摘要：Concept Design of elevator Simulation System
based on SCM
Li Xiaochen
1、绪论
1.1 选题背景
1.1.1 常见事故
电梯常见的事故类型表现形式有：坠落、剪切、挤压、撞击、触电等机械或电气伤害。
1.1.2 标准现状
GB 7588-2003《电梯制造与安装安全规范》在最近3年内连续发出2次修改单，并且新的标准正在修改中。
1.1.3 模拟测试系统现状
随着工厂和工地运营的管理模式向精益化生产方向发展，模拟器应用在实验中心可以设置模拟测试系统，对软件/硬件问题进行随时调试；制造流水线按照合同条款进行预调试，减少现场调试工时；某些疑难杂症，采用模拟系统模拟外围信号排除找出问题；配件维修中心搭设测试台，有助于维修工程师快速修复，并出具检测或维修报告；电梯教学设备不受限制于场地，使培训资源更加丰富，快速的提升从业人员技能素养。
1.1.4 系统总体设计框架
电梯控制系统，一般都会包括：安全电路，离散信号，井道位置系统，操作控制系统，运行控制系统，驱动控制系统，称重系统，门控制系统，远程监控等核心部分，以及其他辅助线路。模拟器模拟这些外围信号以替代实际的井道外设达到对电气控制系统进行合规性测试的目的。
图1.1电梯电气控制系统架构
2、测试系统模块划分
2.1 安全保护模块
2.1.1 安全链/检修回路
安全回路均是串联的一条链，对于其状态的监控，没有明确要求。
2.1.2 离散信号
某些安全保护功能也会配置开关或传感器，但这些开关并不串在安全回路，类似这样的安全保护装置，称之为安全离散信号。另外一些是为了功能而配置，称之为功能离散信号。
2.2 井道信息模块
2.2.1 平层位置参考系统
常见的平层系统由轿顶平层感应器和井道里的平层插板组成，其功能包含：
（1）每经过一个楼层，计数，用来确定电梯经过了多少个楼层；
（2）进入门区时，确认电梯处于平层位置，允许发出开门指令；
（3）限定提前开门、再平层、UCM等功能作用范围；
2.2.2 编码位置参考系统
其功能包含：
（1）两个脉冲通道，其电相位角确定电梯运行方向；
（2）一个脉冲通道，计算电梯运行速度，另外一个用于校对；
（3）一个脉冲通道，计算电梯位置的脉冲数；
（4）一个脉冲通道，紧急救援时的测速信号；
2.2.3 端站参考
一般使用强迫减速作为端站参考，其功能：
（1）电梯曲线异常时冲顶、蹲底的防越行程保护；
（2）确认最顶层和最底层电梯位置的脉冲数；
综上，即可确认电梯在井道中运行的楼层数据信息。电梯在初始化运行时，会记录上下强减，每个楼层插板的脉冲数，一般把这个过程称作井道自学习。
2.3 门系统模块
2.3.1 门控制信号
自动门的控制信号一般有：开门，关门，重开门。
2.3.2 门反馈信号
自动门反馈给控制系统主要的信号：开门到位，关门到位，乘客保护，故障等。
2.4 操作控制模块
2.4.1 召唤数据
对轿厢、外召呼梯指令的处理，对来自并联、群控环指令的处理。
2.4.2 功能模式
诸如锁梯、消防、独立、司机、高峰、读卡器、防犯罪、防捣乱、满载、超载、开门保持、高低分层等运行模式。
2.5 运行控制模块
按接收到的指令的起始点，控制电梯在井道中的位置、速度和运行方向。
2.6 驱动/抱闸控制模块
按运行控制模块给来的曲线，目前常使用变频器去拖动主机旋转；并控制抱闸的打开和关闭，以使轿厢准确停靠。
3、测试系统设计
由前可知，模拟器核心部分在于模拟安全保护系统、井道位置系统以及门控制系统。
图3.1模拟系统架构
3.1 硬件架构设计
此设计基于89C52芯片即可满足，它支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。
3.1.1 编码器信号采集电路
通过采集主机旋转编码器的脉冲数，以此来计算轿厢的速度、位置、方向，从而定义一些楼层数据，并发出相应楼层脉冲。
图3.2 编码器信号采集电路
3.1.2 楼层/端站/门信号输出
依据程序编制，发出楼层信号，端站信号，和门控制信号给电梯控制系统。
图3.3 楼层/端站/门信号输出电路
3.1.3 安全/离散信号
使用最常见的三八译码器，模拟安全回路开关，一个芯片可提供8个监测点。如若不够，可以另行增加。
3.2 软件架构设计
模拟器程序主要包括：启动信号采集，编码器脉冲采集，楼层信息脉冲输出，安全/离散信号输出。
3.2.1 模拟器运行流程
依据前述章节，程序工作流程图如下：
3.2.2 楼层信息输出程序
以楼层信息输出程序段为例说明程序的编制思路。
void sig_output1(void)
{ unsigned int n = 0 ;
unsigned int dz1 = 1 ;
unsigned int dz2 = 1 ;
unsigned int dz3 = 1 ;
//1LS 定义下强迫减速位置，即下端站
if (ac_pulse > 9800 && ac_pulse < 14700)
{ P1_1 = 0 ; }
else
{ P1_1 = 1 ;}
//2LS 定义上强迫减速位置，即上端站
if ((ac_pulse > 78750) && (ac_pulse < 91200))
{ P1_3 = 0 ;}
else
{ P1_3 = 1 ;}
//DZ 定义8个不同的楼层位置，3个光电分别有以阈值范围，3个均在范围才输出楼层位置
dz1 = 1 ;
dz2 = 1 ;
dz3 = 1 ;
if((ac_pulse > 9915 && ac_pulse < 11285)||(ac_pulse > 19815 && ac_pulse < 21185)||(ac_pulse > 29715 && ac_pulse < 31085)||(ac_pulse > 39615 && ac_pulse < 40985)||(ac_pulse > 49515 && ac_pulse < 50885)||(ac_pulse > 59415 && ac_pulse < 60785)||(ac_pulse > 69315 && ac_pulse < 70685)||(ac_pulse > 79255 && ac_pulse < 80585))
{ dz1 = 0 ; }
if((ac_pulse > 10440 && ac_pulse < 11720)||(ac_pulse > 20250 && ac_pulse < 21620)||(ac_pulse > 30150 && ac_pulse < 31520)||(ac_pulse > 40050 && ac_pulse < 41420)||(ac_pulse > 49950 && ac_pulse < 51320)||(ac_pulse > 59850 && ac_pulse < 61220)||(ac_pulse > 69750 && ac_pulse < 71120)||(ac_pulse > 79650 && ac_pulse < 81020))
{ dz2 = 0 ; }
if((ac_pulse > 10785 && ac_pulse < 12155)||(ac_pulse > 20685 && ac_pulse < 22055)||(ac_pulse > 30585 && ac_pulse < 31955)||(ac_pulse > 40485 && ac_pulse < 41855)||(ac_pulse > 50385 && ac_pulse < 51755)||(ac_pulse > 60285 && ac_pulse < 61655)||(ac_pulse > 70185 && ac_pulse < 71555)||(ac_pulse > 80085 && ac_pulse < 81455))
{ dz3 = 0 ; }
if (dz1 == 0)
{ P1_4 = 0 ; }
else
{ P1_4 = 1 ; }
if (dz2 == 0)
{ P1_5 = 0 ; }
else
{ P1_5 = 1 ; }
if (dz3 == 0)
{ P1_6 = 0 ; }
else
{ P1_6 = 1 ; }
}
4、应用介绍
在电梯的各个生命周期，模拟器都可以发挥其作用，帮助相应的工程环节，解决技术性问题，促进相关流程的效率提升，帮助其流程数据库向精确、完整的方向发展。
例如：在配件维修中心搭设维修测试台。
图3.3 安全/离散信号输出电路
5、结论与展望
5.1 结论
基于对电梯控制系统的功能解读，在此基础之上，勾画模拟器设计思路，此思路可以推广至任何电梯控制系统。
进行模拟器硬件和软件概念设计，以实现控制系统在井道外设的情况下独立运行。
5.2 展望
模拟器可以帮助生产制造实现更精细化的精益生产，以节省成本，并能提供完善的数据库，以供后期查阅。
图3.3 运行流程
图 4-1 配件维修测试流程
参考文献
[1]李惠昇.电梯控制技术[M].机械工业出版社，2003.
[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展[M].电子工业出版社,2009.
[3]华成英.模拟电子技术基本教程[M].清华大学出版社，2006，4.
论文作者:李小陈
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：电梯论文; 信号论文; 楼层论文; 脉冲论文; 系统论文; 控制系统论文; 模拟器论文; 《电力设备》2018年第15期论文;