教學(xué)用電梯模型系統的探索

1、概述
近年來(lái)電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)的改革對配套教學(xué)實(shí)驗實(shí)訓裝置提出了更高的要求， 學(xué)生需通過(guò)實(shí)驗實(shí)訓培養對新一代計算機控制系統硬件設計和軟件編程的能力， 以及掌握新型控制策略的內容。近年來(lái)隨著(zhù)高層建筑的發(fā)展， 對電梯的數量、運行速度和控制性能的要求越來(lái)越高。電梯成為各種新型計算機控制技術(shù)很好的應用平臺。
近年來(lái)發(fā)展了諸如交通流分析、電梯配置、計算機群控調度、遠程監控故障診斷等技術(shù)， 電梯已經(jīng)成為一種典型的計算機控制對象。因此， 開(kāi)發(fā)出適合實(shí)驗實(shí)訓教學(xué)和研究的電梯群控與監視系統實(shí)驗平臺， 可更好地促進(jìn)電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和科研發(fā)展。
2、實(shí)驗平臺總體結構
圖1 所示為電梯控制實(shí)驗室的電梯模型。電梯群控與監視系統實(shí)驗平臺的組成包括2 臺電梯模型、2 個(gè)電梯控制柜、2 個(gè)用單片機構成的前端機和1 個(gè)由多臺計算機構成的局域網(wǎng)。
該模型電梯可以實(shí)現單梯的集選控制和雙梯的并聯(lián)控制， 其接口控制器采用三菱可編程控制器， 還預留有插接接口， 只要將插頭改插到單片機控制板上即可實(shí)現。
每臺電梯的PLC 控制器可以通過(guò)一個(gè)由單片機構成的前端機系統與上位機進(jìn)行通信。該系統與電梯的PLC 控制器進(jìn)行通信， 由此可以構成電梯的遠程監控系統。
圖2 所示是電梯實(shí)驗室的電梯網(wǎng)絡(luò )控制圖。在這個(gè)實(shí)驗室內， 有20 臺計算機構成的一個(gè)局域網(wǎng)， 分為A、B 兩個(gè)域， 每個(gè)域有10 臺計算機。在每臺子機上通過(guò)每個(gè)域自己的服務(wù)器可以對電梯進(jìn)行運行控制實(shí)驗。這樣就解決了學(xué)生多而實(shí)驗設備少的問(wèn)題。

圖1 模型實(shí)物圖
3、監控系統上位機監控軟件設計
電梯遠程監控系統上位監控軟件設計， 主要包括動(dòng)態(tài)顯示電梯運行情況、對電梯故障信息及用戶(hù)信息數據庫的操作和前端機遠程通訊等功能設計。對前端機發(fā)來(lái)的數據進(jìn)行處理， 完成電梯故障的分析判斷等內容。監控軟件可以采用VB 來(lái)完成， 或是采用現成的工業(yè)控制軟件如INTOUCH、組態(tài)王等來(lái)設計完成， 但考慮到成本、程序設計的靈活性問(wèn)題， 故采用VB 來(lái)實(shí)現。
3．1 MSComm 控件及其與MODEM 通訊使用MSComm 控件的目的是為了讓用戶(hù)設計一個(gè)系統和串行端口進(jìn)行溝通及傳送數據， 因此信息會(huì )在硬件線(xiàn)路上流動(dòng)， 此控件提供了下列方式來(lái)處理信息的流動(dòng)。
（1） 數據接收
本設計中MSComm1．InputMode＝1， 數據以二進(jìn)制的形式傳送與接收。
Dim store () As Byte ' 把變量store 賦成動(dòng)態(tài)字節數組
Dim rv As Variant ' 把輸入緩沖器中的數據
經(jīng)去掉幀頭后賦給rv 變量
Select Case MSComm1．CommEvent
Case comEvReceive
rv ＝ MSComm1．Input
store＝rv
End Select
（2） 數據處理
由于前端機上傳數據的前31 個(gè)字節中（30 個(gè)運行狀態(tài)信息和1 個(gè)故障信息） 每一位代表一個(gè)電梯運行狀態(tài)的布爾變量； 而zui后的11 個(gè)字節中的數值表示的是模擬量的A／D 采樣值， 所以應采取不同的方法予以處理。
對上位機接收到的前31 個(gè)字節， 因為在VB 中對字節型的變量是以十進(jìn)制表示的， 即前端機傳上來(lái)的二進(jìn)制數， 被接收到Byte 型變量中， VB 自動(dòng)轉換為十進(jìn)制數。
所以要把十進(jìn)制的數據再還原成二進(jìn)制數。以變量store（0） 為例， 具體做法是： 對store （0） 連續除以2 取余8次（格式： 余數＝ store （0） Mod 2）， 每次余數的結果若為1 即為T(mén)rue， 0 即為False， 由先到后的取余順序就是所傳二進(jìn)制字節由低位到高位的順序。
對于A(yíng)／D 轉換的數值， 由于前端機設置的為8 位，所以A／D 轉換所得數值除以255 再乘以該數的實(shí)際量程即可。
（3） 數據發(fā)送
本設計僅是撥號和定時(shí)發(fā)送標志字節。
撥號： Num ＝ “88381815＃”
MSComm1．Output ＝ “ATDT” ＆ Num ＆ vbCrLf定時(shí)發(fā)送標志字節： 使前端機按照上位機設置的時(shí)間向MSComm 傳送數據。設前端機接收到數據內容是BBH后， 向上位機傳數據。

圖2 電梯網(wǎng)絡(luò )控制圖
3．2 電梯監控實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面的設計
電梯監控界面不僅要求可以顯示電梯的實(shí)時(shí)運行情況， 而且可以在用戶(hù)界面上控制電梯的運行。畫(huà)面的設計分兩部分： 一是信號輸入部分， 包括內選、外呼及功能選擇（司機、檢修、鎖梯）； 二是動(dòng)態(tài)顯示部分， 包括轎廂位置、廳門(mén)狀態(tài)、觸點(diǎn)狀態(tài)、運行狀態(tài)等的顯示。如圖3所示為電梯運行監制界面。畫(huà)面的信號輸入部分在電梯處于監控狀態(tài)時(shí)， 可由程序內部變量接收前端機的上傳數據給定。這些數據大致包括： 電梯的基本信息、電梯的總樓層數、轎廂的位置、電梯運行的方向、電梯的運行狀態(tài)、梯速的快慢、廳門(mén)及其觸點(diǎn)的狀態(tài)、各個(gè)觸點(diǎn)的狀態(tài)、曳引機的部分運行參數、安全鉗的狀態(tài)、轎廂的載重、轎廂內的溫度等。在監控狀態(tài)下， 畫(huà)面的動(dòng)作*由現場(chǎng)電梯從前端機傳上來(lái)的數據決定， 畫(huà)面的信號輸入在演示狀態(tài)可由鼠標點(diǎn)擊輸入， 此時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面的動(dòng)作由程序本身的設計決定。

圖3 電梯運行控制界面
3．3 電梯監視工作站功能
（1） 實(shí)時(shí)監視： 監視工作站軟件實(shí)時(shí)通過(guò)232 串接收電梯模型的運行數據， 顯示于用戶(hù)界面。工作站程序提供并梯監視和單梯監視兩種監視模式。并梯監視可同時(shí)監視2 部電梯的上下行、外呼、內選以及開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)。
（2） 故障報警： 當電梯模型出現運行故障時(shí)（如電梯門(mén)關(guān)不上）， 自動(dòng)報告電梯模型的故障部位和故障原因。
（3） 數據管理： 監視程序在實(shí)時(shí)顯示電梯運行數的同時(shí)， 將運行狀態(tài)與事件以及故障事件記錄在數庫中， 可作為統計分析的資料， 用戶(hù)能方便地查詢(xún)電梯運行的歷史數據， 實(shí)現對電梯運行性能的分析。
4、電梯群控與監視系統開(kāi)設的實(shí)驗
在此實(shí)驗系統平臺的基礎上， 可為學(xué)生開(kāi)設電梯的網(wǎng)絡(luò )控制實(shí)驗、故障診斷實(shí)驗、電梯群控調度實(shí)驗以及遠程監控系統等實(shí)驗， *可以承擔學(xué)生計算機控制系統的教學(xué)實(shí)驗、綜合實(shí)驗、課程設計和畢業(yè)設計等任務(wù)， 也可為教師進(jìn)行相關(guān)課題的研究提供良好的實(shí)驗平臺。

4．1 電梯網(wǎng)絡(luò )控制實(shí)驗

通過(guò)計算機分布式網(wǎng)絡(luò )控制系統， 把實(shí)物電梯納入到一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )中， 使學(xué)生了解和掌握現代工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制的總體結構、控制方式和通信方式， 可開(kāi)設如下實(shí)驗。

（1） 串行口通訊實(shí)驗（232、485 通訊及相互轉換的實(shí)驗）。由于電梯跟三菱PLC 通信端口不同， 所以要進(jìn)行242 與485 的通信互換實(shí)驗。

（2） 單片機與PLC 通訊實(shí)驗（485 通訊及PLC 通訊協(xié)議）。

（3） 單片機與上位機通訊實(shí)驗（C51 與VB 通訊編程）。

（4） 局域網(wǎng)內電梯控制實(shí)驗?？梢宰屆颗_學(xué)生機單獨控制電梯的運行、編程。

（5） VB 計算機編程實(shí)驗（ 對控件的理解、修改畫(huà)面）。

（6） 編寫(xiě)部分電梯PLC 程序?？梢宰寣W(xué)生單獨對電梯的部分PLC 程序進(jìn)行修改， 然后再傳入可編程控制器， 根據電梯運行情況， 判斷程序的正確性。

4．2 故障診斷實(shí)驗

可以在此實(shí)驗平臺上完成電梯系統的各種故障診斷算法的驗證以及分析研究。

（1） 在虛擬電梯上模擬電梯故障， 觀(guān)看電梯故障運行邏輯。

（2） 在實(shí)物電梯上制造故障， 觀(guān)看實(shí)物電梯的故障處理功能。

（3） 學(xué)生可以對實(shí)物電梯故障進(jìn)行建模， 當電梯發(fā)生故障時(shí)， 在所建的電梯模型基礎上， 通過(guò)各種故障診斷算法來(lái)判斷故障類(lèi)型， 即故障發(fā)生原因。學(xué)生需掌握電梯機械結構和電氣結構、各種故障產(chǎn)生機理， 根據機理建模、故障診斷算法等方面的知識。

4．3 綜合實(shí)驗

實(shí)驗平臺可以完成綜合實(shí)驗、課程設計及畢業(yè)設計的任務(wù)， 可開(kāi)設諸如遠程監控系統、分布式網(wǎng)絡(luò )控制、嵌入式系統設計以及電梯群控調度等綜合實(shí)驗。