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摘要：随着电梯在日中生活中地位的提高，其对人们生活的影响也日益显著，因此务必提高电梯系统的性能，保证电梯高效节能安全可靠的运行。本文采用可编程控制器（PLC）代替传统的继电器接触，从硬件设计和软件设计分两个方便介绍了电梯的设计方法，初步实现了电梯运行的基本功能，从而提高了电梯的控制水平，实现了提高电梯控制效率、故障检测与维修的方便性。
关键字：电梯；PLC；硬件设计；软件设计
中图分类号：TU857
0 引言
随着各地高楼大厦雨后春笋般的矗立，电梯已经成为高层建筑不可或缺的垂直交通工具，承担着货物的运输、负担着人员的交通。针对飞速发展的电梯产业，提供安全、高效的电梯控制系统，成为电梯产业得以健康发展、人们的日常生活得以正常进行的重要保证。今年来，人们对乘坐电梯的安全性和舒适性提出了更高的要求，这就要求电梯的研究者和开发者不断提高电梯控制技术，以满足人们对于乘坐电梯日益增长的要求。
本文针对当前电梯控制系统的发展趋势和潮流，采用可编程控制器（PLC）设计电梯控制系统，实现对电梯运行的信号控制，使得电梯的运行能够满足人们对于安全性和舒适性的要求。
1 可编程控制器（PLC）
1.1 PLC简介
可编程控制器（Programmable Controller）是现代制造业为了适应市场需求和提高竞争力，在生产设备和自动化生产线在柔性、可靠性和产能上提出的更高要求的背景下应用而生的新型工业控制装置。它综合了计算机技术、自動控制技术和通信技术等，实现了控制装置的三电一体化，在工业生产中得到了广泛应用。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、灵活性强、编程简单、使用方便、维修控制系统易于实现等显著特点，目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造等众多行业。
作为工业控制计算机，PLC的硬件结构主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/0接口）、电源及编程设备等部分组成，其基本结构框架如图1-1所示。
图1-1 PLC硬件结构框架图
1.2 PLC工作原理
可编程控制器（PLC）的基本工作状态分为运行（RUN）状态和停止（STOP）状态两种。当PLC工作在停止状态下时，扫描过程只包括内部处理和通信处理两个阶段；当PLC在进入运行状态之后，采用循环扫描方式工作。从初始指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始的重复进行。其扫描过程包括内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理五个阶段。PLC程序的执行过程一般分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，在实际工作过程中还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）进行通信等处理。
2 电梯控制系统的硬件设计和选型
随着工业自动化技术的发展，电梯的控制技术经历了由继电器控制系统向PLC控制系统转变的过程。PLC电梯控制系统主要有信号控制系统和拖动控制系统两大部分组成，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与住拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操作盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC中去，然后通过软件程序控制向拖动系统发出信号，以满足电梯实现启动加速、制动减速、上下方向运行等功能。电梯系统中的主要电气设备包括：牵引电动机、自动门机、楼层指示灯、呼梯盒、操纵箱、平层及开门装置、轿厢位置检测装置（简称层选器）。
电动机是驱动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化都很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求电动机不但应能适应频繁起动和制动要求，而且要求起动电流小、起动力矩大、机械特性硬、噪声小，当供电电压在额定电压7%的范围内变化时，还能正常起动和运行。交流双速电动机就能满足这种要求，因此本设计选用交流双速电动机作为电梯运行的动力源。交流双速电梯的主驱动系统的结构原理是三相交流异步电动机定子内具有两个不同极对数的绕组，国内一般为6极（同步转速为1000r/min）和24极（同步转速为250r/min）的两个绕组。这两个绕组可以是各自独立的双绕组（例如JTD系列电动机），也可以是单绕组双速（通过工艺改变接线法使一个绕组获得两种极对数，例如YTD系列电动机）。这种主驱动系统的工作过程如下所述，快速绕组（6极）作为起动和稳速（即额定速度）运行之用；而慢速绕组（24极）作为制动，减速平层停车之用。起动按时间原则，串电阻电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层停车。
3 电梯控制系统的软件设计
在电梯控制系统中，有大量的逻辑信号需要处理，这部分工作是由PLC来完成的，系统中的软件能根据电梯的运行要求及保护要求由PLC来实现逻辑信号的控制。电梯的运行主要可分为正常工作和强制工作两种状态。
3.1 正常工作状态
PLC通电后，其中的梯形图程序就已开始运行，但因为电梯上位读入任何输入信号的数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层的位置且电梯门处于关闭状态。从而电梯完成一个正常呼叫响应的步骤如下所示：
（1）电梯在检测到厅门或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号进行比较，再通过定向模块进行选向。
（2）电梯通过拖动调速模块驱动电动机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过先低速运行再转变为高速，并以高速运行至减速点。 （3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速制动状态，又由高速变为低速，并以低速运行到平层点停止。
（4）平层后，电梯再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关，电梯控制系统始终实时显示轿厢所在的楼层位置。
3.2 强制工作状态
当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置处。由于电梯控制系统是集选式控制系统，控制比较复杂，适合采用模块化编程方法，将电梯各个输入信号和输出信号的属性进行分类，模块与模块之间的衔接可以用中间寄存器来传递信息。并且采用模块化的程序设计方法，可方便于程序的修改和完善。
電梯控制系统软件大致可分为：电梯开关门及保护和故障显示模块、楼层信号的产生消除和数码管显示模块、外呼信号的产生消除和显示模块、轿厢内选信号的产生及消除与显示模块、电梯的确定上下行方向模块、电梯停层信号的产生和消除模块、电梯停车制动模块、电梯自动运行时启动加速和稳定运行模块等几大模块。楼层信号的产生与消除模块主要是由PLC的比较指令和加减指令读入楼层信息并将该记忆信号存入对应的中间继电器，直到楼层改变为止并用七段数码管显示楼层的位置。电梯的确定上下行方向模块主要是完成电梯在响应呼叫时做出的向上运行还是向下运行的判断。电梯停层信号和制动模块是要求电梯在运行到目标楼层检测点时即进入减速制动状态，而电梯在运行过程中会遇到很多的楼层检测点，只有到目标楼层的检测点时才会发出减速信号，电梯在经过目标楼层检测点时接到这个信号就开始制动减速了。电梯轿厢开关门电路模块和按钮记忆指示灯显示电路模块是为了控制轿厢的开关门和按钮接通之后需要指示的发光二极管电路。将这些模块逐一进行梯形图编程，并按顺序连接在一起就构成总程序。
4 结论和展望
目前电梯市场竞争日趋激烈，想要在竞争中取得优势，电梯技术应该产生新的变化和功能。其发展趋势主要表现为：
（1） 电梯群控系统将更加智能化。
（2） 超高速电梯、无机房电梯、甚至磁悬浮电梯系统等将会成为研究方向。
（3） 绿色电梯将普及。
（4） 电梯产业将网络化、信息化。
5 参考文献
[1] 张梧香.电力控制欲PLC应用[M].北京：化学工业出版社，2003，25-35 .
[2] 齐从谦，王士兰.PLC技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2000，，4-58.
[3] 叶予光，梁南丁.基于PLC技术的矿井提升机电控系统[J].机电一体化，2004，6（6）：69-71.
[4] 王子文.电梯PLC控制策略及其程序设计[J].其中运输机械，2006，7：2-3.
关键字：电梯；PLC；硬件设计；软件设计
中图分类号：TU857
0 引言
随着各地高楼大厦雨后春笋般的矗立，电梯已经成为高层建筑不可或缺的垂直交通工具，承担着货物的运输、负担着人员的交通。针对飞速发展的电梯产业，提供安全、高效的电梯控制系统，成为电梯产业得以健康发展、人们的日常生活得以正常进行的重要保证。今年来，人们对乘坐电梯的安全性和舒适性提出了更高的要求，这就要求电梯的研究者和开发者不断提高电梯控制技术，以满足人们对于乘坐电梯日益增长的要求。
本文针对当前电梯控制系统的发展趋势和潮流，采用可编程控制器（PLC）设计电梯控制系统，实现对电梯运行的信号控制，使得电梯的运行能够满足人们对于安全性和舒适性的要求。
1 可编程控制器（PLC）
1.1 PLC简介
可编程控制器（Programmable Controller）是现代制造业为了适应市场需求和提高竞争力，在生产设备和自动化生产线在柔性、可靠性和产能上提出的更高要求的背景下应用而生的新型工业控制装置。它综合了计算机技术、自動控制技术和通信技术等，实现了控制装置的三电一体化，在工业生产中得到了广泛应用。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、灵活性强、编程简单、使用方便、维修控制系统易于实现等显著特点，目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造等众多行业。
作为工业控制计算机，PLC的硬件结构主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/0接口）、电源及编程设备等部分组成，其基本结构框架如图1-1所示。
图1-1 PLC硬件结构框架图
1.2 PLC工作原理
可编程控制器（PLC）的基本工作状态分为运行（RUN）状态和停止（STOP）状态两种。当PLC工作在停止状态下时，扫描过程只包括内部处理和通信处理两个阶段；当PLC在进入运行状态之后，采用循环扫描方式工作。从初始指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号递增的顺序逐条执行程序，即按顺序逐条执行程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描，并周而复始的重复进行。其扫描过程包括内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理五个阶段。PLC程序的执行过程一般分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，在实际工作过程中还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）进行通信等处理。
2 电梯控制系统的硬件设计和选型
随着工业自动化技术的发展，电梯的控制技术经历了由继电器控制系统向PLC控制系统转变的过程。PLC电梯控制系统主要有信号控制系统和拖动控制系统两大部分组成，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与住拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操作盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC中去，然后通过软件程序控制向拖动系统发出信号，以满足电梯实现启动加速、制动减速、上下方向运行等功能。电梯系统中的主要电气设备包括：牵引电动机、自动门机、楼层指示灯、呼梯盒、操纵箱、平层及开门装置、轿厢位置检测装置（简称层选器）。
电动机是驱动电梯上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载变化都很大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求电动机不但应能适应频繁起动和制动要求，而且要求起动电流小、起动力矩大、机械特性硬、噪声小，当供电电压在额定电压7%的范围内变化时，还能正常起动和运行。交流双速电动机就能满足这种要求，因此本设计选用交流双速电动机作为电梯运行的动力源。交流双速电梯的主驱动系统的结构原理是三相交流异步电动机定子内具有两个不同极对数的绕组，国内一般为6极（同步转速为1000r/min）和24极（同步转速为250r/min）的两个绕组。这两个绕组可以是各自独立的双绕组（例如JTD系列电动机），也可以是单绕组双速（通过工艺改变接线法使一个绕组获得两种极对数，例如YTD系列电动机）。这种主驱动系统的工作过程如下所述，快速绕组（6极）作为起动和稳速（即额定速度）运行之用；而慢速绕组（24极）作为制动，减速平层停车之用。起动按时间原则，串电阻电抗一极加速；而减速制动也按时间原则进行两极在发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层停车。
3 电梯控制系统的软件设计
在电梯控制系统中，有大量的逻辑信号需要处理，这部分工作是由PLC来完成的，系统中的软件能根据电梯的运行要求及保护要求由PLC来实现逻辑信号的控制。电梯的运行主要可分为正常工作和强制工作两种状态。
3.1 正常工作状态
PLC通电后，其中的梯形图程序就已开始运行，但因为电梯上位读入任何输入信号的数据，也就无法在收到请求信号后通过固化在PLC中的程序作出响应。为满足处于响应呼叫就绪状态这一条件，必须使电梯处于平层状态已知楼层的位置且电梯门处于关闭状态。从而电梯完成一个正常呼叫响应的步骤如下所示：
（1）电梯在检测到厅门或轿厢的呼叫信号后将此楼层信号与轿厢所在的楼层信号进行比较，再通过定向模块进行选向。
（2）电梯通过拖动调速模块驱动电动机拖动轿厢运动。轿厢运动速度要经过先低速运行再转变为高速，并以高速运行至减速点。 （3）当电梯检测到目标层楼层检测点产生的减速点信号时，电梯进入减速制动状态，又由高速变为低速，并以低速运行到平层点停止。
（4）平层后，电梯再经过一定延时后关门，直到碰到关门到位行程开关，电梯控制系统始终实时显示轿厢所在的楼层位置。
3.2 强制工作状态
当电梯的初始位置需要调整或电梯需要检修时，应设置一种状态使电梯处于该状态时不响应正常的呼叫，并能移动到导轨上、下行极限点间的任意位置处。由于电梯控制系统是集选式控制系统，控制比较复杂，适合采用模块化编程方法，将电梯各个输入信号和输出信号的属性进行分类，模块与模块之间的衔接可以用中间寄存器来传递信息。并且采用模块化的程序设计方法，可方便于程序的修改和完善。
電梯控制系统软件大致可分为：电梯开关门及保护和故障显示模块、楼层信号的产生消除和数码管显示模块、外呼信号的产生消除和显示模块、轿厢内选信号的产生及消除与显示模块、电梯的确定上下行方向模块、电梯停层信号的产生和消除模块、电梯停车制动模块、电梯自动运行时启动加速和稳定运行模块等几大模块。楼层信号的产生与消除模块主要是由PLC的比较指令和加减指令读入楼层信息并将该记忆信号存入对应的中间继电器，直到楼层改变为止并用七段数码管显示楼层的位置。电梯的确定上下行方向模块主要是完成电梯在响应呼叫时做出的向上运行还是向下运行的判断。电梯停层信号和制动模块是要求电梯在运行到目标楼层检测点时即进入减速制动状态，而电梯在运行过程中会遇到很多的楼层检测点，只有到目标楼层的检测点时才会发出减速信号，电梯在经过目标楼层检测点时接到这个信号就开始制动减速了。电梯轿厢开关门电路模块和按钮记忆指示灯显示电路模块是为了控制轿厢的开关门和按钮接通之后需要指示的发光二极管电路。将这些模块逐一进行梯形图编程，并按顺序连接在一起就构成总程序。
4 结论和展望
目前电梯市场竞争日趋激烈，想要在竞争中取得优势，电梯技术应该产生新的变化和功能。其发展趋势主要表现为：
（1） 电梯群控系统将更加智能化。
（2） 超高速电梯、无机房电梯、甚至磁悬浮电梯系统等将会成为研究方向。
（3） 绿色电梯将普及。
（4） 电梯产业将网络化、信息化。
5 参考文献
[1] 张梧香.电力控制欲PLC应用[M].北京：化学工业出版社，2003，25-35 .
[2] 齐从谦，王士兰.PLC技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2000，，4-58.
[3] 叶予光，梁南丁.基于PLC技术的矿井提升机电控系统[J].机电一体化，2004，6（6）：69-71.
[4] 王子文.电梯PLC控制策略及其程序设计[J].其中运输机械，2006，7：2-3.