第1章 電梯的電氣控制系統

1.1 電梯電氣控制系統的特點、組成與發展

1.1.1 電梯各種控制方式的特點

電梯信號控制系統主要有繼電器控制和計算機控制兩種控制方式。由于計算機種類很多，根據計算機控制系統的組成方法及運行方式的不同，計算機控制又可分為PLC控制與微機控制兩種方式。這些控制方式反映了電梯技術的不斷發展，適用于不同層次的電梯設計、保養和維修，它們均具有各自的特點。

1. 繼電器控制

目前我國國產在用電梯仍有部分為繼電器控制方式。

（1）繼電器控制系統的優點。

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

②系統的保養、維修及故障檢查無需較高深的技術和特殊的工具、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這類電梯控制系統，技術成熟。已形成系列化產品，技術資料和圖紙齊全，熟悉掌握的人員較多。

（2）繼電器控制系統的缺點。

①系統觸點繁多、電路復雜。如前面介紹的幾種電梯信號控制系統，少則幾十個，多則上百個繼電器和接觸器，另外還有選層器。這些有觸點的電器，觸點容易被燒壞磨損，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現較復雜的控制功能，使系統控制功能不易增加，技術水平難以提高。

③電器的電磁機構及觸點動作速度較小，機械和電磁慣性大，系統控制精度難以提高。

④系統結構龐大，能耗較高，機械動作噪聲大。

⑤由于電路復雜，易出故障，因而維修保養工作量大、費用高。而且檢查故障困難，費時費工。

電梯繼電器控制系統故障率高，這大大降低了電梯的運行可靠性和安全性，經常造成停梯，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，不但會造成電梯機械部件的損壞，還可能出現人身損傷事故，因而傳統的電梯控制系統的更新換代勢在必行。用計算機控制方式取代繼電器控制方式是保證和提高電梯運行可靠性和安全性的唯一途徑。

2. 計算機控制

隨著微電子技術的發展，CPU等芯片的性價比越來越高，功能更強。電梯的微機控制無論在整機產品方面，還是在在用電梯的改造方面均已得到越來越廣泛的應用。

（1）計算機控制電梯主要表現在以下4個方面。

①信號處理及運行過程自動控制。由軟件完成呼梯信號登記、定向、關門、啟動、運行、截梯、換速、平層、指層、消號、開門等一系列控制功能，同時還可實現按時間或預定程序決定其運行方式（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備應召服務等）。

②拖動系統的速度控制。計算機根據運行狀態和控制要求選擇在EPROM中所存儲的不同速度給定曲線，并與速度反饋信號進行比較，通過運算采用數字調節，由程序控制電梯的啟動、穩速運行、減速停車整個運行過程。最大限度地滿足乘坐舒適性，提高其運行效率。

③梯群的管理、調度和控制。根據客流和各部電梯的運行狀態，決定投入運行的電梯數量及電梯調配方式和運行程序，如實現分區運行等。

④電梯的運行監控和故障診斷。實時監控電梯各種運行狀態，對電梯的故障和故障隱患發出警告和顯示，并自動實施安全保護。

（2）電梯計算機控制的形式。

①單微機控制。通常僅是信號控制系統由計算機控制，呼梯信號登記、定向、換速、平層、開關門控制等由程序實現，如迅達電梯公司的MICONIC-B控制系統即是單微機控制。

②雙微機控制。除信號控制采用計算機處理外，速度控制也由計算機進行數字調節。信號控制與速度控制分別采用兩個CPU進行運算控制。

③三微機控制。除信號系統和調速系統由兩個CPU控制外，還可用計算機對召喚指令的串行傳輸進行控制。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）、進行驅動控制的DR-CPU（8086）和實現召喚信號處理的ST-CPU（8085）3個中央處理器。

④多微機控制。除上述計算機控制外，還可使用微機對群梯調配進行控制；對呼梯信號采用串行傳輸，由CPU對各層呼梯指令進行處理。

（3）計算機控制的特點。

①采用計算機控制，用軟件實現對電梯運行的自動控制，將大部分有觸點的電氣控制改為無觸點程序控制，電梯可靠性大大提高。

②去掉了選層器及大部分繼電器，控制系統結構簡單，外部電路簡化。

③可實現各種復雜的控制，方便地增加或改變控制功能。

④可進行故障自動檢測與報警顯示，提高了電梯運行的安全性，并且便于檢修。

⑤用于群控調配和管理，可提高電梯的運行效率。

3. PLC控制

PLC是一種用于自動化控制的專用計算機，實質上屬于計算機控制方式。但它具有與普通計算機控制不同的特點。

（1）PLC控制與用微機控制一樣，主要表現在以下幾方面。

①信號處理及運行過程自動控制。

②梯群的控制、調度和管理。

③電梯的運行監控和故障診斷。

④新型PLC已具有PID運算、模擬量控制、位置控制等功能，拖動系統的速度控制處于研究開發階段。

（2）PLC控制電梯的方式。

①通常以一臺主機或再加擴展單元實現控制。

②當兩臺以上電梯并聯運行或群控時，才使用兩臺以上的主機。

（3）PLC內部所使用的CPU。

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

②十六位機。如8096、8086、μ68000、增強型十六位機V30MP70116等。

PLC與普通微機一樣，以通用CPU作為字處理器，實現通道（字）的運算和數據存儲，另外還有位處理器（布爾處理器）進行點（位）運算和控制。

（4）PLC控制電梯具有前述計算機控制的5個優點（在此不再贅述）。

（5）PLC還具有與普通計算機控制不同的明顯特點。

①PLC在設計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，擴展容易。用戶可根據控制要求直接進行電路設計和軟件開發，設計、研制、安裝周期短，便于現場調試，特別適用于在用電梯的技術改造。

③PLC使用梯形圖和專用指令編程，沿用并發展了電氣控制的概念和設計思想，對于熟悉電氣控制的普通工程技術人員易于學習掌握，很適合于目前我國的國情。而研制計算機控制系統，要求技術人員較深入全面地掌握計算機軟、硬件的結構和原理，這一點恰恰是當今我國電梯行業的一個弱項。

④ PLC系統的成本與I/O點數（即層站數）成正比，目前的價格比自己開發的同類計算機控制系統略高。為了減少PLC的I/O點數，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控制系統功能強、可靠性高、壽命長、噪聲低、能耗小、維護保養方便。目前已有不少采用PLC控制的電梯產品，如首都電梯廠的PLCJT-90型PLC控制交流調速電梯、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的多種類型PLC控制電梯等。由于前述的特點，PLC控制更適合于在用電梯的技術改造和控制系統的更新換代。目前這項工作正在廣泛深入地展開，PLC控制技術已成為電梯行業的一個熱點。

1.1.2 電梯電氣控制系統的組成與發展

電氣控制系統是電梯的兩大系統之一。電氣控制系統由控制柜、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、制動器線圈、開關門電動機及開關門調速開關、極限開關等幾十個分散安裝在電梯井道內、外和各相關電梯部件中的電氣部件構成。

電梯電氣控制系統與機械系統相比，變化范圍較大。當一臺電梯的類別、額定載重量和額定運行速度確定后，機械系統各零部件就基本確定了，而電氣控制系統則有較大的選擇范圍，必須根據電梯的安裝使用地點及乘載對象進行認真選擇，這樣才能最大限度地發揮電梯的使用效益。

電氣控制系統決定著電梯的性能、自動化程度和運行可靠性。隨著科學技術的發展和新技術引進工作的進一步開展，電氣控制系統更新換代的步伐也正在加快。在國產電梯中，在中間邏輯控制方面，已淘汰繼電器控制，采用PLC和微機控制；在拖動方面，除速度v≤0.63m/s的低速梯仍有部分產品采用交流雙速電動機變極調速拖動外，對于速度v≥1.0m/s的電梯，均采用交流調壓調速和交流調頻調壓調速拖動系統。

新電氣控制系統和拖動系統的出現，不但改善了電梯的性能，而且提高了電梯的運行可靠性，使我國的電梯工業提高到一個新的水平，基本實現了乘用安全、可靠、舒適的目標。