電梯控制系統(tǒng)基礎知識

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電梯的控制系統(tǒng)主要有繼電器控制和微機控制兩類。電梯控制系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的功能由不同線路完成，這些線路主要有：開關門控制、位置信號控制、定向選層控制、運行控制、特種狀態(tài)控制等。第2頁,共60頁，2024年2月25日，星期天一、定向選層控制線路

電梯是載人裝貨的運輸設備，要利用它，必須先知道它所處的位置（觀看層樓指示），再給它一個呼叫信號，它即前來應召。當你走進轎廂之后，你還應告訴它你要到那個層站（按選層按鈕），它就會按照你的指令，向你所要去的層站行駛。以上過程均由定向選層控制線路來完成。該控制環(huán)節(jié)應包括轎廂位置檢測與連續(xù)線路；內指令與廳召喚線路；選層定向線路以及方向保持等。第3頁,共60頁，2024年2月25日，星期天定向選層控制的要求：1、轎內信號優(yōu)先于轎外信號2、自動電梯只有在廳轎門全部關閉后，且轎內無指令的情況下，才能按照廳外召喚指令，確定轎廂運行方向。集選電梯與信號電梯的不同之處在于廳召喚信號是否參與選層定向，集選電梯由操縱箱上的鑰匙開關選擇有無司機操作。當選擇無司機時，無司機繼電器吸合，電梯可以自動定向選層，廳召喚與轎內指令決定轎廂運行方向，當轎廂到站后，自動開門，并延時自動關門，一切由集選邏輯線路來完成控制選擇。第4頁,共60頁，2024年2月25日，星期天二、運行控制線路

電梯的正常運行包括啟動、加速、穩(wěn)速運行、換速、平層制動停車等線路環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的控制性能決定著電梯的安全運行和運行性能。第5頁,共60頁，2024年2月25日，星期天運行控制的要求：1、滿足啟動條件后，電梯能自動迅速可靠啟動。啟動時間越短越好。但啟動時間過短會使沖擊力過大，造成部件損壞，而且乘客會有不舒適感。一般靠降壓緩解沖擊。2、無論有級加速還是無極加速都必須滿足加速度要求，不應超過1.5M/S2.3、

電梯在正常運行過程中，應保持方向的連續(xù)性和換速點的穩(wěn)定性。第6頁,共60頁，2024年2月25日，星期天運行控制的要求4、在接近停車層應用合適的換速點，減速過程應有合適的減速度，使減速過程平穩(wěn)、乘坐舒適，換速點是按距離確定的。5、電梯的平層準確度越高，電梯性能就越好。平層方法有兩種，一種是利用平層感應器，二是把換速點確定后，按距離直接停靠。第7頁,共60頁，2024年2月25日，星期天三、電梯開關門拖動電路

電梯開關門拖動分交流拖動和直流伺服拖動。直流伺服拖動，改變電動機電樞兩端電壓極性可電機旋轉方向，實現電梯門的開啟與關閉。通過串聯電阻分壓線路改變電樞兩端電壓來改變電動機的轉速。還可以調整并聯電阻的大小來分流，使開關門速度變慢，直至關閉或打開。第8頁,共60頁，2024年2月25日，星期天四、電梯的檢修運行線路

各類電梯均設有檢修線路，由裝在轎廂內和轎廂頂操作箱上的檢修開關來控制，這些開關只能點動，上下按鈕互鎖。檢修開關控制檢修繼電器，切斷內指令和廳召喚、平層換速及快速運行回路，有的電梯還切斷廳外指層回路電源或使其顯示閃動。第9頁,共60頁，2024年2月25日，星期天五、電梯的消防運行線路

對消防線路的要求：電梯在消防狀態(tài)下有兩種運行；1、消防返基站功能（1）消除內指令與廳召喚（2）斷開門回路，使門關閉（3）電梯上行時，最近停靠不開門，立即返基站。（4）下行時直接返基站（5）正開門的電梯立即關門、返基站。（6）電梯若正好停在基站關門待命，應立即開門進入消防功能狀態(tài)。第10頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、消防員專用狀態(tài)（1）廳外召喚不起作用（2）開門待命（3）轎內指令有效，供消防人員使用（4）關門按鈕點動操作（5）消除自動返基站功能（6）轎內指令一次有效，包括選層、關門按鈕指令。第11頁,共60頁，2024年2月25日，星期天六、安全保護線路

電梯的安全保護裝置大都由機械、機電一體安全裝置組成，電梯的安全保護有多種，其中最主要的一種就是當電梯某一部位或某一部件有故障時，引起監(jiān)視元件（電氣開關）動作時，使電梯切斷電源或控制部分線路，從而使電梯停止運行。第12頁,共60頁，2024年2月25日，星期天可編程序控制器在電梯上的應用可編程序控制器（PC），是采用微電腦技術制造的通用自動控制設備。它不但能控制開關量，還可以控制模擬量，可靠性高，抗干擾能力強，并具有完成邏輯判斷、定時、計數、記憶和運算等功能，可以取代以繼電器為主的各種控制設備。實踐證明，PC用于控制電梯各種操作和處理各種信息是可行的，并得到普遍的推廣。第13頁,共60頁，2024年2月25日，星期天一、PC的結構與組成

PC 采用計算機結構，由中央處理單元、存儲器、輸入輸出接口電路和其它一些輔助電路組成，如圖9—37所示。第14頁,共60頁，2024年2月25日，星期天1、中央處理單元 （CPU）

CPU是PC核心，。其中包括有控制電路、運算器和寄存器。CPU通過地址總線、數據總線、控制總線與存儲單元和L/O接口電路連接。CPU的指令系統(tǒng)程序和編寫程序固化在ROM中。接收的用戶程序和數據存放在RAM中。CPU主要功能是從存儲；讀取指令；執(zhí)行指令；繼續(xù)取下一條指令；處理中斷指令。第15頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2.存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存儲系統(tǒng)程序、用戶程序及各種邏輯變量和信息。3.輸入電路輸入可以接受現場各種輸入信號，如按鈕開關、行程開限位開關、開關傳感器輸出的開關量和模擬量。為防止干擾信號輸入到PC內，輸入接口一般都采用光電耦合電路和微是電腦的輸入接口電路。第16頁,共60頁，2024年2月25日，星期天4.輸出電路PC通過輸出電路與執(zhí)行部件輸出控制信號,被控制器件有接電器、接觸器、電機等。輸出電路一般由微電腦輸出和功率放大電路組成。5.外存接口電路接已調試正確的用戶程序寫到外存儲器并長期保留。外存儲器電路是PC與EPROM、盒式錄音機等外存設備接口電路，如D/A、A/D轉換，與計算機連接的接口電路、打印機的接口電路等。第17頁,共60頁，2024年2月25日，星期天二、PC在電梯控制系統(tǒng)的具體實施

（1）轎廂位置檢測方法：①采用層樓繼電器檢測，可在轎廂上裝隔磁板，在井道每層適當位置裝1—2只永磁感應器。按這樣接線占PC接點太多?？砂呀泳€串行連接，引起出一根接線接PC，當轎廂每經過一個感應器時就給出一個信號，PC收到信號后，就登記上這個信號。

第18頁,共60頁，2024年2月25日，星期天如果層樓距離小，兩只感應器同時動作時不給出一個信號，PC收到信號后，就登記上這個信號。如果層樓距離小，兩只感應器同時動作時，PC的對策是，電梯上升，上層信號起作用；電梯下降，下層信號起作用。不運行時，則根據最近運行狀態(tài)決定接受哪一層信號（由PC內部電池保持信號）。如果層距大于隔磁板的長度，轎廂在兩感應器之間時，隔磁板會同時離開任一只感應器。這時，PC保持回路會很容易處理這種情況。第19頁,共60頁，2024年2月25日，星期天②也可以在轎頂裝兩只層樓永磁感應器，在每層井道內裝隔磁板兩只，這樣既可節(jié)省永磁感應器，又可減少觸點的故障率。③還可采用測距脈沖發(fā)生器測得樓層信號，脈沖發(fā)生器可裝在限速器一上與轎廂同步。每單位距離發(fā)生的固定脈沖，由PC機計算出累計脈沖數，便知電梯位置所在。以上取得的位置信號作用有兩個，一是參與定向，二是指示轎廂所處位置。第20頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（2）指令信號的記憶與消除：①轎內指令信號可以將指令繼電器拆除接到PC接口上。當按下任一指令按鈕時，該觸點信號就被送入PC機內，由CPU將該觸點信號與轎廂位置信號相比較。如果不一致就說明轎廂不在指令層站，該指令信號即被登記，由PC機記憶下來，參與選向。直到電梯運行到該層站后，該信號才被消除。第21頁,共60頁，2024年2月25日，星期天②廳召喚信號的處理方法同樣是將原繼電器拆除改接到PC端口上。當按下召喚按鈕后，PC收到該信號并予以登記，燃亮召喚燈。在信號控制貨梯上，一接到召喚指令信號，召喚鳴金收兵燈亮的同時喇叭鳴叫，告訴司機某個層站喚梯，便可迅速去接客拉貨。在集選控制的客梯上，這個召喚信號要參與定向，由PC給出所選層站、方向信號后，電梯自動向召喚層站行駛。第22頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（3）PC的選層定向：CPU根據被登記指令同層站位置信號的相對位置來確定電梯的行駛方向。如果電梯方向丟失或無方向，則PC收到第一指令時，即比較它是在轎廂當前層站的上方還是下方，在上方取上行。一旦方向確定下來，就始終保持到引起該方向產生的指令消除。至于以后電梯運行的方向，由該信號之后的指令信號、層站位置及電梯運行的狀態(tài)決定。第23頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（4）電梯用PC的I/O接口，電梯的輸入信號及層站、內外指令信號外，還有不少觸電信號與開關信號需輸入PC內，例如門聯鎖回路安全回路的觸點信號，轎內、轎頂檢修開關按點信號，超載信號，門限位信號；上、下限位信號；上、下強迫換速信號；開門關門信號等，都要考慮充分，一一列表登記。第24頁,共60頁，2024年2月25日，星期天電梯的輸出有：開關門接觸器線圈；上升、下降、快車、慢車、加速、減速接觸器線圈；超載燈與喇叭；層樓顯示燈；方向箭頭指示；內指令顯示；廳召喚顯示等，這些輸出和設備銜接。在ACVV控制線路中，要把PC輸出的起動信號、方向信號、換速信號等接近ACVV調速器端口。第25頁,共60頁，2024年2月25日，星期天經這樣的改造設計后，原有的邏輯線路大大簡化了，只留下拖動回路及超載安全保護回路同PC機的輸出相聯接。PC的供電：內部采用5V以下低電壓，外部采用高電壓。例如拖動回路的線圈電壓為220V；制動器、開關門回路線圈電壓為110V直流電壓，信號顯示采用24V或12V電壓；輸入部分采用PC內部24V直流電壓。第26頁,共60頁，2024年2月25日，星期天PC機要接受或驅動這些電器開關和接觸器線圈信號，就需要將這些外來高電位轉換成PC所需的低電平。PC是采用光電隔離來處理這些I/O信號的，所以抗干擾以能力極強，它能使較弱的干擾信號不能通過，而有效信號則暢通無阻。第27頁,共60頁，2024年2月25日，星期天微機控制系統(tǒng)在電梯的應用

微機控制的電梯體積小、成本低、自動化程度高、節(jié)省能源、通用性強，可靠性提高，可以實現復雜的功能控制。一、微機在電梯上的應用范圍及優(yōu)點微機可取代選層器和全部繼電器，實行群控管理調度以提高運行效率。第28頁,共60頁，2024年2月25日，星期天微機控制電梯的優(yōu)點是：（1）功能靈活多變，只要改變軟件就可以改變電梯功能，以取得不同控制功能；（2）可使控制系統(tǒng)緊湊，結構縮??；（3）采用無觸點低電壓，I/O接口與外部隔離，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了維修費用，提高了產品質量國；（4）使以前無法采用的技術，例如交流同步電機的調頻起動、變頻技術中的矢量變換與脈寬調制技術都得以實現。（5）大大降低了電梯成本。第29頁,共60頁，2024年2月25日，星期天二、微機控制的主要方式根據電梯功能要求和電梯的控制方式來選用微機型式。1、單微機控制方式（1）單板機控制方式：只用一塊板一個CPU對電梯進行調速控制。（2）單片機控制方式：即用單片機組成的電梯控制系統(tǒng)。第30頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、雙微機控制在交流調速電梯中，采用控制與拖動分開各用一個CPU，再加上部分繼電器組成整個電梯控制系統(tǒng)，可使電梯的性能大大改善，舒適感提高，平層準確、誤差減小、功能增加、可靠性提高、故障率下降。控制原理圖見圖9—50。此系統(tǒng)可實現起、制動全閉環(huán)控制，穩(wěn)速運行開環(huán)控制。第31頁,共60頁，2024年2月25日，星期天3、三微機控制方式例如上海三菱電梯廠生產的VVVF電梯中的VFCL系統(tǒng)，即采用三個CPU來控制，它的基本原理見圖9—51。它由DR—CPU作驅動部分控制；

CC—CPU作控制和管理部分；

ST—CPU串行傳輸部分；第32頁,共60頁，2024年2月25日，星期天VFCL系統(tǒng)的驅動部分DR—CPU，采用VVVF方式對曳引機進行速度控制。效率高、節(jié)能，并具有減少電動機發(fā)熱等優(yōu)點。CC—CPU控制的主要功能是對選層器、速度圖形和安全檢查電路三方面進行控制。管理部分主要功能是負責處理電梯的各種運行，以及標準設計和附加設計。第33頁,共60頁，2024年2月25日，星期天標準設計包括：根據廳外召喚運行；根據內指令運行；層樓檢查；低速自動運行；返基站運行；特殊運行；選層器修正動作及手動運行等。附加設計包括：有司機運行；到站預報；廳外停止開關動作；停電自動平層；停電手動運行；火災時的運行；地震時的運行；其他運行等。第34頁,共60頁，2024年2月25日，星期天VFCL系統(tǒng)的ST-CPU系統(tǒng)是串行傳輸系統(tǒng)，它的優(yōu)點是無論樓層多高傳輸線只有六根。主要是利用載波傳輸。第35頁,共60頁，2024年2月25日，星期天4、群控電梯的微機控制方式

使用微機對群控電梯進行控制的方式各有不同，使用微機的數量也不同。此套控制系統(tǒng)一般分為三部分：一是群控裝置；二是運行控制裝置；三是轎廂操作控制。群控裝置在整個中負責合理地分配轎廂，對呼梯進行登記和顯示，主要起分派和調度的的作用。此部分由一臺電腦和部分接口電路組成。第36頁,共60頁，2024年2月25日，星期天運行控制裝置，主要采用控制轎廂運行速度、方向和制動。它由一臺灣民主自治同16位電腦、接口電路及功放等部分組成。操作控制部分，主要是對轎廂的負荷、命令、位置進行處理，包括語音合成等。由一臺8位電腦和相應的接口電路組成。如果將語音合成和直觀顯示部分包括進去，每個轎廂有增加了兩臺電腦。此種控制還包括；位置傳感器、轉速傳感器，以便向控制系統(tǒng)、拖動系統(tǒng)提供信息，使電梯平穩(wěn)運行，并完成各種特殊功能的控制。第37頁,共60頁，2024年2月25日，星期天三、微機控制的實現

微機控制電梯使電梯實現自動化、智能化，完成各種功能，主要是通過軟件和硬件兩部分來完成的。

1、主電路此系統(tǒng)是電梯的主要控制部分，它主要包括由晶閘管組成的三相稱反并聯組成的電動組，和由兩個晶閘管、二極管接成的單相半波轎式整流電路組成的制動組。制動時使電梯電動機的低速繞組實現能耗制動。第38頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、控制部分此部分包括計算機控制器、調節(jié)器、觸發(fā)電路?？刂破魇前蠢硐胨俣惹€計算出起動及制動時的給定電壓，實時計算電動機速度及電梯運行行程，實現對系統(tǒng)的控制。調節(jié)器是將微機控制器產生的給定電壓與測速器反饋電壓相比較后，輸出信號電壓以控制觸發(fā)電路，使晶閘管導電角變化，達到改變交流電壓的目的。此調節(jié)器采用比例積分調節(jié)器即PI調節(jié)器。第39頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（1）控制過程；①啟動加速過程：當系統(tǒng)接收到起動信號后，控制器給出一定的給定電壓，此時抱閘打開，調節(jié)器輸出的電壓為正，使電動組晶閘管移相，輸出電壓，電動機高速繞組得電開始轉動。此時制動組晶閘管被封鎖。這時測速光電裝置發(fā)出脈沖，微機按理想速度曲線計算給定電壓值，并定時變化比值。這個電壓與反饋電壓比較后有一個差值，一般這個差值總是使調節(jié)器輸出為正值，這樣電動組晶閘管的導電角不斷加大，電動機的轉速也不斷加快。當輸出電壓接近380V時，起動過程結束，見圖9—53的t1～t2段。第40頁,共60頁，2024年2月25日，星期天②穩(wěn)速過程：見圖9—53的t1～t2段，當電動組晶閘管全導通時，整個系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)。此時微機的任務是測速和查減速點及監(jiān)控。第41頁,共60頁，2024年2月25日，星期天③制動減速過程：見t1～t2段，當電梯運行至減速點時，微機開始計算行程和確定電梯此時的運行速度，此時，微機將以實際速度按距離計算出制動時的給定電壓作為系統(tǒng)調節(jié)器的輸入值。由于制動時給定電壓小于反饋電壓，所以調節(jié)器輸出為負值，電動組晶閘管被封閉。而制動組晶閘管觸發(fā)電路移相輸入為正，被導通，電動機速度按理想曲線變化。當轉速等于零或很低時，電梯也相應地平層停靠。第42頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（2）調速的主要環(huán)節(jié)及原理①給定電源是一個典型的穩(wěn)壓電源，一般穩(wěn)壓精度較高。輸出電壓值根據不同要求有所不同。將穩(wěn)壓電源輸出的電壓經過電阻分壓，根據現場需要定出高速、中速、低速等運行的給定電壓值，形成不同的階躍信號構成電梯運行曲線，見圖9—54和圖9—55。第43頁,共60頁，2024年2月25日，星期天②調節(jié)器的組成：在電梯調速系統(tǒng)中，一般采用比例積分調節(jié)器。即PI調節(jié)器，利用P調速器的快速和I調節(jié)器的穩(wěn)定性，見圖9—56。PI調節(jié)器由放大器與比例-積分環(huán)節(jié)構成。它的主要作用是將電梯的速度電位信號等反饋信號經分壓和濾波后與給定信號進行比較，再將差值送入PI內放大、調節(jié)，使電梯轎廂的運行速度跟隨給定速度曲線。第44頁,共60頁，2024年2月25日，星期天③反饋環(huán)節(jié)：在電梯調速系統(tǒng)中，為得到理想的速度，大都采用閉環(huán)調速系統(tǒng)。可分單、雙、三閉環(huán)控制系統(tǒng)。一般以電流、速度、位置三環(huán)控制系統(tǒng)使用居多。反饋的方法可根據不同的目的選用不同的方法。例如測速發(fā)電機的電壓信號反饋；光碼盤反饋、光帶反饋的脈沖數字信號；以及旋轉變壓器反饋和電流互感器反饋等。第45頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

四、微機的選層微機控制電梯運行的選層，是用光碼盤或其它方法選層。電梯在運行中必須知道自己所處的位置，才能正確定向與指層，正確選擇減速點，正確平層。用光碼盤將電梯運行的距離換成脈沖數，只要知道脈沖數，就知道電梯的運行距離。如果系統(tǒng)采用數字調節(jié)方式，脈沖數可直接輸入。如果采用模擬量調節(jié)方式，則脈沖數要通過數/模擬換輸入調節(jié)器。第46頁,共60頁，2024年2月25日，星期天在脈沖記數選層方法中，當了避免因鋼絲打滑等其它原因造成的誤差積累，在井道頂層或基站設置校正裝置，即感應器或者開關，對微機的計數脈沖清零，保證平層準確度和換速點的正確。作為比較，例如電梯上行到三樓，設三樓距基站地面為9000個脈沖，而減速距離應在距三樓2000個脈沖開始，則電梯減速運行過程如圖9—57所示。有脈沖計數及層樓數據后，電梯的定向選層、指層、消號、減速等都有辦法處理了。第47頁,共60頁，2024年2月25日，星期天五、電梯的串行接線

減少控制元件的接線，可以提高整個系統(tǒng)的可靠性，圖9—58為系統(tǒng)內指令及廳召喚的線路框圖。它采用串行通訊方式，用一條線就可以傳送多個信號。每層按鈕箱都裝一塊按鈕接口，轎內只需一塊接口。第48頁,共60頁，2024年2月25日，星期天電梯除內、外指令信號外，還有不少觸點信號，如開關門按鈕、開關門限位開關、急停按鈕、安全保護觸點，井道感應開關等等。利用微機我們可以將這些觸點信號接成矩陣的形式，如圖9—61，這樣，線路由許多交叉線組成，觸點接在每兩線相交的地方。例如置1號線為高電平，如果左上角觸點接通，在5號線就可以收到高電平信號，由1號與5號線就可以確定是哪一個觸點接通。信號送至微機，微機根據這個觸點信號就可以作出判斷，確定是哪個開關動作。第49頁,共60頁，2024年2月25日，星期天六、微機的輸入/輸出接口微機系統(tǒng)中，對輸入、輸出信號是有一定要求的，如果不能滿足就得通過接口電路來轉換。1、傳送方式的轉換傳送方式有串行也有并行輸入，這要與微機協調。如果微機是并行接受數據，那么串行輸入的信號就得通過移位寄存器記數，然后并行輸入微機進行處理。第50頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、電平轉換電梯上的抱閘線路、安全線路等常用110V、24V 等高電位，微機要接收這些電器觸點的信號或輸出驅動這些電器，顯然不能直接與之連接，需要將這些信號通過接口電路轉換成微機能接受的電平信號。第51頁,共60頁，2024年2月25日，星期天3、抗干擾常用的接口電路有兩種，一是光電耦合電路，也稱光電隔離器；另一種是施密特觸發(fā)器。后者主要是提高門坎電壓，使通常較弱的干擾信號不能通過而有效信號則有暢通無阻。第52頁,共60頁，2024年2月25日，星期天七、微機電梯開關門控制

圖9—68為種微機電梯開關門控制框圖，轎頂裝兩塊電子線路板、一塊電源板、一塊控制板?？刂瓢迮c電梯控制器通過接口連接，執(zhí)行開關門指令。開關門系統(tǒng)可以實現多功能化。此部分有速度給定、調節(jié)、減速、安全檢查、重開等功能，使電梯門的控制系統(tǒng)理想狀態(tài)。第53頁,共60頁，2024年2月25日，星期天八、自學習功能

在“心理性等候時間”方式基礎上，微機電梯具有自學習功能。梯群管理系統(tǒng)設置時，可以電梯的規(guī)格、數量、建筑物內隨時間變化的交通狀況微機，以達到高效率的高度。但是，隨著時間的推移，建筑物的交通狀況可能會有所改變。自學習功能能夠在運行中收集、分析隨時間變化等數據，并預測未來的交通要求。