摘要：现代生活中，电梯作为垂直交通工具，发挥的作用也越来越大。电梯是为高层建筑运输服务的设备，它具有运送速度快、安全可靠、操作简便的优点。近年来，在我国的电梯行业中，传统的继电器控制方式基本已经被淘汰，逐渐被 PLC 控制系统和微控制器数字控制系统所取代。其中,PLC 由于编程简单、容易维护、设计和调试周期短、抗干扰能力强、可靠性高等优点，被广泛地应用于电梯控制系统中。
本课题研究的主要内容为PLC在电梯控制系统中的运用。针对继电器控制、PC机控制、单片机控制电梯各自都存在的缺陷和不足。本课题提出采用稳定性好，可靠性高、结构简单、编程简单，易掌握的PLC控制电梯系统。其主要研究了电梯技术在国内外研究历史与现状、系统的研究方法及技术路线、采用的相关技术介绍、设计系统的分析、电梯硬件的选择、PLC软件编程过程以及系统调试过程等相关内容。
关键词：电梯；可编程控制器（PLC）；电梯控制系统
引言
随着社会的进步与科技的创新，现代城市发展迅猛，高层建筑日益增多，电梯已成为人们日常生活中必不可少的运载工具。电梯利用自身控制系统实现上下运行，按照控制装置的不同，电梯控制系统主要分为以下三类：继电器控制系统、可编程控制器（PLC）控制系统、微型计算机控制系统[1]。传统的电梯曳引电动机多采用继电器控制，但其存在电气元件复杂、电气故障多、功能差、可靠性低以及寿命不长等诸多缺陷和不足。可编程控制器(PLC)结合了逻辑控制的变化需求，是服务于工业环境、以数字运算为技术支撑的电子装置[2]。鉴于种种优越性，电梯的 PLC 控制已渐渐地取缔了继电器控制。由于 PLC 控制的准确性与高效性，除了适应乘客自身的舒适感、确保精度平衡外，同时也能够节约能耗、能源，降低运行成本[3]。所以，PLC 控制技术无疑转变为电梯行业中的热点。本文以PLC控制技术为基础，构建信号控制系统体系，实现多层电梯的运行控制，开发更有效、更安全、更可靠、更快捷的电梯控制系统。
2 研究现状
电梯发展概述
1887年，美国奥的斯公司成功研制出世界上第一台以直流电动机传动的电梯，其运行速度为10m/min[4]。1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902年，瑞士迅达公司制造出世界上第一台按钮式自动化电梯，采用全自动控制方式，大大提高了电梯的输送能力及安全性能[5]。随着高层建筑的日益增多，人们对电梯的设计工艺、技术性能等方面的要求不断提高，电梯种类也逐渐增多。1900年，美国奥的斯公司研制出世界上第一台电动扶梯，1950年又设计出安装在高层建筑外的观光电梯，方便乘客在搭乘电梯的过程中能够清晰瞭望周围风景[6]。
1900年，我国首部电梯出现在上海，由美国奥的斯公司生产制造安装[7]。1950年开始，我国自主研制电梯，上海电梯厂联合上海交通大学为北京人民大会堂、北京站等重大工程制造安装电梯[8]。改革开放前，我国电梯企业共十余家，累计生产、安装电梯约1万台。截至2018年，我国电梯整机制造企业约700家，其中包含十五家外商独资及合资企业，全国电梯产量约为70万台，我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国[9]。
国内外的研究现状
国内研究现状
较美国、德国、日本等发达国家相比，我国PLC控制电梯发展起步较晚。20世纪80年代，我国生产、安装的交流双速电梯基本以继电器控制为主，进入90年代后，随着PLC性能不断提高，应用技术日趋成熟，国内学者相继提出可以利用PLC控制器代替继电器控制实现电梯高效安全的运行[10]。姚立波（1991）[11]、王毅（1997）[12]等学者以旧梯改造的案例方式，利用PLC控制器替代部分起动控制系统、开关门系统、停层控制系统等模块，运用梯形图编程语言，解决继电器控制电梯触电磨损故障问题，不仅减小了控制屏体积，还大大增加了电梯运行可靠性，同时也降低了电梯总体制造成本。顾锡昌（2000）[13]学者认为PLC不仅可以替代电梯的继电器逻辑控制，还可以与交流电机变频调压调速技术相结合改善电梯运营性能，利用PLC监测电梯故障，利用其通讯功能管理双梯运行等。艾辉（2006）[14]学者重点阐述了西门子AS-Interface总线技术的特点及实现方式，通过从软件与硬件两方面详细说明了西门子总线技术在电梯上的应用及远程监控的实现，并对西门子PLC电梯综合指标进行了分析。许文斌、徐建、张庆君（2011）[15]等学者为解决电梯使用过程中运行不稳定、能耗较大问题，采用了PLC与VVVF变频器相结合方式对电梯节能技术进行升级改造。李波（2014）[16]学者在其研究中提出将PLC控制由单台电梯应用于群控电梯中，通过算法优化电梯交通配置，提高服务效率，利用仿真实验实现算法有效性分析。冯仓成（2019）[17]学者利用三菱FX系列PLC控制器技术对群控电梯进行了详细解析，并借助模糊控制技术、蚁群算法、专家控制系统等现有群控算法，提出新的控制结构以有效提高电梯运行效率，提高群控电梯整体性能。
国外研究现状
国外对于电梯控制系统的研究开展较早，欧美国家对电梯的控制研究主要集中在控制方式的对比与控制状态的实时调整上，PLC技术研究也较为成熟[18]。PLC控制的智能化目标在于实现技术节能，日本及欧美主要国家从最早的交流双速电梯到20世纪90年代的变频技术。采用变频技术的空调器，节电效果比普通空调平均节电30％以上，提高了能源的利用率[19]。而电梯使用变频技术节能效果同样显著。此后，电梯技术发展到永磁同步无齿轮技术在中低速电梯中的使用，实现了电梯节能史上的一次飞跃[20]。学者G.L.Batten.研究后得出永磁同步无齿轮技术是用电机在低转速时提供大扭矩，以此带来较大能量的节约，经测算，平均节能20％，最大40％。永磁同步电动机技术与计算机技术的应用为电梯发电节能装置的应用与推广提供了技术保障[21]。学者Ren Shengle研究认为，电梯发电节能装置能有效的将中储存的电能反馈回送给交流电网供周边其他用电设备使用，节电效果十分明显，一般节电率可达15％- 40％[22]。
总之，国外随着无机房、小机房电梯的广泛应用，永磁同步电动机的无齿轮传动成为目前电梯行业的技术发展主要趋势[23]。无齿轮传动电梯由电动机的输出轴直接与主机的曳引轮连接，不需要齿轮减速或其它减速机构，直接驱动电梯运行[24]。这种传动方式具有传动效率高、噪音低、机械结构简单等特点，是目前电梯众多曳引传动方式中的最佳方案[25] 。
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