基于fpga的全自动电梯控制器设计

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1、基于FPGA的全自动电梯控制器的设计序言随着科学技术的发展、近年来，我国的电梯生产技术得到了迅速发展．一些电梯厂也在不断改进设计、修改工艺。电梯主要分为机械系统与控制系统两大部份，随着自动控制理论与微电子技术的发展，电梯的拖动方式与控制手段均发生了很大的变化。目前电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制系统(早期安装的电梯多位继电器控制系统)、微机控制系统、FPGA控制系统。继电器控制系统由于故障率高、可靠性差、控制方式不灵活以及消耗功率大等缺点，目前已逐渐被淘汰。微机控制系统虽在智能控制方面有较强的功能，但也存在抗扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维

2、修技术等缺陷。而FPGA控制系统由于运行可靠性高，使用维修方便，抗干扰性强,设计和调试周期较短等优点，倍受人们重视等优点，已成为目前在电梯控制系统中使用最多的控制方式，目前也广泛用于传统继电器控制系统的技术改造[1]。目前国内七八十年代安装的许多电梯电气部分用继电器接触器控制系统，线路复杂，接线多，故障率高，维修保养难，许多已处于闲置状态，其拽引系统多采用交流双速电机系统换速，效率低，调速性能指标较差，严重影响电梯运行质量。由于这些电梯交流调压调速系统，交流双速电机拖动系统性能及乘坐舒适感较差，交流调压调速系统属能耗型调速的机械部分无大问题，为节约资金，大部分老式

3、电梯用户希望对电梯的电气控制系统进行改造，提高电梯的运行性能。因此对电梯控制技术进行研究，寻找适合我国老式电梯的改造方法具有十分重要的意义[1][2]。可编程器件的广泛使用，为数字系统的设计带来了极大的灵活性。FPGA作为新一代可编程逻辑器件，以其高可靠性和技术先进性，在电梯控制中得到广泛应用，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。FPGA不仅具有可以满足电子系统小型化、低功耗、高可靠性、开发周期短、开发软件投入少等优点，而且可以通过软件编程对硬件的结构和工作方式进行重构式的硬件的设计，如同软件设计那

4、样的方便快捷[2]。因而FPGA（FieldProgrammableGateArray）正是集成芯片设计者所寻求的可重复编程的仿真器件。由于FPGA具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点，因此在电梯控制方面有着广泛的应用。硬件描述语言采用（VHDL）语言采用模块设计的方法，可以改善并行语句及其结构的可读性，提高系统的设计效率，并且VHDL语具有丰富的仿真语句和库函数，使系统的仿真能力增强[3]。Altera公司的QuartusII设计软件是适合单芯片可编程系统的最全面的设计环境。综合以上考虑本设计就以FPGA作为工具对升降电梯的各种操作进行控制，利用Qua

5、rtusⅡ软件和VHDL硬件描述语言对电梯控制器进行设计，最后利用实验室现有的EDA实验箱，将程序下载到实验箱进行验证。第1章课题概述1．1课题背景1.1.1国内外电梯情况随着社会的发展，建筑的高度越来越高，在现代社会和经济活动中,电梯作为高层建筑中不可缺少的垂直运输设备，已成为城市物质文明的一种标志。电梯的使用是越来越普遍，已经从原来的商业大厦、宾馆发展到办公楼、居民楼等公共场所使用，有的私人家庭也开始安装电梯。且电梯的功能也在不断的提高，其控制方式也在不断的发生着变化。在电梯控制系统方面，目前国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统。他们都采用闭环反馈单微

6、处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，实现电梯从超低速到高速无级调速的高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。在电梯反馈系统方面，除了采用旋转编码器获得电梯轿厢位置信号外，还有一些厂家采用绝对值编码器从电梯轿厢上反馈位置信号给系统，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，达到优越的电梯运行效果[2]。目前，我国国内的电梯产品，在数量和质量都有了显著的提高。国内的速度控制的运行方式和理想运行曲线基本上和国外的差不多。考虑到经济性，现有国内的电梯控制系统，通常采用微机或可编程逻辑

7、控制器对变频器进行多段速控制。在电梯传动系统方面，对于新装客梯及旧梯改造项目，大多数采用了交流变压变频(VVVF)调速电梯。在电梯反馈系统方面，采用闭环速度反馈，利用套在电机轴上的增量编码器产生脉冲信号反馈给控制系统。在井道信号采集方面，目前国内电梯一般都采用增量编码器计数方式配合双稳态磁开关或光电开关来识别轿厢位置[3]。随着交流调压调速电梯技术日趋成熟，一些企业都有成功的产品。微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型，使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。另外，用FPGA/CPLD取代原来的

8、控制系统的