【正文】 ，中國(guó)電梯的年產(chǎn)量達(dá)到 13． 5 萬(wàn)臺(tái)，與 1980 年相比， 25 年增長(zhǎng)了 59 倍，產(chǎn)量每年平均增長(zhǎng) 17． 8％。如此龐大的市場(chǎng)需求為我國(guó)電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺(tái) ! 我國(guó)電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)管理的引進(jìn)對(duì)國(guó)內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動(dòng)作用。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要的電梯產(chǎn)品，我國(guó)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。自 1985 年我國(guó)參加了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO/TCl78 以來(lái)，先后等同或等效采用了一批國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無(wú)機(jī)房電梯、無(wú)齒輪曳引機(jī)、永磁同步拖動(dòng)技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，國(guó)際上也是剛剛出 現(xiàn)，我國(guó)就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。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(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(dòng)、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(wèn)題。事實(shí)上，在電梯上已經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。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。因此，可以說(shuō)乘坐電梯更安全。掘資料統(tǒng)計(jì)，在美國(guó)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。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。自 1969年針對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制的特點(diǎn)和需要而丌發(fā)的第 一臺(tái) PLC問(wèn)世以來(lái)，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。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)?？删幊绦蚩刂破?PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中是最值得重視的先進(jìn)控制技術(shù)。 PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先 進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 PLC是專門為工業(yè)過(guò)程控制而設(shè)計(jì)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(guò)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(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起 [3]。 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(jì)算機(jī)控制三種。 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)。 然而，人們的追求并沒(méi)有就此停止下來(lái)，仍在不斷地進(jìn)行研究改進(jìn)。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。電梯屬于純粹的工業(yè)產(chǎn)品，其天然性應(yīng)表現(xiàn)為對(duì)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(jì) 4 環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以及電梯本身的人性化。 (1)智能化。傳統(tǒng)的智能控制是一種 技術(shù)的事先安排，說(shuō)到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)際上還算不上智能。智能化要求電梯有自動(dòng)安全檢測(cè)功能，讓電梯自己能夠檢測(cè)到電梯的故障所在，并及時(shí)報(bào)警予以排除 [5]。運(yùn)行安全是電梯的根本和關(guān)鍵。運(yùn)行安全不僅要消除電梯啟動(dòng)時(shí)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(jué)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。有人曾經(jīng)做過(guò)環(huán)境色彩是否對(duì)人有影響的研究。色彩宜人，格調(diào)高雅，制作精良的電梯，乘客自然會(huì)有一種安 全的感覺(jué)，有一種視覺(jué)上的舒適。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動(dòng)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(gè)達(dá)到自身對(duì)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。③舒適感。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(jì)華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)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]。因此，提倡對(duì)電梯進(jìn)行豪華性裝修。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(duì)電梯的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，以節(jié)約資金。 針對(duì)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(lái)控制電梯。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(hào)控制兩大部分。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。 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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。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(dòng)、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(dòng)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]。 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(duì)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(jì)（論文） 7 電梯的種類 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)行的箱體或者沿固定線路運(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”。 現(xiàn)代電梯主要由 曳引機(jī) （絞車）、導(dǎo)軌、 對(duì)重 裝置、安全裝置 (如限速器、安全鉗和 緩沖器 等 )、信號(hào)操縱系統(tǒng)、轎廂與廳門等組成。通常采用鋼絲繩摩擦傳動(dòng)，鋼絲繩繞過(guò)曳引輪，兩端分別連接轎廂和平衡重，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曳引輪使轎廂升降。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]。 (2)按額定速度分 ： 低速梯，常指低于 ；中速梯，常指速度 ～ 。超高速梯，速度超過(guò) 。 (4)按控制方式分 ： 手柄操縱控制電梯、按鈕 控制電梯、信號(hào)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。 電梯的主要參數(shù)及性能指標(biāo) ： （ 1）安全性 電梯時(shí)運(yùn)送乘客的，即使載貨電梯通常也有人相伴隨，因此對(duì)電梯的第一要求就是安全。 （ 2）可靠性 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 電梯的可靠性很重要，如果一部電梯工作起來(lái)經(jīng)常出故障，就會(huì)影響人們正常的生產(chǎn) 與生活，給人們?cè)斐珊艽蟮牟槐悖豢煽恳彩鞘鹿实碾[患，常常是不安全的起因。 （ 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。15 或 ≤177。15 交直流高速電梯 ≥ ≤177。負(fù)載重，則慣性大，提速高慣性也大。 （ 4）振動(dòng)、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。 （ 5）舒適感和快速感 電梯作為一種交通工具，對(duì)于快速性的要求是必不可少的，快速可以節(jié)省時(shí)間，這對(duì)于快節(jié)奏的現(xiàn)代生活中的乘客是很重要的。因此在電梯設(shè)計(jì)時(shí)就要兼顧快速性和舒適感這兩個(gè)互相矛盾的因素。 2）轎廂尺寸（ mm） ：寬深高。 4）轎門形式：有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙拆門、封閉式雙拆中分門等。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 6）開門方向：人在廳外面對(duì)廳門，門向左方向的為左開門，門向右方向開啟的為右開門，兩扇門分別向左右兩邊開啟者為中開門，也稱為中分門。半繞 2： 1 吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲運(yùn)行速度的一半。 8）額定速度（ m/s）：制造和設(shè)計(jì)所規(guī)定的電梯運(yùn)行速度。如交流電機(jī)拖動(dòng)或直流電機(jī)拖動(dòng)，轎內(nèi)按鈕控制或集選控制等。 11）提升高度（ mm）：由底層端站樓面至層頂端站樓面之間的垂直距離。電梯的運(yùn)行速度越快，頂層高度一般越高。電梯的運(yùn)行速度越快，底坑一般越深。 15）井道尺寸（ mm）：寬深 [10]。圖 31 電梯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，主要硬件由轎廂、開門機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成 。圖 41 為電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖， 主要硬件包括 PLC 主機(jī)及擴(kuò)展、機(jī)械系統(tǒng)、轎廂操縱盤、廳外呼梯盤、指層器、門機(jī)、調(diào)速裝置與主拖動(dòng)系統(tǒng)等 [11]。 圖 32 電梯 PLC 控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 電梯的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能： 1)行車方向由內(nèi)選信號(hào)決定 ,順向優(yōu)先執(zhí)行 。 3)內(nèi)選信號(hào)、呼梯信號(hào)具有記憶功能 ,執(zhí)行后解除。 6)延時(shí)自動(dòng)關(guān)門 ,關(guān)門后延時(shí)等待內(nèi)選，自動(dòng)行車 。 電梯曳引方案 曳引電梯是當(dāng)今世界應(yīng)用最為廣泛的梯型，具有安全可靠、提升高度大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn) 【 】 。本設(shè)計(jì)出于降低對(duì)電機(jī)的要求的考慮，采用了 2： 1 的 曳引 方案 [13]。圖中M1， M2 為曳引電機(jī)和門電機(jī)，交流接觸器 KM1~KM4 通過(guò)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來(lái)控制轎廂和廳門，從而進(jìn)行對(duì)電梯的控制。 FU1 為熔斷器，起過(guò)電流保護(hù)作用。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 2）編程直觀、簡(jiǎn)單 考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn)， PLC 沒(méi)有采用微機(jī)控制中常用的匯編語(yǔ)言，而是采用了一種面向控制過(guò)程的梯形圖語(yǔ)言。因此，許多國(guó)家生產(chǎn)的 PLC 都把梯形圖語(yǔ)言作為第一用戶語(yǔ)言，此外，還可采用指令表進(jìn)行編程控制。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可。其適應(yīng)能力非常強(qiáng)，既可控制一臺(tái)機(jī)器，一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)復(fù)雜的群控系統(tǒng)；既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以遠(yuǎn)距離控制。其常用的數(shù)字量輸入輸出接口，就電源而言有 110 V、220 V交流和 5V、 48 V直流等多種，負(fù)載能力可在 ～ 5 A 的范圍內(nèi)變化，模擬量的輸入輸出有 177。10 V和 0～ 10 mA、 4～ 20 mA 等多種規(guī)格，可以很方便地將 PLC 與各種不同的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備順序連接，組成應(yīng)用系統(tǒng)。近年來(lái)， PLC 在處理速度、控制功能、通信能力及控制領(lǐng)域等方面都不斷有新的突破，正向著電氣控制、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制一體化 (EIC)方向發(fā)展， PLC 裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置，是構(gòu)成 FMS、 COMC、 FA 的主控單元 [14]。 (2) 利用穩(wěn)態(tài)磁保開關(guān) :這種方法需對(duì)磁保開關(guān)的不同狀態(tài)進(jìn)行編碼，在各種編碼方式中適合電梯控制的只有格雷變形碼，但它是無(wú)權(quán)代碼，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)需采用 PLC 指令譯碼，比較麻煩，軟件譯碼也使程序變的龐大 [9]。 由以上分析可見，用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)轎廂位置優(yōu)于其他方法 ，故本設(shè)計(jì)采用此法。又因?yàn)殡娞菔请p向運(yùn)行的，所以 PLC 還需具有可逆計(jì)數(shù)器 [15]。各種機(jī)型均可采用相同配置，簡(jiǎn)化設(shè)備采購(gòu)和倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存管理。用戶可根據(jù)不同機(jī)型的流程要求編制程序，程序調(diào)試和修改都非常簡(jiǎn)便，能根據(jù)客戶需求進(jìn)行變化；程序可采用密碼保護(hù)，保護(hù)自己的勞動(dòng)成果。 (3)系統(tǒng)能非常方便地連接到 PC 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或其他系統(tǒng)如樓宇自控系統(tǒng)中，根據(jù)應(yīng)用情況，有時(shí)可無(wú)須增加額外硬件就能實(shí)現(xiàn)；增加適當(dāng)硬件可連接到互聯(lián)網(wǎng)上。 綜上所述，在本次設(shè)計(jì)中選用西門子 PLC 進(jìn)行過(guò)程控制。 S7200CN 針對(duì)低性能要求的小型 PLC，它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng) 化控制需求 ， 緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使 S7200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。它集成 24輸入 /16 輸出，共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)；可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35路模擬量 I/O點(diǎn)；具有 12K 字節(jié)程序和8K 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和 6 個(gè)獨(dú)立的 30KHZ 高速計(jì)數(shù)器，兩路獨(dú)立的 20KHZ 高速脈沖輸出， 1 個(gè) RS485 通訊 /編程口。 輸入輸出分布如下表 。目前，有為電梯控制而設(shè)計(jì)的專用變頻器早已問(wèn)世，其功能較強(qiáng)，使用靈活，但其價(jià)格相對(duì)較郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 貴。這是本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)之一。 變頻器的原理 變頻器是利用電力半導(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。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形 [16]。如圖 42 所示。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機(jī)定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電。如圖 43 所示。本設(shè)計(jì)中拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵在于保證電梯按理想的給定速度曲線運(yùn)行，以改善電梯運(yùn)行的舒適感；另外，由于電梯在建筑物內(nèi)的耗電量占建筑物總用電量的相當(dāng)比例，因此，電梯節(jié)約用電日益受到重視。 VS616G5 型變頻器的特點(diǎn) VS616G5 型 變頻器是安川電機(jī)公司面向世界推出的 21 世紀(jì)通用型變頻器。 VS616G5 變頻器的特點(diǎn)如下 : (1) 包括電流矢量控制在內(nèi)的四種控制方式均實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。 (3) 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、體積小。 郭學(xué)忠：基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 (5) 通過(guò) LCD 操作裝置，可提高操作性能 VS616G5 型變頻器的結(jié)構(gòu)及 參數(shù)設(shè)置 由于采用 PLC 作為邏輯控制部件，故變頻器和 PLC 通訊時(shí)采用開關(guān)量而不用模擬量 。 616G5 變頻器共有 9 組參數(shù)，每一組參數(shù)