【正文】 電梯控制系統(tǒng)由于運行可靠、容易實現(xiàn)、使用維修方便、抗干擾性強等優(yōu)點，正日益成為電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制系統(tǒng)方式 [1]。憑借其卓越的可靠性、抗干擾性和可編程性，目前已被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程的自動控制中。基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 3 2 電梯 概述 電梯的發(fā)展電梯發(fā)展的歷史，可以追溯到公元前 236 年的古希臘。這種卷筒式卷揚機被認為是現(xiàn)代電梯的鼻祖。1852 年，德國制造出人類歷史上最早的用電動機拖動提升繩索來使轎廂上下運行的電梯，但結(jié)構(gòu)簡單、無導(dǎo)軌、無安全裝置，僅供貨物運送。1858 年美國研制出以蒸汽為動力，并通過帶傳動和蝸輪減速裝置驅(qū)動的電梯。后來又出現(xiàn)了采用液壓泵和控制閥的電梯，并采用至今。當(dāng)時的電動機是直流電機，使用時具有控制困難、平層不準確等問題，為了消除這些缺點，人們采用發(fā)電機—電動機組的直流變壓方式，從而實現(xiàn)了電梯的高速化。到了 20 世紀 50 年代，電梯廣泛采用了電子技術(shù)，設(shè)計制造出了群控電梯，提高了電梯自動化程度。電梯發(fā)展到了 90 年代，隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，電梯控制系統(tǒng)由并行信號傳輸向以串行傳輸為主的方式過渡。上海和天津等地也先后建立了幾家電梯修配廠，從事電梯的安裝與維修業(yè)務(wù)。我國從 20 世紀 50 年達開始生產(chǎn)電梯，用我國生產(chǎn)的電梯產(chǎn)品先后裝備了人民基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 4 大會堂、北京飯店等政府機關(guān)和國家賓館。隨著我國對外開放，80 年代開始引進技術(shù)，我國的電梯工業(yè)得到飛速發(fā)展。 電梯的應(yīng)用電梯應(yīng)用范圍很廣，一般安裝在高層樓內(nèi)較多，特別是大城市的居民住宅、政府機關(guān)、商場、飯店、醫(yī)院、倉庫、機場、礦井、船舶、車站、電廠、工地等地方。飛機場的地下車庫，使用運機梯垂直將飛機提升到機場跑道上；礦井下使用礦井梯供井內(nèi)運送人員和貨物；船舶上使用電梯運送人員和貨物；工地使用施工電梯來運送建筑施工人員和材料；汽車場裝運汽車的電梯；消防用電梯是在發(fā)生火警時，用來運送消防人員、消防器材及乘客；還有防爆、耐熱、防腐蝕等特殊用途電梯及自動扶梯、自動人行道等都是現(xiàn)代建筑中必備的交通設(shè)備。① 更加智能：電梯智能群控技術(shù)不斷出現(xiàn)，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。隨著智能建筑的發(fā)展，電梯的智能群控系統(tǒng)將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)。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。未來超高基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 5 速電梯舒適感會有明顯提高。④ 更加綠色環(huán)保：世界資源與能源問題的不斷突出，要求電梯在環(huán)保方面做出改變。 電梯的分類按用途分：① 乘客電梯（TK）：為運送乘客而設(shè)計的電梯；② 住宅電梯（TZ）：為運送居民而設(shè)計的電梯；③ 載貨電梯（TH）：為運送通常有人伴隨的貨物而設(shè)計的電梯；④ 客貨電梯（TL）：主要為運送乘客、同時也可運送貨物而設(shè)計的電梯；⑤ 病床電梯（TB）：為運送病床、病人及醫(yī)療設(shè)備而設(shè)計的電梯；⑥ 雜物電梯（TW）：服務(wù)于規(guī)定樓層站的固定式而設(shè)計的提升裝置；⑦ 觀光電梯（TG）：為乘客觀光而設(shè)計的電梯；⑧ 船用電梯（TC）：為船舶上使用而設(shè)計的電梯；⑨ 車用電梯（TQ）：為運送車輛而設(shè)計的電梯；⑩ 建筑施工電梯：為建筑施工與維修而設(shè)計的電梯。按速度分：① 低速電梯；② 快速電梯；③ 高速電梯；④ 超高速電梯；⑤ 特高速電梯。此外，除了以上三種分類方式外，還可以按控制方式分、按有無司機分、按動力電源分、按機房位置分、按傳動結(jié)構(gòu)形式分等，這里就不作敘述。機械部分由曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、轎廂、門系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、機械安全保護系統(tǒng)等組成。 1減速箱； 2曳引輪； 3曳引機底座； 4導(dǎo)向輪；5限速器；　　 6機座；7導(dǎo)軌支架； 8曳引鋼絲繩； 9開關(guān)碰鐵；　 10緊急開關(guān)； 11導(dǎo)靴；　 12轎架； 13轎門；　　 14安全鉗；15導(dǎo)軌； 　　 16繩頭組合；17對重，　　 18補償鏈；19補償鏈導(dǎo)輪； 20張緊裝置； 21緩沖器；　 22底坑；23層門；　　　 24呼梯盒； 25層樓指示燈； 26隨行電纜 27轎壁；　　　 28轎內(nèi)操縱箱； 29開門機； 　 30井道傳感器；基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 7 31電源開關(guān)； 32控制柜； 33曳引電機；　 34制動器。曳引電機是驅(qū)動電梯轎廂和對重裝置作上、下運動的裝置，可分為無齒輪曳引機和有齒輪曳引機兩種。有齒輪曳引機廣泛用于運行速度 smv/2?的各種貨梯、客梯、雜物電梯上。在電梯的曳引機上一般裝有電磁式直流制動器。轎廂轎廂的功能是運送乘客或貨物，是電梯的工作部分，主要由轎廂架和轎廂體組成。電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)的功能是提高動力，實現(xiàn)電梯的速度控制，主要由曳引電動機、基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 8 供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、電動機調(diào)速裝置等構(gòu)成。電力控制系統(tǒng)電力控制系統(tǒng)的功能是對電梯的運行實行操縱和控制，主要由操縱裝置、位置顯示裝置、控制柜、平層裝置、選層裝置等組成?；?PLC 的電梯控制器設(shè)計 9 3 總體設(shè)計 設(shè)計要求 標準功能基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)必須具備以下標準功能：（1）開關(guān)門：到達指定樓層平層后自動開門，并有一定的開門保持時間，以保證所有乘客進出轎廂后再自動關(guān)門，門有格擋時重復(fù)開門，直到門關(guān)閉為止。為保證電梯安全運行，必須設(shè)置門鎖裝置，只有關(guān)門后且有門鎖信號時電梯才能升降；（2）層選控制：登記外部召喚與內(nèi)指令信號，根據(jù)轎廂所處位置，生成層選信號，判定轎廂運行方向，電梯運行時如有順路廳外呼叫，則順路停車載客并繼續(xù)運行，對于反向呼叫電梯予以登記，并在響應(yīng)完所有正向呼叫后響應(yīng)反向呼叫信號；（3）電機起停與速度控制：在關(guān)門后且有門聯(lián)鎖信號時，由 PLC 發(fā)出起停信號，控制電機的起停，根據(jù)已知的速度曲線，發(fā)出加速或減速信號，控制電機在起動后加速和平層時減速，為保證速度控制精度須設(shè)置速度反饋；（4）平層控制：保證電梯在到達指定樓層平層區(qū)時減速爬行，將轎廂停在選定的樓層上；（5）顯示功能：在轎廂內(nèi)外利用信號燈顯示電梯運行方向、樓層位置及選定呼叫，在電梯響應(yīng)完登記的外部呼叫后消除所登記的外部呼叫，在電梯響應(yīng)完登記的內(nèi)指令后自動消除所有已登記的內(nèi)指令信號；（6）稱重功能：過載時報警并持續(xù)開門，空載無人時快速運行；（7）換站停靠 [7]：通常電梯運行時，可能會出現(xiàn)一種情況，即在電梯?？繒r，由于所停層站出現(xiàn)故障或垃圾卡入地坎，電梯開門不到位，而門鎖開關(guān)脫開。而且持續(xù)的過載運行會使開關(guān)門電機有被燒壞的危險?；?PLC 的電梯控制器設(shè)計 10 （8）檢修功能：當(dāng)電梯需要檢修時，由操作人員按下檢修按鈕，電梯自動進行慢速的檢修上行或檢修下行，以檢查電梯性能；（9）消防功能：當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，外部的消防系統(tǒng)起動并向電梯控制系統(tǒng)發(fā)出消防信號，電梯進入消防模式，此時電梯迫降在最近層樓，轎廂內(nèi)指令可用，但禁止外部呼叫，待所有乘客離開轎廂后電梯禁止使用。（10）制動功能：當(dāng)電梯平層停站時，制動系統(tǒng)通過抱閘等形式使電梯固定在一定位置，確保電梯和乘客的安全，并在突然停電時，自動起動制動系統(tǒng)，再次來電時，必須由操作人員停止制動系統(tǒng)后才能電梯再可以再次起動。但是，對于乘客來說，被安全觸板碰一下，雖然不會有什么損傷，但總不是一件舒服的事?？紤]到萬一光電裝置發(fā)射部或接收部被堵住，如果沒有特別對策這臺電梯就永遠不會關(guān)門，嚴重影響服務(wù)效率，因此可以采取以下對策：①只要按下關(guān)門按鈕，即使光電裝置的光線被擋住電梯照樣關(guān)門，因此按住關(guān)門按鈕者定是看到門間無人后才這么做的；②當(dāng)連續(xù)一段時間光線被阻擋，電梯仍然自動關(guān)門，因為一般說來，不可能連續(xù)很長時間內(nèi)都有乘客進出轎廂；（2）停電自動平層操作：如果大樓內(nèi)沒有自備的緊急供電裝置，而遇到突然停電時，可能使正在運行的轎廂卡在層樓之間，使乘客無法出來，因此配備緊急平層裝置有時是必要的。為此，設(shè)置無用呼叫的自動消除是很有意義的，當(dāng)電梯探測到轎廂內(nèi)呼叫信號多于乘客人數(shù)時，就認為其中有無用的呼叫信號，將已登記的轎廂呼叫信號全部消除，有真正需要的可重新登記，從而基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 11 避免電梯空跑；（4）群控功能：有時，一個電梯對于某高層建筑來說是不夠的，會導(dǎo)致乘客等待時間過長，因此需要安裝多部電梯，此時，應(yīng)有群控功能。除了上述功能外，有的電梯還具有自動語音報站、上下班高峰服務(wù)、節(jié)能運行、自動學(xué)習(xí)、貴賓層服務(wù)等功能，這里不作一一介紹。 電機的選擇眾所周知直流電動機雖然調(diào)速性能很好，但構(gòu)造復(fù)雜，使用環(huán)境及容量都受到限制，相比而言，三相交流感應(yīng)異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、便于維護，且目前已有不少交流電機的調(diào)速方法并且獲得了良好的控制效果，故選擇交流電動機為電梯的曳引電機和門電機。 PLC 的選擇由于此次設(shè)計的建筑為 9 層，經(jīng)初步估算輸入與輸出點數(shù)約為 50/40 個，考慮到控制系統(tǒng)的可靠性、經(jīng)濟性要求，選擇西門子 S7200 系列 PLC 作為電梯控制用PLC。 調(diào)速方式的選擇傳統(tǒng)的交流單速與雙速電梯由于其速度不可控且起停不夠平穩(wěn)、平層不夠準確等缺點，已越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代生活，由于變頻器具有恒壓頻比、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，具有調(diào)速方便、節(jié)能、調(diào)速范圍寬、機械特性好、運行舒適可靠的基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 12 優(yōu)點，且可實現(xiàn)閉環(huán)控制，本次設(shè)計選擇變頻器來控制電動機的速度。不能小也不能太大，太大不但造成成本的上升，而且導(dǎo)致控制精度的降低。這里選擇西 門 子 MicroMaster440 型 變 頻 器 ?；?PLC 的電梯控制器設(shè)計 13 4 可編程控制器 概述 可編程控制器的發(fā)展可編程控制器(Programmable Logic Controller)又稱 PLC。這個時期的 PLC 能夠?qū)崿F(xiàn)基本邏輯控制、順序控制、條件步進和時間步進控制等功能 [5]。自 PLC 問世以來，經(jīng)過三十幾年的發(fā)展，在歐美、日本等工業(yè)發(fā)達國家 PLC 已經(jīng)成為工業(yè)控制的標準設(shè)備，其應(yīng)用幾乎覆蓋所有工業(yè)企業(yè)。在 20 世紀 70 年代是初級認識階段，20世紀 80 年代為引進使用階段，20 世紀 90 年代則是迅速普及和發(fā)展階段。目前，PLC 產(chǎn)品平均 35 年就更新?lián)Q代一次。通信和網(wǎng)絡(luò)功能是 PLC 發(fā)展的重要特征，現(xiàn)場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得 PLC 構(gòu)成的過程控制系統(tǒng)比 DCS 的開放性更有優(yōu)勢。 PLC 的主要性能指標輸入/輸出（I/O）點數(shù)：I/O 點數(shù)是 PLC 最重要的技術(shù)指標之一，因為在選用 PLC 時，要根據(jù)控制對象的被檢測信號輸入的個數(shù)和控制量輸出的個數(shù)來確定機型；基于 PLC 的電梯控制器設(shè)計 14 存儲容量：存儲容量決定了 PLC 可以容納用戶程序的長度；掃描速度；掃描速度是 PLC 執(zhí)行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指標，例如，西門子 S7200 系列 PLC 執(zhí)行一條布爾指令所用的時間為 ，這在微型機中屬于較快速度的；編程指令的種類和條數(shù)：一般來說，PLC 的編程指令的種類和條數(shù)越多，說明它的軟件功能越強，即處理能力和控制能力就越強；擴展能力和功能模塊種類：PLC 的擴展能力取決于主機 CPU 的尋址能力和電源容量。主機可實現(xiàn)基本控制功能，一些特殊的專門功能需要配置各種功能模塊來實現(xiàn)。 PLC 的分類按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 可分為整體式和模塊式兩種類型。一般小型 PLC 采用這種結(jié)構(gòu)。一般大、中型 PLC 采用模塊式結(jié)構(gòu)；按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的多少，可分為微型機、小型機、中型機、大型機和超大型機等類型。低檔機具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位、自診斷、監(jiān)控等基本功能，有的還具有模擬量輸入/輸出、數(shù)據(jù)傳送、運算、通信等功能。高檔機除具備上述所有功能外，還有較強的數(shù)據(jù)處理能力、模擬量調(diào)節(jié)、函數(shù)運算、監(jiān)控、智能控制等功能。其通信聯(lián)網(wǎng)的功能，使 PLC 能與上位機構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)全工廠的自動控制。在被控對象的硬件配置確定以后，可以編寫不同的用戶程序，方便快捷地改變工藝流程；編程方法簡單、容易掌握：PLC 最基本的編程語言都是采用源于繼電器控制線路的梯形圖，這種圖形化的語言不需要使用者具備專門的計算機編程知識，極易被一般工程技術(shù)人員理解和掌握。由于 PLC 的故障率很低，使得維護成本大為減低，加之具備軟硬件的監(jiān)控和顯示功能，即使發(fā)生故障，也可很快查明原因并排除；體積小、重量輕、功耗低：PLC 是采用微電子技術(shù)制造的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、堅固、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點；各公司的 PLC 互不兼容：各