及发展趋势

3.四层电梯控制器的VHDL设计

电梯的微机化控制主要有以下几种形式：

1PLC控制；2单板机控制；3单片机控制；4单微机控制；5多微机控制；6人工智能控制。

随着EDA技术的快速发展，CPLD/FPGA已广泛应用于电子设计与控制的各个方面。

但是本设计屏弃以前老式的采用PLC设计电梯控制器，而是使用一片来实现对电梯的控制的。

3.1PLC电梯的缺点

当今电梯市场已经有多种电梯控制器的设计方案。

但大多数仍然是采用PLC实现电梯的升降控制，但是采用PLC实现电梯控制器的设计存在大量的缺点缺点。

如果采用硬件描述语言来完成电梯控制器的设计，就可以克服PLC电梯的大部分缺点。

目前，在我国国产电梯大部分为继电器及PLC控制方式，继电器控制系统性能不稳定、故障率高，大大降低了电梯的舒适性、可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员的生活和工作带来了很多不便，因而传统的电梯控制系统的更新势在必行。

当前电梯发展的智能化发方向是IC卡智能电梯，但最终的发展是声控智能电梯，IC卡智能电梯PLC都需通过外加IC读卡芯片才能实现，PLC单独是不能实现的，那以后的声控智能电梯PLC就能不能单独实现，然而我们采用VHDL技术就可以实现电梯的智能化，节能，也可以提高电梯的舒适性，可靠性和安全性。

本次设计尝试用硬件描述语言（VHDL）来实现电梯控制，可进行多层次的逻辑设计，也可进行仿真验证、时序分析等以保证设计的正确。

在使用VHDL进行电梯控制器的设计，主要就是对电梯软件部分进行设计，使用VHDL中的逻辑关系建立电梯的升降模式，开门，关门达到动作，而外部的硬件设备基本上保持