【正文】 變成如今高科技的現(xiàn)代化設(shè)施。兩個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目的主要問(wèn)題通常是：現(xiàn)有設(shè)備的可靠性已達(dá)到不可接受的程度，不能滿足乘客的流量，因此也增加了舊體制的交通處理能力。 2021 年 2 月 19 日國(guó)務(wù)院頒布了《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》，明 確規(guī)定電梯是特種設(shè)備，并對(duì)電梯的含義做了敘述：“電梯，是指動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，利用沿剛性導(dǎo)軌運(yùn)行的箱體或者固定線路運(yùn)行的梯級(jí)（踏板）進(jìn)行升降或者平行運(yùn)送人、貨物的機(jī)電設(shè)備”。這種對(duì)電梯的論述，被稱(chēng)作廣義電梯概念，既包括上下運(yùn)送人、貨物的升降式電梯，也包括用于水平或傾斜輸送乘客的自動(dòng)人行道和自動(dòng)扶梯。 而隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷突飛猛進(jìn)，高層和超高層建筑如雨后春筍一般。在這些高層、大規(guī)模建筑中為滿足乘客流量過(guò)多的需要一般都安裝了多部電梯。傳統(tǒng)的電梯電器控制系統(tǒng)是一個(gè)繼電器控制系統(tǒng)。它有諸多缺點(diǎn)，例如：電路復(fù)雜，故障率高和 可靠性較差；以及極大的影響了電梯的運(yùn)行質(zhì)量。在這種情況下，有必要采用電梯群控系統(tǒng)[5]對(duì)建筑物內(nèi)的多部電梯進(jìn)行管理調(diào)度，協(xié)調(diào)各電梯的運(yùn)行，提高電梯的服務(wù)質(zhì)量和運(yùn)行效率。因此，研究和制造智能化、高效的電梯群控系統(tǒng)能滿足規(guī)模越來(lái)越龐大的現(xiàn)代建筑群的需要，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，備受工業(yè)界的關(guān)注。 另外 電梯的電氣系統(tǒng)由拖動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成。 在 傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng) 中 5 采用的繼電器邏輯控制 ， 由于觸點(diǎn)多、故障率高、可靠性差、體積大等 諸多 缺點(diǎn)，正逐漸被淘汰。目前 的 電梯設(shè)計(jì) 中一般 使用可編程控制器 (PLC)， 它具有 功能變 化靈活，編程簡(jiǎn)單，故障少，噪音低 等優(yōu)點(diǎn) 。 同時(shí) 維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少。當(dāng)乘員進(jìn)入電梯，按下樓層按鈕，電梯門(mén)自動(dòng)關(guān)閉后．控制系統(tǒng) 即 進(jìn)行下列運(yùn)作：根據(jù)轎廂所處位置及乘員所處層數(shù)．判定轎廂運(yùn)行方向，保證轎廂平層時(shí)減速。將轎廂停在選定的樓層上；同時(shí)，根據(jù)樓層的呼叫，順路停車(chē)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)。另外在轎廂內(nèi)外均要有信號(hào)燈顯示電梯運(yùn)行方向及樓層數(shù)。 這些優(yōu)點(diǎn)使得 PLC 控制的電梯系統(tǒng)成為現(xiàn)在的主流。 課題研究的意義 1967 年晶閘管用于電梯驅(qū)動(dòng)，交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動(dòng)控制的電梯出現(xiàn)。 1983 年，變 壓變頻（ VVVF）控制的電梯出現(xiàn)，由于其良好的調(diào)速性能、舒適感和功能等特點(diǎn)迅速成為電梯的主流產(chǎn)品 [6]。 1984 年在日本已將其用于 2m/s 以上的高速電梯。 1985 年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。交流變頻調(diào)速技術(shù)被認(rèn)為是電梯行業(yè)的當(dāng)代技術(shù)。 在我國(guó)，老的直流電梯已被淘汰，交流雙速梯、 ACVV 交流調(diào)速梯逐漸被 VVVF 交流變頻變壓調(diào)速電梯所取代，控制系統(tǒng)已在大量采用 PLC 和微電腦控制技術(shù)，最高梯速已達(dá)到 4m/s。 當(dāng)前，在電梯電力拖動(dòng)方面，除了大容量電梯還采用直流拖動(dòng)系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代直流 調(diào)速方式，已成為高速電梯的主流。 電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程序控制（ PLC）、單片微機(jī)控制、多微機(jī)控制多種形式。繼電器控制系統(tǒng)是 80 年代最廣泛的一種電梯控制方式，具有控制邏輯線路簡(jiǎn)單、直接、易于理解和掌握的優(yōu)點(diǎn)，但由于該類(lèi)系統(tǒng)是由眾多繼電器、接觸器構(gòu)成，使用一段時(shí)間后其接觸點(diǎn)往往會(huì)接觸不良，所以電梯故障高，同時(shí)眾多的繼電器、接觸器動(dòng)作噪聲較大，整個(gè)控制柜體積大，這些都成為繼電器控制的巨大缺點(diǎn)。隨著多微機(jī)系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電梯控制方式發(fā)生了巨大的變化，因?yàn)槲C(jī)在電梯中的應(yīng)用不僅取代了大部 分繼電器和選層器，整個(gè)系統(tǒng)也變得更加可靠，靈活性更加提高，功能極大地增強(qiáng)了。但由于微機(jī)的集成度高，功能項(xiàng)目固化，所以一般的維修人員及工程人員修改或增加不了其功能。如果要修改或增加其功能就要找回生廠家或用專(zhuān)用的工具，及其的麻煩，限制了電梯控制系統(tǒng)的可調(diào)性。可編程序控制器取代繼電器構(gòu)成 6 的電梯控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)由繼電器實(shí)現(xiàn)的邏輯控制功能，而且觸點(diǎn)少、可靠高、故障率低、維修方便、噪聲小，最主要的是可編程序控制系統(tǒng)的 可編程 功能，使得當(dāng)改變電梯的控制功能時(shí)，只要更改程序即可，對(duì)于安裝和維修人員非常方便。而 PLC 的編 程語(yǔ)言雖然不盡相同，但都有通俗易懂，便于自學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，一般的維修及工程人員都能掌握 ,PLC 電梯控制系統(tǒng)比較適用于小高層的樓房。 PLC（ Programmable Logical Controller） 全稱(chēng)可編程邏輯控制器，憑借其良好的可操作性，自誕生起就始終處于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各類(lèi)工業(yè)設(shè)備提供非?？煽康目刂剖侄?。目前， PLC 與 DCS、工業(yè) PC 并列成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。 電梯群控系統(tǒng)是現(xiàn)代化電梯技術(shù)的重要組成部分。它不但有完善的分區(qū)服務(wù)、運(yùn)行監(jiān)控、客流交通統(tǒng)計(jì)分析等功能，還具備故障診斷功能。 本文借鑒了現(xiàn)有的電梯群控算法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和改進(jìn)，使用西門(mén)子公司的 PLC 構(gòu)建了雙電梯聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電梯的合理調(diào)度。 課題的提出 可編程控制器 (PLC)是面向用戶的專(zhuān)用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)，具有良好的操作性與可調(diào)節(jié)性，使用 PLC 進(jìn)行電梯的電氣控制是必然的趨勢(shì) 。 安 全 和 門(mén) 鎖 回 路轎 內(nèi) 指 令 和 廳 外 按 鈕 信 號(hào) 井 道 信 號(hào) 門(mén) 區(qū) 、 門(mén) 鎖 信 號(hào)P L C 可 編 程 控 制 器樓 層 顯 示 器中 間 繼 電 器 、 接 觸 器轎 內(nèi) 指 令 和 廳 外 按 鈕 信 號(hào)變 頻 驅(qū) 動(dòng) 裝 置拽 引 馬 達(dá)速 度 反 饋 信 號(hào) 圖 11 控制方框圖 7 電梯質(zhì)量的好壞 ,在很大程度上是取決于控制系統(tǒng)的質(zhì)量，所以控制系統(tǒng)的選擇尤為重要。 電梯的控制系統(tǒng)主要采用以下三種控制方式 :一是繼電器控制系統(tǒng)；二是 PLC控制系統(tǒng)； 三是微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高 ,控制方式不靈活及功率消耗大等缺點(diǎn) ,目前已逐漸被人們所淘汰。而微機(jī)控制系統(tǒng)雖然在智能控制方面有較強(qiáng)大的功能 ,但也存在一定的不足之處 ,即抗干擾性差 ,系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜 ,導(dǎo)致一般的維修人員難以掌握其維修技術(shù) ,這些因素使得微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的廣泛性受到嚴(yán)重制約。而 PLC 控制系統(tǒng)由于其運(yùn)行可靠、使用及維修方便、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)越性 ,成為當(dāng)前在電梯控制系中使用的主流控制方式 。 當(dāng)今 PLC在電梯中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟 ,如圖 11 是 PLC應(yīng)用于電梯控制的控制框圖。圖中以 PLC 作為主控制器 ，一方面采集電梯的各種輸入信號(hào)，包括電梯的位置、狀態(tài)、內(nèi)外指令的按鈕信號(hào)、門(mén)鎖信號(hào)、門(mén)區(qū)信號(hào)、井道內(nèi)的強(qiáng)迫減速信號(hào)、防沖信號(hào)以及消防信號(hào)等。另一方面又把采集到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理并給出電梯的樓層信號(hào)和速度信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)門(mén)信號(hào)、方向繼電器和抱閘繼電器等，這些信號(hào)傳輸給變頻器，繼而變頻器驅(qū)動(dòng)拽引電機(jī)以控制電梯的運(yùn)行。 我們利用 PLC 內(nèi)的條件跳轉(zhuǎn)和主控制指令，把對(duì)電梯的控制程序劃分為幾個(gè)不同程序段：檢修控制、正常加速和穩(wěn)速段、減速爬行段、以及開(kāi)關(guān)門(mén)階段（如圖 12 所示 ）。當(dāng)給電梯送電時(shí)， PLC立即 就開(kāi)始掃 描電梯的所有輸入、輸出信號(hào)，檢測(cè)電梯的安全回路是否接通、廳門(mén)轎門(mén)是否關(guān)閉、繼而判斷電梯處在何種狀態(tài)。在正常自動(dòng)狀態(tài)下， PLC檢測(cè)門(mén)鎖是否接通，若門(mén)鎖不通則給出關(guān)門(mén)信號(hào)，控制電梯關(guān)門(mén)；當(dāng)門(mén)鎖接通時(shí)，則進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)若收到指令信號(hào)則電梯即起動(dòng)。當(dāng)電梯到達(dá)減速樓層時(shí)， PLC通過(guò)比較樓層的基數(shù)脈沖和換速點(diǎn)脈沖是否相等來(lái)判斷電梯的下一步動(dòng)作，相等時(shí)給出電梯減速信號(hào) ,電梯減速運(yùn)行；否則電梯繼續(xù)運(yùn)行，電梯間試運(yùn)行時(shí)需要判斷電梯是否到達(dá)平層區(qū)，若到達(dá) 平層區(qū)，則給出平層開(kāi)門(mén)信號(hào)， 否則電梯繼續(xù)減速。 我們平時(shí)乘坐電梯除了要 操作開(kāi)關(guān)門(mén)按鈕外，還要給出要去的目的層指令，PLC 通過(guò)樓層感應(yīng)器判斷 電梯現(xiàn)在所在的樓層繼而確定運(yùn)行方向，然后起動(dòng)運(yùn)行。 根據(jù) 查閱資料了解到的當(dāng)今電梯控制系統(tǒng)和電梯拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)以及 掌握的知識(shí)，本次設(shè)計(jì)將采用西門(mén)子 S7200 PLC， 結(jié)合安川 VS616G5 通用變頻器， 實(shí)現(xiàn)兩臺(tái) 電梯的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。 8 安 全 回 路 是 否接 通開(kāi) 始電 梯 現(xiàn) 在 處 于何 種 狀 態(tài)關(guān) 門(mén)門(mén) 鎖 是 否 接 通電 梯 運(yùn) 行是 否 到 達(dá) 減 速點(diǎn)電 梯 減 速是 否 到 達(dá) 平 層區(qū)給 出 平 層 開(kāi) 門(mén) 信 號(hào)返 回司 機(jī) 專(zhuān) 用 檢 修是自 動(dòng)給 出 指 令 信 號(hào)否是否是是否 圖 12運(yùn)行流程圖 9 第 2 章 器件的選擇 PLC的選擇 PLC介紹 1968 年美國(guó)通用汽車(chē)公司提出取代繼電器控制裝置的要求，這揭開(kāi)了可編程控制器的發(fā)展篇章。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 PDP— 14 ，隨后在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段進(jìn)行了電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱(chēng)為 Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC。 起初它僅是具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等簡(jiǎn)單功能，用于開(kāi)關(guān)量的控制，實(shí)際上只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以被稱(chēng)為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱(chēng) PLC。在 20 世紀(jì) 80 年代后期，以微處理器構(gòu)成的微機(jī)取得了飛速發(fā)展，使得可編程邏 輯控制器在概念、設(shè)計(jì)、性能上都有了新的突破。這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算，增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量的處理、通信等功能，成為真正意義上的可編程控制器（ Programmable Controller） ,簡(jiǎn)稱(chēng) PC。但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（ Personal Computer）相區(qū)別，可編程控制器仍簡(jiǎn)稱(chēng)為 PLC。 隨著可編程控制器的不斷發(fā)展，其定義也在不斷變化。最終國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）1987 年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置 ，是帶有存儲(chǔ)器、可以編制程序的控制器，它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作、并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)”。 實(shí)際上，由于可編程控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多新產(chǎn)品的功能已超出上述定義。 從硬件來(lái)看， PLC 主要由 CPU，存儲(chǔ)器， I/O 接口，電源，編程器等構(gòu)成。 10 圖 21 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu) （ 1） CPU 板 CPU 板是 PLC 的核心部件，它由微處理器 CPU、存儲(chǔ)器（ ROM、 RAM）、并行接口（ PIO）、串行接口（ SIO）及時(shí)鐘控制電路等組成。 CPU 板是 PLC 的運(yùn)算、控制中心，用以實(shí)現(xiàn)各種邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算及對(duì)整機(jī)進(jìn)行管理控制； PLC 內(nèi)部攜有程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ ROM， RAM），分別用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序和用戶程序，并生成用戶環(huán)境；并行接口和串行接口主要用于 CUP 與各接口電路之間的信息交換。時(shí)鐘及控制電路用于產(chǎn)生脈沖及各種控制信號(hào)。 （ 2）輸入 /輸出電路 通常有兩種形式的輸入電路；直流輸入和交流輸入電路。輸入電路的作用是接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，再經(jīng)光 電耦合器隔離后轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電平信號(hào)，最后由 CPU 讀入并送至輸入映象寄存器中，供程序執(zhí)行使用。 輸出電路的作用是將 PLC 的輸出控制信號(hào)送給外部輸出設(shè)備，通過(guò)輸出設(shè)備控制被控制對(duì)象工作。輸出電路有三種形式：一種是繼電器形式，它是通過(guò)控制繼電器的線圈利用其觸點(diǎn)的通斷來(lái)控制輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電氣隔離；另一種是晶體管輸出型，它通過(guò)光電耦合器控制輸出開(kāi)關(guān)晶體管通斷，進(jìn)而控制輸出設(shè)備；第三種是可控硅輸出型，通過(guò)觸發(fā)可控硅的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部輸出設(shè)備的控制。 （ 3）存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口 存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口用于連接用戶程序存儲(chǔ)器及 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展卡盒。一般擴(kuò)展卡盒有三種：一種是 COMS 開(kāi)型 ROM 卡盒，它需要用鋰電池后備，以防止斷電時(shí)程序及數(shù)據(jù) 11 丟失；另一種是 EPROM 卡盒，這種卡盒需要用專(zhuān)門(mén)的寫(xiě)入器將調(diào)試好的用戶程序或數(shù)據(jù)寫(xiě)入 EPROM 中，擦寫(xiě)時(shí)需要用紫外線擦除器；第三種是 EEPROM 卡盒，是電可擦除存儲(chǔ)器，它的寫(xiě)入和擦寫(xiě)只需專(zhuān)用編程器。 （ 4） I/O 擴(kuò)展接口 I/O 擴(kuò)展接口與 CPU 之間是以總線方式連接的，因此它可以連接開(kāi)總量的 I/O 擴(kuò)展單元及擴(kuò)展塊，使 I/O 點(diǎn)數(shù)規(guī)模在配置更加靈活。同時(shí)也可以配接如模擬量、高速脈沖等單元及通信適配器等 特殊功能模塊，使 PLC 的功能大大增強(qiáng)。 （ 5）編程器及其接口 編程器用于程序以及數(shù)據(jù)的輸入、編輯、調(diào)試和檢測(cè)。當(dāng) PLC 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一般不需要編程器，因此編程器被設(shè)計(jì)為獨(dú)立的部件。為了能對(duì) PLC 進(jìn)行編程及調(diào)試，在 PLC上設(shè)有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的編程接口，通過(guò)這個(gè)接口可以連接各種形式的編程器。編程器的種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有便攜式手持編程器、專(zhuān)用智能編程器，通過(guò)計(jì)算機(jī)和專(zhuān)用接口實(shí)現(xiàn)對(duì) PLC的編程。 （ 6）電源 一般 PLC 使用 220V 的交流電源，通過(guò)電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成供 PLC 的中央處理器，存儲(chǔ)器等電子電路工作所需的直流電，使 PLC 能正常工作。 鑒于電梯控制輸入輸出口數(shù)量較多的問(wèn)題，本次采用 EM223 型數(shù)字?jǐn)U展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。