【正文】 為了研究的方便，必須首先對(duì)電梯的總體結(jié)構(gòu)有概括認(rèn)識(shí)。 1. 轎廂 4 所屬的主要構(gòu)件：轎頂輪、轎廂架、轎廂底、轎廂門(mén)、自動(dòng)門(mén)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)安全觸板、平層感應(yīng)器、護(hù)腳板、導(dǎo)靴、對(duì)重、電話(huà)、繩頭板。 3. 機(jī)房 所屬的主要構(gòu)件：控制柜、承重梁、導(dǎo)向輪、限速器、選層器、極限開(kāi)關(guān)。 國(guó)外電梯的情況 國(guó)外電梯行業(yè)發(fā)展迅猛，不僅在節(jié)能上做了很大的功夫，現(xiàn)在在智能化，遠(yuǎn)程化，集成化，可視化也已有了先進(jìn)的技術(shù)！例如：（ 1）集垂直運(yùn)輸與水平運(yùn)輸?shù)膹?fù)合運(yùn)輸系統(tǒng)。轎廂在計(jì)算 機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)控制下，可以在軌道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換各自運(yùn)行路線(xiàn)。（ 2）交流永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)的無(wú)機(jī)房電梯無(wú)機(jī)房電梯由于曳引機(jī)和控制柜置于井道中，省去了獨(dú)立機(jī)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(jì)自由度。（ 3）彩色大屏幕液晶樓層顯示器。通過(guò)控制中心的設(shè)置還可以顯示日期、時(shí)間、問(wèn)候語(yǔ)、樓層指南、廣告等，甚至還可以與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)和尋呼系統(tǒng)聯(lián)接發(fā)布天氣預(yù)報(bào)、新聞等。該裝置緩解了陌生乘客在轎廂內(nèi)面對(duì)面對(duì)視時(shí)的尷 尬、無(wú)趣的局面，降低了乘客乘梯時(shí)心理等待焦慮感。該系統(tǒng)是將控制柜中的信號(hào)處理計(jì)算機(jī)獲得的電梯運(yùn)行和故障信息通過(guò)公共電話(huà)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)（都需要使用調(diào)制解調(diào)器）傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的能夠提供可視界面的專(zhuān)業(yè)電梯服務(wù)中心的計(jì)算機(jī)，以便那里的服務(wù)人員掌握電梯運(yùn)行情況，特別是故障情況。這樣縮短了故障處理時(shí)間，簡(jiǎn)化了人工故障檢查的勞動(dòng)，保證了大樓電梯安全高效地運(yùn)行。目前我國(guó)節(jié)能電梯技術(shù)在某些方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，但是節(jié)能電梯的普及率還很低，可節(jié)電 30%以上的無(wú)齒輪電梯普及率不及 10%，可以能源再生的造能電梯普及率不及 2%。節(jié)能電梯從 2021 年開(kāi)始進(jìn)入我國(guó)辦公樓、住 宅樓、酒店等場(chǎng)所，經(jīng)過(guò) 5 年的發(fā)展，全國(guó)的無(wú)齒輪電梯市場(chǎng)從幾千臺(tái)增長(zhǎng)到近 6 萬(wàn)臺(tái)。由于房地產(chǎn)業(yè)、城市公共建設(shè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，預(yù)計(jì)未來(lái) 10 年，我國(guó)的電梯市場(chǎng)仍將保持每年 20%的遞增速度，年平均銷(xiāo)售額至少500 億美元。專(zhuān)家估計(jì)未來(lái) 50 年我國(guó)新增住房面積將達(dá)到 200 億平方米。此外，機(jī)場(chǎng)、商場(chǎng)、地鐵等大型公共設(shè)施建設(shè)對(duì)自動(dòng)扶梯、觀(guān)光電梯等電梯的需求量也十分可 觀(guān)。東部地區(qū)城市化經(jīng)過(guò) 20 年的發(fā)展，有些發(fā)達(dá)地區(qū)城市化水平已達(dá)到 80%，基本飽和，甚至出現(xiàn)了逆城市化的趨勢(shì)。電梯更新進(jìn)入高峰期。根據(jù)我國(guó)電梯選購(gòu)的實(shí)際情況，采用日本系列產(chǎn)品或技術(shù)的比例大約有 60%以上，國(guó)內(nèi)在 1990 年前安裝的日系電梯已經(jīng)全部到了更新期。按電梯使用壽命及 15 年前電梯安裝數(shù)量看，預(yù)計(jì)2021 年將有 15000 至 20210 臺(tái)電梯需要更新 。據(jù)了解，目前我國(guó)星級(jí)酒店每平方米平均年耗電量為 150千瓦時(shí)，一座 3 萬(wàn) ~5 萬(wàn)平方米的星級(jí)酒店，其年總能耗大約相當(dāng)于 3000 至 4000 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中將近一半用于電梯供電。如果 2021 年全部采用節(jié)能電梯，將節(jié)電 800 億千瓦時(shí)，幾乎等于三峽大壩一年的發(fā)電量。這些群控系統(tǒng)能適應(yīng)電梯交通的不確定性、控制目標(biāo)的多樣化、非線(xiàn)性表現(xiàn)等動(dòng)態(tài)特性。 2. 超高速電梯速度越來(lái)越高 21 世紀(jì)將會(huì)發(fā)展多 用途、全功能的塔式建筑，超高速電梯繼續(xù)成為研究方向。采用直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯也有較大研究空間。 世界速度最快且運(yùn)行距離最長(zhǎng)的電梯：迪拜 塔 電梯，速度最高達(dá)每秒 米。 中國(guó)速度最快且運(yùn)行距離最長(zhǎng)的電梯： 臺(tái)北 101 大樓 ，速度最高達(dá)每秒 米。這種技術(shù)將減少電梯的安裝周期和費(fèi)用，提高電梯的可靠性和控制精度，更好地解決電氣設(shè)備 的兼容性，有利于把電梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。 2 PLC 的介紹 隨著社會(huì)的不斷迅速發(fā)展，電梯的應(yīng)用越來(lái)越廣泛也越來(lái)越必要。 可編程控制器（ PLC） 可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合 了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶(hù)的青睞。 可編程控制器（ PLC）的發(fā)展階段 雖然 PLC 問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段： 1. 早期的 PLC（ 60 年代末 — 70 年代中期） 7 早期的 PLC 一般稱(chēng)為可編程邏輯控制器。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便 于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。 2. 中期的 PLC（ 70 年代中期 — 80 年代中、后期） 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。這樣，使 PLC 得功能大大增強(qiáng)。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種 特殊功能模塊。 3. 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類(lèi)型的 PLC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化 。目前，有的 PLC 的掃描速度可達(dá) 。 2. 向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 當(dāng)前中小型 PLC 比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后 PLC 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展。 3. PLC 大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 為滿(mǎn)足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來(lái)不斷 開(kāi)發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。 4. 增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在 PLC 控制系統(tǒng)的故障中， CPU 占 5%， I/O 接口占 15%，輸入設(shè)備占 45%，輸出設(shè)備占 30%，線(xiàn)路占 5%。因此， PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家都致力于研制、發(fā)展用 于檢測(cè)外部故障的專(zhuān)用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語(yǔ)言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語(yǔ)言、面向過(guò)程控制的流程圖語(yǔ)言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語(yǔ)言（ BASIC、 C 語(yǔ)言等）等。 可編程控制器（ PLC）的工作原理 當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶(hù)程序中眾多的操作需要執(zhí)行。由于 CPU 的運(yùn)算處理速度較快，使得外部出現(xiàn)的結(jié)果從宏觀(guān)上來(lái)看幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，這種分時(shí)操作的過(guò)程叫做 CPU 對(duì)程序的掃描。每掃描完一次程序，就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。 循序掃描的工作方式簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，并為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了可靠的保障。 1. PLC 的基本工作如下： （ 1）輸入現(xiàn)場(chǎng)信息：在系統(tǒng)軟件的控制下，順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)； （ 2）執(zhí)行程序：順次掃描用戶(hù)程序中的各條指令，根據(jù)輸入狀態(tài)和指令內(nèi)容進(jìn)行邏輯運(yùn)算； （ 3）輸出控制信號(hào)：根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，輸出狀態(tài)寄存器向各輸出點(diǎn)并行發(fā)出相應(yīng)的 控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)所要求的邏輯控制功能。每執(zhí)行一遍所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周 期。 9 初 始 化 處 理輸 入 信 號(hào) 處 理程 序 處 理 ： 順 序輸 入 信 號(hào) 處 理 ： 掃 描輸 出 結(jié) 果 送 入 輸 出 鎖存 電 路 進(jìn) 行 輸 入啟 動(dòng) 圖 可編程控制器工作過(guò)程圖 2. 自診斷程序 每次掃描開(kāi)始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對(duì)各輸入輸出點(diǎn)、存儲(chǔ)器和 CPU 等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測(cè)試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說(shuō)明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。診斷結(jié)束后，如無(wú)故障， PLC 繼續(xù)掃描，檢查是否有編程器等的通信請(qǐng)求。處理完通信后， PLC 繼續(xù)往下掃描，輸入現(xiàn)場(chǎng)信息，順序執(zhí)行用戶(hù)程序，輸出控制信號(hào)，完成一個(gè)掃描周期。 PLC 就這樣不斷反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的連續(xù)控制，直到接收到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。 1. 編程語(yǔ)言常用的有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ) 言、控制系統(tǒng)流程圖及某些高級(jí)語(yǔ)言等。 2. 用戶(hù)程序存貯容量：用戶(hù)程序存貯器用以存貯通過(guò)編程輸入的用戶(hù)程序，其存貯量通常是以字為單位來(lái)計(jì)算。中小型的 PLC 存貯容量一般在 8K 以下，大型的 PLC 存貯量有的已達(dá)到 256K 及2M,在編程時(shí)每一條指令所占的存貯容量是 1 個(gè)字、 2 個(gè)字等。也有的 PLC，用戶(hù)程序的存貯容 量是用編程的步數(shù)來(lái)表示，每編一條語(yǔ)句為一步。對(duì)于開(kāi)關(guān)量 I/O，其I/O 總數(shù)用最大 I/O 點(diǎn)數(shù)表示；對(duì)于模擬量 I/O，其中 I/O 總數(shù)用最大 I/O 通道路數(shù)表示。例如 10ms/K 表示掃描 1K 字的用戶(hù)程序所需的時(shí)間為 l0ms。 6. 內(nèi)部繼電器種類(lèi)和點(diǎn)數(shù)包括輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器 (無(wú)斷電記憶和帶斷電記憶的 )、計(jì)時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、移位寄存器、特殊繼電器等 。 7. 工作環(huán)境一般都能在下列環(huán)境條件下工作：溫度 055 攝氏度，濕度小于85%(無(wú)結(jié)露 )。 9. 除以上基本功能指標(biāo)以外，對(duì)于不同的 PLC，還可能列出其它一些指標(biāo)，如輸入輸出方式、一些主要硬件 (如 CPU、存貯器 )的型號(hào)以及 PLC 的環(huán)境適應(yīng)性能等。 （ 2）繼電接觸控制系統(tǒng)體積大； PLC 控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)緊湊，體積小。 （ 4）繼電接觸控制全為機(jī)械式觸點(diǎn)，動(dòng)作慢； PLC 內(nèi)部全為“軟接點(diǎn)”，動(dòng)作快。 （ 6） PLC 控制的自檢和監(jiān)控功能比繼電接觸控制系統(tǒng)強(qiáng)。 （ 8） PLC 可靠性比繼電接觸控制的高。 11 （ 2） PLC 編程直觀(guān)、簡(jiǎn)單。 （ 3） PLC 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。 （ 5） PLC 采用掃 描方式進(jìn)行工作，加上其他原因，所以 PLC 輸入輸出響應(yīng)比計(jì)算機(jī)慢。 3. PLC 控制電梯的優(yōu)點(diǎn) （ 1）在電梯控制中采用了 PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的自動(dòng)控制可靠性大大提高。 （ 3） PLC 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 （ 5）用于群呼調(diào)配和管理并提高電梯運(yùn)行效率。 4. 可編程 序控制器（ PLC）的應(yīng)用 可編程控制器作為工業(yè)自動(dòng)化的核心設(shè)備其應(yīng)用極為廣泛，可以說(shuō)只要工廠(chǎng)有控制要求，就會(huì)有 PLC 的應(yīng)用。 （ 2）系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無(wú)需較高的技術(shù)和特殊的工具儀器。 （ 4）多年來(lái)我國(guó)一直生產(chǎn)這類(lèi)電梯，技術(shù)成熟，己形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員 較多。 （ 2）普通控制電器及硬件接線(xiàn)方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。 （ 4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動(dòng)作噪音大。 電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來(lái)不便和驚擾。 12 目前典型的 PLC 應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： （ 1）順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域， PLC 取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如裝配生產(chǎn)線(xiàn)、數(shù)控機(jī)床及電梯控制等?？删幊炭刂破饔?A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，這樣可編程控制器可以采用模擬控制用于過(guò)程控制。用 PLC 可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。 （ 4）通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái) PLC 連接起來(lái)使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái) PLC 組成集選控制系統(tǒng)和總線(xiàn)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 3. 1 所示： 轎 廂 操 縱 盤(pán)廳 內(nèi) 信 號(hào)P L C變 頻 器旋 轉(zhuǎn) 編 碼 器拽 引 發(fā) 動(dòng) 機(jī)電 源 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖中變頻器只完成調(diào)速功能，而邏輯控制部分是由 PLC 完成的。系統(tǒng)還配置了與電動(dòng)機(jī)同軸連接旋轉(zhuǎn)編碼器及 PG卡，完成速度檢測(cè)及反饋，形成速度閉環(huán)和位置閉環(huán)。 可編程序控制器（ PLC）的選擇 13 電梯 PLC 控制系統(tǒng)不再 使用繼電器控制系統(tǒng)中模擬轎廂運(yùn)動(dòng)的機(jī)械選層器。 可編程控制器（ PLC）的選型 根據(jù)以上選擇的轎廂樓層位置檢測(cè)法，要求可編程控制器必須具有高速計(jì)數(shù)器，綜合考慮后，系統(tǒng)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 系統(tǒng) PLC。 2. FX2N 指令功能豐富，有各種指令 107 條，且指令執(zhí)行速度快，它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá) 每條指令，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了很多大型可編程序控制器。 4. FX2N 的編程可用編程器，也可以在 PC 機(jī)上使用三菱公司的專(zhuān)用編程軟件包MELSE MEDOC 來(lái)進(jìn)行。尤其是可用 PC 機(jī)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。 可編程控制器（ PLC）控制系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā) 電梯 PLC 的控制系統(tǒng)和其他類(lèi)型的電梯控制系統(tǒng)一樣主要由信號(hào)控制系統(tǒng)和拖動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。 系統(tǒng)控制核心為 PLC 主機(jī)、操縱盤(pán)、呼梯盤(pán)、井道及安全保護(hù)信號(hào)通過(guò) PLC 輸