基于labview的并联电梯虚拟实验系统设计

基于labview的并联电梯虚拟实验系统设计

0基于la的串联电梯虚拟实验系统的实现电梯控制技术是学生为电气和自动工程专业的学生开设的一门课程。由于电梯是一种结构庞大、控制逻辑关系复杂的机电综合产品,学生不易于掌握和理解,因此实验成为教学过程中不可或缺的重要环节。传统的电梯实验教学采用实验模型示教的方法,实验效果不明显,无法达到预期的实验目的。LabVIEW是一种虚拟仪器工程平台,可开发出与实际实验过程相似的虚拟实验平台,利用LabVIEW开发并联电梯虚拟实验系统,不仅可以消除实验条件的特殊限制及环境对实验的影响,还可增加实验过程的直观性,减少学生误操作带来的设备损坏。本文介绍了基于LabVIEW的并联电梯虚拟实验系统的实现方法;采用LabVIEW完成2台9层9站电梯并联实验系统设计,程序设计采用合理分割模块与分层设计的方法,解决了并联电梯控制中的电梯随机召唤与运行顺序控制的问题,每台电梯具有集选、消防、检修等功能,同时可以并联调度,虚拟实验系统能够系统地完成各种电梯运行实验。1梯串联控制设计并联电梯是指两台电梯并联使用,共享厅外召唤信号,统一调度。两梯并联运行时,两梯自身的功能和单梯是相同的。通常情况下,单梯处理厅外召唤遵循集选控制原则,即有厅外召唤时控制系统先予以登记,并且依次应答与电梯运行方向相同的厅外召唤,之后电梯自动应答反向召唤。而并联电梯不仅遵循集选原则,还要遵守并联调度原则。梯并联控制从本质上讲就是按照预先设定的调配原则,自动调配两台电梯的其中一台电梯去应答厅外召唤信号。并联电梯结构如图1所示(两梯分别记为A梯、B梯),其调度原则为:(1)正常情况下,一台电梯在基站待命,称为基梯;另一台电梯停留在最后停靠的楼层,称为忙梯。(2)两台电梯均因轿内指令而到达基站后关门待命时,当有外召信号时,先到基站的电梯处理外召唤指令,即先到先行。(3)当忙梯正上行时,其上方任何方向的召唤信号及其下方向下的召唤信号,由忙梯完成,基梯不予应答运行。但忙梯下方向上的召唤信号,由基梯发车应答。(4)当忙梯正下行时,其上方任何方向的召唤信号和其下方向上的召唤信号,由基梯应答而发车载客,忙梯不予应答。但忙梯下方向下召唤信号,由忙梯应答。(5)当忙梯正在运行,各层楼厅外召唤信号较多,而基梯不具备发车条件,经过一段时间后,召唤信号仍存在,由基梯发车应答。2监控面板设计基于LabVIEW的并联电梯虚拟实验系统对象为两台9层9站电梯,具有集选、消防、检修等功能,可实现多级多速开关门,两台电梯可以独立使用或并联使用,分别命名为A梯和B梯。并联时,两梯共享厅外召唤信号,在结构上其他部分是独立设置的。每台电梯独立使用时以全集选模式运行,同时具有消防和检修功能。消防联动采用开关模拟,如图3所示,把检修和消防联动开关集成在一个面板区。A梯和B梯均设计有操纵和监控两部分。操纵部分主要包括轿内主令按钮操作面板、厅外呼梯操作面板、检修/消防操作面板和实验测试面板等。监控部分主要用于观察电梯的运行状况及其相关特性,包括电梯状态、并联调度、电梯速度曲线、电梯开关门和电梯运行状况等监控。轿内主令按钮操作面板包括9个轿内主令按钮、开门按钮、关门按钮、报警指示和紧急事件按钮。由于LabVIEW没有带灯的按钮控件,因此给每个主令按钮配置一个指示灯以指示主令的登记和销号。厅外呼梯操作面板包括召唤按钮和登记/销号指示灯,在顶层只设下召唤按钮,一层只设上召唤按钮,其他层站设上、下召唤按钮。另外,把消防联动用一个单刀单掷开关模拟,并与检修模式综合为一个操作面板,即检修/消防操作面板,包括消防联动开关、检修开关、慢上、慢下、开门和关门按钮。电梯运行过程监控面板包括5个书签式子面板,包括测试面板、电梯门开启过程、两梯并联运行过程监视、电梯速度曲线、电梯上下行情况等。测试面板用于测试两梯独立运行与并联运行性能比较,电梯门开启过程用于观测电梯开关门速度变化及开关门的驱动事件,如平层开门、自动关门和本层开门等。两梯并联运行过程监视用于监测并联运行模式下厅外召唤信号的动态分配过程。电梯速度曲线可实时观测两台电梯的运行速度曲线。另外,还设置了“电梯监控室”监控面板用于监控两台电梯各自的运行状态与设置两台电梯的并联/独立运行模式。在实验系统中,轿厢的移动通过设置轿厢簇置顶高度实现,同时判断轿厢簇置顶高度确定电梯是否到达换速点、是否平层;为了实现多速多级开门、关门,把开门、关门以滑动杆控件方式实现;另外,把各层和轿厢的指层器简化为一个公用的指层器,层楼显示采用7段码方式,字型为7个布尔显示控件的组合。3电梯运行模式选择实验系统程序总体结构如图2所示。实验系统中电梯有4种运行状态:独立运行、并联运行、检修运行和消防运行。检修或消防运行状态下,A梯、B梯均处于独立运行。程序结构设计为2层,第一层为整体循环层,它包含所有的程序,当实验系统运行时保证系统使用,直到停止运行,因此,把所有程序置于While循环结构中。第二层为并行结构层,无论处于哪一种状态,电梯都必须实现自身的控制功能,如上下行控制、开关门控制和楼层显示等。并行结构层分为3个模块:A梯独立运行、B梯独立运行、电梯运行模式选择。图3为单台电梯控制程序结构。电梯独立运行包括集选控制、电梯消防运行和电梯检修运行3个模块。在电梯运行模式选择模块中,根据操作人员的控制指令与并联电梯当前运行状态来确定合适的运行模式,程序模块之间通过全局变量实现数据的交换。为简化程序结构与提高程序执行效率,把3个模块综合于一个Whlie循环结构中,再由case结构选择处理3个模块,同时为避免程序数据逻辑传输错误,3个模块分别采用平铺式顺序结构按功能先后执行,例如集选运行时,顺序结构依次为楼层显示、轿内主令登记、厅外召唤登记、电梯开关门控制、轿内主令优先判断、电梯上下行控制、电梯本层开门、定时变量处理和电梯状态显示。图4为电梯上下行控制程序。轿厢移动VI输入控制节点有上行、下行、轿厢移动速度及轿厢簇移动前置顶高度,输出节点为轿厢簇移动后置顶高度。在电梯实际运行过程中,当电梯轿厢移动至端站时,不论有无上、下行控制,轿厢均停止。图5为并联调度程序流程图,并联调度算法实现的关键在于合理分配厅外召唤信号。预设1层为基站,根据传统并联调度原则,把A梯、B梯分为6种运行状态:(1)A梯为基梯,B梯停靠在基站;(2)A梯为基梯,B梯正在上行;(3)A梯为基梯,B梯正在下行;(4)B梯为基梯,A梯停靠在基站;(5)B梯为基梯,A梯正在上行;(6)B梯为基梯,A梯正在下行。程序设计时,用6个布尔全局变量分别表示一种运行状态,在每种状态下按预定原则分配厅外召唤信号即可实现双梯的并联控制。程序结构设计时,将电梯独立运行程序和并联调度程序置于独立的While循环中,以保证对厅外召唤信号的动态分配。4电梯运行实验(1)电梯集选控制;(2)电梯消防运行;(3)电梯检修运行;(4)两梯并联调度。集选控制实验可以模拟电梯的集选使用功能,实现轿内外指令登记与销号、选层定向、轿内优先定向、顺向截梯、最远端反向截梯、自动开门/关门、手动开门、本层开门、平层、换速以及电梯运行速度曲线测量等;电梯消防运行实验可以模拟电梯的消防联动运行模式;电梯检修运行实验可以模拟检修状态下电梯各个部分的手动操纵控制;并联调度实验可完成多指令登记、多指令并联调度动态分配、消防联动控制、两梯独立运行与并联运行性能对比等实验内容。图6为电梯集选控制实验中的电梯运行速度曲线。表1为两梯独立运行与并联运行性能对比实验的数据。表1中,2↑3表示2层有外召并请求上3层,5↓3表示5层有外召并请求下3层;A梯运行时间是指完成指令序列所用的时间,A+B时间为A梯和B梯完成指令序列所用时间之和;完成时间是完成指令序列并返回基站所用的总时间。实验时,A梯和B梯均处于基站,独立运行的电梯与并联运行时的处理任务相同。实验结果显示,两梯并联运行比独立运行的效率高。5组合电梯虚拟实验系统与传统实验方法的结合并联电梯虚拟实验系统可完成电梯集选控制、电梯消防、电梯检修和两梯并联调度等实验内容,实验过程简单直观。基于LabVIEW开发并联电梯虚拟实验系统的方法,不仅将理论教学