基于labview的并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于labview的并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0基于la的串聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)電梯控制技術(shù)是學(xué)生為電氣和自動(dòng)工程專業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)課程。由于電梯是一種結(jié)構(gòu)龐大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的機(jī)電綜合產(chǎn)品,學(xué)生不易于掌握和理解,因此實(shí)驗(yàn)成為教學(xué)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的電梯實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪窘痰姆椒?實(shí)驗(yàn)效果不明顯,無(wú)法達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。LabVIEW是一種虛擬儀器工程平臺(tái),可開(kāi)發(fā)出與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程相似的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用LabVIEW開(kāi)發(fā)并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),不僅可以消除實(shí)驗(yàn)條件的特殊限制及環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,還可增加實(shí)驗(yàn)過(guò)程的直觀性,減少學(xué)生誤操作帶來(lái)的設(shè)備損壞。本文介紹了基于LabVIEW的并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法;采用LabVIEW完成2臺(tái)9層9站電梯并聯(lián)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),程序設(shè)計(jì)采用合理分割模塊與分層設(shè)計(jì)的方法,解決了并聯(lián)電梯控制中的電梯隨機(jī)召喚與運(yùn)行順序控制的問(wèn)題,每臺(tái)電梯具有集選、消防、檢修等功能,同時(shí)可以并聯(lián)調(diào)度,虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠系統(tǒng)地完成各種電梯運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。1梯串聯(lián)控制設(shè)計(jì)并聯(lián)電梯是指兩臺(tái)電梯并聯(lián)使用,共享廳外召喚信號(hào),統(tǒng)一調(diào)度。兩梯并聯(lián)運(yùn)行時(shí),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(shí)控制系統(tǒng)先予以登記,并且依次應(yīng)答與電梯運(yùn)行方向相同的廳外召喚,之后電梯自動(dòng)應(yīng)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(diào)度原則。梯并聯(lián)控制從本質(zhì)上講就是按照預(yù)先設(shè)定的調(diào)配原則,自動(dòng)調(diào)配兩臺(tái)電梯的其中一臺(tái)電梯去應(yīng)答廳外召喚信號(hào)。并聯(lián)電梯結(jié)構(gòu)如圖1所示(兩梯分別記為A梯、B梯),其調(diào)度原則為:(1)正常情況下,一臺(tái)電梯在基站待命,稱為基梯;另一臺(tái)電梯停留在最后?？康臉菍?稱為忙梯。(2)兩臺(tái)電梯均因轎內(nèi)指令而到達(dá)基站后關(guān)門(mén)待命時(shí),當(dāng)有外召信號(hào)時(shí),先到基站的電梯處理外召喚指令,即先到先行。(3)當(dāng)忙梯正上行時(shí),其上方任何方向的召喚信號(hào)及其下方向下的召喚信號(hào),由忙梯完成,基梯不予應(yīng)答運(yùn)行。但忙梯下方向上的召喚信號(hào),由基梯發(fā)車應(yīng)答。(4)當(dāng)忙梯正下行時(shí),其上方任何方向的召喚信號(hào)和其下方向上的召喚信號(hào),由基梯應(yīng)答而發(fā)車載客,忙梯不予應(yīng)答。但忙梯下方向下召喚信號(hào),由忙梯應(yīng)答。(5)當(dāng)忙梯正在運(yùn)行,各層樓廳外召喚信號(hào)較多,而基梯不具備發(fā)車條件,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,召喚信號(hào)仍存在,由基梯發(fā)車應(yīng)答。2監(jiān)控面板設(shè)計(jì)基于LabVIEW的并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)象為兩臺(tái)9層9站電梯,具有集選、消防、檢修等功能,可實(shí)現(xiàn)多級(jí)多速開(kāi)關(guān)門(mén),兩臺(tái)電梯可以獨(dú)立使用或并聯(lián)使用,分別命名為A梯和B梯。并聯(lián)時(shí),兩梯共享廳外召喚信號(hào),在結(jié)構(gòu)上其他部分是獨(dú)立設(shè)置的。每臺(tái)電梯獨(dú)立使用時(shí)以全集選模式運(yùn)行,同時(shí)具有消防和檢修功能。消防聯(lián)動(dòng)采用開(kāi)關(guān)模擬,如圖3所示,把檢修和消防聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)集成在一個(gè)面板區(qū)。A梯和B梯均設(shè)計(jì)有操縱和監(jiān)控兩部分。操縱部分主要包括轎內(nèi)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(shí)驗(yàn)測(cè)試面板等。監(jiān)控部分主要用于觀察電梯的運(yùn)行狀況及其相關(guān)特性,包括電梯狀態(tài)、并聯(lián)調(diào)度、電梯速度曲線、電梯開(kāi)關(guān)門(mén)和電梯運(yùn)行狀況等監(jiān)控。轎內(nèi)主令按鈕操作面板包括9個(gè)轎內(nèi)主令按鈕、開(kāi)門(mén)按鈕、關(guān)門(mén)按鈕、報(bào)警指示和緊急事件按鈕。由于LabVIEW沒(méi)有帶燈的按鈕控件,因此給每個(gè)主令按鈕配置一個(gè)指示燈以指示主令的登記和銷號(hào)。廳外呼梯操作面板包括召喚按鈕和登記/銷號(hào)指示燈,在頂層只設(shè)下召喚按鈕,一層只設(shè)上召喚按鈕,其他層站設(shè)上、下召喚按鈕。另外,把消防聯(lián)動(dòng)用一個(gè)單刀單擲開(kāi)關(guān)模擬,并與檢修模式綜合為一個(gè)操作面板,即檢修/消防操作面板,包括消防聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)、檢修開(kāi)關(guān)、慢上、慢下、開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)按鈕。電梯運(yùn)行過(guò)程監(jiān)控面板包括5個(gè)書(shū)簽式子面板,包括測(cè)試面板、電梯門(mén)開(kāi)啟過(guò)程、兩梯并聯(lián)運(yùn)行過(guò)程監(jiān)視、電梯速度曲線、電梯上下行情況等。測(cè)試面板用于測(cè)試兩梯獨(dú)立運(yùn)行與并聯(lián)運(yùn)行性能比較,電梯門(mén)開(kāi)啟過(guò)程用于觀測(cè)電梯開(kāi)關(guān)門(mén)速度變化及開(kāi)關(guān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)事件,如平層開(kāi)門(mén)、自動(dòng)關(guān)門(mén)和本層開(kāi)門(mén)等。兩梯并聯(lián)運(yùn)行過(guò)程監(jiān)視用于監(jiān)測(cè)并聯(lián)運(yùn)行模式下廳外召喚信號(hào)的動(dòng)態(tài)分配過(guò)程。電梯速度曲線可實(shí)時(shí)觀測(cè)兩臺(tái)電梯的運(yùn)行速度曲線。另外,還設(shè)置了“電梯監(jiān)控室”監(jiān)控面板用于監(jiān)控兩臺(tái)電梯各自的運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)置兩臺(tái)電梯的并聯(lián)/獨(dú)立運(yùn)行模式。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,轎廂的移動(dòng)通過(guò)設(shè)置轎廂簇置頂高度實(shí)現(xiàn),同時(shí)判斷轎廂簇置頂高度確定電梯是否到達(dá)換速點(diǎn)、是否平層;為了實(shí)現(xiàn)多速多級(jí)開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén),把開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)以滑動(dòng)桿控件方式實(shí)現(xiàn);另外,把各層和轎廂的指層器簡(jiǎn)化為一個(gè)公用的指層器,層樓顯示采用7段碼方式,字型為7個(gè)布爾顯示控件的組合。3電梯運(yùn)行模式選擇實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)程序總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中電梯有4種運(yùn)行狀態(tài):獨(dú)立運(yùn)行、并聯(lián)運(yùn)行、檢修運(yùn)行和消防運(yùn)行。檢修或消防運(yùn)行狀態(tài)下,A梯、B梯均處于獨(dú)立運(yùn)行。程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為2層,第一層為整體循環(huán)層,它包含所有的程序,當(dāng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)保證系統(tǒng)使用,直到停止運(yùn)行,因此,把所有程序置于While循環(huán)結(jié)構(gòu)中。第二層為并行結(jié)構(gòu)層,無(wú)論處于哪一種狀態(tài),電梯都必須實(shí)現(xiàn)自身的控制功能,如上下行控制、開(kāi)關(guān)門(mén)控制和樓層顯示等。并行結(jié)構(gòu)層分為3個(gè)模塊:A梯獨(dú)立運(yùn)行、B梯獨(dú)立運(yùn)行、電梯運(yùn)行模式選擇。圖3為單臺(tái)電梯控制程序結(jié)構(gòu)。電梯獨(dú)立運(yùn)行包括集選控制、電梯消防運(yùn)行和電梯檢修運(yùn)行3個(gè)模塊。在電梯運(yùn)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(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)來(lái)確定合適的運(yùn)行模式,程序模塊之間通過(guò)全局變量實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。為簡(jiǎn)化程序結(jié)構(gòu)與提高程序執(zhí)行效率,把3個(gè)模塊綜合于一個(gè)Whlie循環(huán)結(jié)構(gòu)中,再由case結(jié)構(gòu)選擇處理3個(gè)模塊,同時(shí)為避免程序數(shù)據(jù)邏輯傳輸錯(cuò)誤,3個(gè)模塊分別采用平鋪式順序結(jié)構(gòu)按功能先后執(zhí)行,例如集選運(yùn)行時(shí),順序結(jié)構(gòu)依次為樓層顯示、轎內(nèi)主令登記、廳外召喚登記、電梯開(kāi)關(guān)門(mén)控制、轎內(nèi)主令優(yōu)先判斷、電梯上下行控制、電梯本層開(kāi)門(mén)、定時(shí)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(dòng)VI輸入控制節(jié)點(diǎn)有上行、下行、轎廂移動(dòng)速度及轎廂簇移動(dòng)前置頂高度,輸出節(jié)點(diǎn)為轎廂簇移動(dòng)后置頂高度。在電梯實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)電梯轎廂移動(dòng)至端站時(shí),不論有無(wú)上、下行控制,轎廂均停止。圖5為并聯(lián)調(diào)度程序流程圖,并聯(lián)調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于合理分配廳外召喚信號(hào)。預(yù)設(shè)1層為基站,根據(jù)傳統(tǒng)并聯(lián)調(diào)度原則,把A梯、B梯分為6種運(yùn)行狀態(tài):(1)A梯為基梯,B梯?？吭诨?(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(shè)計(jì)時(shí),用6個(gè)布爾全局變量分別表示一種運(yùn)行狀態(tài),在每種狀態(tài)下按預(yù)定原則分配廳外召喚信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)雙梯的并聯(lián)控制。程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),將電梯獨(dú)立運(yùn)行程序和并聯(lián)調(diào)度程序置于獨(dú)立的While循環(huán)中,以保證對(duì)廳外召喚信號(hào)的動(dòng)態(tài)分配。4電梯運(yùn)行實(shí)驗(yàn)(1)電梯集選控制;(2)電梯消防運(yùn)行;(3)電梯檢修運(yùn)行;(4)兩梯并聯(lián)調(diào)度。集選控制實(shí)驗(yàn)可以模擬電梯的集選使用功能,實(shí)現(xiàn)轎內(nèi)外指令登記與銷號(hào)、選層定向、轎內(nèi)優(yōu)先定向、順向截梯、最遠(yuǎn)端反向截梯、自動(dòng)開(kāi)門(mén)/關(guān)門(mén)、手動(dòng)開(kāi)門(mén)、本層開(kāi)門(mén)、平層、換速以及電梯運(yùn)行速度曲線測(cè)量等;電梯消防運(yùn)行實(shí)驗(yàn)可以模擬電梯的消防聯(lián)動(dòng)運(yùn)行模式;電梯檢修運(yùn)行實(shí)驗(yàn)可以模擬檢修狀態(tài)下電梯各個(gè)部分的手動(dòng)操縱控制;并聯(lián)調(diào)度實(shí)驗(yàn)可完成多指令登記、多指令并聯(lián)調(diào)度動(dòng)態(tài)分配、消防聯(lián)動(dòng)控制、兩梯獨(dú)立運(yùn)行與并聯(lián)運(yùn)行性能對(duì)比等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。圖6為電梯集選控制實(shí)驗(yàn)中的電梯運(yùn)行速度曲線。表1為兩梯獨(dú)立運(yùn)行與并聯(lián)運(yùn)行性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。表1中,2↑3表示2層有外召并請(qǐng)求上3層,5↓3表示5層有外召并請(qǐng)求下3層;A梯運(yùn)行時(shí)間是指完成指令序列所用的時(shí)間,A+B時(shí)間為A梯和B梯完成指令序列所用時(shí)間之和;完成時(shí)間是完成指令序列并返回基站所用的總時(shí)間。實(shí)驗(yàn)時(shí),A梯和B梯均處于基站,獨(dú)立運(yùn)行的電梯與并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的處理任務(wù)相同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,兩梯并聯(lián)運(yùn)行比獨(dú)立運(yùn)行的效率高。5組合電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)合并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)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(diào)度等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單直觀。基于LabVIEW開(kāi)發(fā)并聯(lián)電梯虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方法,不僅將理論教學(xué)