可编程控制器在电梯控制方面的应用如何？

随着现代化城市的快速发展，一座座高楼拔地而起，在这些高层建筑里都有大量的人流和物流需要电梯来运送，因此电梯在现代社会成为最普通的运输工具。在高层建筑里，电梯的存在显示出极为重要的地位，随着经济和技术的发展，电梯的使用越来越广泛，已成为现代物质文明的一个标志。电梯是人员和物流的主要运输工具，现代人们对生活品质的追求越来越高，人们对电梯的整体美感、安全性、舒适平稳性提出了更高的要求。随着先进技术的发展，市场上出现了可编程控制器PLC，由于它具有编程灵活性高、抗干扰能力强、可靠性好、功能完善、适用性强、体积小、重量轻、能耗低等一系列的优点，因此应用到电梯的控制系统当中，可满足当今人们对电梯提出的高要求。

可编程控制系统(Programmable Logic Controller)是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

电梯是高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，传统的电梯控制系统主要采用继电器--接触器进行控制，其缺点是触点多，故障率高、可靠性差、维修工作量大等，而采用 PLC组成的控制系统可以很好地解决上述问题，使电梯运行更加安全、方便、舒适。目前在电梯行业已得到广泛应用。在层数和控制功能较少的场合，采用PLC控制较为有利。

1、可编程控制器(PLC)

可编程逻辑控制器是一种小型可操作逻辑运算、顺序控制、计数、定时等程序，通过数字或模拟量输入、输出控制各种预期要实现的过程或结果的装置。可编程控制器(PLC)是继电器和计算机控制的结合体，是有效地把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动化控制装置，目前广泛应用于各种场合中的检测、监控和控制的自动化过程中，也可以用于各种大型控制复杂的机电一体化设备中，包括自动扶梯、电梯、机床、民用设施以及环境保护设施等。

2、PLC控制系统的优点

PLC控制系统具有以下优点：

(1)结构紧凑简单，减少了数学运算部分，加强了直接控制需要的逻辑运算功能和定时等功能，并将输入输出信号标准化，与各控制器组合在一块，应用于各种现代化设备的控制中。

(2)可靠性高，稳定性好，具有很强的抗干扰能力并具有多重保护功能，一旦发生故障能迅速使电梯停止。

(3)编程简单，使用方便，可操作性强。PLC采用梯形图的方式进行编程，易于电梯操作技术人员所接受。此外还可以进行监控，通过在编程软件中显示电路的运行情况可以方便地找出实际中出现的故障，具有写入和打印等功能。

(4)维修维护方便。PLC具有完善的监视诊断功能，其工作状态和通讯I/O 状态、异常状态等都有明显的显示。目前PLC采用智能型I/O模块后，可以诊断和检测机器故障，大大提高了设备的维修效率。

(5)采用模块化结构，扩展容易，改造灵活。

3、PLC控制电梯的优越性

(1)在电梯控制系统中采用PLC控制，用软件控制电梯的运行，使电梯运行的安全性大大提高。

(2)去掉了大量的继电器，提高了控制系统的空间利用率，简化了系统的接线。

(3)PLC可用于复杂电梯系统的控制，简便地增加和改变系统的控制功能。

(4)PLC可以进行故障自动检测和报警显示，提高了电梯的安全性，同时也便于检修并提高了电梯的运行效率。

(5)当改变控制功能时只需要改变控制程序就可以，不需要改变硬件线路的接线。

4、PLC应用于电梯的实况模拟

PLC的结构和微机控制基本相同，用户可通过编程实现预期的控制要求，将编制的程序指令固化在ROM 存储器中。可进行周期性的循环扫描，由PLC的输出端传送至执行元件来完成整个过程的扫描，电梯的PLC输入指令信号包括轿内选层、层站召呼、各类安全开关、平层位置信号等，其输出执行元件包括曳引机、轿厢照明、通讯设施、轿门门系统等。电梯使用PLC进行控制，使电梯具备完善的自动检测、自动诊断、自动保护功能，确保电梯投入运行的安全性大大提高。而且电梯是按照理想的运行曲线运行，通过矢量控制软件对电动机进行精确调节，使电梯运行平稳、舒适、安全可靠。电梯控制系统I/O分配图如图1所示。

图1　电梯控制系统I/O分配图

5、电梯技术的发展趋势

近年来，国内电梯行业快速发展，其电梯产品在技术、性能、质量上和国外电梯发展基本一致，与进口电梯相比具有明显的价格优势。从国际情况来看，当电梯保有量趋于饱和后，绿色环保电梯、智能化、信息化和高速电梯将成为电梯行业发展的新方向。

5.1　超高速电梯

电梯今后会向多用途、全功能、超高速方面发展。对于超高速电梯而言，其将会继续采用超大容量变频电动机、高性能控制器、减振措施、新型滚轮导靴和安全钳、超高速电动机、通讯救援设施和噪声消除系统等，使得未来超高速电梯的舒适感、平稳性、安全性有显著的提高。

5.2　蓝牙技术

蓝牙技术是一种全球开放的、短距无线通讯技术规范，它可通过短距离无线通讯，将电梯的各种电子设备连接起来，无需纵横交错的电缆线，可实现无线组网。该技术如果应用于电梯中可以大大减少电梯的安装周期，提高电梯的安装精度和控制精度，更好地解决电梯安装中的布线问题。

5.3　绿色电梯

2008年奥运会和2010年世博会的成功举办，促进了电梯向环保节能方向发展，节能环保也是近年来电梯发展的一个大的方向。有专业人士说过“谁最先推出绿色产品并抢占市场，谁就掌握市场竞争主动权”，今后新的电梯产品推出都要向环保节能这方面靠拢，因此也加大了国内外行业人士对这方面技术的深入研究，绿色电梯要求电梯节能环保、油污染小、噪声低、寿命长，以及采用绿色材料等。

随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC(即可编程控制器)在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。本文介绍了利用可编程控制器编写的一个五层电梯的控制系统，检验电梯PLC控制系统的运行情况。实践证明，PLC可遍程控制器和MCGS组态软件结合有利于PLC控制系统的设计、检测，具有良好的应用价值。

电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯，自动扶梯等。在现代社会，电梯已像汽车、轮船一样，成为人类不可缺少的交通运输工具。据统计，美国每天乘电梯的人次多于乘载其它交通工具的人数。当今世界，电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一。追溯电梯这种升降设备的历史，据说它起源于公元前236年的古希腊。当时有个叫阿基米德的人设计出--人力驱动的卷筒式卷扬机。

1858年以蒸汽机为动力的客梯，在美国出现，继而有在英国出现水压梯。1889年美国的奥梯斯电梯公司首先使用电动机作为电梯动力，这才出现名副其实的电梯，并使电梯趋于实用化。1900年还出现了第一台自动扶梯。1949年出现了群控电梯，首批4～6台群控电梯在纽约的联合国大厦被使用。1955年出现了小型计算机(真空管)控制电梯。1962年美国出现了速度达8米/秒的超高速电梯。1963年一些先进工业国只成了无触点半导体逻辑控制电梯。1967年可控硅应用于电梯，使电梯的拖动系统筒化，性能提高。1971年集成电路被应用于电梯。第二年又出现了数控电梯。1976年微处理机开始用于电梯，使电梯的电气控制进入了一个新的发展时期。

交流电梯，牵引电动机是交流异步电动机的有以下四类：

⑴ 交流单速电梯：牵引电机为交流单速异步电动机，梯速V≤0.4M/S。例如用于杂物梯等。

⑵ 交流双速电梯：牵引电机为电梯专用的变极对数的交流异步电动机，梯速V≤1M/S，提升高度h≤50M。

⑶ 交流调速电梯：牵引电梯为电梯专用的单速或多速交流异步电机，而电动机的驱动控制系统在电梯的起动加速-稳速-制动减速(或仅是制动减速)的过程中采用调压调速或涡流制动器调速或变频变压调速的方式，梯速V≤2M/S，提升高度h≤50M。

⑷ 交流高速电梯：牵引电机为电梯专用的低转速的交流异步电动机。其驱动控制系统为变频变压加矢量的VVVF系统。其梯速V﹥2M/S，一般提升高度h≤120M。

直流电梯，牵引电动机是电梯专用直流电动机有以下两类：

⑴ 直流快速电梯：牵引电动机给减速箱后驱动电梯，梯速V≤2.0M/S。现在由直流发电机供电给直流电动机的一个直流快速电梯已被淘汰，今后若有直流快速电梯的话。将由晶闸管供电的直流快速电梯。一般提升高度h≤50M。

⑵ 直流高速电梯：牵引电动机为电梯专用的低转速直流电动机。电动机获得供电的方式是支流发电机组供电的，或是晶闸管供电的两种形式，其梯速V>2.0M/S，一般的提升高度h≤120 m。

液压电梯，电梯的升降是依靠液压传动的有以下两类：

⑴ 柱塞直顶式：液压缸柱塞直接支撑在轿厢底部。通过柱塞的升降而使轿厢升降的液压提。梯速V≤1M/S，一般提升高度h≤20M。

⑵ 柱塞侧顶式：(俗称”背包式”)油缸柱塞设置于轿厢两侧，通过柱塞升降使轿厢升降的液压梯，梯速V≤0.63。一般提升高度h≤15M。

20世纪90年代，调压调频调速电梯开始占领市场。调压调频调速电梯(简称VVVF电梯)的调速方法是调节电机定子绕组供电电压的幅值及频率。在VVVF电梯的传动系统中，大量采用了微机控制技术及脉冲宽度调制技术，脉冲宽度调制器(简称PWM控制器)保证了由逆变器输送至三相异步电机定子电压波形为等效正弦波形。调压调频调速电梯传动系统中还广泛的采用了矢量变换技术。使交流电机转速的控制类似直流电机。VVVF电梯由于其体积小。重量轻，运行效率高，又节约能源，几乎包括了以往所用的电梯的优点，再加上极为完善的调速性能，因此它的应用几乎完全可以和直流电梯相媲美。大家都知道交流电动机具有结构紧凑，维修简单等特点。单双速交流电动机拖动系统采用开环方式控制，线路简单，价格较低，因此目前仍在电梯上广泛应用。但它的缺点是舒适感较差，所以一般被用于载货电梯上。这种系统控制的电梯速度在1米/秒以下。

交流电动机定子调压调速拖动系统国外已大量应用于电梯。这种系统采用可控硅闭环调速，加上能耗或涡流等制动方式，使得它所控制的电梯能在中低速范围内大量取代直流快速和交流双速电梯。它的舒适感好，平层准确度高，而造价却比直流电梯低，结构简单，易于维护，多用于2米/秒以下的电梯。

直流电动机具有调速性能好，调速范围大的特点，因此很早就应用于电梯，采用发电机-电动机组形式驱动。它控制的电梯速度达4米/秒，但是，机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，造价高，因此常用于对对速度，舒适感要求较高的建筑物中。

可控硅直接供电拖动系统在工业上早有应用，但用于电梯上却要解决舒适感问题。(尤其是低速段)应此应用较晚，它几乎与微机同时应用，比起电动机-发电机组形式的直流电梯，它有很多优点。如:机房占地节省35%，重量减轻40%，节能25%到35%。世界上最高速度的10米/秒电梯就是采用这种系统，其调速比达1:1200。

80年代初，VVVF变频变压系统控制的电梯问世。它采用交流电动机驱动，却可以达到直流电动机的水平，目前控制速度已达6米/秒。它的体积小，重量轻，效率高，节省能源等几乎包括了以往电梯的所有优点。是目前最新的电梯拖动系统。

总之，从理论上讲，电梯是垂直运动的运输工具，无需旋转机构来拖动，更新的电梯拖动系统实际上就是直线电机拖动系统。