基于VHDL的電梯控制系統設計

摘要：按照電梯控制系統的一般要求，設計了基于VHDL語言的電梯控制系統。該系統遵循方向優先的設計原則，可以提供樓層用戶的載客服務并指示電梯的運行情況。通過對整個系統進行了綜合仿真，得到了電梯控制系統的時序仿真波形，仿真結果表明該控制系統符合設計要求。

關鍵詞：VHDL語言 電梯 控制系統

中圖分類號：TP 273文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

電梯控制系統是控制電梯按顧客的要求自動上下的裝置。電梯的控制狀態包括運行狀態、停止狀態及等待狀態，其中運行狀態又包含向上狀態和向下狀態。主要動作有開、關門，停靠和啟動。乘客通過鍵入開關門按鈕、呼喚按鈕、制定樓層按鈕等來控制電梯停與行。

1 電梯控制系統的設計要求

電梯控制系統分為主控制器和分控制器。主控制器是電梯內部的控制器，每個樓層有一個分控制器。

主控制器的設計要求： ①完成三層樓多用戶的載客服務控制；②電梯運行時顯示電梯的運行方向和所在的樓層；③當電梯到達選擇的樓層時，電梯自動開門；④電梯每秒升（將）一層；⑤響應分控制器的有效請求，如果到達有請求的樓層，電梯經過一秒門打開，打開四秒后，電梯門關閉（開門指示燈滅），電梯繼續運行，直至執行完最后一個請求信號后停留在當前層；⑥能記憶電梯內外的所有請求信號，并按照電梯運行規則次序響應，每個請求信號留至執行后消除；⑦電梯初態為一層開門狀態。

分控制器的設計要求：①顯示電梯的運行狀態和所在的樓層；②顯示乘客的上升和下降請求。

分控制器還需滿足有效請求原則：①電梯處于等待狀態時，上升和下降請求都響應；②電梯處于上升狀態時，有上升請求的分控制器所在樓層數大于電梯所在樓層數；③電梯處于下降狀態時，有下降請求的分控制器所在樓層數小于電梯所在樓層數。

2 電梯控制系統設計思路

比較而言，基于CPLD/FPGA的電梯控制系統的設計，以可編程邏輯器件為核心，采用VHDL（超高速硬件描述語言）來實現。它具有集成度高、邏輯功能強的特點。一般采用分段式結構，走線靈活，便于復雜功能的實現，且具有研制周期短，設計成本低，設計靈活性高，高性能的特點。因此用CPLD/FPGA來設計電梯控制系統能夠更大限度的切合“智能化”的特點，提升設計的可行性。在此設計中，由于系統中的模塊比較少，因此采用多進程的方式進行VHDL程序設計。

首先把系統化分為幾個模塊，分別用VHDL語言實現，然后把各個模塊連接起來，構成整個系統。在功能模塊進行仿真、糾錯，再利用原理圖輸入法對整體設計進行綜合仿真，并得出結果驗證其可行性。

3 電梯控制系統的設計

電梯控制系統的功能模塊如圖1所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態顯示器、譯碼器和樓層顯示器。

整個控制系統由以上模塊進行有機結合，實現了智能化的控制方案。乘客在電梯中選擇所要到達的樓層，通過電梯控制器的處理，電梯開始運行，狀態顯示器顯示電梯的運行狀態，電梯所在的樓層數通過譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請求傳給主控制器進行處理，同時顯示電梯的運行狀態和電梯所在的樓層數。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。

電梯主控制器的各輸入輸出端口的設計主要由VHDL語言來實現。輸入端口在電梯外部，分控制器產生對主控制器的升降請求，一層是最底層，不需要有下降請求，頂層是最高層，不需要有上升請求，二層則上升下降請求端口都有；在電梯的內部，樓層選擇其設有各層停留的請求端口。輸出端口使用一個譯碼電路顯示電梯現在所處的位置，并且能顯示電梯的升降狀態，用來觀察電梯的運行情況。

4 電梯控制系統的VHDL語言實現及仿真

基于電梯控制系統的原理框圖，把整個系統劃分為三大模塊，主控制器模塊是整個設計系統的核心部分。限于篇幅，各個模塊的VHDL語言實現不做具體說明。

利用原理圖輸入法對整體設計有如下仿真圖。如圖2所示：

由于仿真引腳很多，以上仿真的是當一樓有上升請求時的情況。根據對上述仿真圖的分析得知，當一樓有請求信號時，up1=1，乘客進入電梯內，分別有到二、三層的停電梯請求，當乘客到二樓時，則有 k2、a2均置1，則door置0門關閉，電梯為上升狀態mode=0，樓層數指示器就會增加，即site為高電平，并隨著脈沖的增加依次顯示一二樓，電梯到達了二樓層時，電梯開門door=1開門出乘客，當二層有停電梯的請求時，a2為高電平，輸入端a3a2a1為010（2），其顯示結果應為2，仿真結果為q0q1q3q4q6為高電平，mode=0，dian15…dian0顯示上升標志；當乘客到三樓時，與此類同依次完成。下降時時序仿真相反。

5 結語

仿真結果表明該控制系統設計完全符合要求，適用于三層樓的電梯的控制。但它的設計思想和系統的各項功能具有典型性和良好的擴展性，系統經過適當修改與擴展后，可以應用于大型高層建筑物中電梯的運行控制。

參考文獻

[1] 汪浩然.基于PLC控制技術的電梯控制系統的設計與實現[ J ].數字技術與應用.2010(9):165-168.

[2] 許瑾娜.四層電梯系統的開發與設計[ J ].機電工程技術.2010(6):49-51.