【正文】 上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進(jìn)口，而且有一定的出口。國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。自 1985 年我國參加了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO/TCl78 以來，先后等同或等效采用了一批國際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的高起點(diǎn)使我國電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地位。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無機(jī)房電梯、無齒輪曳引機(jī)、永磁同步拖動技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，國際上也是剛剛出 現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達(dá) l 萬臺左右，約占亞洲市場的 1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻(xiàn)。當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，電梯的使用相當(dāng)普遍 [1]。 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 2 課題的研究背景及意義 電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實(shí)上，在電梯上已經(jīng)采用了多項安全保護(hù)措施。 在設(shè)計電梯的時候，對機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量。在國外，已“法規(guī)”實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊伍維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運(yùn)行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全 5 倍。掘資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約 為 80 億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有 540 億人次之多。目前，由可編程序控制器 (PLC)和微機(jī)組成的電梯運(yùn)行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。采用 PLC 控制的電梯可靠性高、維護(hù)方便、開發(fā)周期短，這種電梯運(yùn)行更加可靠，并具有很大的靈活性，可以完成更為復(fù)雜的控制任務(wù)，己成為電梯控制的發(fā)展方向。 可編程序控制器，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計算機(jī) [2]。自 1969年針對工業(yè)自動控制的特點(diǎn)和需要而丌發(fā)的第 一臺 PLC問世以來，迄今己 30多年，它的發(fā)展雖然包含了前期控制技術(shù)的繼承和演變，但又不同于順序控制器和通用的微機(jī)控制裝置。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，摒棄了微機(jī)常用的計算機(jī)編程語言的表達(dá)方式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯都很容易。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計算機(jī)編程語言知識。這樣就破除了“電腦”的神秘感，推動了計算機(jī)技術(shù) 的普遍應(yīng)用。可編程序控制器 PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。 PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱 (PLC、CAD/CAM、 ROBOT)之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能，易與計算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制、具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，同益取代由大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶會、輕工、電子、紡織、食品、交通等行業(yè)德到廣泛應(yīng)用。 PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個國家工業(yè)先 進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 總之，電梯的控制是比較復(fù)雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間。 PLC是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，隨著 PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機(jī)的功能綜合在一起 [3]。因此，它已經(jīng)成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。 圖 11通力專利摘要附圖 PLC 在電梯控制中的應(yīng)用以及發(fā)展前景 目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、 PLC 控制和微型 計算機(jī)控制三種。而 PlC 實(shí)際上是一種專用計算機(jī)，它采用巡回掃描的方式分時處理各項任務(wù)，而且依靠程序運(yùn)行，這就保證只有正確的程序才能運(yùn)行，否則電梯不會工作；又由于 PLC 中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實(shí)際上是 PLC 系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運(yùn)行壽命更長，工作更加可靠安全，自動化水平更高 [4]。 PLC 控制是三種控制方式中最具有可靠性、實(shí)用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。 隨著科技的進(jìn)步，電梯也更加安全、舒適。 然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進(jìn)行研究改進(jìn)。綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。電梯是載人的機(jī)電設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)“綠色”，也就是強(qiáng)調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)，強(qiáng)調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。 目前意義上的“綠色”，一般是強(qiáng)調(diào)“天然”的一面，強(qiáng)調(diào)與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。電梯屬于純粹的工業(yè)產(chǎn)品，其天然性應(yīng)表現(xiàn)為對環(huán)境影響的盡可能小，與郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 4 環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應(yīng)是綠色電梯的發(fā)展方向。 (1)智能化。我們這罩所說的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無法勝任的。傳統(tǒng)的智能控制是一種 技術(shù)的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動控制，實(shí)際上還算不上智能。而真正的智能電梯應(yīng)更具人性化特點(diǎn)，不僅具有傳統(tǒng)的人工智能的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還有傳統(tǒng)的人工智能無法比擬的東西，具有動念和隨機(jī)處理各種問題的能力，諸如能根據(jù)轎廂內(nèi)的情況和各層的候梯信息，自動地制定每次最優(yōu)的運(yùn)動速度和停車政策；自動選擇運(yùn)動方面；雙向語音交流；到達(dá)目的層的語音提示等，讓乘客有更多的主動性，使大樓交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)真正的人機(jī)對話。智能化要求電梯有自動安全檢測功能，讓電梯自己能夠檢測到電梯的故障所在，并及時報警予以排除 [5]。 圖 12 電梯門的智能控制 (2)安全。運(yùn)行安全是電梯的根本和關(guān)鍵?？梢哉f，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運(yùn)行更有保障。運(yùn)行安全不僅要消除電梯啟動時較強(qiáng)的電磁輻射，使用安全材料和運(yùn)行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內(nèi)有安全、舒適的好心情。 (3)與環(huán)境的協(xié)調(diào)和平衡，包括以下幾個方面： ①視覺協(xié)調(diào)。有人曾經(jīng)做過環(huán)境色彩是否對人有影響的研究。該研究發(fā)展：視覺不協(xié)調(diào)的環(huán)境色彩對人的情緒、精神影響非常大。色彩宜人，格調(diào)高雅，制作精良的電梯，乘客自然會有一種安 全的感覺，有一種視覺上的舒適。②消除電磁輻射。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達(dá)到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機(jī)電設(shè)備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動化 (0A)、樓宇自動化 (BA)、通訊自動化 (CA)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。③舒適感。通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以 CPU 控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應(yīng)要求，利用計華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 算機(jī)優(yōu)化設(shè)計而成的理想運(yùn)行曲線，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定 、更舒適的運(yùn)行 [6]。 圖 13 電梯運(yùn)行速度曲線 隨著時代的發(fā)展，對人在與外界隔離封閉的電梯轎廂內(nèi)，心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進(jìn)行豪華性裝修。 課題研究的內(nèi)容 課題所研究的內(nèi)容主要是用可編程控制器（ PLC）改造在用電梯自動控制系統(tǒng)。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對電梯的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，以節(jié)約資金。因此，對電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，找出一條適合國產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進(jìn)而提高國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。 針對老式電梯采用的繼電器邏輯控制方 式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強(qiáng)、故障率低、可靠性高的可編程控制器（ PLC）來控制電梯。 論文的主要內(nèi)容如下： 首先對電梯系統(tǒng)及可編程控制器（ PLC）及變頻器作了比較全面的總結(jié)和介紹。接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)，電梯的控制系統(tǒng)分為調(diào)速和信號控制兩大部分。確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由 PLC 來實(shí)現(xiàn)電梯信號控制，有雙速電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，完成了電機(jī)和可編程控制器 （ PLC） 的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了 PLC 的選型、 I/O 點(diǎn)數(shù)分配與 PLC 的連接。在接下來的章節(jié)中，采用國內(nèi)使用非常普遍的工業(yè)控制組態(tài)軟件組態(tài)王 ，開發(fā)出了本電梯的上位機(jī)對電梯系統(tǒng)的仿真模擬，使本設(shè)計具有了一定的可視化效果。 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 6 第二章 電梯的綜述 電梯的結(jié)構(gòu)及組成部件 電梯是機(jī)電一體化產(chǎn)品。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運(yùn)行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結(jié)構(gòu)，其機(jī)械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導(dǎo)向系統(tǒng)以及機(jī)械安全保護(hù)裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運(yùn)行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護(hù)等系統(tǒng)組成 [7]。電梯的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所 示。 1— 控制柜 (屏 ) 2 一拽引機(jī) 3— 拽引鋼絲繩 4— 限速器 5— 限速器鋼繩 6— 限速器張緊裝置 7— 轎廂 8— 安全鉗 9— 轎廂門安全觸板 10— 導(dǎo)軌 11— 對重 12— 廳門 13— 緩沖器 圖 21 電梯的基本結(jié)構(gòu) 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 電梯的種類 2021 年 2 月 19 日 國務(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，并對電梯的含義做了敘述：“電梯是指動力驅(qū)動，利用沿剛性導(dǎo)軌運(yùn)行的箱體或者沿固定線路運(yùn)行的梯級 (踏板 )進(jìn)行升降或者平行運(yùn)送人、貨物的機(jī)電設(shè)備”。這種對電梯的論述，被稱作廣義電梯概念，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人行道 (英語Passenger Conveyor)和自動扶梯 (英語 Escalator)。 現(xiàn)代電梯主要由 曳引機(jī) （絞車）、導(dǎo)軌、 對重 裝置、安全裝置 (如限速器、安全鉗和 緩沖器 等 )、信號操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。 這些部分分別安裝在建筑物的井道和機(jī)房中。通常采用鋼絲繩摩擦傳動，鋼絲繩繞過曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動機(jī)驅(qū)動曳引輪使轎廂升降。電梯要求安全可靠、輸送效率高、平層準(zhǔn)確和乘坐舒適等。電梯的基本參數(shù)主要有額定載重量、可乘人數(shù)、額定速度、 轎廂外廓尺寸和井道型式等 [8]。 目前，電梯行業(yè)及社會上對電梯的分類大致有以下幾種： (1)按用途分 ： 乘客電梯、載貨電梯、客貨電梯、病床電梯、住宅電梯、雜物電梯、觀光電梯、其他專用電梯。 (2)按額定速度分 ： 低速梯，常指低于 ；中速梯，常指速度 ～ 。高速梯，常指速度大于 。超高速梯，速度超過 。 (3)按拖動方式分 ： 交流電梯、直流電梯、液壓電梯、齒輪齒條式電梯、螺旋式電梯。 (4)按控制方式分 ： 手柄操縱控制電梯、按鈕 控制電梯、信號控制電梯、集選控制電梯、向下集選控制電梯、并聯(lián)控制電梯、群控電梯、智能控制電梯。 其他分類方式還有：按電梯有無司機(jī)分類等 [9]。 電梯的主要參數(shù)及性能指標(biāo) ： （ 1）安全性 電梯時運(yùn)送乘客的，即使載貨電梯通常也有人相伴隨，因此對電梯的第一要求就是安全。電梯的安全與設(shè)計、制造、安裝調(diào)試及檢修各環(huán)節(jié)都有密切聯(lián)系，任何一個環(huán)節(jié)出了問題，都可能造成不安全的隱患，以致造成事故。 （ 2）可靠性 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 8 電梯的可靠性很重要，如果一部電梯工作起來經(jīng)常出故障，就會影響人們正常的生產(chǎn) 與生活，給人們造成很大的不便，不可靠也是事故的隱患，常常是不安全的起因。要想提高可靠性，首先應(yīng)提高構(gòu) 成電梯的各個零部 件的可靠性，只有每個零部件都是可靠的，整個電梯才能使可靠的。 （ 3）停站的準(zhǔn)確性 停站準(zhǔn)確性又稱平層準(zhǔn)確度，平層精度。 GB/T100581997《電梯技術(shù)條件》對轎廂的平層準(zhǔn)確度規(guī)定如下： 電梯類型 額定速度 (m/s) 平層準(zhǔn)確度 (mm) 交流雙速電梯 或 ≤177。15 或 ≤177。30 交直流快速電梯 — ≤177。15 交直流高速電梯 ≥ ≤177。5 電梯轎廂的平層準(zhǔn)確度與電梯的額定速度，電梯的負(fù)載情況有密切關(guān)系。負(fù)載重，則慣性大，提速高慣性也大。因此檢查平層準(zhǔn)確度時，分別以空載，滿載，上下運(yùn)行，到達(dá)同一層站停測量平衡誤差，取其最大值做平層站的平層準(zhǔn)確度。 （ 4）振動、噪聲及電磁干擾 現(xiàn)代電梯是為乘客創(chuàng)造舒適的生活和工作環(huán)境。因側(cè)要求電梯運(yùn)行平穩(wěn)，安靜，無電磁干擾。 （ 5）舒適感和快速感 電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的，快速可以節(jié)省時間，這對于快節(jié)奏的現(xiàn)代生活中的乘客是很重要的。但是加速度和減速度的過分增大的 不合理變化又會造成乘客的不適感。因此在電梯設(shè)計時就要兼顧快速性和舒適感這兩個互相矛盾的因素。