【文章內(nèi)容簡介】 現(xiàn)代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運(yùn)輸工具。當(dāng)今世界，電梯的使用量已成為衡量現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在高層建筑中，電梯是不可或缺的重要設(shè)備，早期的電梯采用繼電器 接觸控制系統(tǒng)，但由于電梯控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，使繼電器接觸控 2 制系統(tǒng)的接線復(fù)雜，可能使用成百上千的各式各樣的繼電器，由很多導(dǎo)線用復(fù)雜的方式連接起來 。 這樣 ， 如果某個繼電器損壞或者觸點(diǎn)接觸不良，都會影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行，查找和排除故障是非常困難的 。 繼電器控制系統(tǒng)的可靠性較低， 因此對電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，尋找適合我國老式電梯的改造方法具有十分重要的意義。 可編程控制器 (PLC)作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用從而使電梯由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計算機(jī)控制的一個重要方向，成為當(dāng)前 電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。 可編程控制器 （ Programmable Logic controller，簡稱 PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)與自動化技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制器。它具有可靠性高、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的高溫、沖擊和振動等惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，已成為解決自動控制問題最有效 的工具 ， 是當(dāng)前先進(jìn)工業(yè)自動化的支柱之一。 電梯控制系統(tǒng)分為調(diào)速部分和邏輯控制部分。調(diào)速部分的性能對電梯運(yùn)行 和 乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善電梯的舒適感和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用 PLC 來控制電梯的運(yùn)行，這樣大大提高了電梯的性能。 3 第二章 電梯的概況 第一節(jié) 電梯發(fā)展簡史 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 ——?dú)v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 ， 以奧的斯名字命名的電梯公司也開始了她輝煌的旅程。 20 世紀(jì)初，美國出現(xiàn)了曳引式電梯 ， 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(yùn)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。 在后來的幾十年里，電梯的自動平層控制系統(tǒng)以及通過變換電動機(jī)極數(shù)的調(diào)速方法來調(diào)整電梯的運(yùn)行速度的技術(shù)相繼研制成功， 1933 年世界上第一臺運(yùn)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(jìn)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。 自從我國實(shí)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(yùn)行。為了確保電梯正常運(yùn)行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護(hù)好電梯。 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。 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(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，通過控制電動機(jī)定子供電電壓與頻率電梯運(yùn)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。 在 電梯 的使用需求和新技術(shù)應(yīng)用 都進(jìn)入到全面發(fā)展時期 時 ，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(yùn)輸?shù)幕竟δ?， 還應(yīng) 注重 提高舒適度， 4 特別 要從電梯運(yùn)行 控制智能化角度 來 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(shí)現(xiàn)單梯與群控管理的最佳模式。合理的配置與使用遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷、節(jié)能以及減少環(huán)境污染等。 第二節(jié) 電梯的基本結(jié)構(gòu) 電梯是機(jī)電合一的大型復(fù)雜產(chǎn)品 ， 對于電梯的結(jié) 構(gòu)而言 ， 傳統(tǒng)的方法是分為機(jī)械部分和電氣部分 ， 機(jī)械部分相當(dāng)于人的軀體 ， 電氣 部分相當(dāng)于人的神經(jīng) 。 機(jī)與電的高度合一使電梯成了現(xiàn) 代科學(xué)技術(shù)的綜和產(chǎn)品 ， 下面簡單介紹電 梯 的結(jié)構(gòu) ， 而我們的主要目的是怎樣來控制它 。 （一）機(jī)房 機(jī)房用來安裝曳引機(jī)、電控屏、限速器等。機(jī)房可以設(shè)置在井道頂部，也可設(shè)置在井 道底 部。當(dāng)機(jī)房設(shè)于井道底部時，即為曳引機(jī)下置式曳引方式 ， 這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑物承重大，對井道尺寸要求大 ，只有在機(jī)房無法頂置時才使用。 機(jī)房必須有足夠的面積，高度、承重能力及良好的通風(fēng)條件。 （ 二 ） 曳引系統(tǒng) 曳引系統(tǒng)主要由 曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪組成。曳引機(jī)由電動機(jī)聯(lián)軸器、制動器、減速器、機(jī)座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源 ； 曳引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對重裝置（或者兩端固定在機(jī)座房上），依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力來驅(qū)動轎廂的升降；導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對重 的 裝置，采用復(fù)繞型時還可增加曳引能力 ， 導(dǎo)向輪安裝在曳引機(jī)架上或重梁上。當(dāng)鋼絲繩的繞繩比大于 1時，在轎廂和對重架上應(yīng)增設(shè)反繩輪。 （ 三 ） 導(dǎo)向系統(tǒng) 導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架等組成 。 其 主要功能是限制轎廂和對重的活動自由度 ， 使轎廂和對重只能沿著導(dǎo)軌作升降運(yùn)動 。導(dǎo) 軌固定在導(dǎo)軌架上 ， 導(dǎo)軌架是支承導(dǎo)軌的組件，與井道壁聯(lián)接 ， 導(dǎo)靴裝在轎廂和對重架上，與導(dǎo)軌配合 ， 強(qiáng)制轎廂和對重的運(yùn)動服從于導(dǎo)軌的直立方向。 （ 四 ） 轎廂 轎廂 是用以運(yùn)送乘客和貨物的電梯組件，它由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎 5 廂體的承重構(gòu)架，由上橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成；轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風(fēng)裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)操縱按鈕等組成； 轎廂體空間的大小由額定載重量 或 額定載客量決定。 （ 五 ） 重量平衡系統(tǒng) 重量平衡 系統(tǒng) 主要由對重和重量補(bǔ)償裝置組成 ，其 主要功能是相對平衡轎廂重量 ， 在電梯工作中能使轎廂 與對重間的重量差保持在限額之內(nèi) ， 保證電梯的曳引傳動正常 。 （ 六 ） 電力拖動系統(tǒng) 電力拖動系統(tǒng)由曳引機(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置和變頻器等組成，對電梯實(shí)行速度控制。曳引電動機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯的配置可用交流電動機(jī)或直流電動機(jī)；供電系統(tǒng)是為電動機(jī)提供電源的裝置；速度反饋裝置是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號，一般采用測速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器，與電動機(jī)相連；調(diào)速 裝置對曳引電動機(jī)實(shí)行調(diào)速控制；變頻器可以通過改變頻率的大小來控制其運(yùn)行速度 的快慢。 電梯的拖動控制系統(tǒng)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜的過程 ， 到目前為止應(yīng) 用于電梯的拖動系統(tǒng)主要有 ： 單 /雙速交流電動機(jī)拖動系統(tǒng) 。 交流電動機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng) 。 直流發(fā)電 機(jī) — 電動機(jī)可控硅勵磁拖動系統(tǒng) 。 可控硅直接供電拖動系統(tǒng) 。 VVVF 變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng) 。 （ 七 ） 電氣控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成，它起著操縱和控制電梯運(yùn)行的作用。操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機(jī)房中的檢修或應(yīng)急；位置顯示裝置是指轎內(nèi)和層站的指層燈 ， 層站上一般能顯示電梯運(yùn)行方向或轎廂所在的層站；控制屏安裝在機(jī)房中，由 各類電氣控制元件（或板）組成，是電梯實(shí)行電氣控制的集中組件；選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運(yùn)行方向、發(fā)出加減速信號等作用 ， 它可由機(jī)械式、繼電器式或電子式組成。 （ 八 ） 安全保護(hù)系統(tǒng) 安全保護(hù)系統(tǒng) 用來 保證電梯 的 安全使用 ， 防止一切危及人身安全的事故發(fā)生 ，由限速器 、 安全鉗 、 緩沖器 、 端站保護(hù)裝置組成 。 電梯上設(shè)有機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，以保證電梯安全使用。 6 第三章 可編程序控制器的概況 第一節(jié) PLC 的概念及由來與發(fā)展 一、定義 可編程控制器 (Programmable Controller)是 以自動控制技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。 早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC， 主要用微處理器作為其控制核心 。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(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(jī)(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 二、產(chǎn)生于發(fā)展 首先提出 PLC 概念的是美國最大的 汽車制造廠家通用汽車公司。 1968 年該公司提出用一種新型控制裝置替代繼電器控制，這種控制裝置要把計算機(jī)的通用、靈活、功能完備等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制的簡單、易懂、操作方便等特點(diǎn)結(jié)合起來 而且要使那些不 太 熟悉計算機(jī)的人也能方便使用。這一設(shè)想提出后，美國數(shù)字設(shè)備公司 （ DEC）于1969 年研制成第一臺 PLC，型號為 PDP14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿意的效果，從此開創(chuàng)了 PLC 的新紀(jì)元。 第一臺 PLC 具有模塊化、可擴(kuò)充、可重編程及用于工業(yè)環(huán)境的特性。這些控制器易于安裝，占用空間小，可重復(fù)使用。盡管控制 器編程有些瑣碎，但它具有公共的工廠標(biāo)準(zhǔn) ——梯形圖編程語言，這樣使得不熟悉計算機(jī)的人也能方便的使用它。在短時間內(nèi) PLC 在其他工業(yè)部門也得到應(yīng)用。到 70 年代初 ， 食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用 PLC 代替繼電器控制設(shè)備，邁出了其實(shí)用化階段的第一步。 70 年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使 8 位微處理器和 8 位片處理器相繼問世，使可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)控制 ， 提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個時期，日本、西德（原）和法國相繼研制出了自己的 PLC，我國在 1974 年也開始研制。 目前 ， PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成 7 熟的控制系統(tǒng) 。 能與其他設(shè)備通信 、 生成報表 、 調(diào)度產(chǎn)生 、 可診斷自身故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使 PLC 符合今天對高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管 PLC 的 功能越來越強(qiáng)，但他仍然保留了先前的簡單與易于使用的特點(diǎn)。 為了進(jìn)一步擴(kuò)大 PLC 在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍 ，使之 適應(yīng)大、中、小型企業(yè)的不同需要， PLC 產(chǎn)品大致向兩個方向發(fā)展：小型 PLC 向體積縮小、功能增強(qiáng)、速度加快、價格低廉的方向發(fā)展，使之更廣泛地取代繼電器控制、更便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化；大 中型 PLC 向高可靠性、高速度、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，將 PLC 系統(tǒng)的控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動控制。 第二節(jié) 可編程控制器 (PLC)的特點(diǎn) PLC 的 優(yōu)越性能 主要 表現(xiàn)在以下幾個方面 （一） 靈活性和通用性強(qiáng) 繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要使用大量的控制電器，需要通過人工布線、焊接、組裝來完成電路的連接。其致命的缺點(diǎn)是，如果工藝要求稍有改變，控制電路必須隨之做相應(yīng)的變動，耗時且費(fèi)力。 PLC 是利用存儲在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的，因此，在 PLC 控制的系統(tǒng)中 當(dāng)控制功能改變時只需修改程序即可， PLC 外部接線改動極少，甚至不必改動。其靈活性和通用性是繼電器控制電路所無法比擬的。 （二 ） 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高 PLC 控制系統(tǒng)中 大量的開關(guān)動作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的 ， 而且 PLC在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，使產(chǎn)品具有極高的可靠性和抗干擾能力。 (1) 硬件的可靠性 PLC 是 為在 工業(yè)環(huán)境惡劣 的 條件下應(yīng)用而設(shè)計的，一個設(shè)計良好的 PLC 能置于有很強(qiáng)的電噪聲、電磁干擾、機(jī)械振動、極端溫度和濕度很大的環(huán)境中。 在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固 、 簡化安裝，使它易于抗振動沖擊，對印制電路板的設(shè)計、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨(dú)特的方式。例如，在輸入 /輸出電路中都采用了光電隔離措施，做到電浮空，既方便接地， 又 提高了抗干擾性能； 8 各個 I/O 端口除采用了常規(guī)模擬器濾波以外，還加上了數(shù)字濾波；內(nèi)部采用了電磁屏蔽措施，防止輻射干擾；采用了較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾信號；采用了較合理的電路程序，一旦某模塊出現(xiàn)故障，進(jìn)行在線插拔、調(diào)試時不會影響各機(jī)的正常運(yùn)行。 (2) 編程簡單，使用方便 用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言編程，難于掌握，要求使用者具有一定水平的計算機(jī)硬件和軟件知識。 PLC 采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。例如，目前 大 多數(shù) PLC 均采用的梯形圖語言編程方式，既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感，又顧及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及應(yīng)用微機(jī)的水平 ，很容易被電氣技術(shù)人員所接受 。 （三 ） PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試周期短 由于