電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析及其假設(shè)

張欽鵬

【摘 要】電梯的控制系統(tǒng)是電梯運(yùn)行安全的主要保障，也是電梯技術(shù)發(fā)展的必要條件，加強(qiáng)對(duì)電梯控制系統(tǒng)的研究可以最大程度的保證電梯控制系統(tǒng)的先進(jìn)性、科學(xué)性、最終達(dá)到安全運(yùn)行的目的?；诖?，本文就電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究。

【關(guān)鍵詞】電梯；自動(dòng)化；系統(tǒng)

一、電梯技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

電梯的控制系統(tǒng)及其設(shè)備在隨著社會(huì)的快速發(fā)展而不斷改進(jìn)，以前的電梯控制系統(tǒng)大部分采用繼電器邏輯控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在，微機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)全面取代繼電器邏輯控制系統(tǒng)實(shí)施閉環(huán)控制，進(jìn)一步提高了電梯的性能和可靠性，并減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，它是電梯控制技術(shù)的發(fā)展方向，目前使用較多的微機(jī)控制系統(tǒng)主要有以下幾類：PLC控制、單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。近幾年，PLC控制的各類電梯，己經(jīng)大批量地投向市場(chǎng)，由于PLC的可靠性、維修方便而受到廣大用戶的歡迎。

電梯的拖動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)也在不斷地發(fā)展。在20世紀(jì)前半期，電梯的電力拖動(dòng)尤其是高層建筑物中的電梯速度調(diào)節(jié)，幾乎都是采用直流調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。進(jìn)入80年代，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是微處理器的廣泛應(yīng)用，電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)歷了一場(chǎng)革命。用于電梯控制系統(tǒng)的多功能微處理器，在諸如遙控和故障診斷、人工智能、智能化轎內(nèi)操作箱及大樓管理系統(tǒng)的聯(lián)接等方面，起到了不可替代的作用。由于固體功率器件的不斷發(fā)展和完善，以及微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，電梯技術(shù)有了新的變化，出現(xiàn)了變壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)（VVVF）。日本三菱電梯首先將變壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)引入到電梯控制系統(tǒng)當(dāng)中。交流變頻技術(shù)被認(rèn)為是電梯行業(yè)的當(dāng)代技術(shù)，用交流變頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，已成為高速電梯的

主流。

二、電梯的結(jié)構(gòu)組成

（一）拽引系統(tǒng)

電梯拽引系統(tǒng)的功能是輸出動(dòng)力和傳遞動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)電梯運(yùn)行。主要由拽引機(jī)，拽引鋼絲繩，導(dǎo)向輪和反繩輪組成。拽引機(jī)為電梯的運(yùn)行提供動(dòng)力，由電動(dòng)機(jī)，拽引輪，連軸器，減速箱，和電磁制動(dòng)器組成。拽引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對(duì)重，依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅(qū)動(dòng)轎廂的升降。導(dǎo)向輪的作用是分開轎廂和對(duì)重的間距，采用復(fù)繞型還可以增加拽引力。

（二）導(dǎo)向系統(tǒng)

導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌，導(dǎo)靴和導(dǎo)軌架組成。它的作用是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使得轎廂和對(duì)重只能沿著導(dǎo)軌做升降運(yùn)動(dòng)。

（三）門系統(tǒng)

門系統(tǒng)由轎廂門，層門，開門機(jī)，連動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇，門導(dǎo)軌架等組成，層門設(shè)在層站入口處。開門機(jī)設(shè)在轎廂上，是轎廂和層門的動(dòng)力源。

（四）轎廂

轎廂是運(yùn)送乘客或者貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機(jī)構(gòu)，由橫梁，立柱，底梁，和斜拉桿等組成。轎廂體由廂底，轎廂壁，轎廂頂以及照明通風(fēng)裝置，轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)來決定。

（五）重量平衡系統(tǒng)

重量平衡系統(tǒng)由對(duì)重和重量補(bǔ)償裝置組成。對(duì)重由對(duì)重架和對(duì)重塊組成。對(duì)重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補(bǔ)償裝置是補(bǔ)償高層電梯中轎廂與對(duì)重側(cè)拽引鋼絲繩長(zhǎng)度變化對(duì)電梯的平衡設(shè)計(jì)影響的裝置。

（六）電力拖動(dòng)系統(tǒng)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)由拽引電動(dòng)機(jī)，供電系統(tǒng)，速度反饋裝置，調(diào)速裝置等組成，它的作用是對(duì)電梯進(jìn)行速度控制。拽引電動(dòng)機(jī)是電梯的動(dòng)力源，根據(jù)電梯的配置可采用交流電動(dòng)機(jī)或者直流電動(dòng)機(jī)。供電系統(tǒng)是為電動(dòng)機(jī)提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運(yùn)行速度信號(hào)，一般采用測(cè)速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器與電動(dòng)機(jī)相連。調(diào)速裝置對(duì)拽引電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度控制。

（七）電氣控制系統(tǒng)

電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置，操縱裝置，平層裝置，和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運(yùn)行邏輯功能要求，控制電梯的運(yùn)行，設(shè)置在機(jī)房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運(yùn)行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號(hào)，使電梯轎廂準(zhǔn)確平層的控制裝置。所謂平層，是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r(shí)，欲使轎廂地坎與廳門地坎達(dá)到同一平面的動(dòng)作。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(yùn)行方向。

（八）安全保護(hù)系統(tǒng)

安全保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械的和電氣的各種保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全地使用。機(jī)械方面的有：限速器和安全鉗能起到超速保護(hù)作用，緩沖器能起到?jīng)_頂和撞底的保護(hù)作用，還有切斷總電源的極限保護(hù)裝置等措施。電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)梯形圖中都有所體現(xiàn)。

三、電梯運(yùn)行原理

在電梯的設(shè)計(jì)中最底層和最高層均會(huì)有信號(hào)傳遞按鈕，在中間樓層內(nèi)均由兩個(gè)信號(hào)傳遞按鈕，這四個(gè)按鈕在電梯正常運(yùn)行時(shí)是有明確分工的，最高層的信號(hào)傳遞按鈕在接到信號(hào)時(shí)將信號(hào)向下傳遞，而當(dāng)電梯在最底層時(shí)若高層或者中間層有信號(hào)輸入時(shí)，那么底層的信號(hào)按鈕把信號(hào)向上傳遞，而當(dāng)電梯位于中間樓層時(shí)，有信號(hào)輸入后，兩個(gè)信號(hào)傳遞按鈕會(huì)一個(gè)向下傳遞信號(hào)，一個(gè)向上傳遞信號(hào)。當(dāng)乘客進(jìn)入轎廂之后通過內(nèi)選信號(hào)來選擇樓層，在通過指定或者轎廂內(nèi)部的關(guān)閉按鈕將廂門關(guān)閉，在即將達(dá)到目標(biāo)樓層時(shí)減速裝置開始啟動(dòng)，在電梯運(yùn)行過程中接受到正向的呼叫信心時(shí)則會(huì)在相應(yīng)的樓層時(shí)開門等待，若接收到反向的呼叫時(shí)，電梯仍按照目前的運(yùn)行方向繼續(xù)工作直至此項(xiàng)任務(wù)完成之后再去響應(yīng)呼叫指令。

四、電梯控制系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

（一）系統(tǒng)的控制要求

此模擬電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由四層的電梯裝置以及電梯PLC控制系統(tǒng)等組成。其中的模擬電梯高度為40cm，逐層高度為10cm。在控制設(shè)計(jì)方面一般采用隨機(jī)邏輯控制模式，即在對(duì)順序邏輯的控制，從而完成對(duì)電梯進(jìn)行的的基本控制，進(jìn)而根據(jù)隨機(jī)信號(hào)的基本狀態(tài)以及電梯的運(yùn)行狀況，對(duì)電梯的運(yùn)行進(jìn)行控制。在這一過程中，首先，在每層樓上都要設(shè)置接近開關(guān)用于準(zhǔn)確檢測(cè)到轎廂所在的位置。其次，還要便于觀察，要對(duì)電梯正在運(yùn)行的方向和電梯此時(shí)所在的樓層數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示，針對(duì)這點(diǎn)，我們主要采用LED顯示屏以及發(fā)光管進(jìn)行顯示作業(yè)，樓層數(shù)和呼叫信號(hào)的情況主要通過接近開關(guān)的顯示燈進(jìn)行顯示。最后，為了保證模擬電梯的安全運(yùn)行，控制系統(tǒng)要設(shè)置正反兩個(gè)方向運(yùn)行的互鎖功能及故障保護(hù)

功能。

（二）PLC與系統(tǒng)的硬件配置

考慮到以下幾個(gè)方面，在進(jìn)行硬件配置時(shí)，我們主要選用了FXlN型的PLC。與其他型號(hào)的PLC相比，F(xiàn)X1N具有一下優(yōu)勢(shì)：

第一、FX1N的配置比較靈活，除了主機(jī)單元以外，還能夠擴(kuò)展到1/0模塊、A/D模塊、D/A模塊以及其具有它特殊功能的模塊。這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需l/O30點(diǎn)（輸入為14點(diǎn)，輸出為16點(diǎn)）。主機(jī)一般采用小型的基本單元即：FX1N一40MR。

第二、FX1N的指令功能十分豐富，總共擁有27向基本指令，同時(shí)還擁有89條功能指令，并且還擁有非?？斓膱?zhí)行速度。

第三、FX1N型PLC可以使用內(nèi)部的輔助繼電保護(hù)器M，狀態(tài)繼電保護(hù)器S以及定時(shí)器T、寄存器D和計(jì)數(shù)器C等，在功能和數(shù)量大大滿足了電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要。

第四、FX1NPL控制器在編程方面，既可以使用專用編程器，也可在PC機(jī)上選擇三菱公司所有的編程軟件FXGP—WIN—C。編程一般可以用梯形圖語言或指令表進(jìn)行。

（三）軟件設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

1.在進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)時(shí)在同方向運(yùn)行應(yīng)優(yōu)先考慮就近原則，這個(gè)原則在設(shè)計(jì)的過程中依據(jù)的電梯的運(yùn)行方向以及具體的位置，若轎廂的運(yùn)行方向是向上，但是在轎廂目前位置上方有外部呼叫信息，那么呼叫樓層所對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)器此時(shí)的狀態(tài)顯示為開，直到電梯到達(dá)所呼叫的樓層，繼電保護(hù)裝置隨之關(guān)閉，就這樣反復(fù)操作的過程中，繼電器保護(hù)裝置和呼叫開關(guān)相互合作可以完成電梯運(yùn)行的所有操作。

2.隨機(jī)+邏輯控制方式。如果電梯在想某一個(gè)樓層運(yùn)行時(shí)，那么所要達(dá)到的樓層有檢測(cè)系統(tǒng)的開關(guān)，它的作用就是準(zhǔn)確無誤的對(duì)這一樓層實(shí)施判斷，判斷的主要內(nèi)容包括該樓層的之前的呼叫信號(hào)，如果檢測(cè)有呼叫信號(hào)，那么應(yīng)該減速運(yùn)轉(zhuǎn)停止運(yùn)行，如果沒有檢測(cè)到呼叫信號(hào)，那么轎廂將繼續(xù)沿著原先的目標(biāo)樓層運(yùn)行。

3.軟件顯示技術(shù)。通過軟件顯示技術(shù)可以清楚的判斷轎廂的運(yùn)行樓層載重情況，并將這些情況轉(zhuǎn)化成SCD碼然后實(shí)行數(shù)據(jù)輸出，再通過硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)將具體的數(shù)字顯示在LED顯示屏上。如果電梯在運(yùn)行過程中發(fā)生故障，那么可編程控制器能夠?qū)﹄姍C(jī)實(shí)施有效的控制，將所有指令瞬時(shí)終止。

結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電梯逐漸登上了歷史舞臺(tái)甚至直接取代了直流電梯的地位。目前隨著城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，電梯行業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，生活水平的提高加上對(duì)于生命健康的珍惜，人們對(duì)于電梯服務(wù)的要求上也越來越高，這就要求電梯自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員要不斷的開拓創(chuàng)新，確保電梯能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

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