【正文】 論 ............................................................. 33 參考文獻 ........................................................... 34 致 謝 35 附錄一 ............................................................. 36 附錄二 ............................................................. 58 1 前 言 在現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展中，一幢幢高樓拔地而起，電梯的廣泛應(yīng)用已成為城市物質(zhì)文明的一種標(biāo)志。特別是在高 層建筑中，電梯作為不可缺少 的垂直運輸設(shè)備， 已與人們的日常生活密不可分。在計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電梯也隨之進入了新的發(fā)展時期。 電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足要求的。因此，電梯控制系統(tǒng)應(yīng)采用隨機邏輯控制方式控制。目前電梯的控制普遍采用兩種控制方式：一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯的信號采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完 成；第二種控制方式用可編程控制器（ PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方式并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多采用答二種方式，其原因在于用 PLC控制有許多優(yōu)點： 1，可靠性高，由于采取了一系類的 PLC 高可靠性的措施， PLC 的平均無故障時間（ MTBF）一般可達 3~5 萬小時。而且 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性也很強，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作； 2，編程簡單， PLC 最常用的編程語言是梯形圖語言。這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)工作流程需要改變時，可 以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活； 3，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、維修方便。 PLC 的體積小，重量輕，便于安裝。一般 PLC 都具有自診斷、故障報警、故障種類顯示等功能。 可編程控制器不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣維護人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風(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。 PLC 現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ PLC、 CAD/CAM、 ROBOT）之一，以其優(yōu)異的性能，日益取代有大量中間繼電器、時間繼電器、記數(shù)繼電器等組成的繼電 接觸控制系統(tǒng)，在機械、化工、石油、冶金、輕工、電子、紡織、食品、交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應(yīng)用。 2 總之，電梯的控制是比較復(fù)雜的，在計算機誕生前的幾十年里，繼電器控制系統(tǒng)為電梯控制的發(fā)展起到了巨大的作用，然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無法滿足與適應(yīng)電梯控制的要求和發(fā)展，與 PLC 相比較，存在質(zhì)的差別。電梯使用繼電接觸器控制的時代，很難設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的電梯控制系統(tǒng)，而現(xiàn)在，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了更廣闊的空間。 PLC 是專門為工業(yè)過程控制而設(shè)計的控制設(shè)備，使它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠、抗干擾性能增強、機械與電氣部件被機結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此它已成為電梯運行中的關(guān)鍵技術(shù)。 3 第一章 緒論 概述 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、城市現(xiàn)代化進程的突飛猛進，電梯作為一種迅捷、高效、安全、可靠的垂直運輸設(shè)備，成為了人們不可缺少的運輸工具?，F(xiàn)代高層建筑中各辦公大樓、住宅、賓館、醫(yī)院、工礦企業(yè)、倉庫、碼頭、大型貨輪等都離不開它。據(jù)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。電梯服務(wù)在改革開放以后，我國電梯的使用數(shù)量快速增長。尤其是現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟日新月異的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，城市建筑不斷增多，樓房也越來越高，與此相應(yīng)，電梯也得到迅猛的發(fā)展?，F(xiàn)在，電梯已完全融入我們的生產(chǎn)、生活中，滿足人們生活、工作及學(xué)習(xí)的需要。據(jù)統(tǒng)計，我國在用電梯已達 40 多萬臺，每年還以約 5 萬～ 6 萬臺的速度增長。 當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已成為衡量一個國家現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。特別是隨著城市人口的增加，人們物質(zhì)文化生活水平的 提高，建筑迅速發(fā)展，大批的高樓大廈拔地而起，電梯在人們的生產(chǎn)、工作、生活中日益重要。因此對電梯的研究也顯得更加有意義。國內(nèi)外對電梯的研究一直沒有停止過。電梯的控制以 PLC 及專用控制板為主。電梯的群控技術(shù)有集選控制和隨機邏輯控制。電梯其運行性能、安全性能、乘坐舒適感等均有一定的發(fā)展。為了確保電梯正常運行、安全使用，一般電梯都有專業(yè)的維修管理人員。他們必須對電梯原理、性能、控制、運行要全面認識和掌握，才能做到對電梯的正確使用、管理及維護。根據(jù)我國有關(guān)部門的規(guī)定，電梯作業(yè)屬于特種作業(yè)，其作業(yè)人員必須經(jīng)過專門培 訓(xùn)，并經(jīng)理論考試和實踐考核合格后，發(fā)給《特種作業(yè)操作證》方可上崗操作。同時，對電梯操作人員定期考核，讓他們定期參加安全技術(shù)學(xué)習(xí)，扎扎實實地做好電梯維護和保養(yǎng)工作，才能使人們長久的使用電梯。 4 電梯的起源與發(fā)展 電梯的定義 電梯是一種以電動機為動力的垂直升降機 ,裝有箱狀吊艙 ,利用沿剛性導(dǎo)軌運行的箱體或者固定線路運行的梯級 ,運行在至少兩列垂直的或傾斜的剛性導(dǎo)軌之間 ,進行升降或者平行運送人、貨物的機電設(shè)備。例如 :載人 (貨 )電梯、自動扶梯、自動人行道等。我國對電梯制造與安全規(guī)范方面也頒布了其相應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn) ,其中 GB 75882021 就對電梯中的各個細節(jié)做出了明確要求和硬性指標(biāo)。 電梯的發(fā)展歷程 1854 年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，美國人伊萊沙 格雷夫斯 奧的斯第一次向世人展示了他的發(fā)明 歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。以奧的斯的名字而命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。 150 年以來，她已經(jīng)發(fā)展成為世界、亞洲和中國領(lǐng)先的電梯公司。 自從我國實行改革開放政策以來，全國各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為高樓的垂直交通工具 ― 電梯，其需求量日益增長，各種類型 、規(guī)格繁多的電梯已在高樓內(nèi)投入運行。為了確保電梯正常運行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護好電梯。 20 世紀(jì)初，美國出現(xiàn)了曳引式電梯，其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，從圖中可見，鋼絲繩懸掛在曳引輪上，一端與轎廂連接，而另一端與對重連接，隨曳引輪的轉(zhuǎn)動，靠鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力使轎廂與對重作一升一降的相反運動。顯然，鋼絲繩不用纏繞，因此鋼絲繩的長度和股數(shù)均不受限，當(dāng)然轎廂的載重以及提升高度就得到了提高，從而滿足了人們對電梯的使用需求。因此，近一百年來，曳引式電梯一直受到重視，并發(fā)展沿用至今。 圖 11 曳引式電梯示意圖 5 在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統(tǒng)以及 1— 轎廂 2— 曳引輪 3— 對重 通過變換電動機級數(shù)的調(diào)速方法來調(diào)整電梯的運行速度的技術(shù)相繼研制成功， 1933年世界上第一臺運行速度為 6m/s 的電梯被安裝在美國紐約的帝國大廈。 第二次世界大戰(zhàn)后，建筑業(yè)的發(fā)展促使電梯進入了高峰發(fā)展時期，代表新技術(shù)的電子技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電梯領(lǐng)域的同時，陸續(xù)出現(xiàn)了群控電梯、超高速電梯、交流變頻變壓調(diào)速電梯。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，晶閘管變流裝置越來越多 地用于電梯系統(tǒng)，使電梯的拖動系統(tǒng)簡化，性能提高。同時交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的研制和開發(fā)，使交流電梯的調(diào)速性能有了明顯的改善。進入 20 世紀(jì) 80 年代，通過控制電動機定子供電電壓與頻率電梯運行速度的調(diào)壓調(diào)頻技術(shù)研制成功，出現(xiàn)了交流變壓變頻（ VVVF）調(diào)速電梯，開拓了電梯拖動的新領(lǐng)域。 1993 年，日本生產(chǎn)了 變壓變頻調(diào)速電梯，結(jié)束了直流電梯獨占高速領(lǐng)域的歷史。 電梯發(fā)展的今天，在使用需求和新技術(shù)應(yīng)用方面都進入到全面發(fā)展時期，隨著智能化、信息化建筑的興起與完善，要求電梯不只是完成垂直運輸?shù)幕竟δ?，還應(yīng)以人為本提高舒適度，特別從電梯運行的控制智能化角度考慮，電梯的優(yōu)質(zhì)服務(wù)不再是單一的 “ 時間最短 ” 問題，而是采用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等方法，以期實現(xiàn)單梯與群控管理的最佳模式。合理的配置與使用遠程監(jiān)控與故障診斷、節(jié)能以及減少環(huán)境污染等。本文中著重研究電梯的升降控制邏輯，不著重主電動機的升降速度以及電梯的安全保護措施。 電梯現(xiàn)狀研究 電梯發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 電梯是將機械原理應(yīng)用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)、人體工程學(xué)及空氣動力學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)集于一體的機電設(shè)備，它是建筑物中的永久性 垂直交通工具。電梯作為一種較為復(fù)雜的機電一體化設(shè)備，它由多許機械構(gòu)件和電子、電氣、大規(guī)模集成電路組成的微型計算系統(tǒng)及聲、光控制部件所組成。那么電梯到底有哪些功能呢？我們從按下電梯的按鈕到完成電梯的運行并走出電梯轎廂，實際上已包含了電梯的許多功能，如：電梯的定向選層、電梯的起動、加速、穩(wěn)速運行、到站減速、平層停車、開關(guān)門。還有檢修功能、安全保護功能、消防功能、樓層顯示等。 6 從電梯控制統(tǒng)的實現(xiàn)方法分，電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了繼電器控制、可編程序控制（ PLC）、單片微機控制、多微機控制多種形式。繼電器控制系統(tǒng)是 80 年 代最廣泛的一種電梯控制方式，有控制邏輯線路簡單、直接、易于理解和掌握的優(yōu)點，但由于該類系統(tǒng)是由眾多繼電器、接觸器構(gòu)成，使用一段時間后其接觸點往往接觸不良，所以電梯故障高，眾多的繼電器、接觸器動作噪聲較大，整個控制柜體積大。隨著多微機系統(tǒng)在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電梯控制發(fā)生了限大的變化，因為微機在電梯中的應(yīng)用不僅取代了大部分繼電器和選層器，整個系統(tǒng)更加可靠，靈活性更加提高，功能大增強了。但微機的集成度高，功能項目固化，一般維修人員及工程人員修改或增加不了其功能。如要修改或增加其功能要找回生廠家或用專用的工具。 可編程序控制器取代繼電器構(gòu)成的電梯控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)由繼電器實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且觸點少、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，只要更改程序即可。而 PLC 的編程語言需不盡相同，但都有通俗易懂，便于自學(xué)的優(yōu)點一般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 . 電梯的出現(xiàn)大大方便了人們的生活。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟和生活中有越來越廣泛的應(yīng)用，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日 常生活密不可分。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，這使得交流變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)已經(jīng)進入一個嶄新的時代。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控 制方式用可編程控制器（ PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機控制裝置成本較高；而 PLC 可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。隨著人們生活水平的不斷提高 ,對電梯的要求的也 7 相應(yīng)提高，為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智能化、自動化技術(shù)迅速發(fā)展。特別是隨著技術(shù)、微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技術(shù)含量日益提高。在改 善電梯性能的同時，對電梯的設(shè)計、管理和維護人員提出了更高的要求。 國內(nèi)電梯發(fā)展概述 100 多年來，我國電梯行業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷以下幾個階段 :對進口電梯的銷售、安裝、維護階段，這一階段我國電梯擁有數(shù)量僅約 1000 多臺；獨立自主、艱苦研制、生產(chǎn)階段，這一階段我國共生產(chǎn)安裝電梯約 1 萬臺 。建立三資企業(yè)，行業(yè)快速發(fā)展階段，這一階段我國共生產(chǎn)安裝電梯約 40 多萬臺。大規(guī)模的經(jīng)濟建設(shè)尤其是蓬勃發(fā)展的房地產(chǎn)業(yè)給電梯行業(yè)開拓了廣闊的市場。 2021 年中國電梯產(chǎn)銷量達到了 萬臺，超過了全世界電梯產(chǎn)量的 一半，電梯的生產(chǎn)能力躍居世界第一。 2021 年，新安裝驗收電梯 萬臺，同比增長 24%。截至 2021 年底，全國在用電梯達 萬臺。中國已經(jīng)成為全球最大的電梯市場。 2021 年中國電梯產(chǎn)量達 25 萬臺，目前全國在用電梯突破 100 萬臺，這是中國電梯行業(yè)發(fā)展的又一里程碑。目前，中國經(jīng)濟建設(shè)需求的各類電梯、幾乎全部可以在中國生產(chǎn)。目前房屋建設(shè)勢頭仍然很好，電梯市場供需兩旺，前景一片光明。 電梯行業(yè)外商云集，國際上最大的電梯公司幾乎全部進入我國，最先進的電 梯產(chǎn)品爭先