【文章內(nèi)容簡介】 用。我們所定義的電梯，就是一種以電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物。也有臺階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運行，俗稱自動電梯。 還有服務(wù)于規(guī)定樓層的固定式升降設(shè)備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于 15 度的剛性導(dǎo)軌之間。轎廂尺寸與結(jié)構(gòu)形式要便于乘客出入或裝卸貨物。目前，電梯的控制方式大致分為兩種：一是采用微機作為信號控制單元，二是采用可編程控制器（PLC）進行集選控制。兩種方法各有優(yōu)點。本次設(shè)計采用 PLC 對轎廂式電梯進行控制，這也是現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)電梯生產(chǎn)廠家所采用的電梯控制系統(tǒng)。 發(fā)展現(xiàn)狀升降工具在人類的歷史上已經(jīng)存在并應(yīng)用了幾千年，但驅(qū)動力一般是人力或畜力，直到 1889 年，升降機開始采用電力驅(qū)動，才真正出現(xiàn)了電梯。電梯在驅(qū)動控制技術(shù)方面的發(fā)展經(jīng)歷了直流電機驅(qū)動控制，交流單速電機驅(qū)動控制，交流雙速電機驅(qū)動控制，直流有無齒輪、無齒輪調(diào)速驅(qū)動控制，交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動控制，交流變壓變頻調(diào)速驅(qū)動控制，交流永磁同步電機變頻調(diào)速驅(qū)動控制等階段。19 世紀末,采用沃德倫納德系統(tǒng)驅(qū)動控制的直流電梯出現(xiàn)，使電梯的運行性能明顯改善。20 世紀初，開始出現(xiàn)交流感應(yīng)電動機驅(qū)動的電梯，后來槽輪式（即曳引式）驅(qū)動的電梯代替了鼓輪卷筒式驅(qū)動的電梯，為長行程和具有高度安全性的現(xiàn)代電梯奠定了基礎(chǔ)。20 世紀上半葉，直流調(diào)速系統(tǒng)在中、高速電梯中占有較大比例。1967 年，晶閘管用于電梯驅(qū)動，交流調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動控制的電梯出現(xiàn)。1983 年，變壓變頻控制的電梯出現(xiàn)，由于其良好的調(diào)速性能、舒適感和節(jié)能等特點迅速成為電梯的主流產(chǎn)品。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 21996 年，交流永磁同步無齒輪曳引機驅(qū)動的無機房電梯出現(xiàn)，電梯技術(shù)又一次革新。由于曳引機和控制柜置于井道中，省去了獨立機房，節(jié)約了建筑成本，增加了大樓的有效面積，提高了大樓建筑美學(xué)的設(shè)計自由度。這種電梯還具有節(jié)能、無油污染、免維護和安全性高等特點。電梯在操縱控制方式方面的發(fā)展經(jīng)歷了手柄開關(guān)操縱、按鈕控制、信號控制、集選控制等過程，對于多臺電梯出現(xiàn)了并聯(lián)控制、智能群控。如今，世界各國的電梯公司還在不斷地進行電梯新品的研發(fā)、維修保養(yǎng)服務(wù)系統(tǒng)的完善，力求滿足人們的對現(xiàn)代建筑交通日益增長的需求。電梯進入中國市場已有一百多年的歷史，但真正中國自主研究電梯是在建國以后。1979 年以前，建國以來 30 年間，全國生產(chǎn)安裝電梯約 1 萬臺。這些電梯主要是直流電梯和交流雙速電梯。中國電梯產(chǎn)業(yè)在引入外資后才進入了真正的大發(fā)展階段，中國電梯產(chǎn)業(yè)在 80 年代以后發(fā)展史可以說就是一部外資引進的發(fā)展史，從外資進入中國電梯行業(yè)的進程來看，中外電梯合資企業(yè)大體經(jīng)歷了如下四次發(fā)展階段：中外合資中方控股、外方逐漸開始控股、基本由外方控股、全部為外方控股或獨資。所以中國的電梯在技術(shù)方面一直沒有自己的突破，所有的技術(shù)和大部分的設(shè)備都是依賴國外的大型電梯公司。 2022 年 5 月，迅達電梯公司發(fā)布 Eurolift 無機房電梯。它采用高強度無鋼絲繩芯的合成纖維曳引繩“SchindlerAramid”牽引轎廂。永磁電機無齒輪曳引機驅(qū)動。2022 年，奧的斯公司發(fā)布 Gen2 無機房電梯。它采用扁平的鋼絲繩加固膠帶牽引轎廂，鋼絲繩加固膠帶（外面包裹著聚氨酯材料）柔性好。無齒輪曳引機呈細長形，體積小，很容易安裝在井道頂部側(cè)面的鋼梁上。2022 年，正在建設(shè)中預(yù)計 2022 年竣工的臺北國際金融中心大廈將安裝日本東芝電梯公司速度為 1010m/min（）的超高速電梯。該電梯采用超大容量電動機、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動機、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等以實現(xiàn)在安全穩(wěn)定的前提下進行超高速運行。2022 年，日立電梯在廊坊國際電梯展會上推出的“環(huán)保電梯”是真正意義上的平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 3“低碳節(jié)能”的環(huán)境友好型電梯，創(chuàng)立了低碳電梯的新標準。通過變頻空調(diào)和空氣潔凈器的應(yīng)用，使轎廂空氣更流通、更清新。而能量再生技術(shù)、無段速技術(shù)等節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，使日立電梯更加節(jié)省能源，減少碳排放。2022 年，科威嵌入式電梯控制器以其獨有的能用梯形圖編程、兼容三菱 PLC 指令及編程環(huán)境、可自由組態(tài)顯示、完全嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計、獨特的程序加密方法，成為了關(guān)注的焦點。它獨特的嵌入式電梯控制器可以讓消費者通過梯形圖語言設(shè)置自己需要的參數(shù)。 發(fā)展趨勢 電力拖動系統(tǒng)—拖動技術(shù)拖動技術(shù)從直流拖動到交流變極調(diào)速（交流雙速） ，到交流變壓調(diào)速、到目前應(yīng)用最為廣泛的變頻變壓（VVVF）調(diào)速技術(shù)。變頻變壓調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，其調(diào)速性能已完全可與直流電機相媲美。除了具有良好的舒適感之外，平層準確度也大為提高，而且具有明顯的節(jié)能效果。 電梯群控系統(tǒng)將更加智能化　　電梯智能群控系統(tǒng)將基于強大的計算機軟硬件資源，如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計算機圖像監(jiān)控的群控、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等。這些群控系統(tǒng)能適應(yīng)電梯交通的不確定性、控制目標的多樣化、非線性表現(xiàn)等動態(tài)特性。隨著智能建筑的發(fā)展，電梯的智能群控系統(tǒng)能與大樓所有的自動化服務(wù)設(shè)備結(jié)合成整體智能系統(tǒng)。 超高速電梯 　　曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動機、高性能的微處理器、減振技術(shù)、新式滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、永磁同步電動機、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進。采用直線電機驅(qū)動的電梯也有較大研究空間。未來超高速電梯舒適感會有明顯提高。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 4 藍牙技術(shù)在電梯上廣泛應(yīng)用　　藍牙技術(shù)是一種全球開放的、短距無線通訊技術(shù)規(guī)范，它可通過短距離無線通訊，把電梯各種電子設(shè)備連接起來，無需縱橫交錯的電纜線，可實現(xiàn)無線組網(wǎng)。 關(guān)于 PLC 及 PLC 的特點PLC，即可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱 PLC,plc自 1966 年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。 PLC 的發(fā)展歷史1968 年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程控制器 PDP—14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱Programmable，是世界上公認的第一臺 PLC。1969 年，美國研制出世界第一臺 PDP14。1971 年，日本研制出第一臺 DCS8。1973 年，德國研制出第一臺 PLC。1974 年，中國研制出第一臺 PLC。20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快便將其引入到可編程控制器，使PLC 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的 PLC 為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 5來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC） 。 　　20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 　　20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 　　20 世紀 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 　　20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 PLC 的主要特點PLC 是綜合了繼電器接觸器控制的優(yōu)點以及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設(shè)計制造和發(fā)展起來的，這就使 PLC 具有許多其他控制器所無法相比的特點。(1) 可靠性高，抗干擾能力強。(2) 通用性強，使用方便。(3) 功能強，適應(yīng)面廣(4) 編程簡單，容易掌握(5) 減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量(6) 體積小、重量輕、功耗低、維護方便平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 6 變頻器及其特點 關(guān)于變頻器變頻器的英文譯名是 VFD（Variablefrequency Drive） ，它是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。變頻器利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護等功能。變頻器在中、韓等亞洲地區(qū)受日本廠商影響而曾被稱作VVVF（Variable Voltage Variable Frequency Inverter） 。變頻器的主電路可分為兩類：電壓型和電流型。電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。變頻器集成了高壓大功率晶體管技術(shù)和電子控制技術(shù)，得到了廣泛應(yīng)用。變頻器的作用是改變交流電機供電的頻率和幅值，從而改變其運動磁場的周期，達到平滑控制電動機轉(zhuǎn)速的目的。變頻器的出現(xiàn)，使復(fù)雜的調(diào)速控制簡單化，用變頻器和交流鼠籠式感應(yīng)電動機組合替代了大部分原先只能用直流電機完成的工作，并且縮小了設(shè)備體積，降低了維修率，使傳動技術(shù)發(fā)展到新階段。變頻器可以優(yōu)化電機運行，所以也能夠起到增效節(jié)能的作用。 變頻調(diào)速控制電梯的特點隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻技術(shù)是當今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動平穩(wěn)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式 [3]。（1）變頻調(diào)速電梯使用的是異步電動機，比同容量的直流電動機具有體積小、占空間小、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、可靠性高、 價格低等優(yōu)點。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 7（2）變頻調(diào)速電源使用了先進的 SPWM 技術(shù) SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電梯運行質(zhì)量和性能。調(diào)速范圍寬、控制精度高，動態(tài)性能好，舒適、安靜、快捷，已逐漸取代直流電機調(diào)速。（3）變頻調(diào)速電梯使用先進的 SPWM 和 SVPWM 技術(shù)，明顯改善了電動機供電電源的質(zhì)量，減少諧波，提高了效率和功率因數(shù)，節(jié)能明顯。 [3] 本課題主要研究內(nèi)容本課題所研究的主要內(nèi)容是利用可編程序控制器和變頻器控制電梯運行的系統(tǒng)。首先對電梯系統(tǒng)及 PLC 和變頻器做一些基本的介紹，然后闡述電梯控制系統(tǒng)的分類及特點，電梯的控制系統(tǒng)分為信號控制和調(diào)速兩部分。在確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)之后，用 PLC 控制電梯運行的邏輯信號，用變頻器控制調(diào)節(jié)電梯的運行速度，選擇出 PLC 和變頻器的型號。然后是系統(tǒng)硬件開發(fā)，完成了變頻器的參數(shù)設(shè)置及 PLC 的 I/O 接口的分配，以及旋轉(zhuǎn)編碼器與 PLC 的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法基礎(chǔ)上，設(shè)計出軟件流程圖，編寫出控制程序梯形圖。平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書第 頁 8第二章 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 電梯的介紹 電梯的種類乘客電梯：為運送乘客設(shè)計的電梯，要求有完善的安全設(shè)施以及一定的轎內(nèi)裝飾。載貨電梯：主要為運送貨物而設(shè)計，通常有人伴隨的電梯。醫(yī)用電梯：為運送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車設(shè)計的電梯，轎廂長而窄。雜物電梯：供圖書館、辦公樓、飯店運送圖書、文件等設(shè)計的電梯。觀光電梯：轎廂壁透明，供乘客觀光用的電梯。車輛電梯：用作裝運車輛的電梯。船舶電梯：船舶上使用的電梯。建筑施工電梯：建筑施工與維修用的電梯。其它類型的電梯，除上述常用電梯外，還有些特殊用途的電梯，如冷庫電梯、防爆電梯、礦井電梯、電站電梯、消防員用電梯等。 電梯的主要參數(shù)及性能指標 主要參數(shù)：（1）額定載重量（kg）：制造和設(shè)計規(guī)定的電梯載重量。（2）轎廂尺寸（mm）：寬深高。（3）轎廂形式：有單或雙面開門及其它特殊要求等，以及對轎頂、轎底、轎壁的處理，顏色的選擇，對電風(fēng)扇、電話的要求等。（4）轎門形式：有柵欄門、封閉