基于FPGA的新型智能電梯控制系統優化設計研究

華懿瑋 聶貞

摘要：本文在現有基于FPGA的某六層智能電梯控制系統的基礎上進行優化設計，在控制系統上加裝一組檢測機構，可減少電梯不必要的上下行和開門過程，并重新設計系統軟硬件，改善電梯運行狀況，最后進行模擬仿真并與現有系統進行比較，可以得出：新型智能電梯控制系統可大大減少電梯空載運行，提高電梯運行效率，節約能源。

關鍵詞：FPGA 節能 優化

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0019-01

1 引言

隨著城市規模的不斷擴大，高層建筑越來越多，電梯的應用變得越來越普遍，與此同時人們對電梯穩定性和安全性等性能要求也不斷增加。近年來隨著EDA技術的快速發展，傳統電梯控制中集成電路復雜，功能擴展不靈活，抗擾性差等缺點得到很大改善。本文主要在現有FPGA智能電梯控制系統的基礎上加入檢測裝置進一步進行優化設計，旨在提高電梯運行的安全可靠性、節約能源[1]。

2 現有電梯控制系統介紹

本設計是基于FPGA的某六層智能電梯控制系統[2]。系統核心采用Altera公司CycloneII系列芯片，EDA軟件環境為QuartusII。該系統具有的基本功能有：（1）響應電梯內外所有按鍵請求，并將指令自動存儲到寄存器；（2）運行過程按照運行方向優先原則，上行過程中，優先響應同方向轎廂所處樓層之上較小樓層指令；下行過程中，優先響應同方向轎廂所處樓層之下較大樓層指令；同時存在上下行信號時，應優先響應同方向信號；（3）同方向指令相應完自行相應另一方向指令；（4）指令完成時，電梯停在當前樓層，處于等待狀態，在設定時間內自行關閉照明系統；（5）具有超載報警和障礙報警功能，此時電梯門處于打開狀態，直至故障解除。

3 電梯控制系統改進

電梯控制系統是一個非常復雜的系統，涉及很多參數，而且這些參數具有不確定性和隨機性。目前有很多關于模糊控制和PID控制的仿真研究[3]，針對電梯控制的不確定和隨機性。而在現實生活中，有些乘客按下電梯按鈕后，由于種種原因離開了，或者有人下電梯后亂按面板按鈕，使電梯繼續上下行開門等現象經常存在，造成能源浪費，降低電梯運行效率，這是可以控制和改善的[4]。

3.1 硬件系統改進

采用在電梯內部和門外增加檢測裝置的方法，對原有控制系統進行改進。當按下電梯內外控制面板時，會有信號傳遞給FPGA主控制器，主控制器發出一個控制信號給電梯外該控制面板所在樓層檢測裝置，來檢測電梯門附近檢測區域是否有人。如果有，則電梯執行停止信號，開門接人；如果沒有則反饋給主控制器一個信號，電梯不執行該停止命令。而電梯內檢測裝置任務是當電梯內部沒人時，不執行由電梯內控制面板發出的指令并將剩余電梯內控制面板指令全部取消。由此達到提高電梯利用率，節約能源的目的。

3.2 軟件系統改進

使用“自頂而下”分功能模塊的編程設計思路，采用硬件描述型verilog HDL編程語言進行設計。特點是使用比較簡單，可以用簡潔的語句來描述復雜的邏輯設計。軟件設計中加入了當電梯內外控制面板信號傳遞給FPGA主控制器后，控制器會通過檢測裝置反饋回來的信號進行判斷，來決定是否停開門，系統流程圖如圖1所示。

4 仿真

使用Quartus II開發軟件進行仿真[5]。先進行各個單元電路的軟件仿真和硬件調試，再進行相互之間的系統聯調，最后進行硬件編程固化和系統組裝。結果顯示：當同時給主控制器一個電梯外控制面板按鈕信號和檢測無人信號時，電梯在該樓層不會執行停止指令。給一個電梯內面板按鈕信號和檢測無人信號時，電梯同樣不會執行運行指令，而是停止指令。

5 結論分析

系統采用FPGA作為主控制器，具有運算速度快、編程簡單、可靠性高的特點，同時在成本方面有巨大優勢。本文主要研究在現有FPGA智能電梯控制系統的基礎上，對其軟硬件進行改進，在電梯內外配備檢測裝置，可有效提高電梯的運行效率，減少了能耗，相應國家號召，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]劉劍麗.基于FPGA的智能電梯控制系統設計[D].成都理工大學，2014.

[2]張志霞，陳宇軒，劉艷昌.基于FPGA的電梯控制系統設計與實現[J].河南科技學院學報，2014，42（3）：65～71.

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

[4]王新華，邱東勇.國內外電梯節能技術研究[J].節能技術，2013，31（2）：116～119.

[5]楊越.FPGA應用開發實戰技巧精粹[M].北京：人民郵電出版社，2009.