日立电梯（中国）有限公司 511400
摘要：随着计算机技术的发展，人们将电梯系统模拟成实际的物理模型，它是在计算机和有限的硬件支持下，通过计算机软件来模拟实际的物理模型。“虚拟模型”以计算机技术为基础，数字接口技术为支持，赋予了模型以全新的概念。随着计算机处理能力和存储容量的迅速增强，使得“虚拟模型”的功能更加多样和完善。
关键词：虚拟电梯系统；开发应用
引言：
介绍了开发虚拟电梯系统的重要意义及系统实现的功能，概述了与实际物理模型电梯比较虚拟电梯系统的优势，阐述了虚拟电梯的灵活配置及其重要作用，重点介绍了以计算机为核心的虚拟电梯系统的硬件和软件实现。虚拟电梯系统为开发电梯控制系统的关键技术及电梯维修人员的培训提供良好的应用前景。
一、虚拟电梯的优点
（1）传统的物理模型由于其各个信号都是物理实现，操作次数多了可能会出现机械、电气设备接触不良、线路故障，不利于电梯的模拟运行。而虚拟电梯的操作键是由软件生成，用鼠标对其进行操作，不可能出现机械故障和电气故障。
（2）传统的物理模型电梯都是自成系统的，功能单一，体积庞大，仪器繁多，而虚拟电梯只需要一台计算机和PLC 控制器，其它必须的硬件如RS-485串口通讯、并行信号的输入输出均可固定在计算机插槽上，体积小，使用方便。
（3）虚拟电梯是自动运行的，如有呼梯则电梯自动运行，开关门。而物理模型电梯的各个信号都是人工实现的，不能保证电梯的速度。虚拟电梯可以省去人工操作这一繁琐而费时的过程，正常运行时，只需点击所需的呼梯、内选，则电梯按规律自动运行。
（4）虚拟电梯的楼层可以任意选择，最底层可为-3，-2，-1，1。最高可到32 层。而实际物理模型一旦做成，楼层便已经固定，不可更改。
二、虚拟电梯系统运行的原则
（1）顺向截车原则
电梯按确定的方向运行，只响应同向呼梯信号，对于反向呼梯信号，换向后再响应。
（2）自动定项原则
电梯首先响应内选信号，按内选的顺序进行自动定向，如果只有呼梯信号，则将采集的所有呼梯信号按先来先到的原则自动定向。
（3）最远程反向截车原则
电梯如果向上运行，对于有向下方向的呼梯信号，电梯先响应最远的呼梯，换向后再按顺向截车原则响应向下方向的其它呼梯。
（4）自动开关门原则
电梯到达某层后自动开门，延时10s后，自动关门。
（5）本层呼叫重开门原则
电梯在关门过程中，如果本层有同方向呼梯信号，电梯重新将门打开。
（6）有司机/无司机运行控制功能
有司机运行时，由司机来确定运行方向，手动开关门。无司机运行时，靠全自动定向，自动开关门。
（7）负载处理（防恶作剧）功能
电梯超载时不能关门。满载时电梯直驶不响应外呼信号，只响应内选信号。轻载时，最多让选4个内选，如超过，则前4个内选消失，只响应第5个内选。
（8）检修功能
电梯进入检修后，以检修速度向上、向下运行。且可在任何地方开、关门，以便于检修电梯。
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（9）消防运行功能
一旦消防用梯，电梯无论在何位置均直达到基站供消防专用。消防专用时电梯不响应厅外呼梯信号。
（10）故障模拟功能
可以模拟急停、冲顶、撞底、运行中掉门锁等故障，以便于电梯监控系统的调试。如果发生故障，则PLC停止运行，并置对应的故障继电器为1，使上位机可以监测到故障的发生。如果故障消失，则PLC 继续运行。
三、虚拟电梯系统的硬件和软件实现
虚拟电梯系统的主要硬件包括：计算机、32位通道独立数字输入输出板、RS-485串行接口板，三端口RS-485 数据转换卡以及32 点三菱PLC 控制器。
计算机作为虚拟电梯的人机交互部分，主要负责界面的显示，以及各种信号的输入与输出。它可以模拟发出呼梯信号、内选信号、井道信号和控制信号。并通过返回PLC的控制信号，将电梯的运行情况显示在画面上，使操作者对于虚拟电梯的运行情况一目了然。并且计算机作为信号传输的终端，需要将32位通道独立数字输入输出板、RS-485 串行接口板插入其插槽中，以便利用计算机来发送和接收RS-485 串行信号、PLC 的并行数字信号。
对于电梯控制器而言，有微机控制和PLC控制两种，本系统采用PLC作为电梯的控制器。PLC 控制器的程序与实际电梯PLC 控制器的程序完全一致，但由于本软件可以动态模拟楼层，故对于每一种楼层情况均需要编写对应的PLC程序。由于模拟实际电梯的运行，采用RS-485 作为传输的串行信号协议，另外购置RS-485 模块插入PLC 中，使PLC 能够以RS-485 协议进行传输。考虑到电梯的井道信号和控制信号的个数，采用有32点的PLC 控制器。由于所用PLC控制器为32点，故采用32位通道独立数字输入输出板来作为计算机与PLC 的并行信号连接。虚拟电梯数据转换卡是为了实现虚拟电梯的控制逻辑和与上位机进行通讯而研制的，它的主要功能是实现虚拟电梯与PLC之间的数据传输与协议转换和PLC与上位机之间的数据传输。
数据转换卡的核心是 3 个串行接口，分别与PLC、远程监控计算机和虚拟电梯连接。经过协议转换芯片将三者有机的结合起来。COM1通过一个RS-485接口与虚拟电梯相连，COM2通过第二个RS-485接口与PLC 进行通讯，COM3 通过第三个RS-485接口与上位机进行通讯。LED数码管在程序执行过程中显示不同的数字，有利于了解程序的执行情况；通过对拨码开关的设置可以实现对PLC地址的区分。在硬件设计中，设计了Watchdog 电路，防止程序“跑飞”，当任何一片CPU 发生“跑飞”现象后，Watchdog 电路强行将其复位。
系统上电后，虚拟电梯数据转换卡首先完成自检过程，以确定整个板卡各部分工作正常。如果系统各部分正常，则数据转换卡开始工作，它的工作过程为：COM1接收来自虚拟电梯的串行呼梯信号，然后将数据存入 RAM 相应的数据存储区，接着读取 RAM 中存储的虚拟电梯的串行呼梯信号，转换成PLC 所需的格式传送给PLC，并将COM2接收的PLC串口信息返回到计算机中，以便显示电梯的运行情况；COM2 接收来自PLC 串口的数据信息，经过协议转换后，将数据存入规定的RAM 数据存储区；COM3通过串行口中断与上位机通讯，进行数据交换，为上位机监控提供所需的数据。数据转换卡设有拨码开关，监控系统通过选择不同的地址从而选择不同的虚拟电梯，完成监控多台电梯的目的。
虚拟电梯的软件用Visual Basic 6.0开发的。负责检测电梯运行的事件并发送对应的呼梯信号和控制信号，通过检测PLC对应的呼梯，以便在画面上显示。软界面不具有控制电梯运行的功能，画面上所有的行为都是通过返回的PLC的状态信息而显示的，如电梯的运行方向、响应的呼梯楼层、开门、关门等信号。初始起动时，由用户选择最低楼层、最高楼层、梯速和楼层高度。选择完毕后，软件自动生成对应的楼层和呼梯。
结束语：
虚拟电梯可以作为检验PLC 控制器的一种方法，可以检验 P L C 控制器编程是否正确。虚拟电梯也可以作为电梯操作人员的培训软件，通过操作虚拟电梯，可以熟悉电梯正常的运行规律以及各种控制信号的功能。在实验室建设中，虚拟电梯对于建设新的、高水平的综合实验室和已有实验室的改进都具有重要作用，因此虚拟电梯系统为开发电梯控制系统的关键技术及电梯维修人员的培训提供良好的应用前景。
参考文献：
[1]汪诗林，吴泉源.开展虚拟实验系统的研究和应用.计算机工程与科学，2010.
[2]曹方雷.PLC 控制电梯监控系统的设计.中国电梯，2011.
论文作者:王坤豪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/18
标签：电梯论文; 信号论文; 系统论文; 控制器论文; 计算机论文; 楼层论文; 模型论文; 《基层建设》2017年第26期论文;