1、概述
近年來電氣自動化技術(shù)專業(yè)教學(xué)的改革對配套教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置提出了更高的要求， 學(xué)生需通過實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)對新一代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程的能力， 以及掌握新型控制策略的內(nèi)容。近年來隨著高層建筑的發(fā)展， 對電梯的數(shù)量、運(yùn)行速度和控制性能的要求越來越高。電梯成為各種新型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)很好的應(yīng)用平臺。
近年來發(fā)展了諸如交通流分析、電梯配置、計(jì)算機(jī)群控調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷等技術(shù)， 電梯已經(jīng)成為一種典型的計(jì)算機(jī)控制對象。因此， 開發(fā)出適合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)和研究的電梯群控與監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺， 可更好地促進(jìn)電氣自動化技術(shù)專業(yè)的教學(xué)和科研發(fā)展。
2、實(shí)驗(yàn)平臺總體結(jié)構(gòu)
圖1 所示為電梯控制實(shí)驗(yàn)室的電梯模型。電梯群控與監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的組成包括2 臺電梯模型、2 個電梯控制柜、2 個用單片機(jī)構(gòu)成的前端機(jī)和1 個由多臺計(jì)算機(jī)構(gòu)成的局域網(wǎng)。
該模型電梯可以實(shí)現(xiàn)單梯的集選控制和雙梯的并聯(lián)控制， 其接口控制器采用三菱可編程控制器， 還預(yù)留有插接接口， 只要將插頭改插到單片機(jī)控制板上即可實(shí)現(xiàn)。
每臺電梯的PLC 控制器可以通過一個由單片機(jī)構(gòu)成的前端機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行通信。該系統(tǒng)與電梯的PLC 控制器進(jìn)行通信， 由此可以構(gòu)成電梯的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。
圖2 所示是電梯實(shí)驗(yàn)室的電梯網(wǎng)絡(luò)控制圖。在這個實(shí)驗(yàn)室內(nèi)， 有20 臺計(jì)算機(jī)構(gòu)成的一個局域網(wǎng)， 分為A、B 兩個域， 每個域有10 臺計(jì)算機(jī)。在每臺子機(jī)上通過每個域自己的服務(wù)器可以對電梯進(jìn)行運(yùn)行控制實(shí)驗(yàn)。這樣就解決了學(xué)生多而實(shí)驗(yàn)設(shè)備少的問題。

圖1 模型實(shí)物圖
3、監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)， 主要包括動態(tài)顯示電梯運(yùn)行情況、對電梯故障信息及用戶信息數(shù)據(jù)庫的操作和前端機(jī)遠(yuǎn)程通訊等功能設(shè)計(jì)。對前端機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 完成電梯故障的分析判斷等內(nèi)容。監(jiān)控軟件可以采用VB 來完成， 或是采用現(xiàn)成的工業(yè)控制軟件如INTOUCH、組態(tài)王等來設(shè)計(jì)完成， 但考慮到成本、程序設(shè)計(jì)的靈活性問題， 故采用VB 來實(shí)現(xiàn)。
3．1 MSComm 控件及其與MODEM 通訊使用MSComm 控件的目的是為了讓用戶設(shè)計(jì)一個系統(tǒng)和串行端口進(jìn)行溝通及傳送數(shù)據(jù)， 因此信息會在硬件線路上流動， 此控件提供了下列方式來處理信息的流動。
（1） 數(shù)據(jù)接收
本設(shè)計(jì)中MSComm1．InputMode＝1， 數(shù)據(jù)以二進(jìn)制的形式傳送與接收。
Dim store () As Byte ' 把變量store 賦成動態(tài)字節(jié)數(shù)組
Dim rv As Variant ' 把輸入緩沖器中的數(shù)據(jù)
經(jīng)去掉幀頭后賦給rv 變量
Select Case MSComm1．CommEvent
Case comEvReceive
rv ＝ MSComm1．Input
store＝rv
End Select
（2） 數(shù)據(jù)處理
由于前端機(jī)上傳數(shù)據(jù)的前31 個字節(jié)中（30 個運(yùn)行狀態(tài)信息和1 個故障信息） 每一位代表一個電梯運(yùn)行狀態(tài)的布爾變量； 而zui后的11 個字節(jié)中的數(shù)值表示的是模擬量的A／D 采樣值， 所以應(yīng)采取不同的方法予以處理。
對上位機(jī)接收到的前31 個字節(jié)， 因?yàn)樵赩B 中對字節(jié)型的變量是以十進(jìn)制表示的， 即前端機(jī)傳上來的二進(jìn)制數(shù)， 被接收到Byte 型變量中， VB 自動轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。
所以要把十進(jìn)制的數(shù)據(jù)再還原成二進(jìn)制數(shù)。以變量store（0） 為例， 具體做法是： 對store （0） 連續(xù)除以2 取余8次（格式： 余數(shù)＝ store （0） Mod 2）， 每次余數(shù)的結(jié)果若為1 即為True， 0 即為False， 由先到后的取余順序就是所傳二進(jìn)制字節(jié)由低位到高位的順序。
對于A／D 轉(zhuǎn)換的數(shù)值， 由于前端機(jī)設(shè)置的為8 位，所以A／D 轉(zhuǎn)換所得數(shù)值除以255 再乘以該數(shù)的實(shí)際量程即可。
（3） 數(shù)據(jù)發(fā)送
本設(shè)計(jì)僅是撥號和定時發(fā)送標(biāo)志字節(jié)。
撥號： Num ＝ “88381815＃”
MSComm1．Output ＝ “ATDT” ＆ Num ＆ vbCrLf定時發(fā)送標(biāo)志字節(jié)： 使前端機(jī)按照上位機(jī)設(shè)置的時間向MSComm 傳送數(shù)據(jù)。設(shè)前端機(jī)接收到數(shù)據(jù)內(nèi)容是BBH后， 向上位機(jī)傳數(shù)據(jù)。

圖2 電梯網(wǎng)絡(luò)控制圖
3．2 電梯監(jiān)控實(shí)時動態(tài)畫面的設(shè)計(jì)
電梯監(jiān)控界面不僅要求可以顯示電梯的實(shí)時運(yùn)行情況， 而且可以在用戶界面上控制電梯的運(yùn)行。畫面的設(shè)計(jì)分兩部分： 一是信號輸入部分， 包括內(nèi)選、外呼及功能選擇（司機(jī)、檢修、鎖梯）； 二是動態(tài)顯示部分， 包括轎廂位置、廳門狀態(tài)、觸點(diǎn)狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)等的顯示。如圖3所示為電梯運(yùn)行監(jiān)制界面。畫面的信號輸入部分在電梯處于監(jiān)控狀態(tài)時， 可由程序內(nèi)部變量接收前端機(jī)的上傳數(shù)據(jù)給定。這些數(shù)據(jù)大致包括： 電梯的基本信息、電梯的總樓層數(shù)、轎廂的位置、電梯運(yùn)行的方向、電梯的運(yùn)行狀態(tài)、梯速的快慢、廳門及其觸點(diǎn)的狀態(tài)、各個觸點(diǎn)的狀態(tài)、曳引機(jī)的部分運(yùn)行參數(shù)、安全鉗的狀態(tài)、轎廂的載重、轎廂內(nèi)的溫度等。在監(jiān)控狀態(tài)下， 畫面的動作*由現(xiàn)場電梯從前端機(jī)傳上來的數(shù)據(jù)決定， 畫面的信號輸入在演示狀態(tài)可由鼠標(biāo)點(diǎn)擊輸入， 此時動態(tài)畫面的動作由程序本身的設(shè)計(jì)決定。

圖3 電梯運(yùn)行控制界面
3．3 電梯監(jiān)視工作站功能
（1） 實(shí)時監(jiān)視： 監(jiān)視工作站軟件實(shí)時通過232 串接收電梯模型的運(yùn)行數(shù)據(jù)， 顯示于用戶界面。工作站程序提供并梯監(jiān)視和單梯監(jiān)視兩種監(jiān)視模式。并梯監(jiān)視可同時監(jiān)視2 部電梯的上下行、外呼、內(nèi)選以及開關(guān)門狀態(tài)。
（2） 故障報警： 當(dāng)電梯模型出現(xiàn)運(yùn)行故障時（如電梯門關(guān)不上）， 自動報告電梯模型的故障部位和故障原因。
（3） 數(shù)據(jù)管理： 監(jiān)視程序在實(shí)時顯示電梯運(yùn)行數(shù)的同時， 將運(yùn)行狀態(tài)與事件以及故障事件記錄在數(shù)庫中， 可作為統(tǒng)計(jì)分析的資料， 用戶能方便地查詢電梯運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行性能的分析。
4、電梯群控與監(jiān)視系統(tǒng)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)
在此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上， 可為學(xué)生開設(shè)電梯的網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)、故障診斷實(shí)驗(yàn)、電梯群控調(diào)度實(shí)驗(yàn)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等實(shí)驗(yàn)， *可以承擔(dān)學(xué)生計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等任務(wù)， 也可為教師進(jìn)行相關(guān)課題的研究提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺。

4．1 電梯網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)

通過計(jì)算機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)， 把實(shí)物電梯納入到一個控制網(wǎng)絡(luò)中， 使學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制的總體結(jié)構(gòu)、控制方式和通信方式， 可開設(shè)如下實(shí)驗(yàn)。

（1） 串行口通訊實(shí)驗(yàn)（232、485 通訊及相互轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)）。由于電梯跟三菱PLC 通信端口不同， 所以要進(jìn)行242 與485 的通信互換實(shí)驗(yàn)。

（2） 單片機(jī)與PLC 通訊實(shí)驗(yàn)（485 通訊及PLC 通訊協(xié)議）。

（3） 單片機(jī)與上位機(jī)通訊實(shí)驗(yàn)（C51 與VB 通訊編程）。

（4） 局域網(wǎng)內(nèi)電梯控制實(shí)驗(yàn)。可以讓每臺學(xué)生機(jī)單獨(dú)控制電梯的運(yùn)行、編程。

（5） VB 計(jì)算機(jī)編程實(shí)驗(yàn)（ 對控件的理解、修改畫面）。

（6） 編寫部分電梯PLC 程序。可以讓學(xué)生單獨(dú)對電梯的部分PLC 程序進(jìn)行修改， 然后再傳入可編程控制器， 根據(jù)電梯運(yùn)行情況， 判斷程序的正確性。

4．2 故障診斷實(shí)驗(yàn)

可以在此實(shí)驗(yàn)平臺上完成電梯系統(tǒng)的各種故障診斷算法的驗(yàn)證以及分析研究。

（1） 在虛擬電梯上模擬電梯故障， 觀看電梯故障運(yùn)行邏輯。

（2） 在實(shí)物電梯上制造故障， 觀看實(shí)物電梯的故障處理功能。

（3） 學(xué)生可以對實(shí)物電梯故障進(jìn)行建模， 當(dāng)電梯發(fā)生故障時， 在所建的電梯模型基礎(chǔ)上， 通過各種故障診斷算法來判斷故障類型， 即故障發(fā)生原因。學(xué)生需掌握電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)、各種故障產(chǎn)生機(jī)理， 根據(jù)機(jī)理建模、故障診斷算法等方面的知識。

4．3 綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)平臺可以完成綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)， 可開設(shè)諸如遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、分布式網(wǎng)絡(luò)控制、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及電梯群控調(diào)度等綜合實(shí)驗(yàn)。