第1章 電梯的電氣控制系統(tǒng)

1.1 電梯電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成與發(fā)展

1.1.1 電梯各種控制方式的特點(diǎn)

電梯信號控制系統(tǒng)主要有繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制兩種控制方式。由于計(jì)算機(jī)種類很多，根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成方法及運(yùn)行方式的不同，計(jì)算機(jī)控制又可分為PLC控制與微機(jī)控制兩種方式。這些控制方式反映了電梯技術(shù)的不斷發(fā)展，適用于不同層次的電梯設(shè)計(jì)、保養(yǎng)和維修，它們均具有各自的特點(diǎn)。

1. 繼電器控制

目前我國國產(chǎn)在用電梯仍有部分為繼電器控制方式。

（1）繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。

①所有控制功能及信號處理均由硬件實(shí)現(xiàn)，電路直觀，易于理解和掌握，與一般技術(shù)人員和工人的現(xiàn)有技術(shù)水平相符。

②系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高深的技術(shù)和特殊的工具、儀器。

③大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較低。

④多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯控制系統(tǒng)，技術(shù)成熟。已形成系列化產(chǎn)品，技術(shù)資料和圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。

（2）繼電器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)。

①系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多、電路復(fù)雜。如前面介紹的幾種電梯信號控制系統(tǒng)，少則幾十個，多則上百個繼電器和接觸器，另外還有選層器。這些有觸點(diǎn)的電器，觸點(diǎn)容易被燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障較多。

②用普通控制電器及硬件接線方法難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制功能，使系統(tǒng)控制功能不易增加，技術(shù)水平難以提高。

③電器的電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度較小，機(jī)械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。

④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機(jī)械動作噪聲大。

⑤由于電路復(fù)雜，易出故障，因而維修保養(yǎng)工作量大、費(fèi)用高。而且檢查故障困難，費(fèi)時費(fèi)工。

電梯繼電器控制系統(tǒng)故障率高，這大大降低了電梯的運(yùn)行可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員的生活和工作帶來了不便和驚憂。一旦沖頂蹲底，不但會造成電梯機(jī)械部件的損壞，還可能出現(xiàn)人身損傷事故，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代勢在必行。用計(jì)算機(jī)控制方式取代繼電器控制方式是保證和提高電梯運(yùn)行可靠性和安全性的唯一途徑。

2. 計(jì)算機(jī)控制

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，CPU等芯片的性價比越來越高，功能更強(qiáng)。電梯的微機(jī)控制無論在整機(jī)產(chǎn)品方面，還是在在用電梯的改造方面均已得到越來越廣泛的應(yīng)用。

（1）計(jì)算機(jī)控制電梯主要表現(xiàn)在以下4個方面。

①信號處理及運(yùn)行過程自動控制。由軟件完成呼梯信號登記、定向、關(guān)門、啟動、運(yùn)行、截梯、換速、平層、指層、消號、開門等一系列控制功能，同時還可實(shí)現(xiàn)按時間或預(yù)定程序決定其運(yùn)行方式（如上班程序、住宅梯自動返回上基站、辦公樓客梯自動返回下基站準(zhǔn)備應(yīng)召服務(wù)等）。

②拖動系統(tǒng)的速度控制。計(jì)算機(jī)根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)和控制要求選擇在EPROM中所存儲的不同速度給定曲線，并與速度反饋信號進(jìn)行比較，通過運(yùn)算采用數(shù)字調(diào)節(jié)，由程序控制電梯的啟動、穩(wěn)速運(yùn)行、減速停車整個運(yùn)行過程。最大限度地滿足乘坐舒適性，提高其運(yùn)行效率。

③梯群的管理、調(diào)度和控制。根據(jù)客流和各部電梯的運(yùn)行狀態(tài)，決定投入運(yùn)行的電梯數(shù)量及電梯調(diào)配方式和運(yùn)行程序，如實(shí)現(xiàn)分區(qū)運(yùn)行等。

④電梯的運(yùn)行監(jiān)控和故障診斷。實(shí)時監(jiān)控電梯各種運(yùn)行狀態(tài)，對電梯的故障和故障隱患發(fā)出警告和顯示，并自動實(shí)施安全保護(hù)。

（2）電梯計(jì)算機(jī)控制的形式。

①單微機(jī)控制。通常僅是信號控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制，呼梯信號登記、定向、換速、平層、開關(guān)門控制等由程序?qū)崿F(xiàn)，如迅達(dá)電梯公司的MICONIC-B控制系統(tǒng)即是單微機(jī)控制。

②雙微機(jī)控制。除信號控制采用計(jì)算機(jī)處理外，速度控制也由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)。信號控制與速度控制分別采用兩個CPU進(jìn)行運(yùn)算控制。

③三微機(jī)控制。除信號系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)由兩個CPU控制外，還可用計(jì)算機(jī)對召喚指令的串行傳輸進(jìn)行控制。例如三菱電梯公司的VVVF電梯具有完成控制與管理的CC-CPU （8085）、進(jìn)行驅(qū)動控制的DR-CPU（8086）和實(shí)現(xiàn)召喚信號處理的ST-CPU（8085）3個中央處理器。

④多微機(jī)控制。除上述計(jì)算機(jī)控制外，還可使用微機(jī)對群梯調(diào)配進(jìn)行控制；對呼梯信號采用串行傳輸，由CPU對各層呼梯指令進(jìn)行處理。

（3）計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)。

①采用計(jì)算機(jī)控制，用軟件實(shí)現(xiàn)對電梯運(yùn)行的自動控制，將大部分有觸點(diǎn)的電氣控制改為無觸點(diǎn)程序控制，電梯可靠性大大提高。

②去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，外部電路簡化。

③可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，方便地增加或改變控制功能。

④可進(jìn)行故障自動檢測與報(bào)警顯示，提高了電梯運(yùn)行的安全性，并且便于檢修。

⑤用于群控調(diào)配和管理，可提高電梯的運(yùn)行效率。

3. PLC控制

PLC是一種用于自動化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。但它具有與普通計(jì)算機(jī)控制不同的特點(diǎn)。

（1）PLC控制與用微機(jī)控制一樣，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

①信號處理及運(yùn)行過程自動控制。

②梯群的控制、調(diào)度和管理。

③電梯的運(yùn)行監(jiān)控和故障診斷。

④新型PLC已具有PID運(yùn)算、模擬量控制、位置控制等功能，拖動系統(tǒng)的速度控制處于研究開發(fā)階段。

（2）PLC控制電梯的方式。

①通常以一臺主機(jī)或再加擴(kuò)展單元實(shí)現(xiàn)控制。

②當(dāng)兩臺以上電梯并聯(lián)運(yùn)行或群控時，才使用兩臺以上的主機(jī)。

（3）PLC內(nèi)部所使用的CPU。

①八位機(jī)。如三菱F系列為8039及8049，東芝EX系列為8051，立石C系列P型機(jī)為HD63、BO3XP，C200H為增強(qiáng)型八位機(jī)MC68BO9CP。

②十六位機(jī)。如8096、8086、μ68000、增強(qiáng)型十六位機(jī)V30MP70116等。

PLC與普通微機(jī)一樣，以通用CPU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道（字）的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲，另外還有位處理器（布爾處理器）進(jìn)行點(diǎn)（位）運(yùn)算和控制。

（4）PLC控制電梯具有前述計(jì)算機(jī)控制的5個優(yōu)點(diǎn)（在此不再贅述）。

（5）PLC還具有與普通計(jì)算機(jī)控制不同的明顯特點(diǎn)。

①PLC在設(shè)計(jì)和制造上采取了許多抗干擾措施，輸入/輸出均有光電隔離，能在較惡劣的環(huán)境下工作。因而可靠性更高，適合于安全性要求較高的電梯控制。

② PLC將CPU、存儲器、I/O接口等做成一體，使用方便，擴(kuò)展容易。用戶可根據(jù)控制要求直接進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)，設(shè)計(jì)、研制、安裝周期短，便于現(xiàn)場調(diào)試，特別適用于在用電梯的技術(shù)改造。

③PLC使用梯形圖和專用指令編程，沿用并發(fā)展了電氣控制的概念和設(shè)計(jì)思想，對于熟悉電氣控制的普通工程技術(shù)人員易于學(xué)習(xí)掌握，很適合于目前我國的國情。而研制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，要求技術(shù)人員較深入全面地掌握計(jì)算機(jī)軟、硬件的結(jié)構(gòu)和原理，這一點(diǎn)恰恰是當(dāng)今我國電梯行業(yè)的一個弱項(xiàng)。

④ PLC系統(tǒng)的成本與I/O點(diǎn)數(shù)（即層站數(shù)）成正比，目前的價格比自己開發(fā)的同類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)略高。為了減少PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，降低成本，可采用矩陣或編碼輸入、譯碼輸出等方法，但這樣會使電梯的可靠性和性能受到影響。

綜上所述，電梯PLC控制系統(tǒng)功能強(qiáng)、可靠性高、壽命長、噪聲低、能耗小、維護(hù)保養(yǎng)方便。目前已有不少采用PLC控制的電梯產(chǎn)品，如首都電梯廠的PLCJT-90型PLC控制交流調(diào)速電梯、廣州南方電梯廠的HT-A2W及HT2000-WAPM系列電梯、西安電梯廠的PLC/JXF交流雙速電梯、上海三菱電梯公司與天津市津翔電梯廠生產(chǎn)的多種類型PLC控制電梯等。由于前述的特點(diǎn)，PLC控制更適合于在用電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代。目前這項(xiàng)工作正在廣泛深入地展開，PLC控制技術(shù)已成為電梯行業(yè)的一個熱點(diǎn)。

1.1.2 電梯電氣控制系統(tǒng)的組成與發(fā)展

電氣控制系統(tǒng)是電梯的兩大系統(tǒng)之一。電氣控制系統(tǒng)由控制柜、操縱箱、頂層燈箱、召喚箱、限位裝置、換速平層裝置、轎頂檢修箱等十幾個部件，以及曳引電動機(jī)、制動器線圈、開關(guān)門電動機(jī)及開關(guān)門調(diào)速開關(guān)、極限開關(guān)等幾十個分散安裝在電梯井道內(nèi)、外和各相關(guān)電梯部件中的電氣部件構(gòu)成。

電梯電氣控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相比，變化范圍較大。當(dāng)一臺電梯的類別、額定載重量和額定運(yùn)行速度確定后，機(jī)械系統(tǒng)各零部件就基本確定了，而電氣控制系統(tǒng)則有較大的選擇范圍，必須根據(jù)電梯的安裝使用地點(diǎn)及乘載對象進(jìn)行認(rèn)真選擇，這樣才能最大限度地發(fā)揮電梯的使用效益。

電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能、自動化程度和運(yùn)行可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)引進(jìn)工作的進(jìn)一步開展，電氣控制系統(tǒng)更新?lián)Q代的步伐也正在加快。在國產(chǎn)電梯中，在中間邏輯控制方面，已淘汰繼電器控制，采用PLC和微機(jī)控制；在拖動方面，除速度v≤0.63m/s的低速梯仍有部分產(chǎn)品采用交流雙速電動機(jī)變極調(diào)速拖動外，對于速度v≥1.0m/s的電梯，均采用交流調(diào)壓調(diào)速和交流調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。

新電氣控制系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)的出現(xiàn)，不但改善了電梯的性能，而且提高了電梯的運(yùn)行可靠性，使我國的電梯工業(yè)提高到一個新的水平，基本實(shí)現(xiàn)了乘用安全、可靠、舒適的目標(biāo)。