摘要：近年来，我国电梯的使用数量飞速增长，递增速度为每年的20%。电梯已经和人民的生活和工作紧密联系在一起。为了保证电梯使用的安全性，对于电梯超载的系统控制应当予以重视。本文对ARM下的电梯超载控制系统设计研究进行探讨，旨在为电梯新技术在使用上提供一些工作思路。
关键词：ARM处理器；电梯超载控制系统；应用；设计研究
Design of elevator overload control system under ARM
Bai Chongzhe
Foshan Levin Electromechanical Equipment Co. Ltd.
Abstract：In recent years，The number of elevators in our country is increasing rapidly, The rate of increase is 20% per year. Elevators have been closely linked with people's lives and work. In order to ensure the safety of the elevator, The system control of elevator overload should be paid more attention to. This paper discusses the design and research of elevator overload control system under ARM, The purpose is to provide some ideas for the application of new elevator technology.
Keywords: ARM processor；Overload control system of elevator；Application；Design Research
前言
电梯作为现在高层建筑中必不可少的设施，其控制系统是电梯的核心，控制系统对各电梯部件进行控制，使其能够有效运行，满足人们的需求。在电梯经历了继电器时代、逻辑编程时代后，终于迎来了以智能微机进行系统控制的时代。为保证电梯轿厢的使用安全，使用先进的ARM技术以改变过去单一的电梯超载重力感应器对轿厢内超载情况的监控报警，实现重力传感结合人数检测的智能控制系统，从而有效减少电梯超重带来的机件损耗，延缓电梯使用寿命，时刻保证电梯在安全重力范围内运送，以保障乘客的安全。
1.ARM电梯控制系统简介
1.1 ARM控制系统工作原理
电梯根据用途的不同有不同的速度驱动和控制方式，但是在工作原理上是一致的，都需要按照一定的信号完成指令。控制系统的主要功能就是输出信号，控制电梯进行上、下、加速、减速等动作完成。因此电梯控制系统是电梯的核心部件，由主控制器和变频器组成。主控制器通过对变频器控制电机的作用，使轿厢移动，轿厢在井道移动的过程中，通过各楼层传感器和电机上的编码器，反馈信息给主控制器，从而构成完整回路。
目前，电梯进入智能微机时代后，主控制器内使用ARM芯片作为中央处理器，LPC作微处理器，将主控制面板变成一个多输入多输出的控制器，通过输入模块、输出模块、通信模块、人机交互模块之间的信号传递，完成电梯指令。以ARM处理器为主控制器的系统主要实现对整个系统运行的控制与管理，通过视频采集语音模块、电路模块、Linux2.6.32内核及智能识别算法等软硬件构成，实现双重判定、预测电梯轿厢人数检测、语音报警和电梯控制运行等设置，在ARMv7基础上性能更加高且耗电更低，是双对称的及按顺序发射的复杂13级流水线架构，并且还有先进的动态分支预测，能够实现2.0DMIPS/MHZ ，该ARM处理器还可以支持ARM Artisan库的智能能源管理技术和泄漏控制技术，以实现高速与功耗效率，而且MMU的完整性更能够让其处理器丰富操作各种应用程序的运行。
1.2 ARM超载控制系统工作原理
在ARM内部存在部分保护装置，超载系统就是其中一个。超载控制系统分为控制器部分和称重传感器。在电梯轿厢底板部位安装负载传感器，可以对轿厢的承载重量进行测量。称重传感器可以将重量信号转变为电信号传送给控制器模块，经过分析ARM控制系统的分析，当电梯重量超过预设的重量时，信号传导会控制电梯就会发出警报。从而完成超载报警的行为。如果在上升、下降的运送过程中ARM发现超出了重量负荷范围，也会提前发出传递信号预警。即在电梯没有超过预定人数时依然发出警报，原因在于电梯在上、下、加速、减速中可能会超过电梯负载。使ARM超载系统发出了警报导致的。
现在先进的电梯主控制系统中，ARM系统使用轿厢内图像采集模块采集视频，将相关数据经过电路传递给ARM处理器。通过智能计数系统对人数进行检测，超过预定人数则启动语音模块进行预警，同时发出指令暂停电梯启动。若小于预定人数，则重力传感器发出信号，电梯可以正常运行。其电路模块如下图1。
图1 电路传递的ARM处理器示意图
2.ARM超载控制系统设计实例
2.1工程概况
以某医院高层建筑建筑安装电梯为实例，对ARM超载系统进行方案设计。该高层建筑面积四万两千平方米左右。设有地下两层，地下一层是储藏室，地下二层是车库，地上部分24层，建筑物高100米左右，安装电梯为双轿厢电梯。根据《医用电梯技术规格要求[1]》中的相关规定，医院电梯要带有ARM超载控制系统，承载量要大，能进入各种仪器和病床。基本轿厢尺寸1.5米*2.4米，额定重量1800千克，最大提升速度1.75m/s，高度八十米。根据以上电梯的要求，经过选定，使用三菱医用电梯。安装电梯轿厢的过程按常规工程标准执行，详细介绍对该电梯ARM软件的相关内容。
2.2 ARM超载控制系统设计
（1）总控制系统
医用电梯主制器为ARM Crotex A8处理器[2]，分为硬件和软件两部分。按照自上而下的顺序依次为软件层、操作系统层、硬件层。主控制器核心为软件层和操作系统层，外接存储模块、语音模块、电源模块、及多路串口。处理器ARM Crotex A8支持高能低耗技术，处理速度达1GHz以上，具有128位的单指令多数据流（SIMD），能够同时复制多个操作数，并在寄存器集中打包的指令。从而实现快速的信息处理速度和极低的消耗功率，对图像模块的视频采集、图像储存、编解码等操作集中处理；信号之间的整合发送极其迅速。
（2）超载控制软件系统
超载控制系统应用软件对各模块采集的信息进行智能处理。首先要先组建相关软件系统。在图像采集模块建立装载程序Boothloader，下载Linux操作系统，建立系统文件，对相应的应用程序进行分区，最后经过根文件系统、烧写内核存储至ARM平台分区中，实现图像采集与处理。从而植入轿厢智能识别人数的程序。ARM Crotex A8处理器直接对整个电梯系统的运行进行指令控制。
超载控制系统的工作程序按照以下流程进行。电梯门开启，人们进入电梯后，图像信息发送至SIMD进行预处理，将预处理的图像信息打包送入ARM系统。因ARM平台内置了计数算法，可对该信号进行识别。当电梯超过预定人数时，ARM将信号发送至语音模块进行报警，同时控制制动系统暂停电梯运动，使其保持静止状态。在每个楼层都安装了分控制器，其作用是根据人们按电梯的指令，进行信息的分配和记录，完成载客控制、运行速度控制、安全回路检查、故障排查、工作模式切换等动作。这些信号都会随着轿厢运动传回主控制器，构成完整的电路回流。如果ARM通过图像模块的信号，发现人数尚未达到预订人数，则轿厢底部的重力感应器会传到信号给ARM处理器。超过预定重量，重力信号求异，发送信息为1，处理器仍然发出暂停指令并且进行语音预警。若未达到预定量，则重力信号求同。发送信息为0，处理器控制变频器和电机运转，电梯正常运行。电源模块为整个主控制器提供电能，保证其正常运转。
2.3使用ARM电梯超载系统调试及运行
调试过程要在交叉编译的条件下运行。ARM平台使用S5PV210的芯片，自带3D图形加速引擎，分辨率高。上位机在进行图像采集处理相关操作之后，对功能进行实验，确认主控制器的信号控制达到预设要求即可。经过调试后，该电梯能够正常使用。也可以通过检修运行模式进行调试、安装。是电梯运行至上下限位，抱闸停车后只能向反方向运行。ARM主控制器会在接收到检修运行指令后接通门锁，自动关闭电梯门做运行检验。通过人机交互界面进行对电梯的基础功能和特殊功能进行设置。在检修界面能显示电梯的门锁、运行方向、速度等参数是否正常，对于出错的楼层还能显示错误代码。以便于工作人员在调试时对电梯作出调整。由于该医院安装的是双轿厢医用电梯，可以在楼层的设置上进行分类，从而能达到分散人流的作用。如一部电梯上升时只在单数楼层停，另一部电梯可以设置为上升时只在双数楼层停，两部电梯只能进入地下二层，不能进入地下一层。对进入地下一层进行权限设置，仅限医院人员有此权限等等。
3.智能电梯技术的发展趋势
电梯作为一种特种设备，引入智能微机技术可以提高电梯的适用性和安全性，通过ARM超载控制能够有效降低乘坐电梯的风险。从而实现从承载人数到承载数量的精准定位。智能电梯不仅能对超载进行控制，还能加入生物识别系统，对乘坐人进行识别，或者加入节电系统，节能减排。例如，超载控制和节能控制可以同时设置在智能电梯中，如电梯内无人乘坐时，图像信号反馈到ARM处理器平台，则发送指令给灯光和显示模块，可以暂时关闭光源和显示系统，进入休眠模式。直到电梯再次启动控制信号时，电梯灯光和供电才会再次恢复。这种智能化管理使电梯在乘坐安全的同时，还能节约耗电量，实现绿色环保的经济效益。使电梯的功能趋于多元化，增加小区住宅的安全性。
4.结束语
由此可见，ARM电梯超载控制系统对人们的安全起到了很大的保护作用。就目前我国电梯技术而言，先进的电梯技术是从国外引进的。我国对电梯的标准评价主要以曳引式旧电梯为主。相关电梯的标准也是曳引电梯的安装安全规范，对于新式的智能电梯相关标准还不是很健全。目前关于ARM系统智能微机系统的电梯，是由发达国家的标准化团体，在2006年发布的《电梯、自动扶梯和自动人行道——风险评价和降低方法[3]》制定相关标准，从而形成世界各国的电梯风险及安全工作指南。随着我国的电梯科技不断发展，智能化电梯的数量将会越来越多，并且逐步替代老式电梯，使人们在乘坐电梯时更加安全。
参考文献：
[1]刘毅,刘志云,胡竑等.基于 ARM 和μC/OS Ⅱ的电梯平衡系数测试系统的研制[J].机械与电子,2014,(10):35-37.
[2]李军生,陈思铭,冯宪等.基于ARM+Linux的智能电梯控制系统及运行环境[J].测试技术学报,2014,28(2):158-162.
[3]叶建锋.基于ARM和μC/OS-Ⅱ电梯彩色液晶显示系统设计与实现[D].厦门大学,2012.
论文作者:白崇哲
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/16
标签：电梯论文; 控制系统论文; 信号论文; 模块论文; 系统论文; 处理器论文; 智能论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;