教學用電梯模型系統的探索

1、概述
近年來電氣自動化技術專業教學的改革對配套教學實驗實訓裝置提出了更高的要求， 學生需通過實驗實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。近年來隨著高層建筑的發展， 對電梯的數量、運行速度和控制性能的要求越來越高。電梯成為各種新型計算機控制技術很好的應用平臺。
近年來發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， 電梯已經成為一種典型的計算機控制對象。因此， 開發出適合實驗實訓教學和研究的電梯群控與監視系統實驗平臺， 可更好地促進電氣自動化技術專業的教學和科研發展。
2、實驗平臺總體結構
圖1 所示為電梯控制實驗室的電梯模型。電梯群控與監視系統實驗平臺的組成包括2 臺電梯模型、2 個電梯控制柜、2 個用單片機構成的前端機和1 個由多臺計算機構成的局域網。
該模型電梯可以實現單梯的集選控制和雙梯的并聯控制， 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現。
每臺電梯的PLC 控制器可以通過一個由單片機構成的前端機系統與上位機進行通信。該系統與電梯的PLC 控制器進行通信， 由此可以構成電梯的遠程監控系統。
圖2 所示是電梯實驗室的電梯網絡控制圖。在這個實驗室內， 有20 臺計算機構成的一個局域網， 分為A、B 兩個域， 每個域有10 臺計算機。在每臺子機上通過每個域自己的服務器可以對電梯進行運行控制實驗。這樣就解決了學生多而實驗設備少的問題。

圖1 模型實物圖
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， 主要包括動態顯示電梯運行情況、對電梯故障信息及用戶信息數據庫的操作和前端機遠程通訊等功能設計。對前端機發來的數據進行處理， 完成電梯故障的分析判斷等內容。監控軟件可以采用VB 來完成， 或是采用現成的工業控制軟件如INTOUCH、組態王等來設計完成， 但考慮到成本、程序設計的靈活性問題， 故采用VB 來實現。
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設計一個系統和串行端口進行溝通及傳送數據， 因此信息會在硬件線路上流動， 此控件提供了下列方式來處理信息的流動。
（1） 數據接收
本設計中MSComm1．InputMode＝1， 數據以二進制的形式傳送與接收。
Dim store () As Byte ' 把變量store 賦成動態字節數組
Dim rv As Variant ' 把輸入緩沖器中的數據
經去掉幀頭后賦給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 個字節中（30 個運行狀態信息和1 個故障信息） 每一位代表一個電梯運行狀態的布爾變量； 而zui后的11 個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 個字節， 因為在VB 中對字節型的變量是以十進制表示的， 即前端機傳上來的二進制數， 被接收到Byte 型變量中， VB 自動轉換為十進制數。
所以要把十進制的數據再還原成二進制數。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True， 0 即為False， 由先到后的取余順序就是所傳二進制字節由低位到高位的順序。
對于A／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 再乘以該數的實際量程即可。
（3） 數據發送
本設計僅是撥號和定時發送標志字節。
撥號： Num ＝ “88381815＃”
MSComm1．Output ＝ “ATDT” ＆ Num ＆ vbCrLf定時發送標志字節： 使前端機按照上位機設置的時間向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 電梯網絡控制圖
3．2 電梯監控實時動態畫面的設計
電梯監控界面不僅要求可以顯示電梯的實時運行情況， 而且可以在用戶界面上控制電梯的運行。畫面的設計分兩部分： 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）； 二是動態顯示部分， 包括轎廂位置、廳門狀態、觸點狀態、運行狀態等的顯示。如圖3所示為電梯運行監制界面。畫面的信號輸入部分在電梯處于監控狀態時， 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、梯速的快慢、廳門及其觸點的狀態、各個觸點的狀態、曳引機的部分運行參數、安全鉗的狀態、轎廂的載重、轎廂內的溫度等。在監控狀態下， 畫面的動作*由現場電梯從前端機傳上來的數據決定， 畫面的信號輸入在演示狀態可由鼠標點擊輸入， 此時動態畫面的動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） 實時監視： 監視工作站軟件實時通過232 串接收電梯模型的運行數據， 顯示于用戶界面。工作站程序提供并梯監視和單梯監視兩種監視模式。并梯監視可同時監視2 部電梯的上下行、外呼、內選以及開關門狀態。
（2） 故障報警： 當電梯模型出現運行故障時（如電梯門關不上）， 自動報告電梯模型的故障部位和故障原因。
（3） 數據管理： 監視程序在實時顯示電梯運行數的同時， 將運行狀態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， 用戶能方便地查詢電梯運行的歷史數據， 實現對電梯運行性能的分析。
4、電梯群控與監視系統開設的實驗
在此實驗系統平臺的基礎上， 可為學生開設電梯的網絡控制實驗、故障診斷實驗、電梯群控調度實驗以及遠程監控系統等實驗， *可以承擔學生計算機控制系統的教學實驗、綜合實驗、課程設計和畢業設計等任務， 也可為教師進行相關課題的研究提供良好的實驗平臺。

4．1 電梯網絡控制實驗

通過計算機分布式網絡控制系統， 把實物電梯納入到一個控制網絡中， 使學生了解和掌握現代工業網絡控制的總體結構、控制方式和通信方式， 可開設如下實驗。

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

（2） 單片機與PLC 通訊實驗（485 通訊及PLC 通訊協議）。

（3） 單片機與上位機通訊實驗（C51 與VB 通訊編程）。

（4） 局域網內電梯控制實驗?？梢宰屆颗_學生機單獨控制電梯的運行、編程。

（5） VB 計算機編程實驗（ 對控件的理解、修改畫面）。

（6） 編寫部分電梯PLC 程序?？梢宰寣W生單獨對電梯的部分PLC 程序進行修改， 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 故障診斷實驗

可以在此實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， 觀看電梯故障運行邏輯。

（2） 在實物電梯上制造故障， 觀看實物電梯的故障處理功能。

（3） 學生可以對實物電梯故障進行建模， 當電梯發生故障時， 在所建的電梯模型基礎上， 通過各種故障診斷算法來判斷故障類型， 即故障發生原因。學生需掌握電梯機械結構和電氣結構、各種故障產生機理， 根據機理建模、故障診斷算法等方面的知識。

4．3 綜合實驗

實驗平臺可以完成綜合實驗、課程設計及畢業設計的任務， 可開設諸如遠程監控系統、分布式網絡控制、嵌入式系統設計以及電梯群控調度等綜合實驗。