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1、基于PLD的三层电梯的控制设计【摘要】电梯作为现代化的产物在我们的生活之中已必不可少。随着经济建设的高速发展，我国电梯需求量越来越大。由此，一个更为庞大的电梯市场已经在国内轰然形成。本设计是基于可编程逻辑器件（PLD）技术中的甚高速集成电路硬件描述语言（VHDL）语言所开发的三层电梯控制程序。本程序具有VHDL语言设计里最为常用的三个模块：实体entity、结构体architecture、进程执行单元process。通过程序调试及运行仿真，结果表明，本程序可以完成：电梯运行所在楼层指示、电梯运行方向指示、关门延时设置、看门狗报警、超载报警、故障报警等。本设计对更高层的电梯控制设计具有一定的拓展
2、性。【关键词】：电梯控制，程序设计，PLD，VHDL ABSTRACTThe product as a modern elevator in our lives has been essential.With the sustained and rapid development of economic construction, Chinas increasing demand for elevators.As a result, a much larger domestic elevator market has formed a bang. This design is based on
3、 Programmable Logic Devices （PLD）in a Very High speed of the integrated hardware Describe Language （VHDL） in developing the third floor of the lift of control procedures. this program has vhdl language designed for the best of three modules ： entity, architecture, process. Through the program run, d
4、ebug and simulation results show that the application can finish：the floor, in the direction, the delay, the guard dog the police, and failure the police, etc. this design with higher the control of the design. 【KEY WORD】:lift control, programmer, PLD, VHDL 目 录引言1一、设计的基础依据1（一）EDA技术介绍1（二）VHDL语言介绍1（三）
5、MAX+plusII软件介绍2二、方案论证2（一）基于PLC技术的电梯控制设计方案2（二）基于PLD技术的电梯控制设计方案2（三）方案选择3三、程序设计3（一）算法分析3（二）程序设计6四、程序调试12五、程序仿真14（一）波形输入建立14（二）电梯运行情况仿真16（三）电梯功能仿真18总结19附录一 三层电梯控制的源程序20附录二 引脚锁定情况23参考文献24致谢25引言我国部分地区人口高度密集，人和土地资源短缺的矛盾日趋激化，这就要求人们合理地利用土地去解决人与土地的矛盾。而兴建高层建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人们快速、便捷地到达目的楼层的电梯便应运而生了。其中，三层电梯广泛应用在
6、大型的货运之中，其使用便捷，货运周期短，效率高，成本低，对货运事业具有相当的经济价值。在客运上，三层电梯虽然涉及楼层不高，应用范围不大，但就特殊而言，可以为一些上下楼层不方便的人们提供相当的帮助。本设计希望通过在简单的三层电梯控制设计之中，如何解决升、降请求信号因电梯所处状态而产生的冲突等问题出发，由此及彼，对高层电梯控制的开发作一个技术的铺垫，为高层电梯设计者提供一个基础。针对目前中小型电梯所能实现的功能，本控制设计拟实现以下功能：指示电梯运行所在楼层指示电梯运行方向关门延时设置看门狗报警超载报警故障报警。一、设计的基础依据现代电子设计技术的核心是EDA技术。采用EDA技术开发的三层电梯自动
7、控制与目前主流的利用可编程逻辑控制器(PLD)实现电梯控制紧密相连。硬件描述语言是EDA技术的重要组成部分，VHDL是作为电子设计主流硬件的描述语言。使用VHDL语言进行程序的设计，在MAX+plusII软件上对程序进行编译、仿真。（一）EDA技术介绍EDA技术是20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。设计者可以利用HDL程序来描述所希望的电路系统，规定其结构性和电路的行为方式然后利用EDA工具将此程序变成能控制场效应可编程门阵列（FPGA）/复杂可编程逻辑器件（CPLD）内部结构,实现相应逻辑
8、功能的门级或更底层的结构网表文件和下载文件。就FPGA/CPLD开发来说，比较常用和流行的HDL主要有ABEL-HDL和VHDL等。现代EDA技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真的综合能力。在现代高新电子产品的设计和生产中，微电子技术和现代电子设计技术是相互促进、相互推动又相互制约的两个技术环节。前者代表了物理层在广度和深度上硬件电路实现的发展，后者则反映了现代先进的电子理论、电子技术、仿真技术、设计工艺和设计技术与最新的计算机软件技术有机的融合和升华。因此，严格地说，EDA技术应该是这二者的结合，是这两个技术领域共同孕育的奇葩。（二）VHDL语言介绍VHDL主要用于描述数字系统的
9、结构，行为，功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL语言能够成为标准化的硬件描述语言并获得广泛应用,就在于它有以下优点：1.VHDL语言功能强大,设计方式多样。 2.VHDL语言具有强大的硬件描述能力。 3.VHDL语言具有很强的移植能力。 4.VHDL语言的设计描述与器件无关。 由于VHDL语言是一种描述、模拟、综合、优化和布线的标准硬件描述语言,因此它可以使设计成果在设计人员之间方便地进行交流和共享,从而减小硬件电路设计的工作量,缩短开发周期。（三） MAX+plusII软件介绍MAX+plusII是Alte
10、ra公司提供的FPGA/CPLD开发集成环境，其界面友好，使用便捷，被誉为业界最易用易学的EDA软件。它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。在MAX+plusII平台上进行数字系统的设计过程一般要经过四个阶段：设计输入、项目编译、项目校验和器件编程。首先根据系统的性能指标进行系统结构设计，对整个系统进行功能划分和模块划分。对各子模块分别进行逻辑设计、编译、仿真与验证。当不满足要求时，重新返回设计输入阶段，修改设计输入。之后将优化结果下载到所选可擦写可编程逻辑器件（EPLD）芯片中，进行动态仿真。最后则是测试芯片在系统中的实际运行性能。二、方案论证（
11、一）基于PLC技术的电梯控制设计方案可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单
12、、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。PLC的特点可综述如下：1.高可靠性2.编程简单，使用方便3.环境要求低4.体积小，重量轻5.扩充方便，组合灵活 （二）基于PLD技术的电梯控制设计方案随着电子技术的发展，PLD技术在工业控制系统中得到了广泛的应用，在电梯控制电路上采用PLD技术进行开发，越来越受到人们的重视。PLD技术开发手段多样，其中应用最为广泛的就是通过程序对硬件进行开发，而其中又数VHDL语言最受设计者的欢迎。PLD技术使得设计者的工作仅限于利用软件的方式，即利用硬件描述语言和PLD软件来完成对系统硬件功能的实现。近几年来，硬件
13、描述语言等设计数据格式的逐步标准化，不同设计风格和应用的要求导致各具特色的PLD工具被集成在同一个工作站上，从而使PLD框架日趋标准化。VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。其行为描述能力和程序结构决定了他具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。VHDL语言的设计单元包括实体（entity）、结构体(architecture)、程序包（package）以及配置（configration）。其具体的流程图如图2.1所示。图2.1 VHDL设计流程图（三）方案选择对于符合市场需求的大规模系统，需要有多人，甚至多个开
14、发组共同并行工作才能实现。用PLD技术完成一个确定的设计，可以利用相应的工具平台进行逻辑综合和优化，完成设计任务。同时，基于PLD技术的VHDL语言对设计的描述具有相对独立性，这为电子设计的入门者提供了便捷的帮助。就上述比较而言，本设计采用PLD方案更恰当。三、程序设计（一）算法分析1.电梯运行规则（1）请求信号分析本设计把电梯的请求信号分为上升请求和下降请求，电梯接收到请求信号后，都必须进行预操作。当电梯所在楼层低于发出梯外请求的楼层或者低于梯内请求所要到达的目的楼层时，电梯必须在下一操作中作出上升运行，这时的请求信号就是上升请求信号。反之，则是下降请求信号。（2）电梯处于各楼层时的运行说明
15、处于一楼时，不管是梯内梯外，电梯只接收上升的请求信号。此时，电梯就进入预上升状态。如果电梯没有接收到请求信号，电梯则在一楼待机。其分析图如图3.1所示。图3.1电梯处于一楼时的运行分析处于二楼时，电梯则可能出现三种情况： 电梯并没有接收到梯内梯外的任何请求信号时，电梯返回一楼待机； 电梯接收到上升请求信号，进入预上升状态； 电梯接收到下降请求信号，进入预下降状态。其分析图如图3.2所示。图3.2 电梯处于二楼时的运行分析处于三楼时，不管是梯内梯外，电梯都只可能接收到下降的请求信号。此时，电梯就进入预下降状态，准备作下降运行。如果电梯没有接收到请求信号，电梯则返回一楼待机。其分析图如图3.3所示。图3.3 电梯处于三楼时的运行分析电梯是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序优先或逻辑优先是不能满足控制要求的，因此，控制系统采用随机逻辑方式去解决信号优先的问题。也就是在顺序逻辑控制的基础上，根据随机的输入信号和电梯的相应状态，实时地控制电梯运行。比如，当电梯在三楼时，二楼、一楼梯外均有上升请求信号：电梯以向下的方向接近二楼的减速位置，判别二楼具有同向的请求信号，在二楼减速停止载客，然后继续下降到一楼载客。当电梯在三楼时，梯内有到达一楼的下降请求信号，而二楼有上升请求信号：当电梯以向下的方向接近二楼的减速位
