基于FPGA的新型智能電梯控制系統(tǒng)優(yōu)化設計研究

華懿瑋 聶貞

摘要：本文在現(xiàn)有基于FPGA的某六層智能電梯控制系統(tǒng)的基礎上進行優(yōu)化設計，在控制系統(tǒng)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(tǒng)軟硬件，改善電梯運行狀況，最后進行模擬仿真并與現(xiàn)有系統(tǒng)進行比較，可以得出：新型智能電梯控制系統(tǒng)可大大減少電梯空載運行，提高電梯運行效率，節(jié)約能源。

關鍵詞：FPGA 節(jié)能 優(yōu)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(guī)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(wěn)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(fā)展，傳統(tǒng)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(xiàn)有FPGA智能電梯控制系統(tǒng)的基礎上加入檢測裝置進一步進行優(yōu)化設計，旨在提高電梯運行的安全可靠性、節(jié)約能源[1]。

2 現(xiàn)有電梯控制系統(tǒng)介紹

本設計是基于FPGA的某六層智能電梯控制系統(tǒng)[2]。系統(tǒng)核心采用Altera公司CycloneII系列芯片，EDA軟件環(huán)境為QuartusII。該系統(tǒng)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(yōu)先原則，上行過程中，優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(tài)，在設定時間內自行關閉照明系統(tǒng)；（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(tài)，直至故障解除。

3 電梯控制系統(tǒng)改進

電梯控制系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)，涉及很多參數(shù)，而且這些參數(shù)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(xiàn)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(xù)上下行開門等現(xiàn)象經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(qū)域是否有人。如果有，則電梯執(zhí)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(zhí)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(zhí)行由電梯內控制面板發(fā)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(jié)約能源的目的。

3.2 軟件系統(tǒng)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(tǒng)流程圖如圖1所示。

4 仿真

使用Quartus II開發(fā)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(tǒng)聯(lián)調，最后進行硬件編程固化和系統(tǒng)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(zhí)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(zhí)行運行指令，而是停止指令。

5 結論分析

系統(tǒng)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(yōu)勢。本文主要研究在現(xiàn)有FPGA智能電梯控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設計與實現(xiàn)[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(tǒng)研究[D].天津大學，2013.

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

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