可編程控制器在電梯控制方面的應(yīng)用如何？

隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，一座座高樓拔地而起，在這些高層建筑里都有大量的人流和物流需要電梯來(lái)運(yùn)送，因此電梯在現(xiàn)代社會(huì)成為最普通的運(yùn)輸工具。在高層建筑里，電梯的存在顯示出極為重要的地位，隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，電梯的使用越來(lái)越廣泛，已成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的一個(gè)標(biāo)志。電梯是人員和物流的主要運(yùn)輸工具，現(xiàn)代人們對(duì)生活品質(zhì)的追求越來(lái)越高，人們對(duì)電梯的整體美感、安全性、舒適平穩(wěn)性提出了更高的要求。隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了可編程控制器PLC，由于它具有編程靈活性高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性好、功能完善、適用性強(qiáng)、體積小、重量輕、能耗低等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用到電梯的控制系統(tǒng)當(dāng)中，可滿足當(dāng)今人們對(duì)電梯提出的高要求。

可編程控制系統(tǒng)(Programmable Logic Controller)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。

可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動(dòng)控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還具有了數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡(luò)等功能。由于它可通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，而且具有體積小、組裝維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化的進(jìn)程。

電梯是高層建筑不可缺少的運(yùn)輸工具，用于垂直運(yùn)送乘客和貨物，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器--接觸器進(jìn)行控制，其缺點(diǎn)是觸點(diǎn)多，故障率高、可靠性差、維修工作量大等，而采用 PLC組成的控制系統(tǒng)可以很好地解決上述問(wèn)題，使電梯運(yùn)行更加安全、方便、舒適。目前在電梯行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。在層數(shù)和控制功能較少的場(chǎng)合，采用PLC控制較為有利。

1、可編程控制器(PLC)

可編程邏輯控制器是一種小型可操作邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、定時(shí)等程序，通過(guò)數(shù)字或模擬量輸入、輸出控制各種預(yù)期要實(shí)現(xiàn)的過(guò)程或結(jié)果的裝置?？删幊炭刂破?PLC)是繼電器和計(jì)算機(jī)控制的結(jié)合體，是有效地把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，目前廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)控和控制的自動(dòng)化過(guò)程中，也可以用于各種大型控制復(fù)雜的機(jī)電一體化設(shè)備中，包括自動(dòng)扶梯、電梯、機(jī)床、民用設(shè)施以及環(huán)境保護(hù)設(shè)施等。

2、PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

PLC控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，減少了數(shù)學(xué)運(yùn)算部分，加強(qiáng)了直接控制需要的邏輯運(yùn)算功能和定時(shí)等功能，并將輸入輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化，與各控制器組合在一塊，應(yīng)用于各種現(xiàn)代化設(shè)備的控制中。

(2)可靠性高，穩(wěn)定性好，具有很強(qiáng)的抗干擾能力并具有多重保護(hù)功能，一旦發(fā)生故障能迅速使電梯停止。

(3)編程簡(jiǎn)單，使用方便，可操作性強(qiáng)。PLC采用梯形圖的方式進(jìn)行編程，易于電梯操作技術(shù)人員所接受。此外還可以進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)在編程軟件中顯示電路的運(yùn)行情況可以方便地找出實(shí)際中出現(xiàn)的故障，具有寫入和打印等功能。

(4)維修維護(hù)方便。PLC具有完善的監(jiān)視診斷功能，其工作狀態(tài)和通訊I/O 狀態(tài)、異常狀態(tài)等都有明顯的顯示。目前PLC采用智能型I/O模塊后，可以診斷和檢測(cè)機(jī)器故障，大大提高了設(shè)備的維修效率。

(5)采用模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展容易，改造靈活。

3、PLC控制電梯的優(yōu)越性

(1)在電梯控制系統(tǒng)中采用PLC控制，用軟件控制電梯的運(yùn)行，使電梯運(yùn)行的安全性大大提高。

(2)去掉了大量的繼電器，提高了控制系統(tǒng)的空間利用率，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的接線。

(3)PLC可用于復(fù)雜電梯系統(tǒng)的控制，簡(jiǎn)便地增加和改變系統(tǒng)的控制功能。

(4)PLC可以進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警顯示，提高了電梯的安全性，同時(shí)也便于檢修并提高了電梯的運(yùn)行效率。

(5)當(dāng)改變控制功能時(shí)只需要改變控制程序就可以，不需要改變硬件線路的接線。

4、PLC應(yīng)用于電梯的實(shí)況模擬

PLC的結(jié)構(gòu)和微機(jī)控制基本相同，用戶可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制要求，將編制的程序指令固化在ROM 存儲(chǔ)器中?？蛇M(jìn)行周期性的循環(huán)掃描，由PLC的輸出端傳送至執(zhí)行元件來(lái)完成整個(gè)過(guò)程的掃描，電梯的PLC輸入指令信號(hào)包括轎內(nèi)選層、層站召呼、各類安全開關(guān)、平層位置信號(hào)等，其輸出執(zhí)行元件包括曳引機(jī)、轎廂照明、通訊設(shè)施、轎門門系統(tǒng)等。電梯使用PLC進(jìn)行控制，使電梯具備完善的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)診斷、自動(dòng)保護(hù)功能，確保電梯投入運(yùn)行的安全性大大提高。而且電梯是按照理想的運(yùn)行曲線運(yùn)行，通過(guò)矢量控制軟件對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，使電梯運(yùn)行平穩(wěn)、舒適、安全可靠。電梯控制系統(tǒng)I/O分配圖如圖1所示。

圖1　電梯控制系統(tǒng)I/O分配圖

5、電梯技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)電梯行業(yè)快速發(fā)展，其電梯產(chǎn)品在技術(shù)、性能、質(zhì)量上和國(guó)外電梯發(fā)展基本一致，與進(jìn)口電梯相比具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。從國(guó)際情況來(lái)看，當(dāng)電梯保有量趨于飽和后，綠色環(huán)保電梯、智能化、信息化和高速電梯將成為電梯行業(yè)發(fā)展的新方向。

5.1　超高速電梯

電梯今后會(huì)向多用途、全功能、超高速方面發(fā)展。對(duì)于超高速電梯而言，其將會(huì)繼續(xù)采用超大容量變頻電動(dòng)機(jī)、高性能控制器、減振措施、新型滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、超高速電動(dòng)機(jī)、通訊救援設(shè)施和噪聲消除系統(tǒng)等，使得未來(lái)超高速電梯的舒適感、平穩(wěn)性、安全性有顯著的提高。

5.2　藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)是一種全球開放的、短距無(wú)線通訊技術(shù)規(guī)范，它可通過(guò)短距離無(wú)線通訊，將電梯的各種電子設(shè)備連接起來(lái)，無(wú)需縱橫交錯(cuò)的電纜線，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線組網(wǎng)。該技術(shù)如果應(yīng)用于電梯中可以大大減少電梯的安裝周期，提高電梯的安裝精度和控制精度，更好地解決電梯安裝中的布線問(wèn)題。

5.3　綠色電梯

2008年奧運(yùn)會(huì)和2010年世博會(huì)的成功舉辦，促進(jìn)了電梯向環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展，節(jié)能環(huán)保也是近年來(lái)電梯發(fā)展的一個(gè)大的方向。有專業(yè)人士說(shuō)過(guò)“誰(shuí)最先推出綠色產(chǎn)品并搶占市場(chǎng)，誰(shuí)就掌握市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)”，今后新的電梯產(chǎn)品推出都要向環(huán)保節(jié)能這方面靠攏，因此也加大了國(guó)內(nèi)外行業(yè)人士對(duì)這方面技術(shù)的深入研究，綠色電梯要求電梯節(jié)能環(huán)保、油污染小、噪聲低、壽命長(zhǎng)，以及采用綠色材料等。

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，PLC(即可編程控制器)在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)得到十分廣泛地應(yīng)用。PLC是一種基于數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)用戶指令，通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時(shí)、記數(shù)、運(yùn)算等確定的功能，來(lái)控制各種類型的機(jī)電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。本文介紹了利用可編程控制器編寫的一個(gè)五層電梯的控制系統(tǒng)，檢驗(yàn)電梯PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。實(shí)踐證明，PLC可遍程控制器和MCGS組態(tài)軟件結(jié)合有利于PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、檢測(cè)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來(lái)的一種垂直運(yùn)輸工具。多層廠房和多層倉(cāng)庫(kù)需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯，自動(dòng)扶梯等。在現(xiàn)代社會(huì)，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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每天乘電梯的人次多于乘載其它交通工具的人數(shù)。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。追溯電梯這種升降設(shè)備的歷史，據(jù)說(shuō)它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時(shí)有個(gè)叫阿基米德的人設(shè)計(jì)出--人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷?yè)P(yáng)機(jī)。

1858年以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的客梯，在美國(guó)出現(xiàn)，繼而有在英國(guó)出現(xiàn)水壓梯。1889年美國(guó)的奧梯斯電梯公司首先使用電動(dòng)機(jī)作為電梯動(dòng)力，這才出現(xiàn)名副其實(shí)的電梯，并使電梯趨于實(shí)用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺(tái)自動(dòng)扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯，首批4～6臺(tái)群控電梯在紐約的聯(lián)合國(guó)大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計(jì)算機(jī)(真空管)控制電梯。1962年美國(guó)出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進(jìn)工業(yè)國(guó)只成了無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體邏輯控制電梯。1967年可控硅應(yīng)用于電梯，使電梯的拖動(dòng)系統(tǒng)筒化，性能提高。1971年集成電路被應(yīng)用于電梯。第二年又出現(xiàn)了數(shù)控電梯。1976年微處理機(jī)開始用于電梯，使電梯的電氣控制進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。

交流電梯，牽引電動(dòng)機(jī)是交流異步電動(dòng)機(jī)的有以下四類：

⑴ 交流單速電梯：牽引電機(jī)為交流單速異步電動(dòng)機(jī)，梯速V≤0.4M/S。例如用于雜物梯等。

⑵ 交流雙速電梯：牽引電機(jī)為電梯專用的變極對(duì)數(shù)的交流異步電動(dòng)機(jī)，梯速V≤1M/S，提升高度h≤50M。

⑶ 交流調(diào)速電梯：牽引電梯為電梯專用的單速或多速交流異步電機(jī)，而電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在電梯的起動(dòng)加速-穩(wěn)速-制動(dòng)減速(或僅是制動(dòng)減速)的過(guò)程中采用調(diào)壓調(diào)速或渦流制動(dòng)器調(diào)速或變頻變壓調(diào)速的方式，梯速V≤2M/S，提升高度h≤50M。

⑷ 交流高速電梯：牽引電機(jī)為電梯專用的低轉(zhuǎn)速的交流異步電動(dòng)機(jī)。其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為變頻變壓加矢量的VVVF系統(tǒng)。其梯速V﹥2M/S，一般提升高度h≤120M。

直流電梯，牽引電動(dòng)機(jī)是電梯專用直流電動(dòng)機(jī)有以下兩類：

⑴ 直流快速電梯：牽引電動(dòng)機(jī)給減速箱后驅(qū)動(dòng)電梯，梯速V≤2.0M/S。現(xiàn)在由直流發(fā)電機(jī)供電給直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)直流快速電梯已被淘汰，今后若有直流快速電梯的話。將由晶閘管供電的直流快速電梯。一般提升高度h≤50M。

⑵ 直流高速電梯：牽引電動(dòng)機(jī)為電梯專用的低轉(zhuǎn)速直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)獲得供電的方式是支流發(fā)電機(jī)組供電的，或是晶閘管供電的兩種形式，其梯速V>2.0M/S，一般的提升高度h≤120 m。

液壓電梯，電梯的升降是依靠液壓傳動(dòng)的有以下兩類：

⑴ 柱塞直頂式：液壓缸柱塞直接支撐在轎廂底部。通過(guò)柱塞的升降而使轎廂升降的液壓提。梯速V≤1M/S，一般提升高度h≤20M。

⑵ 柱塞側(cè)頂式：(俗稱”背包式”)油缸柱塞設(shè)置于轎廂兩側(cè)，通過(guò)柱塞升降使轎廂升降的液壓梯，梯速V≤0.63。一般提升高度h≤15M。

20世紀(jì)90年代，調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯開始占領(lǐng)市場(chǎng)。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯(簡(jiǎn)稱VVVF電梯)的調(diào)速方法是調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組供電電壓的幅值及頻率。在VVVF電梯的傳動(dòng)系統(tǒng)中，大量采用了微機(jī)控制技術(shù)及脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，脈沖寬度調(diào)制器(簡(jiǎn)稱PWM控制器)保證了由逆變器輸送至三相異步電機(jī)定子電壓波形為等效正弦波形。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯傳動(dòng)系統(tǒng)中還廣泛的采用了矢量變換技術(shù)。使交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制類似直流電機(jī)。VVVF電梯由于其體積小。重量輕，運(yùn)行效率高，又節(jié)約能源，幾乎包括了以往所用的電梯的優(yōu)點(diǎn)，再加上極為完善的調(diào)速性能，因此它的應(yīng)用幾乎完全可以和直流電梯相媲美。大家都知道交流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，維修簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。單雙速交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制，線路簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用。但它的缺點(diǎn)是舒適感較差，所以一般被用于載貨電梯上。這種系統(tǒng)控制的電梯速度在1米/秒以下。

交流電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)國(guó)外已大量應(yīng)用于電梯。這種系統(tǒng)采用可控硅閉環(huán)調(diào)速，加上能耗或渦流等制動(dòng)方式，使得它所控制的電梯能在中低速范圍內(nèi)大量取代直流快速和交流雙速電梯。它的舒適感好，平層準(zhǔn)確度高，而造價(jià)卻比直流電梯低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，多用于2米/秒以下的電梯。

直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好，調(diào)速范圍大的特點(diǎn)，因此很早就應(yīng)用于電梯，采用發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組形式驅(qū)動(dòng)。它控制的電梯速度達(dá)4米/秒，但是，機(jī)組結(jié)構(gòu)體積大，耗電大，維護(hù)工作量較大，造價(jià)高，因此常用于對(duì)對(duì)速度，舒適感要求較高的建筑物中。

可控硅直接供電拖動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)上早有應(yīng)用，但用于電梯上卻要解決舒適感問(wèn)題。(尤其是低速段)應(yīng)此應(yīng)用較晚，它幾乎與微機(jī)同時(shí)應(yīng)用，比起電動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組形式的直流電梯，它有很多優(yōu)點(diǎn)。如:機(jī)房占地節(jié)省35%，重量減輕40%，節(jié)能25%到35%。世界上最高速度的10米/秒電梯就是采用這種系統(tǒng)，其調(diào)速比達(dá)1:1200。

80年代初，VVVF變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問(wèn)世。它采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，卻可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的水平，目前控制速度已達(dá)6米/秒。它的體積小，重量輕，效率高，節(jié)省能源等幾乎包括了以往電梯的所有優(yōu)點(diǎn)。是目前最新的電梯拖動(dòng)系統(tǒng)。

總之，從理論上講，電梯是垂直運(yùn)動(dòng)的運(yùn)輸工具，無(wú)需旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)拖動(dòng)，更新的電梯拖動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際上就是直線電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)。