EDA论文 电梯控制

目录

第一章 电梯控制的基本概念 ............................................................................... 1

1.1电梯的基本概念 ........................................................................................................... 3

1.1.1电梯的电力拖动系统 ..................................................................................... 3 1.1.2电梯的控制系统 .............................................................................................. 3 1.1.3电梯的主要性能指标 ..................................................................................... 4 1.2 计算机数据通讯技术 ................................................................................................ 5

1.2.1 概述 .................................................................................................................... 5 1.2.2 基本概念 ........................................................................................................... 6 1.2.3 利用MSComm控件进行串口编程................................................................ 7 1.3 可编程逻辑控制器概述 ............................................................................................ 9

1.3.1 可编程控制器的定义及构成 ...................................................................... 9 1.3.2 可编程控制器的工作原理 ........................................................................... 9 1.4 小结 .............................................................................................................................. 10

第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新 ................................ 11

2.1 本次课程设计的创新 .............................................................................................. 11 2.2 对电梯的正常的调度与响应 ................................................................................. 11 2.3 调试系统 ..................................................................................................................... 12 2.4 模拟系统 ..................................................................................................................... 13 2.5 用户管理系统 ............................................................................................................ 13 2.6 登录系统 ..................................................................................................................... 14 2.7 日志管理系统 ............................................................................................................ 14 2.8 帮助系统 ..................................................................................................................... 15 2.9 小结 .............................................................................................................................. 15

第三章 系统的硬件设计实现 .......................................................................... 16

3.1 硬件电器设备 .......................................................................................................... 16

3.1.1 电梯模型的硬件参数 .................................................................................. 16 3.1.2 变频器的硬件参数....................................................................................... 16 3.1.3 PLC的硬件参数 ............................................................................................ 17 3.2 主电路及其电源电路设计 ..................................................................................... 18

3.2.1 主电路设计 .................................................................................................... 18 3.2.2 AC220V电源设计 .......................................................................................... 18 3.2.3 DC24V电源设计 ............................................................................................ 20 3.2.4 DC5V电源的设计 .......................................................................................... 22 3.3 楼层指示数码管设计 .............................................................................................. 22 3.4 小结 .............................................................................................................................. 23

第四章 系统的软件设计实现 .......................................................................... 24

4.1上下位机的不同分工产生两种实现方法 ........................................................... 24

现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第一章 电梯控制的基本概念

4.2 核心调度位于上位机的一套系统的设计 .......................................................... 25

4.2.1. 实现上位机调度的过程分析 .................................................................. 25 4.2.2 实现上位机调度的核心代码及其逻辑分析 ......................................... 26 4.2.3 上位机调度的系统的下位机设计 ........................................................... 39 4.3 核心调度位于下位机的另一套系统的设计 ...................................................... 43

4.3.1 下位机调度的系统的上位机设计 ........................................................... 43 4.3.1 下位机调度的系统的下位机设计 ........................................................... 43 4.4 调试系统的设计 ........................................................................................................ 44 4.5 模拟系统的设计 ........................................................................................................ 45 4.6 用户管理系统的设计 .............................................................................................. 47 4.7 登录系统的设计 ........................................................................................................ 48 4.8 日志运行系统的设计 .............................................................................................. 48 4.9 帮助系统的设计 ........................................................................................................ 49 4.10 系统运行结果 .......................................................................................................... 49 4.11 小结 ............................................................................................................................ 50

第五章 系统调试时遇到的问题及注意事项： .................................. 51

5.1 调试的阶段与策略 ................................................................................................... 51 5.2 上位机通信调试的注意事项： ............................................................................ 52 5.3 PLC调试的注意事项： ........................................................................................... 54 5.4 上位机实现调度时序控制时的注意事项 .......................................................... 56 5.5 使用全局变量及模块来进行不同窗体间的同一文件的操作 ...................... 58 5.6 涉及不同窗体操作时的文件开启、关闭操作的对称性 ............................... 59 5.7 下位机接收数据时不要忘了写中断程序 .......................................................... 61 5.8 小结 .............................................................................................................................. 61

第六章 结束语 ................................................................................................................. 62 参考文献 ................................................................................................................................ 63

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第一章 电梯控制的基本概念

第一章 电梯控制的基本概念

电梯是一种用电力拖动的特殊升降设备，是现代城市生活中必不可少、且应用最广泛的垂直交通运输工具。目前，全世界共拥有电梯1000万台以上（据2000

[7] [6]

年资料介绍），它的普及也的确给人们的生活带来了极大的优越性，且作为一种重要的垂直交通运输工具，电梯的需要量还将随着房地产业的迅猛发展而日益大幅度增长。展望未来，随着各种科学技术的不断进步，电梯技术也将紧跟新技术的发展步伐不断改进、不断创新。[9]

1.1电梯的基本概念

1.1.1电梯的电力拖动系统

目前，常用电梯拖动大多为交流拖动。交流调速的方法很多，在电梯领域应用较为广泛的有交流变级调速、交流调压调速以及变压变频调速。其中，变压变频调速以其在节能、舒适感、噪声、平层精度等方面都有着明显的优越性，成为当今电梯业的主流[8]。本次课程设计所使用的电梯的电力拖动系统就是变压变频调速系统。

交流异步电动机的转速表达式为： N?n0?1?s??60f(1?s)

（1.1） p其中，N—电动机转速；f—供电电源频率；p—电动机极对数；s—电动机转差率

当转差率S变化不大时，S<<1，因此，N基本上正比于f。所以，要改变交流电动机转速，只需改变定子频率f即可。但是，在改变转速的同时，我们希望励磁电流和功率因数基本保持不变。磁通太弱，则没有充分利用铁芯，电机容许的输出转速下降，电机的功率得不到充分利用而浪费；若增大磁通，将引起磁路过分饱和而使励磁电流增加，功率因数降低，严重时会因绕组过热损坏电机[11]。

我们知道，在交流异步电动机中： Eg?4.44fNk?11N1m （1.2）

1为了达到控制磁通?m的目的，需要控制好Eg与

f的关系，为此，基频以下

实行恒转矩的恒压频比控制，基频以上实行恒功率控制。[4] 1.1.2电梯的控制系统

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从控制系统的实现方法来看，电梯的控制系统经历了继电器电梯控制、可编程序控制、单片机控制、多微机控制等多种方式。

对于可编程控制系统，其接线简单、可靠性高、通用性好、使用方便，但只能完成逻辑运算，无法实现梯群控制、数字调节、故障诊断等复杂的数字运算。

对微机控制系统，微机的应用取代了选层器和大部分继电器甚至全部，它具有以下几个优点：缩小控制装置的占地面积，使控制系统的结构紧凑；微机的功能灵活多变，可以根据不同用户的要求改变程序，以取得不同的控制功能；微机用群控管理系统可以大大提高电梯运行效率，节省能源，减少乘客的待梯时间；免去继电器之间复杂的接线，提高劳动生产率；微机采用无触点逻辑的电路，提高了系统的可靠性；维修简便；采用数字电路给定最佳速度曲线，可根据不同情况灵活多变提高运行效率和乘坐舒适感[7]。

对于可编程控制系统，除具有微机控制系统的绝大部分优点以外，还具有独特的优越性：结构简单，加强了直接控制逻辑运算功能和计数、计时、步进等功能，从而使造价大大降低；将I/O接口标准化，与控制器组装在一起，采用隔离、滤波的方法加强抗干扰能力，适用于生厂现场等环境比较恶劣的地方；可将程序固化在专用集成电路(EEPROM)中，不易丢失和损坏，且更换方便；编程器和控制器分离，编程器可一机多用，大大降低了成本，编程器具有编程、现场调试、模拟运行、在线测试、故障检测等多种功能，使用和维修非常方便；采用模块化结构，扩展容易对简单或复杂的系统都适用，并且具有通信功能；程序编制简单，容易掌握；体积小，结构紧凑，接插件少，可靠性高，有停电保护数据和状态的功能。因此，PLC控制系统已逐步成为老式电梯改造和新式电梯安装中所使用的主流系统[6]。

通过比较，考虑到PLC控制系统的巨大优越性和广泛的适用性，结合现有的实验条件，选用可编程控制器作为下位机直接控制电梯，用微机作为上位机控制可编程控制器来实现电梯的控制。 1.1.3电梯的主要性能指标

电梯的工作性能主要以满足乘坐的舒适和安全为目的，常以速度特性、工作噪声和平层准确度作为主要性能指标。根据我国标准《GB 10058—88电梯技术条件》对其分别规定如下：

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速度特性

1.当电源为额定频率，电动机施以额定电压时，电梯轿厢以半载向下运行至行程中段（除去加速和减速段）时的速度，应不超过额定速度的5%。

2.起、制动，加、减速度最大值不应大于1.5米/平方秒；额定速度在2米/秒（包含2米/秒）的电梯平均加、减速度应不小于0.5米/平方秒；额定速度在2米/秒以上的电梯，其平均加、减速度应不小于0.7米/平方秒。

3.乘客电梯和病床电梯的轿厢在运行时，合格品的垂直振动加速度和水平振动加速度应分别小等于25厘米/平方秒和15厘米/平方秒[6]。

工作噪声

1.工作噪声指电梯在运行时，机房中噪声测量的平均值、电梯在起动运行至减速停止的全过程中轿厢内的噪声最大测量值。

2.乘客电梯和病床电梯的合格品的机房噪声应小等于80分贝，运行中轿厢内噪声应小等于55分贝，开关过程噪声应小等于65分贝[6]。

平层准确度

1.平层准确度与电梯的载重量和运行方向有关，测量时，应分别以空载、满载作上、下运行到达同一层站取其误差最大值。

2.对合格品的平层准确度而言，交流双速≤0.63米/秒的电梯应达到±15毫米，交流双速≤1.00米/秒的电梯应达到±30毫米，交直流调速≤2.50米/秒的电梯应达到±15毫米[6]。

1.2 计算机数据通讯技术

1.2.1 概述

在本课程设计中，很重要的一点就是上下位机的通讯，可以说，它是上下位机功能连接的桥梁。尽管以后将介绍到，系统的一些功能模块既可以放在上位机，也可以放在下位机，但这些都是以上下位机之间的正常通信为基础的。要想把上下位机的功能连接成为一个系统，就要它们之间在事件发生时通过互传命令进行协同，进行相互功能的调用。而以上这些，就是计算机与PLC上下位机通信所要实现的。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第一章 电梯控制的基本概念

在实际的编程过程中，可以说，对于上下位机通信，我们只用到了MSComm控件，这是一种已被高度集成的、底层操作均被封装了的控件模块，由高级语言直接提供，应用程序只需要获取和设置相应的MSComm控件属性就可以了，而不必去花时间去了解较为复杂的API函数[25] [24]。虽然MSComm控件的使用可以说是已经有了一定的模式，但在使用该控件的过程中，我们仍时不时会遇到一些陌生的通信方面的概念，这些概念可能直接影响到对该控件一些属性的设置。也许你在初始编程时可以直接套用书本中的一些框架，但是在系统真正调试时，特别是在遇到实际问题、程序正确但却无法成功通信的时候（这在调试时几乎是必然的，往往是因为一些属性的设置与实际的硬件系统不匹配），我们仍要真正掌握该控件所涉及到的那些概念的真正含义。所以，下面，我将从一些计算机通讯的底层的基本概念讲起，直到本设计中所常用的已被高度集成、底层操作均被封装了的MSComm控件为止，从浅到深地讲述本设计中所用到的计算机通讯的知识。 1.2.2 基本概念

在对PLC的通讯属性MSComm控件的属性进行设置时，常会看到奇偶校验、比特率等的概念，在这里，对其中两个主要的进行解释。 奇偶校验

串行数据在传输过程中，由于干扰可能引起信息出错，即“误码”。奇偶校验计算数据中为1的比特的个数，再增加一个附加比特，使得1的个数为偶数（偶校验）或奇数。该附加比特就叫奇偶比特。

奇校验――所以传送的比特（含字符的各比特和校验比特）中，“1”的个数为奇数。

偶校验――所以传送的比特（含字符的各比特和校验比特）中，“1”的个数为偶数。

奇偶校验能够检测出信息传输过程中的部分误码，但不能纠错，发现错误后，只能要求重发。[23] 串行通信接口标准

PC机与PLC之间是通过PC/PPI编程电缆相连接的，其中，PC/PPI电缆的RS-232端（标着PC）连接到计算机的通讯口，是COM1或是COM2，该电缆的RS-485端（标着PPI）连接到CPU的通讯口。这里就涉及到RS-232、RS-485等的串行

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通信协议的概念。

目前最广泛使用的串行通信接口标准有RS-232C，RS-423A，RS-222A，RS-485等，其主要参数指标比较如下表： 接口 RS-232C RS-423A 连接 1台驱动器 1台驱动器 1台接收器 10台接收器 台数 传送 距离 与 速率 15m-20kbit/s 12m-300kbit/s 90m-10kbit/s 1200m-3kbit/s RS-222A 1台驱动器 10台接收器 12m-10Mbit/s 120m-1Mbit/s 1200m-100kbit/s [22] [5]RS-485 32台驱动器 32台接收器 12m-10Mbit/s 120m-1Mbit/s 1200m-100kbit/s

图1.1 RS-232C，RS-423A，RS-222A及RS-485的比较

1.2.3 利用MSComm控件进行串口编程

MSComm控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通信功能。MSComm控件将通信的大部分底层操作都封装在控件内部，应用程序只需要获取和设置相应的MSComm控件属性就可以了，而不必去花时间去了解较为复杂的API函数。从而大大简化了编程工作。

Microsoft Communications Control（以下简称MSComm）不是工具箱控件，选择“工程－>部件”菜单便可调出部件对话框，在控件栏下选择Microsoft Comm Control 6.0并点击确定后便可将MSComm控件添加到工具箱中。

MSComm是微软公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。具体的来说，它提供了两种处理通信问题的方法：一是事件驱动（Event-driven）方法，一是查询法。MSComm控件有很多重要的属性，本课程设计中主要用到以下几个属性：

CommPort――设置并返回通信端口号；

Settings――以字符串的形式设置并返回数据传输速率、奇偶校验、数据比特、停止比特；

PortOpen――设置并返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口； Output――向传输缓冲区写一个字符。

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MSComm控件只有一个事件，即OnComm事件。利用OnComm控件编写的程序在通信中如果发生错误或者事件，将会引发OnComm事件并改变其属性值，通过GetCommEvent（）可获得OnComm产生事件或错误的代码。在通信程序的设计中可以根据CommEvent属性值来执行不同的操作[14] [19] [20]。

下面，我将通过一个简单的例子来大致讲述如何利用MSComm控件进行通信。 首先，假设我们已经为程序添加了一个MSComm控件并取名为MSComm1，为了使用它进行单个字符的收发，我们设置其Rthreshold属性与Sthreshold属性的值均为1。其CommPort属性值随机器硬件设置。

在使用MSComm控件前，我们要打开端口，这通常放在该控件所在窗体的启动代码中：

Private Sub Form_Load()

MSComm1.CommPort = 1 '动态设置端口号 If MSComm1.PortOpen = False Then '打开端口 MSComm1.PortOpen = True End If End Sub

端口初始化并打开后，我们就可以利用其进行收发通信。通常接收代码放在

该控件的OnComm()事件中，在此事件中，对该控件的Input属性编写代码：

Private Sub MSComm1_OnComm() Select Case MSComm1.Input Case \ Case \ ? End Select End Sub

而MSComm1的发送代码通常单独写在必要的地方，对其Output属性编写代

码格式如下：

MSComm1.Output = \

以上是单个字符的收发，对于更复杂的多个字符的收发，只要修改MSComm

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控件的Rthreshold属性与Sthreshold属性，再进行相应操作即可。

1.3 可编程逻辑控制器概述

第一台可编程控制器是1969年在美国面世的。经过30多年的发展，可编程控制器（PLC）已成为当今最重要、最可靠、应用场合最广泛的工业 控制装置。在可编程控制器中，充分应用了大规模集成电路技术、微电技术及通信技术，迅速的从早期的逻辑控制发展到位置控制、伺服控制、过程控制等领域。用可编程控制器已经可以构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集与控制、图形工作站等综合控制系统

1.3.1 可编程控制器的定义及构成

IEC于1987年对可编程控制器下的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程的存储器，用于其内部的存储程序，执行逻辑运算、顺序控制定时计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其外部相关设备，都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计[2]。

一体化的可编程控制器在硬件结构上通常可分为三部分：CPU板、I/O板和电源。当然还有系统软件和外围接口。硬件框图如图3.1[3] [10]。

图1.2 可编程控制器原理图

1.3.2 可编程控制器的工作原理

可编程控制器的工作过程大体上可分为读人开关状态、逻辑运算、输出运算结果三步。PLC作为计算机，在每一瞬间只能作一件事情，因而工作顺序是读输入第一步运算、第二步运算??最后一步运算、写输出。这种工作方式就称为扫

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描工作方式，从读输入到写输出的执行时间称为扫描周期。

[2]

1.4 小结

本章首先从电梯的电力拖动系统、控制系统及电梯的主要性能指标入手来讲解电梯本身的一些基本概念。然后，基于本次课程设计中所要用到的一些知识，例如计算机通讯知识、可编程控制器等进行讲解。力图使读者在了解本课程设计之前先拥有必要的知识准备。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新

第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新

2.1 本次课程设计的创新

本课程设计题目是一道比较传统的题目，本次设计在实现了原有功能的基础之上，对该题目的实现进行了一定的创新。主要表现在：

首先，有更完备的调度规则：本次设计首先对调度规则进行完备，增加了一些比较复杂的情况，并且通过把调度模块分别放在上、下位机实现的方法，做出了两套系统。

其次，为了完善系统功能，并使其真正成为一个类似的商务软件，我还在该系统中嵌套了如下五个子系统。所以，加上嵌套的调度模块，总共应分为六个子系统。

调试系统：通过模块封装与调用实现了自己程序（调试系统）对自己程序（调度模块）的调试；

模拟系统：实现了对整个电梯运行状况的仿真； 用户管理系统； 登录系统； 日志管理系统；

这后三个系统通过对两个不同数据库的读、写，使本软件更加适用于真正的电梯系统的控制与管理。

2.2 对电梯的正常的调度与响应

作为一个现代电梯的信息处理及计算机监控系统，正确实现电梯的信号的登记、调度是最基本的功能。在第四章中，我将介绍就此毕业设计我们所编写的两套系统，其区别之处就在于其中一套的调度模块放在上位机，另一套的调度模块放在下位机。这两套系统具有相同的调度规则，实现后带上变频器及电梯等运行状况完全相同。但由于调度模块的功能位置不同，它们却是不同的实现方法。在4.2及4.3节中，我将就其实现过程给予详细介绍。

现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第二章 系统功能简介及本次课程设计的创新

总系统的调度模块、以及即将讲到的调试系统和模拟系统的代码都写在主窗体之内，功能也是在主窗体实现，下面我给出主窗体的界面，见图2.1。

图2.1 主窗体界面

2.3 调试系统

当调度模块放在上位机写时，其调度模块程序正确性的调试就成了一个难题。因为调度模块的程序必须从下位机接收硬件检测到的信号，还要通过下位机向硬件发送执行指令，按通常的思维，调度调度模块的程序是否正确也就是输入信号通过调度后是否在恰当的时刻发出恰当的指令，这必须通过电梯能否正常运行来判断。这样以来，调试上位机的调度程序时就必须带上下位机和具体硬件，可以设想，只要调度模块、通信模块、下位机程序、硬件中有一个运行不正常，电梯便无法正常运行。为了方便地调试第一套系统中上位机的调度程序，我编写了一个调试系统，并将调度程序封装为一个模块。用调试系统模拟下位机给出信号，通过调度模块来使其运行，并通过调试系统反映出调度模块各个时刻的输出

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信号，这样以来就可以单独调试调度模块功能的正确性，减小了调试上位机调度程序的难度。具体参见4.4节及5.1节。

2.4 模拟系统

简单地来说，这个模拟系统就是对电梯运行过程的一个仿真，一个互动的动画模拟。它只有一个与用户的接口，与硬件没有任何关系。它不需要下位机上传的平层干簧片及减速干簧片的检测信号输入，只要用户进行呼梯和选层即可，其它包括登记调度和驱动动画等一切事情均由程序自己完成。它的调度程序与驱动程序都是自有的，与真正的调度程序和驱动硬件的程序不相干。具体参见4.5节。

2.5 用户管理系统

为了使本软件更类似于一个商务软件，我在系统中嵌套了一个用户管理系统，它主要是通过读、写随机文件的形式建立了一个电梯操作人员的用户管理数据库，并且将电梯管理人员分成超级用户和普通用户两个等级，只有超级用户可以进行用户管理操作。该数据库可以进行添加、删除、查找、查看等一系列数据库功能。具体参见4.6节。其界面如下:

图2.2 用户管理系统界面

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2.6 登录系统

该系统是以用户管理系统的数据库为基础的，每次登录时该系统都会扫描用户管理系统数据库中的所有用户ID，以确定预登录用户是否已被注册和是何种等级的用户，根据该电梯管理员的等级，以确定在主系统中他的不同操作权限。具体参见4.7节。其界面如下:

图2.3 登录系统界面

2.7 日志管理系统

电梯管理员登录后，即开始电梯管理的操作，我要求他们必须填写工作日志，也就是用到日志管理系统。该系统拥有一类似于用户管理系统的数据库。用户登录时，登录系统会将该用户的ID发送给主系统，日志管理系统借助此ID再次读用户管理系统的数据库，并将该用户铆钉为‘当前用户’，如果该电梯管理员写日志，那么他的日志随同刚才读出的他在用户管理系统数据库中的相关情况一起写入日志管理系统。也就是说，登录用户所写的日志提交后会被自动打上自己的标签写入另一数据库。具体参见4.8节。其界面如下:

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图2.4 日志运行系统界面

2.8 帮助系统

该系统对整个系统中的一些设计上的概念予以解释，主要是一些文书资料，包括电梯调度规则、三种操作模式、两种用户权限等等。该系统的设计比较简单，主要用到了VB中的一个ComboBox控件。具体参见4.9节

图2.5 帮助系统界面

2.9 小结

本章首先从电梯的基本调度规则、该软件的功能等方面总体论述了本次课程设计的创新之处，然后，将系统展开为八个子系统分别进行概述性的讲解，力图使读者通过本章的阅读能够基本了解各子系统的功能、操作使用该软件。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

第三章 系统的硬件设计实现

3.1 硬件电器设备

我们这次设计使用的是实验室已有的实验设备，即一个电梯模型，一套PLC及一台PC机。其中电梯模型还包括曳引电动机、轿厢等。 3.1.1 电梯模型的硬件参数

对于这台电梯模型，其曳引电动机的负载只有轿厢和对重，经测量及相应计算，得出以下参数： 轿厢重 m?1kg； 对重重 m'?0.5kg； 转速 n?15rmin 空载力矩 m0?0.28N ； 滑轮半径 r?2.3cm； m 则制动力矩 M?(m?m')gr?m0?KZ974pn(KZ:制动安全系数) 曳引电动机为ND(H0)型电动机，其参数如下： 3.1.2 变频器的硬件参数

在这里实验室选用的变频器是使用西门子公司的MICROMASTERS系列变频器，专门控制三相交流电机。它的模拟输入由PLC供给，经过变频变压输出电压到电机控制电梯的运行。变频器的参数设置上，P081输入电机额定频率50Hz；P082 输入电机额定转速1400RPM；P083输入电机额定电流0.326A；P084输入电机额定电压220V；P085输入电机额定功率0.1KW/hp。特别要提出的是要P006设置成1模拟输入模式，P002和P003加速时间和减速时间要设置长一点，太短会造成变频器跳闸或停机。电机是普通的三相交流电机（V＝220V，F＝50HZ，I＝0.328A，N＝1400转）。变频器参数设置中也要把电机的额定数据写进去。端口的接线上，用变阻器通过变频器端口1、2的内部电源给端口3、4提供一个模拟电压，控制变频器的频率；用24V电源分别给端口5、6、7提供一个低电压，

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额定电压 UN?220v ； 额定转速 1400r； min额定频率 fN?50HZ； 输出功率 pN?60w； 现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

控制电梯的正/反转和停止，如下图所示：

图3.1 MICROMASTERS系列变频器原理图[3] [1]

经变频器后所得到的电机速度曲线应如下图所示：

图3.2 系统理想速度曲线图

3.1.3 PLC的硬件参数

在我们的系统设计中，采用西门子S7－200系列的编程器。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要。由于具有紧凑的设计，良好的扩展性。低廉的价格以及强大的指令，使得S7－200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。S7－200CPU的基本操作非常简单：CPU读输入状态；CPU中存储的程序利用这些输入执行控制逻辑，当程序运行时，CPU刷新有关数据；CPU把数据写到输出。 我们这次设计的主要工作就是PLC编程和上位机的监控程序编程。PLC控制系统的具体组成是主模块CPU224，它扩展了16输入/16输出数字量模块EM223、模拟量输入输出输出模块EM235以及一个PROFIBUS—DP扩展从站模块EM277来满足电梯的运行，控制以及和上位机通讯的需要。同时备有一台上位机用于PLC

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的编程和上位机监控程序的编程。其中PLC已经和上位机之间已经用PROFIBUS总线相连接，也就是说经过设置及正确编程之后，上位机和PLC之间可以随时进行参数及控制信号的上传和下载，同时可以用上位机编程软件STEP 7—Micro/Win32的实时监控功能监控PLC程序的某个输入输出量的工作状况，这样有利于编程时候的调试和改正。要进行PLC编程就要了解电梯运行的原理，查清楚各个元器件的输入输出接点数目和各个信号之间的逻辑关系。输入点、输出点、内部标志位、定时器、计数器安排见附录二。

3.2 主电路及其电源电路设计

3.2.1 主电路设计

在电梯实验装置中，设置了一个启动按钮SB2和一个停止按钮SB1，按下SB2按钮，接触器线圈得电，其常开触点KM闭合，接通主电路，并实现自保。SB1是常闭停止开关，按下SB1按钮，接触器线圈断电，退出自保，接触器失电，其常开触点KM断开，导致主电路断开。该设计的主电路如图3.3所示。

图中，AC220V通过空气开关、接触器给变频器供电，驱动变频器工作，变频器在PLC输出的方向使能信号和速度信号的控制下输出一个三相交流电源，给交流电机供电，驱动交流电机带动轿厢升降。

从图3.3中还可看到，主电路中主要用到三种电源：AC220V、DC24V和DC5V。电源为系统正常工作提供动力，只有电源正常工作，系统才能安全可靠的运行。以下讲解这三种电源的设计过程： 3.2.2 AC220V电源设计

AC220V的供电对象是曳引电动机、变频器、220/30V变压器、220/9V变压器。其电路图如图3.4所示：

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

图3.3 电梯系统主电路图

图3.4 交流220V电源

图中相应元器件的选择如下：

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第三章 系统的硬件设计实现

SB1、SB2：LA39(Ui：AC660V) KM： JZT(Ui：220V) KK： DZ47- 60(Ui：660) 3.2.3 DC24V电源设计

直流24V的供电对象为PLC和继电器。其组成框图如图3.5所示。

图3.5 直流电源的组成框图

1.桥式整流部分

该部分的功能是将交流电转换为单相直流电，如图3.6。

图3.6 桥式整流电路

输出电压平均值： U0?1?2U2Sin(?t)d(t)?0.9U2 （3.1） ?0π其中U2为变压器次级电压；S为脉动系数 S≈0.67。 元器件选择：

变压器：220/30V 0.83A 整流二极管：IN540DC

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2.滤波电路

将脉动大的直流电处理成平滑的脉动小的直流电，需要利用滤波电路将其中的交流成分滤掉，显然这里需要利用截止频率低于整流输出电压基波频率的低通滤波电路。如图3.7所示。

图3.7 滤波电路

图3.8 滤波后的直流电压

输出电压平均值: U0?2U2(1?T)?1.2U2 （3.2） 4RC电容选择： C=1000μF/50V 3.稳压电路

滤波后的电路虽然比较平滑，但仍会受电网波动和负载变化的影响，以其作为电源仍不稳定，需要稳压来提高电源的抗干扰性。

稳压元件采用固定串联型集成稳压器，其输出电压与用户所需的电压要相等，其最大输出电压为负载电压的两倍。实验系统的负载工作电压为24V，电流

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为0.5A，所以选择LM7824C。

其主要参数有：

最大输出电流：1.5A； 输出电压：24±1V； 最小压差：2V； 输入电压：33V；

电压调整率：480mV； 负载调整率：480mV；

静态电流：8mA； 输出阻抗：28mΩ。

LM7824C只有三个引脚，1脚接输入、2脚接输出、3脚接地。

3.2.4 DC5V电源的设计

直流5V的电源的设计与直流24V电源相似，其主要用途是为显示电路供电。与直流24V电源不同的是它的集成稳压器选择LM7805,变压器选择220/9V的变压器。

3.3 楼层指示数码管设计

实验中采用译码电路来控制数码管的显示，电路如图3.9所示。

该电路采用CD4511译码，并驱动数码管工作。CD4511芯片可以直接驱动LED（共阴）数码管，具有较高的输出驱动电流能力，其内部的输入锁存器可以用于锁存输入的BCD码。LE为锁存控制端，低电平时正常输入，高电平时对输入的BCD码锁存； LT为灯测控制端，BI为消隐控制端，均为低电平有效，高电平时正常译码；当输入的BCD码＞1001时，七段输出消隐[13]。

PLC输出四个当前层信号1#、2#、3#、4#，当前层为1#时，继电器JL1得电，其常闭触电断开，CD4511的A脚获得一个高电平，输入的BCD码为0001，数码管显示‘1’；相应地，当前层为2#时，输入的BCD码为0010，数码管显示‘2’；当前层为3#时，输入的BCD码为0011，数码管显示‘3’；当前层为4#时，输入的BCD码为0100，数码管显示‘4’ [12]。

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图3.9 楼层指示译码电路

3.4 小结

本章首先给出了电机模型等一些设备的硬件参数，然后讲解了根据这些参数对其它设备例如变频器的输入、输出等的参数设定。最后，本章还针对部分主要硬件设备进行了其相应的具体电路设计的讲解及原理分析。通过本章，力图使读者能够对本次课程设计所用到的硬件有一大致了解，为读者对下一章中根据系统的硬件所进行的软件设计的阅读作下适当的知识准备。

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第四章 系统的软件设计实现

第四章 系统的软件设计实现

4.1上下位机的不同分工产生两种实现方法

熟悉了上下位机通讯的原理以后，就可以分别进行上下位机的编程了。在这里，存在一个上下位机分工的问题。作为这个电梯的运行控制系统，我们可以将其设计分为几大模块：上位机的监控模块，上下位机通讯模块，核心的登记、调度、响应模块，变频器频率控制模块（当然这种分法并不是绝对和唯一的）。这些模块除了上位机的监控模块，上下位机通讯模块有其特定的功能位置外，剩余的两个模块：核心的登记、调度、响应模块和变频器频率控制模块，自我来说，它们并不存在着决对的逻辑功能位置。也就是说，我在实现的过程中，既可以把这两个模块放在上位机来作，也可以把它们放在下位机来作（不可否认，把这两个模块放在下位机，更符合通常的逻辑）。特别是其中的核心的登记、调度、响应模块，可以说，它决定着设计的重心，可以毫不夸张的说，若把它放在下位机，将意味着上位机只相当于一个界面，反之亦然。

实际的设计中，可以说也就是利用了上述的观点，我们设计了两套系统：其中一套的核心的登记、调度、响应模块放在下位机，上位机只是通常意义的监控功能；而另一套则将核心的登记、调度、响应模块放在上位机，可以说，这是一个庞大的上位机，完成一切功能，其对应的下位机只负责接收上位机发出的所有控制信号，接着把它们发给执行机构，可以说，这时的下位机只是一个中继机构，不作出任何有决定性的动作。

在写这篇论文时，我已完成了对两套方案的设计与具体的编程工作，现在看来，对于同是一个核心的登记、调度、响应模块，放在上位机与放在下位机来设计，其设计思想虽然相同，但由于功能位置与实现语言的差别，在具体的编程实现上还是着有很大的不同。下面我就对这两套系统的上下位机设计情况分别进行讲解。

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4.2 核心调度位于上位机的一套系统的设计

4.2.1. 实现上位机调度的过程分析

在上位机进行对电梯的调度控制，首先要明确上位机在整个系统中的位置、作用与执行过程，即上位机将要从下位机得到什么样的信号，如何对其进行调度判断与对这些信号进行处理后要输出哪些信号给下位机。下面，我就依输入、调度、输出三个过程依次进行讲解： 一、输入过程

对于本试验装置而言，从下位机输入的信号有四种：

1、 呼梯信号 2、 选层信号

3、 电梯检测到平层干簧片的信号 4、 电梯检测到减速干簧片的信号

其中前两种呼梯、选层信号得到后要进行登记，并在确定的时刻对其一一进行响应，响应顺序并不一定就是其输入顺序，这决定于调度的过程算法。后两种平层、减速信号不需要进行登记，但这两种信号的输入时刻是我们进行调度判断的时刻，对于程序而言，也就是执行调度算法的时刻。 二、调度过程

关于调度，我们首先要明确它要实现什么，并且在什么时候执行。 上位机调度，首先要对所有的呼梯、选层信号进行登记，也就是说当呼梯、选层信号被传到上位机后，高级语言程序中一定要以一个变量进行存储，而且，要使用全局变量以保证该变量在整个程序中的一致性。收到下位机上传的平层、减速信号时，就要对当前所有的呼梯、选层信号进行调度判断，首先由程序决策出信号的响应过程，如果在当前需要进行响应，就输出相应的控制信号，如果不需要进行立即响应，要明确的一点是电梯会按上一个上位机输出信号继续进行控制，也就是说，上位机输出的实际上是电梯控制信号的变化信号。这里还有一点要注意，就是输出信号的判断输出时刻，也就是选择平层、减速两个时刻中的哪

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一个进行加速、减速的判断。上位机实现核心调度控制与下位机实现核心调度控制的不同点一方面也体现于通过高级语言的编程，可以灵活地选择调度时刻，例如，我们可以在检测到减速干簧片时刻进行加速、减速两个过程的判断，再在适当的时刻进行输出，当然，最后我选择了平层时进行加速判断及输出，检测到减速干簧片时进行减速判断及输出，原因将由程序解释时给出。另外需要注意的一点是，停车才是对登记信号的真正响应，但并不是在一层停车时，本层的所有呼梯、选层信号都是要被响应的（当然，选层信号是一定要被响应的），有的呼梯信号恰恰是要在下一行程的本层停车时才被响应，在本行程的本层停车时，那种信号仍应被保留登记状态，关于这一点，详情请见图4.1及图4.2关于判断行程及停车的调度规则处。 三、输出响应过程

对于本试验装置而言，向下位机输出的信号有五种：

1、 加速信号 2、 减速信号 3、 上行信号 4、 下行信号 5、 停车信号

上、下行信号控制电梯的转向，加速信号控制变频器频率的增加，减速信号控制变频器频率的减小，这是电梯运行的工艺要求，停车信号输出后，电梯电机将停止转动。在这里要说明的一点是，尽管核心调度放在上位机，变频器频率的变化还是在下位机控制的。上行、下行信号的输出与加速、减速、停车信号的输出是不矛盾的，一个是控制转向，一个是控制起始时刻，无论是加速，还是减速，都需要知道是上行还是下行。

4.2.2 实现上位机调度的核心代码及其逻辑分析

下面，我将根据调度核心程序的代码来说明上述过程的执行。

首先，我们通过下述程序在电梯检测到减速干簧片信号的时候判断是否电梯需要在即将到来的平层处停车，即willting过程，我为这个过程取这个名字代表将停的意思。流程图如下：

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开始 进行信号组合 判断是否需要在一层停车 判断是否需要在二层停车 判断是否需要在三层停车 判断是否需要在四层停车 结束 图4.1 willting()过程流程图

其中一层与四层判断情况相似，二层与三层判断情况相似，以下列举一层与三层判断流程图：

开始 N 下行程？ Y N 检测到一二层间减速信号？

Y N 一层选层或呼梯？ Y

结束 图4.2 判断一层停车分支过程流程图

一层停车置为真 一层停车置假

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开始 Y 层选层或上呼梯

N Y 二三层减速、下行程且二层选层或下呼梯 一二层减速、上行程且二

N Y 一二层减速、上行程且二层下

呼梯，且二层以上无其它信号 N 二三层减速、下行程且二层上 Y 呼梯，且二层以下无其它信号

N

结束 图4.3 判断三层停车分支过程流程图

二层停车置为假 二层停车置为真 判断某层该停的核心代码为：

willt1 = zhzhxx And jiansu12 And (xuanceng1 Or huti1) willt2 = jiansu12 And zhzhshx And (xuanceng2 Or huti2p) Or jiansu23 And

zhzhxx And (xuanceng2 Or huti2d) Or ceng2p Or ceng2d

willt3 = jiansu23 And zhzhshx And (xuanceng3 Or huti3p) Or jiansu34 And zhzhxx And (xuanceng3 Or huti3d) Or ceng3p Or ceng3d willt4 = zhzhshx And jiansu34 And (xuanceng4 Or huti4) Willting过程的逻辑并不复杂，只是判断在即将到来的平层处是否需要停车，说白了，只是对当前呼梯、选层信号的组合，但这一过程必须把所有需要停

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车的情况都罗列出来，在每一次电梯检测到减速干簧片信号的时候都会调用这一过程。电梯将在即将到来的平层处停车，大致可归纳为以下十种情况：

表4.1 电梯检测到减速干簧片信号时调度规则表

一层将停 二层将停 上行 一二层减速信号 二层选层 或 二层上呼梯 下行 二三层减速信号 二层选层 或 二层下呼梯 上行 一二层减速信号 二层无上呼梯 二层无选层 三层无上呼梯 三层无下呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 二层下呼梯 下行 二三层减速信号 二层上呼梯 二层无下呼梯 二层无选层 一层无呼梯 一层无选层 三层将停 上行 二三层减速信号 三层选层 或 三层上呼梯 下行 三四层减速信号 三层选层 或 三层下呼梯 四层将停 上行 三四层减速信号 四层选层 或 四层呼梯 下行 一二层减速信号 一层选层 或 一层呼梯 上行 二三层减速信号 三层无上呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 三层下呼梯 下行 三四层减速信号 三层上呼梯 三层无下呼梯 三层无选层 二层无上呼梯 二层无下呼梯 二层无选层 一层无呼梯 一层无选层

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由上表可见：在电梯检测到减速干簧片信号时判断即将平层时是否停车的willting过程总共需要考虑到十种情况。由于电梯的调度规则，在本已上行的过程中，应首先响应完所有上呼梯的信号和选层信号，再响应下呼梯；同理，在本已下行的过程中，应首先响应完所有下呼梯的信号和选层信号，再响应上呼梯。总之，在平层时，本层的呼梯信号并不一定是要必须响应的，有些呼梯信号恰恰需要电梯运行完本行程后再转向另一行程时，再在平层的时候响应，但无论何种情况下，平层时，选层信号是必须被响应的。再看表中，其中的上六种情况是普通情况，即停车响应完信号，电梯仍处于同一行程；而表中的下面四种情况则是特殊情况，它们代表着另一行程，即本行程所需响应的信号均已经响应完，电梯需要在下一平层处停车，转向另一反向行程，并以响应平层处的信号作为新行程的开始。

下面，我们将讲述判断行程的zhzhxch（）过程，因为行程的方向决定着一些信号是要被及时响应，还是保留登记，所以这一过程在调度程序中将会多次被调用。流程图如图4.5所示。

以下一块是响应后就要改变行程方向的特殊点的组合：

ceng1 = pingceng1 And Not (xh2p Or xh3p Or xh4) And (huti2d Or huti3d) ceng2 = pingceng2 And Not (xh3p Or xh4) And huti3d

ceng3 = pingceng3 And Not (xh2d Or xh1) And huti3p

ceng4 = pingceng4 And Not (xh1 Or xh2d Or xh3d) And (huti2p Or huti3p)

以下一块判断当前状态下信号是否响应完

zhzhyxh = xh1 Or xh2p Or xh2d Or xh3p Or xh3d Or xh4

与判断即将平层时是否停车的willting（）过程相比，此过程zhzhxch（）与其有两点不同：

1、willting（）过程只是所有情况的罗列，只要列出所有情况即可，不必考虑调用该过程的上下文，即编程语言中常提到的‘上下文无关性’。而zhzhxch（）过程需要考虑在调用该段代码时电梯的行程方向，即与上下文有关。这是考虑到电梯的实际调度规则：在本已上行的过程中，应只响应选层或上呼梯的信号，只有在本上行行程结束，电梯转向反向下行程时，才能响应下呼梯信号；同理，在电梯本已处于下行行程的过程中，电梯应在响应完选层或下呼梯的信

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开始 组合信号 N

下行程且到达一层 Y

置下行程为假 N 上行程且到达四层 Y 置上行程为假 N 无行程信号 Y

N 当前为上行程 Y N Y N 仍非上行 Y N 将下行 输出上行信号 将上行 置为默认上行程 Y

结束 输出下行信号

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图4.4 判断行程zhzhxch（）过程流程图

号，电梯转向反向上行程时，才能响应下呼梯信号。总之，如表4.1、表4.2所描述，呼梯信号的响应具有行程性，电梯在一特定的行程中应只响应本行程的呼梯与选层信号。

2、上行、下行的判断与响应地位并不是相同的，其中，在本无行程方向的情况下，上行优先。所以，在上下行判断之前，加了一段语句，其意义在于在本无行程方向的情况下，将原行程方向置为上行。这样，由于本过程的上下文相关性，在本无行程方向的情况下，我们将默认行程方向设为上行程。

除了以上与willting（）过程的两点不同外，zhzhxch（）过程还有几点需要注意：

1、 上述代码可见，除了上行行程和下行行程外，由zhzhxch（）过程还可判断出一种情况，就是zhzhshx=false and zhzhxx=false，也就是说，既不是上行状态，也不是下行状态，这代表此时其它层的选层、呼梯信号均已响应完，只剩本层的呼梯信号，对其处理详见zhzhyx（）过程。

2、 在电梯轿箱运行至第一层或第四层而此时又无反向的呼梯信号使其行程自动反向时，应通过程序使其行程反向，这一过程在代码中亦可看到，此处不再详述。 3、 zhzhxch（）过程用来判断行程，同时，它也担负着向下位机输出行程信号的任务。也就是说，每调用一次该过程，判断出一个行程信号，同时，上位机都会将这个信号输出给下位机，这也是控制电梯正常运行所需五个控制信号中的两个。下面我们仍将以列表的形式将上行和下行的情况罗列出来。

表 4.2 上下行程情况判断调度表

上行 原为上行程 一层平层 二层上呼梯 二层选层 三层上呼梯 三层选层 四层呼梯 四层选层 原不为上行程 四层平层 三层下呼梯 三层选层 二层下呼梯 二层选层 一层呼梯 一层选层 下行

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原为上行程 二层平层 三层上呼梯 三层选层 四层呼梯 四层选层 原为上行程 三层平层 四层呼梯 四层选层 原为上行程 一层平层 二层无上呼梯 二层无选层 三层无上呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 二层下呼梯或三层下呼梯 原为上行程 二层平层 三层无上呼梯 三层下呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 原不为上行程 三层平层 二层下呼梯 二层选层 一层呼梯 一层选层 原不为上行程 二层平层 一层呼梯 一层选层 原不为上行程 四层平层 三层无下呼梯 三层无选层 二层无下呼梯 二层无选层 一层无呼梯 一层无选层 二层上呼梯或三层上呼梯 原不为上行程 三层平层 二层无下呼梯 二层上呼梯 三层无选层 四层无呼梯 四层无选层 下面，我们将讲述上位机调度程序中最核心的一个过程zhzhyx（）。我对这个过程的要求就是，它要能封装所有的调度判断程序，以至于在每次要进行调度判断时，只要调用执行该过程即可。根据以上条件，就要求我们把所有的调度程序都集成在这个过程里。所以，该过程是调度程序的主入口，在每一个需要运行调度程序的地方，都会调用这个过程。

如4.1.2节调度过程分析中所提到的那样，我们上位机在接收到呼梯、选层信号时要进行登记；在电梯检测到减速干簧片信号并传送到上位机时，调度程序要能判断出在即将到来的平层处是否需要停车，并适时地向下位机发出减速信号；在电梯检测到平层干簧片信号并传送到上位机时，调度程序还要能根据现在

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的呼梯、选层信号判断出下一步的运行方式，并适时地向下位机发出加速或停车信号。所以，这个zhzhyx（）过程在收到呼梯、选层、减速、平层等信号时都要被调用，过程中对于这些情况都要予以响应。

前面两个过程willting（）、zhzhxch（）都是在这个过程中被调用的。在zhzhxch（）过程的讲解中已提到，每调用一次zhzhxch（）过程，判断出一个行程信号，上位机都会将该信号发送给下位机，这就为电梯运行提供了五个控制信号中的两个，其它的三个控制信号：加速、减速、停车信号，就由此过程触发。

zhzhxch（）过程对四个平层信号及三个减速信号都有相应的响应过程，进入zhzhxch（）后，程序将根据不同的标志变量值进入响应分支。在这里，我只挑其中比较典型的二层平层和二、三层间减速信号的响应分支来进行讲解。下面是二层平层响应分支的流程图及讲解：

N

二层平层 开始 Y N

N Y

由选呼信号激发 是一个信号串的初始 Y Y 本层信号 N

结束 图4.5二层平层时一个信号串初始且由选呼信号激发该过程调用的分支的流程图

退出整个调度过程 输出加速信号 信号复位

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N

N Y

开始 二层平层 二层需停车 Y

输出停车信号 N Y

N 下行程 Y

结束 退出整个调度过程 相应变量设置 相应变量设置 上行程

图4.6 二层平层时需要停车的分支的流程图

就接收到二层平层信号时调度响应过程来说，它其中也是根据标志变量的值进入不同的并行分支（如上所列的几个流程图所示），要注意的是，由于本电梯运行调度的具体特点，这里的分支也大多是并行分支。仔细观察的话，可以看到在每一小分支的结束位置大都有一个‘Exit Sub’语句，表示程序运行完这一小分支后，将跳出整个zhzhyx（）过程。

注意，在这里，我自己建立了一个选呼信号串的概念，指的是响应完前的一串信号，如果一个信号响应完后，经检查这时已无其它选呼信号的话，就说存在

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一个以该信号为结尾的一串信号已被响应完。设置这个概念的原因是如果处于一串信号的初始响应时（此时一定是停车状态），登记信号为本层的选呼信号，则由于电梯就停在该层，该信号不能予以登记。在实际中，也许你会觉得谁会这么无聊做这种事情，但作为一个程序员来说，应该考虑到程序的健壮性，不能因为一个小概率事件没有考虑到而导致整个程序出现问题，在zhzhyx（）过程的其它部分，你也会看到类似的情况，这样做的目的只是为了使调度程序能够应付所有情况，确保调度程序的健壮性与饱满性。这里要提的是，在核心调度程序放在下位机写时不会出现这种一个情况没考虑到就会导致整个程序无法运行的问题，原因是PLC程序是针对已有各个情况来运行的，而上位机写调度除了实现调度的功能外，更有一种模拟仿真的色彩，打个比方来说，就像是置身于圈外实现圈内的功能，从这个角度来说，上位机写调度对于像电梯控制这种工控系统来说应该算是一条弯路，实现起来更复杂，但对于毕业设计来说，它也不失为一种不错的方案。就如前面所说，上位机写调度更有一种模拟仿真的色彩，我的编程过程也正是如此，由于上位机写调度程序，调试调度时要考虑到上下位机的通信问题，还要关乎到下位机程序是否正确、硬件是否正常等等一系列问题，所以，我其实是首先编了一个调试系统，用上位机模拟选层、呼梯、平层等信号的输入，通过这个调试系统来校验我的调度程序是否正确，调试正确后，再用实际的选层、呼梯、平层等信号代替模拟信号运行。这时，就相当于把调度模块封装起来，单独调试，正常后把它加入系统，再用它来调试通信、下位机等其它模块。这样就大大减小了核心调度放在上位机的程序调试时的困难，这部分在5.1节中将给以详细介绍。

由于zhzhyx（）过程中的情况分支比较复杂，我将用文字的形式来代替流程图介绍zhzhyx（）过程中比较典型的二层平层和三层减速信号的响应过程：

如果调用zhzhyx（）过程时恰好第二层平层，则代码进入二层平层分支执行。 进入后，首先判断是否是一个选呼串的初始，并且是由于选层或呼梯引起的该过程的执行（4.2.1节中已述，接收到选层、呼梯、平层、减速信号均会调用zhzhyx（）过程，这里只处理选层或呼梯引起的该过程的调用）。如果条件成立，又是本层的选层或呼梯信号且只响应过一次（通过zhzhxyg变量判断，由于每一次通常延时后都又会自动调用zhzhyx（）过程，这里就通过zhzhxyg变量确保下面的代码只在一个选呼串的初始时响应一次），那么就进行相应的设置。如果不

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是本层的选层或呼梯信号引起的zhzhyx（）过程的调用，则输出加速信号。以上执行结束后，还要退出整个zhzhyx（）过程。以上这段代码的作用是：由于一个选呼串的初始必定是在停车以后，如果此时调用zhzhyx（）过程的选层或呼梯信号就是该层的选层或呼梯信号，则此时根本不需要响应，并且要撤销本层的选层或呼梯信号的登记，使其对以后的运行不产生影响。但如果不是本层的选层或呼梯信号引起的zhzhyx（）过程的调用，则电梯一定会要向其它层运行，所以此时必须输出加速信号，控制下位机变频器频率变化，至于电梯运行的方向，由此时调用的zhzhxch（）过程予以判断并发给下位机。

如果当前的程序运行状态不是一个选呼串的初始，则进而判断电梯是否需要在该层停车，即判断变量willt2的值。变量willt2的值在减速信号引发的zhzhyx（）过程的调用中会被判断出，在这里只是检测它的当前值以决定现在的操作。我们敢肯定willt2此时已被赋予正确值的原因是不管是上行还是下行，停车前电梯一定是经过了其相应的减速干簧片。如果本层需停，则将变量willt2复位，启动控制开门、等待、关门的时序操作过程（参见5.4节）。再根据当前的行程状态决定该层的选层与上、下呼梯哪个需要复位与取消登记，并进行发信号给下位机等相应的操作。最后，在此分支的结尾退出整个zhzhyx（）过程。

如果当前的程序运行状态是已在本层停车，并完成了控制开门、等待、关门的时序操作过程（在控制开门、等待、关门的时序操作过程的结尾处，我要求程序重新调用zhzhyx（）过程，原因是只有在时序操作过程结束后，才应该再判断下一步的运行，使整个电梯的运行具有时序性），则复位时序操作过程结束变量，调用zhzhxch（）过程给出行程状态，并判断出当前是否是一个信号串的结束。如果当前是一个信号串的结束，则复位相应变量值（注意，很多全局变量都是在一个信号串的结束处复位的，也就是说，这些变量是附属与一个信号串的执行过程的，与其附属的信号串具有同样的生命周期）。如果信号没有响应完，但经过zhzhxch（）过程判断出行程既非上行也非下行，则说明当前所剩的信号该层本身的选呼信号，程序不执行任何操作，直接退出整个zhzhyx（）过程。否则，也就是说如果还有其它层的选呼信号，则程序向下位机发出加速信号，驶向新的目的地。下面是二、三层间减速信号响应分支的代码及讲解： 检测到二、三层间减速干簧片信号的响应分支流程图：

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N

开始 检测到二三层减速信号 N Y

Y

调用willting（）过程判断停车 上行 N 三层需停车 Y

结束 图4.7 检测到二三层减速信号且上行时的响应分支流程图

退出整个调度过程 输出减速信号 对于不同的行程方向，二、三层间减速信号响应分支分为两个过程：一个是上行时遇到二、三层间减速干簧片检测信号；一个是下行时遇到二、三层间减速干簧片检测信号。第一种情况中，电梯需要判断是否需要在三层平层时停车，所以调用willting（）过程后，即判断willt3的值，如果三层需停，则此时输出减速信号，最后退出整个zhzhyx（）过程。第二种情况中，电梯需要判断是否需要在二层平层时停车，所以调用willting（）过程后，即判断willt2的值，如果二层需停，则此时输出减速信号，最后退出整个zhzhyx（）过程。以上这两种情况是对应的，只是对于不同的行程方向而言。

在这里仍要提出的是，我在调度过程zhzhyx（）的每一个子分支中，都会根据不同的情况退出整个zhzhyx（）过程，其实理论上这样并不必要，因为有的的子分支的执行确实是联在一起的，是时序相接的，而且让它们接着执行可以减少调度过程zhzhyx（）的调用次数，这样做表面上似乎可以降低代码的长度与复杂

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性。但是，这是很不切合实际的，因为不同的情况需要子分支联在一起执行的个数是不同的，况且这样联在一起的组合可能有八、九种之多。且不说为了让它们联在一起执行而必须费尽心机地刻意安排每一子分支在zhzhyx（）过程之中的排放顺序，我还要考虑什么时候可以调用zhzhyx（）调度过程，什么时候不可以调用（因为此时的情况可能已被前面调用时子分支联在一起执行时给执行过了，如果此时再调用zhzhyx（），很可能发生时序混乱，导致整个程序瘫痪）。所以，这样可以减少代码的长度，但只会增加代码的复杂性（无论是设计的复杂性，还是代码本身的可读性），这对于一个程序员来说是一个大忌。与其如此，我不如把zhzhyx（）调度过程分解为不同的子分支来用，一次调用只允许调用一个子分支，也就是说，一次调用zhzhyx（）过程进行调度只能调度一小步，但在每次需要调度的时候我都调用zhzhyx（）调度过程，这样在实际上就大大减少了程序的复杂性。

4.2.3 上位机调度的系统的下位机设计

由于信号的登记、调度与响应均已在该系统的上位机实现，我们在下位机所要实现的功能将只有：

1、 实现上下位机正常通信 2、 控制变频器频率变化 3、 控制显示灯的显示

4、 对硬件上检测到的呼梯、选层、平层、减速信号向上位机发送 5、 接收上位机发送的控制信号，并进行相应动作 以下将对其中的主要功能进行介绍： 实现上下位机正常发送、接收通信操作：

在S7-200系列PLC的系统特殊存储区中，有一个专门用于控制通信功能的控制字节SMB30。缺省的设置是点对点模式，这也是唯一的与标准的通信装置以及操作员接口实现通信的协议。要想改变通信功能的特性，如串行通信的波特率、奇偶校验特性、字符长度等，在必须改写这个控制字节而进入可编程通信模式。

在对SMB30赋值之后，通信模式就被确定。要发送数据则使用XMT指令；要接收数据则可在相应的中断程序中直接从特殊存储区中的SMB2（可编程通信模式

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现代电梯的信息处理及计算机监控系统的设计 第四章 系统的软件设计实现

的接收寄存器）读取。若是采用有奇偶校验的可编程通信模式，还需在接收数据之前，检查特殊存储区中的SMB3.0（可编程通信模式的校验错标志位，置位时表示出错）。至于发送和接收的谐调问题，有查询方式与中断方式之分，这里不再详述。

可见，利用下位机进行通信，对于初学者来说，首先就是要记住和搞清楚一些用于控制通信功能的控制字节的意义，例如SMB30、SMB2等，记住这些特殊控制字节，差不多就搞清楚了下位机进行通信的方法。

在本设计中也是利用这些控制自节进行操作的。

首先，对SMB30赋值，初始化通信模式。将其赋值9表示可编程通信口模式，每字符8位，无奇偶校验，波特率为9600bps等特性。代码如下：

图4.8 初始化通信模式梯形图

其中还有一句将VB20赋值1表示发送缓冲区为该字节开始的1个字节。 初始化后便可进行发送和接收操作，一层选层信号向上位机发送代码如下：

以上代码中，EU以上表示判断该信号的条件及自锁等。该信号接通后，通过EU给出一个上升沿，激发XMT指令，将VB21中的内容通过指定的串行口port0发送出去。

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