第 1 章 绪 论

1.1 课题研究的背景

在很久以前，人们就会运用一些原始的升降工具来运送人和货物，这些升降工具的驱动力一般是人力或畜力。到19世纪初，在欧美开始用蒸汽机作为升降工具的动力。1845年，第一台液压驱动升降机研制成功，液压驱动的介质是水。尽管升降机被一代代富有革新精神的工程师们进行不断改进，然而真正被工业界普遍认可的升降机仍未出现，直到1852年世界第一台安全升降机的诞生。

1852年，美国纽约杨克斯的机械工程师奥的斯先生发明了世界第一台安全升降机。1857年3月23日，奥的斯公司在纽约为一座专营法国瓷器和玻璃器皿的商店安装了世界第一台客运升降机。1862年，奥的斯公司采用单独蒸汽机控制的升降机问世。1878年奥的斯公司在纽约百老汇大街155号安装了第一台水压式乘客升降机，这是以直流电动机为动力的世界第一台电力驱动升降机，从此诞生了名副其实的电梯。

自从电梯系统提出15-20年，它已经逐步演变成如今高科技的现代化设施。两个现代化项目的主要问题通常是：现有设备的可靠性已达到不可接受的程度，不能满足乘客的流量，因此也增加了旧体制的交通处理能力。

2003年2月19日国务院颁布了《特种设备安全监察条例》，明确规定电梯是特种设备，并对电梯的含义做了叙述：“电梯，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者固定线路运行的梯级（踏板）进行升降或者平行运送人、货物的机电设备”。这种对电梯的论述，被称作广义电梯概念，既包括上下运送人、货物的升降式电梯，也包括用于水平或倾斜输送乘客的自动人行道和自动扶梯。

而随着现代建筑技术的不断突飞猛进，高层和超高层建筑如雨后春笋一般。在这些高层、大规模建筑中为满足乘客流量过多的需要一般都安装了多部电梯。传统的电梯电器控制系统是一个继电器控制系统。它有诸多缺点，例如：电路复杂，故障率高和可靠性较差；以及极大的影响了电梯的运行质量。在这种情况下，有必要采用电梯群控系统

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对建筑物内的多部电梯进行管理调度，协调各电梯的运行，提高电梯的服务质量和运

行效率。因此，研究和制造智能化、高效的电梯群控系统能满足规模越来越庞大的现代建筑群的需要，具有极其重要的现实意义，备受工业界的关注。

另外电梯的电气系统由拖动系统和控制系统两部分组成。在传统的电气控制系统中

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采用的继电器逻辑控制，由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等诸多缺点，正逐渐被淘汰。目前的电梯设计中一般使用可编程控制器(PLC)，它具有功能变化灵活，编程简单，故障少，噪音低等优点。同时维修保养方便，节能省工，抗干扰能力强，控制箱占地面积少。当乘员进入电梯，按下楼层按钮，电梯门自动关闭后．控制系统即进行下列运作：根据轿厢所处位置及乘员所处层数．判定轿厢运行方向，保证轿厢平层时减速。将轿厢停在选定的楼层上；同时，根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门。另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。这些优点使得PLC控制的电梯系统成为现在的主流。

1.2 课题研究的意义

1967年晶闸管用于电梯驱动，交流调压调速驱动控制的电梯出现。1983年，变压变频（VVVF）控制的电梯出现，由于其良好的调速性能、舒适感和功能等特点迅速成为电梯的主流产品[6]。1984年在日本已将其用于2m/s以上的高速电梯。1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。

在我国，老的直流电梯已被淘汰，交流双速梯、ACVV交流调速梯逐渐被VVVF交流变频变压调速电梯所取代，控制系统已在大量采用PLC和微电脑控制技术，最高梯速已达到4m/s。

当前，在电梯电力拖动方面，除了大容量电梯还采用直流拖动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高速电梯的主流。

电梯的控制系统经历了继电器控制、可编程序控制（PLC）、单片微机控制、多微机控制多种形式。继电器控制系统是80年代最广泛的一种电梯控制方式，具有控制逻辑线路简单、直接、易于理解和掌握的优点，但由于该类系统是由众多继电器、接触器构成，使用一段时间后其接触点往往会接触不良，所以电梯故障高，同时众多的继电器、接触器动作噪声较大，整个控制柜体积大，这些都成为继电器控制的巨大缺点。随着多微机系统在电梯控制系统中的应用，电梯控制方式发生了巨大的变化，因为微机在电梯中的应用不仅取代了大部分继电器和选层器，整个系统也变得更加可靠，灵活性更加提高，功能极大地增强了。但由于微机的集成度高，功能项目固化，所以一般的维修人员及工程人员修改或增加不了其功能。如果要修改或增加其功能就要找回生厂家或用专用的工具，及其的麻烦，限制了电梯控制系统的可调性。可编程序控制器取代继电器构成

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的电梯控制系统，可以实现由继电器实现的逻辑控制功能，而且触点少、可靠高、故障率低、维修方便、噪声小，最主要的是可编程序控制系统的\可编程\功能，使得当改变电梯的控制功能时，只要更改程序即可，对于安装和维修人员非常方便。而PLC的编程语言虽然不尽相同，但都有通俗易懂，便于自学的优点，一般的维修及工程人员都能掌握,PLC电梯控制系统比较适用于小高层的楼房。

PLC（Programmable Logical Controller）全称可编程逻辑控制器，凭借其良好的可操作性，自诞生起就始终处于工业自动化领域的主战场，为各类工业设备提供非常可靠的控制手段。目前，PLC与DCS、工业PC并列成为现代工业自动化的三大支柱。

电梯群控系统是现代化电梯技术的重要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分析等功能，还具备故障诊断功能。

本文借鉴了现有的电梯群控算法，通过实验验证和改进，使用西门子公司的PLC构建了双电梯联动控制系统，实现了电梯的合理调度。

1.3 课题的提出

可编程控制器(PLC)是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点，具有良好的操作性与可调节性，使用PLC进行电梯的电气控制是必然的趋势。

安全和门锁回路轿内指令和厅外按钮信号井道信号门区、门锁信号PLC可编程控制器楼层显示器中间继电器、接触器轿内指令和厅外按钮信号变频驱动装置速度反馈信号拽引马达 图1-1 控制方框图

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电梯质量的好坏,在很大程度上是取决于控制系统的质量，所以控制系统的选择尤为重要。电梯的控制系统主要采用以下三种控制方式:一是继电器控制系统；二是PLC控制系统；三是微机控制系统。继电器控制系统由于故障率高,控制方式不灵活及功率消耗大等缺点,目前已逐渐被人们所淘汰。而微机控制系统虽然在智能控制方面有较强大的功能,但也存在一定的不足之处,即抗干扰性差,系统设计较为复杂,导致一般的维修人员难以掌握其维修技术,这些因素使得微机控制系统应用的广泛性受到严重制约。而PLC控制系统由于其运行可靠、使用及维修方便、抗干扰性强等优越性,成为当前在电梯控制系中使用的主流控制方式。

当今PLC在电梯中的应用已经很成熟,如图1-1是PLC应用于电梯控制的控制框图。图中以PLC作为主控制器，一方面采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面又把采集到的信号进行计算和处理并给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器等，这些信号传输给变频器，继而变频器驱动拽引电机以控制电梯的运行。

我们利用PLC内的条件跳转和主控制指令，把对电梯的控制程序划分为几个不同程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段（如图1-2所示）。当给电梯送电时，PLC立即就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、继而判断电梯处在何种状态。在正常自动状态下，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，则进入待机状态，此时若收到指令信号则电梯即起动。当电梯到达减速楼层时，PLC通过比较楼层的基数脉冲和换速点脉冲是否相等来判断电梯的下一步动作，相等时给出电梯减速信号,电梯减速运行；否则电梯继续运行，电梯间试运行时需要判断电梯是否到达平层区，若到达平层区，则给出平层开门信号，否则电梯继续减速。

我们平时乘坐电梯除了要操作开关门按钮外，还要给出要去的目的层指令，PLC通过楼层感应器判断电梯现在所在的楼层继而确定运行方向，然后起动运行。

根据查阅资料了解到的当今电梯控制系统和电梯拖动系统的发展趋势以及掌握的知识，本次设计将采用西门子S7-200 PLC，结合安川VS-616G5通用变频器，实现两台 电梯的联动控制系统。

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