華懿瑋 聶貞

摘要：本文在現(xiàn)有基于FPGA的某六層智能電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在控制系統(tǒng)上加裝一組檢測(cè)機(jī)構(gòu)，可減少電梯不必要的上下行和開(kāi)門過(guò)程，并重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件，改善電梯運(yùn)行狀況，最后進(jìn)行模擬仿真并與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行比較，可以得出：新型智能電梯控制系統(tǒng)可大大減少電梯空載運(yùn)行，提高電梯運(yùn)行效率，節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：FPGA 節(jié)能 優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0019-01

1 引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高層建筑越來(lái)越多，電梯的應(yīng)用變得越來(lái)越普遍，與此同時(shí)人們對(duì)電梯穩(wěn)定性和安全性等性能要求也不斷增加。近年來(lái)隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)電梯控制中集成電路復(fù)雜，功能擴(kuò)展不靈活，抗擾性差等缺點(diǎn)得到很大改善。本文主要在現(xiàn)有FPGA智能電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入檢測(cè)裝置進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在提高電梯運(yùn)行的安全可靠性、節(jié)約能源[1]。

2 現(xiàn)有電梯控制系統(tǒng)介紹

本設(shè)計(jì)是基于FPGA的某六層智能電梯控制系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)核心采用Altera公司CycloneII系列芯片，EDA軟件環(huán)境為QuartusII。該系統(tǒng)具有的基本功能有：（1）響應(yīng)電梯內(nèi)外所有按鍵請(qǐng)求，并將指令自動(dòng)存儲(chǔ)到寄存器；（2）運(yùn)行過(guò)程按照運(yùn)行方向優(yōu)先原則，上行過(guò)程中，優(yōu)先響應(yīng)同方向轎廂所處樓層之上較小樓層指令；下行過(guò)程中，優(yōu)先響應(yīng)同方向轎廂所處樓層之下較大樓層指令；同時(shí)存在上下行信號(hào)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先響應(yīng)同方向信號(hào)；（3）同方向指令相應(yīng)完自行相應(yīng)另一方向指令；（4）指令完成時(shí)，電梯停在當(dāng)前樓層，處于等待狀態(tài)，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)自行關(guān)閉照明系統(tǒng)；（5）具有超載報(bào)警和障礙報(bào)警功能，此時(shí)電梯門處于打開(kāi)狀態(tài)，直至故障解除。

3 電梯控制系統(tǒng)改進(jìn)

電梯控制系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及很多參數(shù)，而且這些參數(shù)具有不確定性和隨機(jī)性。目前有很多關(guān)于模糊控制和PID控制的仿真研究[3]，針對(duì)電梯控制的不確定和隨機(jī)性。而在現(xiàn)實(shí)生活中，有些乘客按下電梯按鈕后，由于種種原因離開(kāi)了，或者有人下電梯后亂按面板按鈕，使電梯繼續(xù)上下行開(kāi)門等現(xiàn)象經(jīng)常存在，造成能源浪費(fèi)，降低電梯運(yùn)行效率，這是可以控制和改善的[4]。

3.1 硬件系統(tǒng)改進(jìn)

采用在電梯內(nèi)部和門外增加檢測(cè)裝置的方法，對(duì)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)按下電梯內(nèi)外控制面板時(shí)，會(huì)有信號(hào)傳遞給FPGA主控制器，主控制器發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)給電梯外該控制面板所在樓層檢測(cè)裝置，來(lái)檢測(cè)電梯門附近檢測(cè)區(qū)域是否有人。如果有，則電梯執(zhí)行停止信號(hào)，開(kāi)門接人；如果沒(méi)有則反饋給主控制器一個(gè)信號(hào)，電梯不執(zhí)行該停止命令。而電梯內(nèi)檢測(cè)裝置任務(wù)是當(dāng)電梯內(nèi)部沒(méi)人時(shí)，不執(zhí)行由電梯內(nèi)控制面板發(fā)出的指令并將剩余電梯內(nèi)控制面板指令全部取消。由此達(dá)到提高電梯利用率，節(jié)約能源的目的。

3.2 軟件系統(tǒng)改進(jìn)

使用“自頂而下”分功能模塊的編程設(shè)計(jì)思路，采用硬件描述型verilog HDL編程語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。特點(diǎn)是使用比較簡(jiǎn)單，可以用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)句來(lái)描述復(fù)雜的邏輯設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中加入了當(dāng)電梯內(nèi)外控制面板信號(hào)傳遞給FPGA主控制器后，控制器會(huì)通過(guò)檢測(cè)裝置反饋回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行判斷，來(lái)決定是否停開(kāi)門，系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

4 仿真

使用Quartus II開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行仿真[5]。先進(jìn)行各個(gè)單元電路的軟件仿真和硬件調(diào)試，再進(jìn)行相互之間的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，最后進(jìn)行硬件編程固化和系統(tǒng)組裝。結(jié)果顯示：當(dāng)同時(shí)給主控制器一個(gè)電梯外控制面板按鈕信號(hào)和檢測(cè)無(wú)人信號(hào)時(shí)，電梯在該樓層不會(huì)執(zhí)行停止指令。給一個(gè)電梯內(nèi)面板按鈕信號(hào)和檢測(cè)無(wú)人信號(hào)時(shí)，電梯同樣不會(huì)執(zhí)行運(yùn)行指令，而是停止指令。

5 結(jié)論分析

系統(tǒng)采用FPGA作為主控制器，具有運(yùn)算速度快、編程簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)，同時(shí)在成本方面有巨大優(yōu)勢(shì)。本文主要研究在現(xiàn)有FPGA智能電梯控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)其軟硬件進(jìn)行改進(jìn)，在電梯內(nèi)外配備檢測(cè)裝置，可有效提高電梯的運(yùn)行效率，減少了能耗，相應(yīng)國(guó)家號(hào)召，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]劉劍麗.基于FPGA的智能電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].成都理工大學(xué)，2014.

[2]張志霞，陳宇軒，劉艷昌.基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，42（3）：65～71.

[3]楊玉潔.基于PLC的模糊PID電梯控制系統(tǒng)研究[D].天津大學(xué)，2013.

[4]王新華，邱東勇.國(guó)內(nèi)外電梯節(jié)能技術(shù)研究[J].節(jié)能技術(shù)，2013，31（2）：116～119.

[5]楊越.FPGA應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)技巧精粹[M].北京：人民郵電出版社，2009.