基于labview的并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)設計

基于labview的并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)設計

0基于la的串聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)電梯控制技術是學生為電氣和自動工程專業(yè)的學生開設的一門課程。由于電梯是一種結構龐大、控制邏輯關系復雜的機電綜合產品,學生不易于掌握和理解,因此實驗成為教學過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的電梯實驗教學采用實驗模型示教的方法,實驗效果不明顯,無法達到預期的實驗目的。LabVIEW是一種虛擬儀器工程平臺,可開發(fā)出與實際實驗過程相似的虛擬實驗平臺,利用LabVIEW開發(fā)并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng),不僅可以消除實驗條件的特殊限制及環(huán)境對實驗的影響,還可增加實驗過程的直觀性,減少學生誤操作帶來的設備損壞。本文介紹了基于LabVIEW的并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)方法;采用LabVIEW完成2臺9層9站電梯并聯(lián)實驗系統(tǒng)設計,程序設計采用合理分割模塊與分層設計的方法,解決了并聯(lián)電梯控制中的電梯隨機召喚與運行順序控制的問題,每臺電梯具有集選、消防、檢修等功能,同時可以并聯(lián)調度,虛擬實驗系統(tǒng)能夠系統(tǒng)地完成各種電梯運行實驗。1梯串聯(lián)控制設計并聯(lián)電梯是指兩臺電梯并聯(lián)使用,共享廳外召喚信號,統(tǒng)一調度。兩梯并聯(lián)運行時,兩梯自身的功能和單梯是相同的。通常情況下,單梯處理廳外召喚遵循集選控制原則,即有廳外召喚時控制系統(tǒng)先予以登記,并且依次應答與電梯運行方向相同的廳外召喚,之后電梯自動應答反向召喚。而并聯(lián)電梯不僅遵循集選原則,還要遵守并聯(lián)調度原則。梯并聯(lián)控制從本質上講就是按照預先設定的調配原則,自動調配兩臺電梯的其中一臺電梯去應答廳外召喚信號。并聯(lián)電梯結構如圖1所示(兩梯分別記為A梯、B梯),其調度原則為:(1)正常情況下,一臺電梯在基站待命,稱為基梯;另一臺電梯停留在最后?？康臉菍?稱為忙梯。(2)兩臺電梯均因轎內指令而到達基站后關門待命時,當有外召信號時,先到基站的電梯處理外召喚指令,即先到先行。(3)當忙梯正上行時,其上方任何方向的召喚信號及其下方向下的召喚信號,由忙梯完成,基梯不予應答運行。但忙梯下方向上的召喚信號,由基梯發(fā)車應答。(4)當忙梯正下行時,其上方任何方向的召喚信號和其下方向上的召喚信號,由基梯應答而發(fā)車載客,忙梯不予應答。但忙梯下方向下召喚信號,由忙梯應答。(5)當忙梯正在運行,各層樓廳外召喚信號較多,而基梯不具備發(fā)車條件,經(jīng)過一段時間后,召喚信號仍存在,由基梯發(fā)車應答。2監(jiān)控面板設計基于LabVIEW的并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)對象為兩臺9層9站電梯,具有集選、消防、檢修等功能,可實現(xiàn)多級多速開關門,兩臺電梯可以獨立使用或并聯(lián)使用,分別命名為A梯和B梯。并聯(lián)時,兩梯共享廳外召喚信號,在結構上其他部分是獨立設置的。每臺電梯獨立使用時以全集選模式運行,同時具有消防和檢修功能。消防聯(lián)動采用開關模擬,如圖3所示,把檢修和消防聯(lián)動開關集成在一個面板區(qū)。A梯和B梯均設計有操縱和監(jiān)控兩部分。操縱部分主要包括轎內主令按鈕操作面板、廳外呼梯操作面板、檢修/消防操作面板和實驗測試面板等。監(jiān)控部分主要用于觀察電梯的運行狀況及其相關特性,包括電梯狀態(tài)、并聯(lián)調度、電梯速度曲線、電梯開關門和電梯運行狀況等監(jiān)控。轎內主令按鈕操作面板包括9個轎內主令按鈕、開門按鈕、關門按鈕、報警指示和緊急事件按鈕。由于LabVIEW沒有帶燈的按鈕控件,因此給每個主令按鈕配置一個指示燈以指示主令的登記和銷號。廳外呼梯操作面板包括召喚按鈕和登記/銷號指示燈,在頂層只設下召喚按鈕,一層只設上召喚按鈕,其他層站設上、下召喚按鈕。另外,把消防聯(lián)動用一個單刀單擲開關模擬,并與檢修模式綜合為一個操作面板,即檢修/消防操作面板,包括消防聯(lián)動開關、檢修開關、慢上、慢下、開門和關門按鈕。電梯運行過程監(jiān)控面板包括5個書簽式子面板,包括測試面板、電梯門開啟過程、兩梯并聯(lián)運行過程監(jiān)視、電梯速度曲線、電梯上下行情況等。測試面板用于測試兩梯獨立運行與并聯(lián)運行性能比較,電梯門開啟過程用于觀測電梯開關門速度變化及開關門的驅動事件,如平層開門、自動關門和本層開門等。兩梯并聯(lián)運行過程監(jiān)視用于監(jiān)測并聯(lián)運行模式下廳外召喚信號的動態(tài)分配過程。電梯速度曲線可實時觀測兩臺電梯的運行速度曲線。另外,還設置了“電梯監(jiān)控室”監(jiān)控面板用于監(jiān)控兩臺電梯各自的運行狀態(tài)與設置兩臺電梯的并聯(lián)/獨立運行模式。在實驗系統(tǒng)中,轎廂的移動通過設置轎廂簇置頂高度實現(xiàn),同時判斷轎廂簇置頂高度確定電梯是否到達換速點、是否平層;為了實現(xiàn)多速多級開門、關門,把開門、關門以滑動桿控件方式實現(xiàn);另外,把各層和轎廂的指層器簡化為一個公用的指層器,層樓顯示采用7段碼方式,字型為7個布爾顯示控件的組合。3電梯運行模式選擇實驗系統(tǒng)程序總體結構如圖2所示。實驗系統(tǒng)中電梯有4種運行狀態(tài):獨立運行、并聯(lián)運行、檢修運行和消防運行。檢修或消防運行狀態(tài)下,A梯、B梯均處于獨立運行。程序結構設計為2層,第一層為整體循環(huán)層,它包含所有的程序,當實驗系統(tǒng)運行時保證系統(tǒng)使用,直到停止運行,因此,把所有程序置于While循環(huán)結構中。第二層為并行結構層,無論處于哪一種狀態(tài),電梯都必須實現(xiàn)自身的控制功能,如上下行控制、開關門控制和樓層顯示等。并行結構層分為3個模塊:A梯獨立運行、B梯獨立運行、電梯運行模式選擇。圖3為單臺電梯控制程序結構。電梯獨立運行包括集選控制、電梯消防運行和電梯檢修運行3個模塊。在電梯運行模式選擇模塊中,根據(jù)操作人員的控制指令與并聯(lián)電梯當前運行狀態(tài)來確定合適的運行模式,程序模塊之間通過全局變量實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。為簡化程序結構與提高程序執(zhí)行效率,把3個模塊綜合于一個Whlie循環(huán)結構中,再由case結構選擇處理3個模塊,同時為避免程序數(shù)據(jù)邏輯傳輸錯誤,3個模塊分別采用平鋪式順序結構按功能先后執(zhí)行,例如集選運行時,順序結構依次為樓層顯示、轎內主令登記、廳外召喚登記、電梯開關門控制、轎內主令優(yōu)先判斷、電梯上下行控制、電梯本層開門、定時變量處理和電梯狀態(tài)顯示。圖4為電梯上下行控制程序。轎廂移動VI輸入控制節(jié)點有上行、下行、轎廂移動速度及轎廂簇移動前置頂高度,輸出節(jié)點為轎廂簇移動后置頂高度。在電梯實際運行過程中,當電梯轎廂移動至端站時,不論有無上、下行控制,轎廂均停止。圖5為并聯(lián)調度程序流程圖,并聯(lián)調度算法實現(xiàn)的關鍵在于合理分配廳外召喚信號。預設1層為基站,根據(jù)傳統(tǒng)并聯(lián)調度原則,把A梯、B梯分為6種運行狀態(tài):(1)A梯為基梯,B梯停靠在基站;(2)A梯為基梯,B梯正在上行;(3)A梯為基梯,B梯正在下行;(4)B梯為基梯,A梯?？吭诨?(5)B梯為基梯,A梯正在上行;(6)B梯為基梯,A梯正在下行。程序設計時,用6個布爾全局變量分別表示一種運行狀態(tài),在每種狀態(tài)下按預定原則分配廳外召喚信號即可實現(xiàn)雙梯的并聯(lián)控制。程序結構設計時,將電梯獨立運行程序和并聯(lián)調度程序置于獨立的While循環(huán)中,以保證對廳外召喚信號的動態(tài)分配。4電梯運行實驗(1)電梯集選控制;(2)電梯消防運行;(3)電梯檢修運行;(4)兩梯并聯(lián)調度。集選控制實驗可以模擬電梯的集選使用功能,實現(xiàn)轎內外指令登記與銷號、選層定向、轎內優(yōu)先定向、順向截梯、最遠端反向截梯、自動開門/關門、手動開門、本層開門、平層、換速以及電梯運行速度曲線測量等;電梯消防運行實驗可以模擬電梯的消防聯(lián)動運行模式;電梯檢修運行實驗可以模擬檢修狀態(tài)下電梯各個部分的手動操縱控制;并聯(lián)調度實驗可完成多指令登記、多指令并聯(lián)調度動態(tài)分配、消防聯(lián)動控制、兩梯獨立運行與并聯(lián)運行性能對比等實驗內容。圖6為電梯集選控制實驗中的電梯運行速度曲線。表1為兩梯獨立運行與并聯(lián)運行性能對比實驗的數(shù)據(jù)。表1中,2↑3表示2層有外召并請求上3層,5↓3表示5層有外召并請求下3層;A梯運行時間是指完成指令序列所用的時間,A+B時間為A梯和B梯完成指令序列所用時間之和;完成時間是完成指令序列并返回基站所用的總時間。實驗時,A梯和B梯均處于基站,獨立運行的電梯與并聯(lián)運行時的處理任務相同。實驗結果顯示,兩梯并聯(lián)運行比獨立運行的效率高。5組合電梯虛擬實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗方法的結合并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)可完成電梯集選控制、電梯消防、電梯檢修和兩梯并聯(lián)調度等實驗內容,實驗過程簡單直觀?；贚abVIEW開發(fā)并聯(lián)電梯虛擬實驗系統(tǒng)的方法,不僅將理論教學