【正文】 動技術、控制技術的快速發(fā)展，電梯已從直流電動機拖動到交 流單速電動機驅動、交流雙速電動機驅動，到交流調(diào)壓調(diào)速(ACVV， Alternating Current Voltage)控制，發(fā)展到交流調(diào)壓調(diào)頻技術 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)控制，其邏輯控制也由 PLC代替原來的繼電器控制，使得電梯運行的可靠性、安全性、舒適感、平層精度、運行速度、節(jié)能降耗、降低噪音等方面得到了極大的發(fā)展。 在研究電梯基本結構的基礎上，闡述了電梯的拖動原理和控制原理，研究并提出了基于可編程控制器 PLC和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，利用安川 VS616G5 型變頻器可編制速度曲線的特點為電梯舒適度的提高，提供了技術支持。采用 PLC 對電梯信號系統(tǒng)進行控制，提高了電梯的控制水平，并改善了電 梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。而對現(xiàn) 代電梯而言，應具有高度的安全性。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。在國外，已“法規(guī)”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業(yè)認可的、法規(guī)認證的專業(yè)安裝隊伍維修單位，承擔安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調(diào)查和科學計算，其 結論是：乘電梯比走樓梯安全 5 倍。目前，由可編程序控制器 (PLC)和微機組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正以很快的速度發(fā)展著。 可編程序控制器，是微機技術與繼電器常規(guī)控制技術相結合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機控制器的基礎上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù) 字控制的專用計算機。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領域的實時控制要求，同時也照顧到現(xiàn)場電氣操作維護人員的技能和習慣，摒棄了微機常用的計算機編程語言的表達方式，獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎的形象編程語言和模塊化的軟件結構，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學，調(diào)試和查錯都很容易。而且用戶程序的編制、修改和調(diào)試不需要具有專門的計算機編程語言知識?？删幊绦蚩刂破?PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是最值得重視的先進控制技術。 PLC的應用深度和廣度已經(jīng)成為一個國家工業(yè)先進水平的重要標志之一。 PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著 PLC應用技術的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結合在一個設備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合 在一起。 電梯的國內(nèi)外發(fā)展狀況 在經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟發(fā)展同樣的速度成長起來。一個國家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟增長速度、城市化水平、人口密度及數(shù)量、國家產(chǎn)業(yè)結構等綜合因素的影響。這從客觀上導致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經(jīng)成為全球最大的電梯市場?？傏厔菔巧仙?，進入了“第三次浪潮”， 2021 年總產(chǎn)量超過了 8 萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。盡管如此，我國的電梯遠未達到飽和的程度。到那時候，全國在用電梯將達到 130 萬臺，每年僅報廢更新就需要 6 萬臺。 2021 年安裝驗收電梯 124465臺 ，截至 05 年底，我國的在用電梯總數(shù)已達 651794 臺。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、日立、東芝、富士達等 13 家大型外商投資公司在國內(nèi)的市場份額達到了 74％。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路 。國產(chǎn)電梯的技術水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在 需圖紙找 251133408 第 3 頁 共 50 頁 穩(wěn)步提高。標準的高起點使我國電梯行業(yè)在技術上居于有利地位。國產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶，為逐步進入國際市場創(chuàng)造了 有利條件。當今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標志之一。 世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士迅達公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的 51％。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使 用液壓電梯。 PLC 在電梯控制中的應用以及發(fā)展前景 目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、 PLC 控制和微型計算機控制三種。 PLC 控制是三種控制方式中最具有可靠性、實用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進行研究改進。電梯是載人的機電設備，要實現(xiàn)“綠色”，也就是強調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務，強調(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，其天然性應表現(xiàn)為對環(huán)境影響的盡可能小，與環(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的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動控制， 需圖紙找 251133408 第 4 頁 共 50 頁 實際上還算不上智能。智能化要求電梯有自動安全檢測功能，讓電梯自己能夠檢測到電梯的故障所在，并及時報警予以排除。運行安全是電梯的根本和關鍵。運行安全不僅要消除電梯啟動時較強的電磁輻射，使用安全材料和運行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內(nèi)有安全、舒適的好 心情。當小孩和老人乘坐時，電梯對他們應給予一種如同家人般的照顧，不但讓老人和孩子感到方便和舒適，而且更讓其家人感到放心。 (3)與環(huán)境的協(xié)調(diào)和平衡，包括以下幾個方面： 錯誤 !未找到引用源。有人曾經(jīng)做過環(huán)境色彩是否對人有影響的研究。國內(nèi)的許多電梯公司對此的重視是遠遠不夠的，甚至不少通過引進國外技術國產(chǎn)化的電梯也顯露出一副土生土長的容貌。 消除電磁輻射。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動化 (OA)、樓宇自動化 (BA)、通訊自動化(CA)的正常運轉。 舒適感。以 CPU 控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優(yōu)化設計而成的理想運行曲線，實現(xiàn)更穩(wěn)定、更舒適的運行。此外，對經(jīng)濟性、能耗、噪聲等級等方面也有相應要求。調(diào)速系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速，在各種負載下都有良好的調(diào)速性能和準確的停車性能，滿足乘客的舒 適感和保證平層精度（即準確停車），并能節(jié)約大量電能。接著確定了系統(tǒng)的總體結構，由 PLC 來實現(xiàn)電梯信號控制，變頻器實現(xiàn)變頻調(diào)速，完成了 PLC和變頻器的選擇。最后，設計了軟件流程圖，完成系統(tǒng)模塊化編程。電梯控制系統(tǒng)主要分為機械和電氣兩大部分，詳細 介紹電梯系統(tǒng)的組成和分類，為下面系統(tǒng)設計做準備。目前使用的電梯絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩曳引式結構，其機械部分由曳引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置組成；而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成。 1. 控制柜 (屏 ) 2. 曳引機 3. 曳引鋼絲繩 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. 導軌 11. 對重 12. 廳門 13. 緩沖器圖 21 電梯的基本結構 (1)曳引系統(tǒng) 電梯曳系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力，驅動電梯運行。曳引機為電梯的運行提供動力，由電動機，曳引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動器組成。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型還可以增加曳引力。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導軌做升降運動。轎廂門設在轎廂入口，由門扇，門導軌架，等組成，層門設在層站入口處。 (4)轎廂 轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。轎廂架是轎廂體的承重機構，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。對重由對重架和對重塊組成。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設計影響的裝置。曳引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或者直流電機。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。調(diào)速 裝置對曳引電機進行速度控制。其中控制裝置根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求，控制電梯的運行，設置在機房中的控制柜上。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準確平層的控制裝置。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用箭頭指示電梯的運行方向。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作用，還有切斷總電源的極限保護裝置。 電梯的種類 根據(jù)建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而設置不同類型的電梯。 載貨電梯 ： 主要為運送貨物而設計，通常有人伴隨的電梯。 雜物電梯 ： 供圖書館、辦公樓、飯 店運送圖書、文件、食品等設計的電梯。 車輛電梯 ： 用作裝運車輛的電梯。 建筑施工電梯 ： 建筑施工與維修用的電梯。 (2)按驅動方式分類 交流電梯 ： 用交流感應電動機作為驅動力的電梯。 直流電梯 ： 用直流電動機作為驅動力的電梯。 液壓電梯 ： 一般利用電動泵驅動液體流動，由柱塞使轎廂升降的電梯。 螺桿式電梯 ： 將直頂式電梯的柱塞加工成矩形螺紋，再將帶有推力軸承的大螺母 安裝于油缸頂，然后通過電機經(jīng)減速機（或皮帶）帶動螺母旋轉，從而使螺桿頂升轎廂上升或下降的電梯。 電梯問世初期，曾用蒸汽機、內(nèi)燃機作為動力直接驅動電梯，現(xiàn)已基本絕跡。 需圖紙找 251133408 第 9 頁 共 50 頁 低速梯 ： 常指低于 。 高速梯 ： 常指速度大于 。 隨著電梯技術的不斷發(fā)展，電梯速度越來越高，區(qū)別高、中、低速電梯的速度限值也在相應地提高。 無司機電梯 ： 乘客進入電梯轎廂，按下操縱盤上所需要去的層樓按鈕，電梯自動運行到達目的層樓，這類電梯一般具有集選功能。 (5)按操縱控制方式分類 手柄開關操縱 ： 電梯司機在轎廂內(nèi)控制操縱盤手柄開關，實現(xiàn)電梯的起動、上升、下降、平層、停止的運行狀態(tài)。 信號控制電梯 ： 這是一種自動控制程度較高的有司機電梯。 集選控制電梯 ： 是一種在信號控制基礎上發(fā)展起來的全自動控制的電梯，與信號控制的主要區(qū)別在于能實現(xiàn)無司機操縱。 群控電梯 ： 是用微機控制和統(tǒng)一調(diào)度多臺集中并列的電梯。 (6)其它分類方式 按機房位置分類，則有機房在井道頂部的（上機房）電梯、機房在井道底部旁側的（下機房）電梯，以及有機房在井道內(nèi)部的（無機房）電梯。此外，還有雙層轎廂電梯等。 課題開發(fā)是基于 PLC 的電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)，采用變頻器和 PLC 組成的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的總體結構 系統(tǒng)采用集中控制方式，主要包括信號控制系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)兩大部分?？?制系統(tǒng)的核心為可編程控制器 (PLC)，操縱盤、呼梯盒、位置、安全保護及變頻器工作狀態(tài)等信號輸入 PLC，經(jīng) PLC運算處理后由輸出接口分別向顯示電路發(fā)出呼梯、定向等顯示信號，通過變頻器向主拖動電動機發(fā)出控制信號。 可 編 程 控 制 器 變頻器 旋轉編碼器 顯示裝置 安全裝置 廳外呼梯盒 轎廂操縱盤 拖動控制系統(tǒng) M 3~ 信息控制系統(tǒng) 需圖紙找 251133408 第 11 頁 共 50 頁 輸入接口 PLC 輸出接口 分頻信號 運行方式選擇 運行控制信號 樓層顯示 安全保護信號 開關門控制 內(nèi)指令信號 外指令信號 呼梯信號 開關信號 平層信號 運行方向 指示 拖動控制系統(tǒng) 設計思路 (1)信號控制系統(tǒng) 電梯信號控制基本由 PLC 軟件實現(xiàn)。 圖 32 電梯 PLC 信號控制系統(tǒng)框圖 (2)電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 電梯的控制系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能： 錯誤 !未找到引用源。 行車途中如遇呼梯信號時，順向截車 ,反向不截車； 錯誤 !未找到引用源。 內(nèi)選信號、呼梯信號、行車方向、行車樓層位置均由信號燈指示； 錯誤 !未找到引用源。 無內(nèi)選時延時 5s 自動關門，但不能自動行車； 錯誤 !未找到引用源。 長短站減速距離分別設定。但是，進入九十年代，隨著科學技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電氣控制的弱點就越來越明顯。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制所代替。因此， PLC 控制 技術加變頻調(diào)速技術已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜、且觸點容易燒壞磨損，成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬 件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術水平難