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運送，因此電梯在現(xiàn)代社會成為最普通的運輸工具。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)濟和技術(shù)的發(fā)展，電梯的使用越來越廣泛，已成為現(xiàn)代物質(zhì)文明的一個標(biāo)志。電梯是人員和物流的主要運輸工具，現(xiàn)代人們對生活品質(zhì)的追求越來越高，人們對電梯的整體美感、安全性、舒適平穩(wěn)性提出了更高的要求。隨著先進技術(shù)的發(fā)展，市場上出現(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、可靠性好、功能完善、適用性強、體積小、重量輕、能耗低等一系列的優(yōu)點，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)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

可編程控制器是計算機技術(shù)與自動化控制技術(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)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計算機的功能，不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還具有了數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡(luò)等功能。由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，大大推進了機電一體化的進程。

電梯是高層建筑不可缺少的運輸工具，用于垂直運送乘客和貨物，傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)主要采用繼電器--接觸器進行控制，其缺點是觸點多，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題，使電梯運行更加安全、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算、順序控制、計數(shù)、定時等程序，通過數(shù)字或模擬量輸入、輸出控制各種預(yù)期要實現(xiàn)的過程或結(jié)果的裝置?？删幊炭刂破?PLC)是繼電器和計算機控制的結(jié)合體，是有效地把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動化控制裝置，目前廣泛應(yīng)用于各種場合中的檢測、監(jiān)控和控制的自動化過程中，也可以用于各種大型控制復(fù)雜的機電一體化設(shè)備中，包括自動扶梯、電梯、機床、民用設(shè)施以及環(huán)境保護設(shè)施等。

2、PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)點

PLC控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊簡單，減少了數(shù)學(xué)運算部分，加強了直接控制需要的邏輯運算功能和定時等功能，并將輸入輸出信號標(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，具有很強的抗干擾能力并具有多重保護功能，一旦發(fā)生故障能迅速使電梯停止。

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

(4)維修維護方便。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，可以診斷和檢測機器故障，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行，使電梯運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，簡便地增加和改變系統(tǒng)的控制功能。

(4)PLC可以進行故障自動檢測和報警顯示，提高了電梯的安全性，同時也便于檢修并提高了電梯的運行效率。

(5)當(dāng)改變控制功能時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)用于電梯的實況模擬

PLC的結(jié)構(gòu)和微機控制基本相同，用戶可通過編程實現(xiàn)預(yù)期的控制要求，將編制的程序指令固化在ROM 存儲器中?？蛇M行周期性的循環(huán)掃描，由PLC的輸出端傳送至執(zhí)行元件來完成整個過程的掃描，電梯的PLC輸入指令信號包括轎內(nèi)選層、層站召呼、各類安全開關(guān)、平層位置信號等，其輸出執(zhí)行元件包括曳引機、轎廂照明、通訊設(shè)施、轎門門系統(tǒng)等。電梯使用PLC進行控制，使電梯具備完善的自動檢測、自動診斷、自動保護功能，確保電梯投入運行的安全性大大提高。而且電梯是按照理想的運行曲線運行，通過矢量控制軟件對電動機進行精確調(diào)節(jié)，使電梯運行平穩(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

近年來，國內(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)量上和國外電梯發(fā)展基本一致，與進口電梯相比具有明顯的價格優(yōu)勢。從國際情況來看，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

電梯今后會向多用途、全功能、超高速方面發(fā)展。對于超高速電梯而言，其將會繼續(xù)采用超大容量變頻電動機、高性能控制器、減振措施、新型滾輪導(dǎo)靴和安全鉗、超高速電動機、通訊救援設(shè)施和噪聲消除系統(tǒng)等，使得未來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、短距無線通訊技術(shù)規(guī)范，它可通過短距離無線通訊，將電梯的各種電子設(shè)備連接起來，無需縱橫交錯的電纜線，可實現(xiàn)無線組網(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題。

5.3　綠色電梯

2008年奧運會和2010年世博會的成功舉辦，促進了電梯向環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展，節(jié)能環(huán)保也是近年來電梯發(fā)展的一個大的方向。有專業(yè)人士說過“誰最先推出綠色產(chǎn)品并搶占市場，誰就掌握市場競爭主動權(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，因此也加大了國內(nèi)外行業(yè)人士對這方面技術(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，以及采用綠色材料等。

隨著微電子技術(shù)和計算機技術(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)字計算機技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置，它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時、記數(shù)、運算等確定的功能，來控制各種類型的機電一體化設(shè)備和生產(chǎn)過程。本文介紹了利用可編程控制器編寫的一個五層電梯的控制系統(tǒng)，檢驗電梯PLC控制系統(tǒng)的運行情況。實踐證明，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、檢測，具有良好的應(yīng)用價值。

電梯是隨著高層建筑的興建而發(fā)展起來的一種垂直運輸工具。多層廠房和多層倉庫需要有貨梯;高層住宅需要有住宅梯;百貨大樓和賓館需要有客梯，自動扶梯等。在現(xiàn)代社會，電梯已像汽車、輪船一樣，成為人類不可缺少的交通運輸工具。據(jù)統(tǒng)計，美國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)說它起源于公元前236年的古希臘。當(dāng)時有個叫阿基米德的人設(shè)計出--人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機。

1858年以蒸汽機為動力的客梯，在美國出現(xiàn)，繼而有在英國出現(xiàn)水壓梯。1889年美國的奧梯斯電梯公司首先使用電動機作為電梯動力，這才出現(xiàn)名副其實的電梯，并使電梯趨于實用化。1900年還出現(xiàn)了第一臺自動扶梯。1949年出現(xiàn)了群控電梯，首批4～6臺群控電梯在紐約的聯(lián)合國大廈被使用。1955年出現(xiàn)了小型計算機(真空管)控制電梯。1962年美國出現(xiàn)了速度達(dá)8米/秒的超高速電梯。1963年一些先進工業(yè)國只成了無觸點半導(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年微處理機開始用于電梯，使電梯的電氣控制進入了一個新的發(fā)展時期。

交流電梯，牽引電動機是交流異步電動機的有以下四類：

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

⑵ 交流雙速電梯：牽引電機為電梯專用的變極對數(shù)的交流異步電動機，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，而電動機的驅(qū)動控制系統(tǒng)在電梯的起動加速-穩(wěn)速-制動減速(或僅是制動減速)的過程中采用調(diào)壓調(diào)速或渦流制動器調(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：牽引電機為電梯專用的低轉(zhuǎn)速的交流異步電動機。其驅(qū)動控制系統(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，牽引電動機是電梯專用直流電動機有以下兩類：

⑴ 直流快速電梯：牽引電動機給減速箱后驅(qū)動電梯，梯速V≤2.0M/S?，F(xiàn)在由直流發(fā)電機供電給直流電動機的一個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：牽引電動機為電梯專用的低轉(zhuǎn)速直流電動機。電動機獲得供電的方式是支流發(fā)電機組供電的，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。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯(簡稱VVVF電梯)的調(diào)速方法是調(diào)節(jié)電機定子繞組供電電壓的幅值及頻率。在VVVF電梯的傳動系統(tǒng)中，大量采用了微機控制技術(shù)及脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，脈沖寬度調(diào)制器(簡稱PWM控制器)保證了由逆變器輸送至三相異步電機定子電壓波形為等效正弦波形。調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速電梯傳動系統(tǒng)中還廣泛的采用了矢量變換技術(shù)。使交流電機轉(zhuǎn)速的控制類似直流電機。VVVF電梯由于其體積小。重量輕，運行效率高，又節(jié)約能源，幾乎包括了以往所用的電梯的優(yōu)點，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機具有結(jié)構(gòu)緊湊，維修簡單等特點。單雙速交流電動機拖動系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制，線路簡單，價格較低，因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用。但它的缺點是舒適感較差，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。

交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)國外已大量應(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，而造價卻比直流電梯低，結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，多用于2米/秒以下的電梯。

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

可控硅直接供電拖動系統(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題。(尤其是低速段)應(yīng)此應(yīng)用較晚，它幾乎與微機同時應(yīng)用，比起電動機-發(fā)電機組形式的直流電梯，它有很多優(yōu)點。如:機房占地節(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)控制的電梯問世。它采用交流電動機驅(qū)動，卻可以達(dá)到直流電動機的水平，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。是目前最新的電梯拖動系統(tǒng)。

總之，從理論上講，電梯是垂直運動的運輸工具，無需旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來拖動，更新的電梯拖動系統(tǒng)實際上就是直線電機拖動系統(tǒng)。