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1 引言
随着城市建设的不断发展，高层建筑不断增多，电梯作为高层建筑中垂直升降的交通工具已和人们的日常生活密不可分，是机械电气相结合的机电一体化产品。电梯控制系统可分为调速部分和逻辑控制部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分则是电梯安全可靠运行的关键。本设计采用PLC控制变频器调速系统，实现电流、速度、位移三闭环控制，具有一定的代表性和新颖性。
一. 电梯的分类:
1.1 按用途分:
(1)客梯代号K 为运行乘客而设计的电梯,有完善的安全装置.
(2)货梯代号H 为运送货物而设计的电梯,通常有人操作,有必备的安全装置.
(3)客货梯代号L 主要用作运送乘客,但也可运送货物,它与客梯的区别在于轿厢内部装饰结构不同.
(4)病床电梯代号B 为运送病床而设计的电梯,具有轿厢长而窄的特点.
(5)住宅电梯代号Z 供住宅楼使用的电梯,一般采用下集选控制方式,轿厢内部装饰较简单.(6)杂物电梯代号W 供图书馆,办公楼,饭店运送图书,文件,食品等.不容许人员进入电梯,结构简单,无乘人必备的安全装置.
(7)船舶电梯代号C 用于船舶上的电梯,能在船舶摇晃中正常工作.
(8)观光电梯代号G 轿厢壁透明供乘客观光之用.
(9)还有一些专用电梯.(略)
1.2 按速度分:
(1)低速电梯速度不大于1米/秒的电梯.
(2)快速电梯速度大于1米/秒,低于2米/秒的电梯.
(3)高速电梯速度在2米/秒以上的电梯.
1.3 按拖动方式分:
(1)交流电梯曳引电动机是交流电机.当电机是单速时,称为交流单速电梯当电机是双速时,称为交流双速电梯当电机具有调压调速装置时,称为交流调速电梯.当电机具有调压调频调速装置时,称为变频调速电梯.
(2)直流电梯曳引电动机是直流电机分为直流有齿和直流无齿电梯.
(3)液压电梯靠液压传动的电梯,分为柱塞直顶式和柱塞侧置式. 2 电梯控制系统硬件构成
(4)齿轮齿条式电梯(一般为工程电梯). 1.4 按控制方式分:(1)手柄操纵控制电梯由司机操纵轿厢内的手柄开关,实行轿厢运行控制的电梯.(2)按钮控制电梯具有简单的自动控制方式的电梯,具有自动平层功能.(3)信号控制电梯自动控制程度较高的有司机电梯.具有自动平层,自动开门,轿厢命令登记,厅外召唤登记,自动停层,顺向截停和自动换向等功能.(4)集选控制电梯高度自动控制的电梯,可无司机驾驶,除信号控制电梯的功能外,还具有自动掌握停站时间,自动应召服务,自动换向应答反向厅外召唤等功能.(5)下集选控制电梯只有在电梯下行时才能被截停的集选控制电梯.
(6)并联控制电梯几台电梯被联在一起控制.共用厅门外召唤信号的电梯.具有集选功能.
(7)梯群程序控制电梯多台集中排列,共用厅外召唤按钮,按规定程序集中调度和控制的电梯.(8)梯群智能控制电梯由电脑根据客流情况,自动选择最佳运行方式的集群控制电梯. 二.常用术语(1)提升高度指电梯从底层端站至顶层端站楼面之间的总运行高度.(2)层站各楼层中,电梯停靠的地点.每一层楼,电梯最多只有一个
站;但可根据需要在某些层楼不设站.(3)底层端站大楼中最低的停靠站.(4)顶层端站大楼中最高的停靠站.(5)基站轿厢无指令运行中停靠的层站.此层站一般面临街道,出入轿厢的人数最多.合理选择基站可提高使用效率.(6)平层指轿厢接近停靠站时,欲使轿厢地坎与层门地坎达到同一平面的动作.(7)平层区指轿厢停靠站上方和(或)下方的一段有限距离.在此区域内,电梯的平层控制装置动作,使轿厢准确平层.(8)平层准确度指轿厢到站停靠后,其地坎上平面对层门地坎上平面垂直方向的误差值
电梯及PLC控制技术讲座[第2讲]——第二讲电梯的基本结构
电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.一.曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成.二.导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.三.轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.轿厢由轿厢架和轿厢体组成.四.门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口.门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成.五.重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常.系统主要由对重和重量补偿装置组成.六.电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制.电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成.七.电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制.电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成.八.安全保护系统保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生.
由限速器,安全钳,缓冲器,端站保护装置组成.
电梯的型号识别:
电梯的型号识别:
电梯及PLC控制技术讲座[第3讲]——第三讲电力拖动
第三讲电力拖动
电梯的拖动控制系统经历了从简单到复杂的过程.到目前为止应用于电梯的拖动系统主要有: 1.单,双速交流电动机拖动系统. 2.交流电动机定子调压调速拖动系统.
3.直流发电机-电动机可控硅励磁拖动系统.
4.可控硅直接供电拖动系统.
5.VVVF变频变压调速拖动系统.
下面分别介绍各系统的特点:
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.
电梯及PLC控制技术讲座[第4讲]——第四讲电梯控制技术
从这一讲开始,我们将涉及到实际电梯的控制技术,先给一个PLC控制的双速交流电动机拖动系统的强电电路图.
电梯及PLC控制技术讲座[第4讲]——第四讲电梯控制技术
从这一讲开始,我们将涉及到实际电梯的控制技术,先给一个PLC控制的双速交流电动机拖动系统的强电电路图.
电梯及PLC控制技术讲座[第6讲]——第六讲KJX-plc电梯控制梯形图程序
电梯及PLC控制技术讲座[第10讲]——电梯控制原理图中的符号解释
刊误：接到输入端X407的接点JMS应为MSJ(门延时继电器接点）。符号解释：JTJ - 安全回路的急停继电器
YXK - 运行选择开关
JX - 集选（自动）
SJ - 司机（手动）
ZSA - 直驶按钮
KMA - 开门按钮
GMA - 关门按钮
KMX - 开门限位
GMX - 关门限位
OLK - 或联开关
MXK - 慢修（检修）开关
NMS - 轿厢内慢上按钮
NMX - 轿厢内慢下按钮
DMS - 轿厢顶慢上按钮
DMX - 轿厢顶慢下按钮
SPX - 上平层限位
XPX - 下平层限位
XFK - 消防开关
MSJ - 门时间继电器
SXK - 上限位开关
XXK - 下限位开关
KMX - 开门限位
GMX - 关门限位
KMC - 开门接触器
GMC - 关门接触器
电梯控制系统硬件由轿厢操纵盘、厅门信号、PLC、变频器调速系统构成，控制系统结构图如图1所示。图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由PLC完成的。PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停信号，同时变频器也将本身的工作状态输送给PLC，形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接的旋转编码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。此外系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于再生发电状态，向变频器回馈电能，抑制直流电压升高。
本设计电梯为四层办公楼用的交流电梯，经过分析可知系统输入信号为26个，包括保护、工作状态选择、开/关门控制、位置检测、呼梯、速度控制等。输出信号21个，包括开/关门、上行、下行、控制变频器信号、报警器、指示灯等。根据以上情况选择三菱FX2－64MR PLC。
变频器选用安川616G5 CIMR-G5A 4022通用变频器，技术特性为:可直接控制交流异步电动机的电流，使电动机保持较高的输出转矩;适用于各种应用场合，在低速下实现平稳起动并且极其精确的运行;它的自动调整功能可使各种电动机达到高性能的控制;它将U/f控制、矢量控制、闭环U/f控制、闭环矢量控制四种控制方式熔为一体，其中闭环矢量控制最适合电梯控制要求。
旋转编码器与主电动机同轴连接，通过PG卡(又名编码器连接板)对电动机测速和反馈电梯的位置。选用OMRON公司的1024脉动增量式光电脉冲旋转编码器。旋转编码器与电动机同轴连接，产生A、B两相脉冲。当A相脉冲超前于B相脉冲90度时，认为电动机处于正转状态;当A相脉冲滞后于B相脉冲90度时，认为电动机处于反转状态。根据A、B 相脉冲的相序，可判断电动机的转向。根据A、B脉冲的频率(或周期)可测得电动机的转速。若以A、B相脉冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡，PG卡再将此反馈信号送给变频器，以便进行运算调节。
3 电梯的工作过程
电梯一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。PLC 接收来自操作面板和呼梯盒的召唤信号、轿厢和门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算后实现电梯的集选控制，PLC在输出显示和监控信号的同时向变
频器发出运行方向、启动、加速、减速、运行和制动停梯信号。
曳引电动机正转(或反转)控制及高速控制信号有效时，电动机开始从0Hz到50Hz开始起动，起动时间在3S左右，然后维持50Hz的速度一直运行，完成起动及运行段的工作。当换速信号到来后，PLC撤消高速信号，同时输出爬行信号，此时爬行的输出频率为6Hz。从50Hz到6Hz的减速过程在3S之内完成，当达到6Hz速度时电梯停止减速，并以此速度爬行。当平层信号到来后，PLC撤消爬行信号，同时发出停梯信号，此时电动机从6Hz减速到0Hz，电梯停梯。正常情况下，在整个起动、运行、减速爬行段内，变频器的零速输出点一直是闭合的，减至0HZ之后，零速输出点断开，通过PLC抱闸及自动开门，电梯运行曲线如图2所示。
图2中运行曲线可通过变频器进行设置，也可通过配置运行曲线输入板。本系统采用变频器进行参数设置:令C1-01=3s,设置加速起动时间为3s;令C1-02=3s,设置减速时间为3s;令D1-02=50Hz,设置快车运行速度;D1-03=6Hz，设置爬行速度。
4 电梯运行中位置信号的检测
作为一种载人工具，在位势负载下，除要求安全可靠还必须运行平稳、乘坐舒适、停靠准确。采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求。在不增加硬件电路的基础上，利用现有的旋转编码器在构成速度闭环的同时，也可构成位置闭环控制。
脉冲编码器的输出一般为A和A、B和B两对差动信号，可用于位置和速度测量，A 和A、B和B四个方波被引入PG卡，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲，将其引入PLC高速计数端，进行位置控制。
本系统采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号:电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。
电梯运行中位移的计算如下:H＝SI
式中S:脉冲当量I:累计脉冲数H:电梯位移
S=πλD/Pρ
D:曳引轮直径ρ:PG卡的分频比λ:减速器的减速比
P:旋转编码器每转对应的脉冲数
本系统中λ=1/32D=580mm
Ned=1450r/min P=1024 ρ=1/18
代入S=πλD/Pρ得S=1.00 mm/脉冲
设楼层的高度为4m，则各楼层平层点的脉冲数为:1楼为0;2楼为4000;3楼为8000;4楼为12000。
设换速点距楼层为1.6米，则各楼层换速点的脉冲数为:上升:1楼至2楼为2400，2楼至3楼为6400，3楼至4楼为10400;下降:4楼至3楼为9600，3楼至2楼为5600，2楼至1楼为1600。
5 软件设计
系统软件根据运行要求及保护要求共分为14个功能程序块:初始化、外呼、内选、自动开关电梯、平层、层楼计数及显示、超时基驶回基站、上行、下行、换速、开/关门、、报警、相序更正、优先服务等。根据电梯运行的要求，作出其运行流程的工作循环如图3所示。
电梯在有外呼信号或内选信号时，处于服务状态，当在一定的时间内没有服务信号时，电梯自动驶回基站，下面着重介绍程序初始化、换速、楼层计数及平层的程序设计及工作过程。
(1) 程序初始化:
将各楼层平层点对应的脉冲数及换速点对应的脉冲数写入数据寄存器(停电保持)。数据寄存器分配如下:
平层点:0→D200 4000→D201 8000→D202 12000→D203
换速点:2400→D204 6400→D205 10400 →D206
9600→D207 5600→D210 1600 →D211
(2) 换速
用PLC的高速计数器对PG卡的输出脉冲进行计数，当高速计数器的计数值与换速点对应的脉冲数相等时，且目的层有有效的选层信号或呼梯信号，则发出换速信号，电梯转入爬行阶段。程序流程如图4所示。
(3) 楼层计数
当轿厢到达各楼层计数点时，楼层数加1或减1。为防止计数脉冲高电平期间反复计数，采用楼层计数信号上沿触发楼层计数。程序流程如图5所示。
(4) 平层
当高速计数器的计数值与平层点的计数脉冲相等时发出平层信号，电梯平层。平层程序流程如图6所示。
6 结束语
利用PLC控制交流变频调速电梯具有接线简单、编程直观、扩展容易、可靠性高等特点，且电梯运行平稳，舒适感好。可用于老式电梯的技术改造。
电梯及PLC控制技术讲座[第10讲]——电梯控制原理图中的符号解释
刊误：接到输入端X407的接点JMS应为MSJ(门延时继电器接点）。符号解释：JTJ - 安全回路的急停继电器
YXK - 运行选择开关
JX - 集选（自动）
SJ - 司机（手动）
ZSA - 直驶按钮
KMA - 开门按钮
GMA - 关门按钮
KMX - 开门限位
GMX - 关门限位
OLK - 或联开关
MXK - 慢修（检修）开关
NMS - 轿厢内慢上按钮
NMX - 轿厢内慢下按钮
DMS - 轿厢顶慢上按钮
DMX - 轿厢顶慢下按钮
SPX - 上平层限位
XPX - 下平层限位
XFK - 消防开关
MSJ - 门时间继电器
SXK - 上限位开关XXK - 下限位开关KMX - 开门限位
GMX - 关门限位
KMC - 开门接触器GMC - 关门接触器