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)實驗實訓(xùn)裝置提出了更高的要求， 學(xué)生需通過實驗實訓(xùn)培養(yǎng)對新一代計算機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和軟件編程的能力， 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、運行速度和控制性能的要求越來越高。電梯成為各種新型計算機控制技術(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、計算機群控調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控故障診斷等技術(shù)， 電梯已經(jīng)成為一種典型的計算機控制對象。因此， 開發(fā)出適合實驗實訓(xùn)教學(xué)和研究的電梯群控與監(jiān)視系統(tǒng)實驗平臺， 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、實驗平臺總體結(jié)構(gòu)
圖1 所示為電梯控制實驗室的電梯模型。電梯群控與監(jiān)視系統(tǒng)實驗平臺的組成包括2 臺電梯模型、2 個電梯控制柜、2 個用單片機構(gòu)成的前端機和1 個由多臺計算機構(gòu)成的局域網(wǎng)。
該模型電梯可以實現(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控制板上即可實現(xiàn)。
每臺電梯的PLC 控制器可以通過一個由單片機構(gòu)成的前端機系統(tǒng)與上位機進(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 所示是電梯實驗室的電梯網(wǎng)絡(luò)控制圖。在這個實驗室內(nèi)， 有20 臺計算機構(gòu)成的一個局域網(wǎng)， 分為A、B 兩個域， 每個域有10 臺計算機。在每臺子機上通過每個域自己的服務(wù)器可以對電梯進(jìn)行運行控制實驗。這樣就解決了學(xué)生多而實驗設(shè)備少的問題。

圖1 模型實物圖
3、監(jiān)控系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件設(shè)計
電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件設(shè)計， 主要包括動態(tài)顯示電梯運行情況、對電梯故障信息及用戶信息數(shù)據(jù)庫的操作和前端機遠(yuǎn)程通訊等功能設(shè)計。對前端機發(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)計完成， 但考慮到成本、程序設(shè)計的靈活性問題， 故采用VB 來實現(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
由于前端機上傳數(shù)據(jù)的前31 個字節(jié)中（30 個運行狀態(tài)信息和1 個故障信息） 每一位代表一個電梯運行狀態(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。
對上位機接收到的前31 個字節(jié)， 因為在VB 中對字節(jié)型的變量是以十進(jìn)制表示的， 即前端機傳上來的二進(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)的實際量程即可。
（3） 數(shù)據(jù)發(fā)送
本設(shè)計僅是撥號和定時發(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)： 使前端機按照上位機設(shè)置的時間向MSComm 傳送數(shù)據(jù)。設(shè)前端機接收到數(shù)據(jù)內(nèi)容是BBH后， 向上位機傳數(shù)據(jù)。

圖2 電梯網(wǎng)絡(luò)控制圖
3．2 電梯監(jiān)控實時動態(tài)畫面的設(shè)計
電梯監(jiān)控界面不僅要求可以顯示電梯的實時運行情況， 而且可以在用戶界面上控制電梯的運行。畫面的設(shè)計分兩部分： 一是信號輸入部分， 包括內(nèi)選、外呼及功能選擇（司機、檢修、鎖梯）； 二是動態(tài)顯示部分， 包括轎廂位置、廳門狀態(tài)、觸點狀態(tài)、運行狀態(tài)等的顯示。如圖3所示為電梯運行監(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、電梯運行的方向、電梯的運行狀態(tài)、梯速的快慢、廳門及其觸點的狀態(tài)、各個觸點的狀態(tài)、曳引機的部分運行參數(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)點擊輸入， 此時動態(tài)畫面的動作由程序本身的設(shè)計決定。

圖3 電梯運行控制界面
3．3 電梯監(jiān)視工作站功能
（1） 實時監(jiān)視： 監(jiān)視工作站軟件實時通過232 串接收電梯模型的運行數(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)視程序在實時顯示電梯運行數(shù)的同時， 將運行狀態(tài)與事件以及故障事件記錄在數(shù)庫中， 可作為統(tǒng)計分析的資料， 用戶能方便地查詢電梯運行的歷史數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)對電梯運行性能的分析。
4、電梯群控與監(jiān)視系統(tǒng)開設(shè)的實驗
在此實驗系統(tǒng)平臺的基礎(chǔ)上， 可為學(xué)生開設(shè)電梯的網(wǎng)絡(luò)控制實驗、故障診斷實驗、電梯群控調(diào)度實驗以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等實驗， *可以承擔(dān)學(xué)生計算機控制系統(tǒng)的教學(xué)實驗、綜合實驗、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等任務(wù)， 也可為教師進(jìn)行相關(guān)課題的研究提供良好的實驗平臺。

4．1 電梯網(wǎng)絡(luò)控制實驗

通過計算機分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)， 把實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)如下實驗。

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

（2） 單片機與PLC 通訊實驗（485 通訊及PLC 通訊協(xié)議）。

（3） 單片機與上位機通訊實驗（C51 與VB 通訊編程）。

（4） 局域網(wǎng)內(nèi)電梯控制實驗。可以讓每臺學(xué)生機單獨控制電梯的運行、編程。

（5） VB 計算機編程實驗（ 對控件的理解、修改畫面）。

（6） 編寫部分電梯PLC 程序?？梢宰寣W(xué)生單獨對電梯的部分PLC 程序進(jìn)行修改， 然后再傳入可編程控制器， 根據(jù)電梯運行情況， 判斷程序的正確性。

4．2 故障診斷實驗

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

（1） 在虛擬電梯上模擬電梯故障， 觀看電梯故障運行邏輯。

（2） 在實物電梯上制造故障， 觀看實物電梯的故障處理功能。

（3） 學(xué)生可以對實物電梯故障進(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)生需掌握電梯機械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)、各種故障產(chǎn)生機理， 根據(jù)機理建模、故障診斷算法等方面的知識。

4．3 綜合實驗

實驗平臺可以完成綜合實驗、課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計的任務(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)計以及電梯群控調(diào)度等綜合實驗。