四层电梯控制及其运行分析【字数：7145】
1绪论
1.1电梯的发展背景
电梯出现到现在逐渐超过一百多年，在长达百年的发展过程中，电梯即便出现明显的改变，但是始终不变的就是给大众生活带来的便利性。
1854年，在纽约举办的全球博览会上，美国专家伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯首次向众人展览了个人发明。他屹立于满载物品的升降梯平台中，让助手把平台提高到大众可以观看到的高度，之后一声令下，让助手使用斧子砍断升降梯的提拉缆绳。让人吃惊的是，升降梯并未坠落，而是坚固的屹立在空中——奥的斯学者设计的升降梯安全装置发挥了作用。一切安全，先生们。站在此平台上的奥的斯学者向周围观看的民众如此说。谁也不曾料想到，这竟然是人类发展历程中的首部升降梯[1]。
大众通过升降方式运送物品、人员的时间很久。最初在公元前2600年，埃及人在创建金字塔的时候就采用最初的升降系统，此系统主要理论到现在依旧没有改变,也就是平衡物降低的时候，负载平台提高。初期升降工具主要将人力当做基础。1203年，在法国偏远的修道院内安置了以驴子为原动力的起重机，此刻才完结了使用人力运送物品的时期。英国科学家瓦特发明蒸汽机之后，起重机设备逐渐使用蒸汽当做动力。此后，威廉·汤姆逊设计出使用液压为动力的升降梯，液压需要使用水。在上述升降梯前提下，不断出现具备创新理念的工程师，他们在持续改善优化此类技术。但是，非常重要的现实问题并未被妥善处理，主要是假如升降梯拉升缆绳出现断裂，负载平台肯定会出现坠毁问题[2]。
奥的斯专家的发明扭转了大众使用降工具的状态。此后，称作升降梯并非是勇敢者的专利，升降梯在全球各个国家被普遍使用。1889年底，美国奥的斯电梯企业生产出让人钦佩的电梯，主要使用直流电动机当做动力来源，利用蜗轮减速器引导卷筒上出现的绳索，悬挂且抬高或降低轿厢。1892年，该企业逐渐使用按钮操纵设备，取代之前的轿厢内拉动绳索的操纵形式，为操纵形式的发展奠定基础。
大众生活更加丰富，技术发展成果显著，电梯也是如此。在一百多年的发展中，电梯材料从黑白到彩色，款式从直式到斜式，在操纵控制部分也出现相应的创新——手柄开关操纵、按钮控制等部分，多个电梯也可以并联控制，群控；双层轿厢电梯具备节约井道空间，提高运送水平的优点；变速式自动人行道扶梯的设计在一定程度上节约了大众时间；多种外形具备观赏性质的观光电梯就让乘坐的人们观看到更加宽广的视野。目前，以美国奥的斯企业为典型的全球众多知名企业充分施展自身才华，依旧在持续研究全新的产品，且持续健全维护与保养服务体系。调频门控、智能远程监控、主机节能等不同款式汇聚了大众在机械、电子、光学等行业全新研究成就的全新电梯产品相继出现，以前呆板的建筑也随之呈现出感性的光辉，大众生活也因此更方便和高效[3]。
中国早期的电梯出现在上海，是美国奥的斯企业在1901年安装。1932年该企业装置在天津利顺德酒店的电梯到现在依旧在正常运作。1951年，xxxx指出要在天安门装置一台由国内自主生产与设计的电梯，天津从庆生电机厂接收此工作，四个月之后全面完成此工作。在我国对外开放之后，国内电梯领域开始步入全新发展阶段。目前，在国内城市中，电梯都被普遍使用。其给大众带来了方便的生活，为国内当代化发展奠定了良好的基础。
1.2电梯的基本结构
电梯是机电融合的规模庞大的产品,机械类似于人类躯体,电器则是神经。机和电的全面融合,促使电梯变成当代科技发展的重要产品。对于内部结构来说,之前被划分成机械与电气,然而按照功能系统进行叙述,就可以呈现出电梯的主要特征。接下来大致叙述电梯机械结构,此时最终目标是如何对其进行控制[4]。
（1）曳引系统
此部分系统的现实作用是输出和传播动力，促使电梯运作。此系统通常包含曳引机、钢丝绳，导向轮等多个部分。
(2)导向系统
此系统现实作用是限制轿厢与对重的活动范围，促使上述两个部分全面依照导轨进行相应运动。此系统通常包含导轨，导靴与导轨架等部分。
(3)轿厢
此部分是运输物品和人员的重要组件，是关键的工作环节。此部分主要包含轿厢架与轿厢体等。
(4)门系统
此系统现实作用是封住层站与轿厢入口。此部分主要包含轿厢门，层门，开门机等。
(5)重量平衡系统
此系统现实作用是均衡轿厢重量，在电梯运作时期促使轿厢和对重之间的重量差维持在相应范围内，确保内部曳引传送顺利。主要包含对重与重量补偿设备。
(6)电力拖动系统
此系统主要作用是供应动力，管控具体速度。此系统主要包含曳引电动机，供电系统，速度反馈设备，电动机调速设备等部分。
(7)电气控制系统
此系统现实作用是对电梯运作进行操纵与管控。此系统通常包含操纵，位置显示，控制屏(柜)，平层等众多部分。
(8)安全保护系统
确保电梯顺利运作，避免所有伤害人身健康的问题出现。主要包含电梯限速器、安全钳、缓冲器等诸多部分[5]。
1.3电梯的工作原理
电梯主要原理是由曳引绳两边关联轿厢与对重，环绕在曳引轮与导向轮上，曳引电动机利用减速器变速之后引导曳引轮运送，依赖曳引绳和曳引轮摩擦出现牵引力，完成轿厢与对重的相应操作，进而完成运输目标。稳固在轿厢上的导靴可依照装置在建筑物井道墙体上的固定导轨反复升降操作，避免轿厢在运作中偏斜或摇晃。常闭块式制动器在电动机运作时松闸，促使其正常运作，在失电时期制动，促使轿厢暂停运动，且在特定层站上维持静止时期，让人员与物品进出。轿厢是运送人员或其余物品的箱体部分，对重主要是平衡轿厢载荷、降低电动机功率。补偿装置主要是弥补曳引绳运动内的张力与重量变动，促使曳引电动机负载平稳，轿厢精准停靠。电气系统完成对电梯运动的管控，此外进行选层、平层、测速工作。指示呼叫系统可以呈现出轿厢运动方向与楼层情况。安全装置确保电梯顺利运作[6]。
(1)电梯在不同服务层站设置层门、轿厢运作方向指示灯、数学显示轿厢、运作位置指层器以及召唤电梯按钮。此类召唤按钮被使用时，上楼按照上方向，下楼与之相反。
(2)轿厢顺利到达时，层楼方向指示就是轿厢运动朝向，乘坐的人员判定欲往方向与明确电梯无误之后步入轿厢，关注门扇关闭情况，不要在层和轿厢门口连接处暂停。
(3)轿厢设置位置显示器、操纵盘和开关门按钮以及层楼选层按钮。步入轿厢之后，提前按欲往层楼的对应按钮。假如要轿厢门马上关闭，提前按下关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示达到层楼且等待轿厢门开启之后就可以顺利离开。
1.4可编程控制器的简介
1.4.1 PLC的产生与发展
在可编程控制器存在以前，在工业电气控制行业内，继电器控制占据主要位置，使用相对宽泛。然而电器控制系统表现出占地面积大、稳定性不高、查询u排除问题艰难等不足，尤其是接线繁琐、不容易修改，对生产工艺变动的适应性不高。
1968年美国通用汽车企业（G.M）为了满足汽车型号持续变化需求，制造工艺持续变动需求，完成小批量、多类型制造，想要设计出全新的工业控制器，它可以降低再次设计与更改电器控制系统和接线的频次，继而减少费用，减少周期。因此就着手设计吗，把计算机功能众多、自主、通用性好等优势和电器控制系统简单直接、性价比高等优势融合在一起，设计出通用控制设备，此外上述设备使用面向控制过程、基于问题自然语言开展编程，让不了解计算机的人也可以顺利应用。
1969年美国数字设备企业（DEC）依照通用汽车企业的上述需求，设计全球首台可编程控制器，且在企业自动装配线上试验，得到较好的成就。之后此科技开始得到良好的发展[7]。
初期可编程控制器只具备逻辑计算、定时、计数等相关控制作用，通常是替代之前的继电器控制,一般被叫做可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）。伴随微电子科技与计算机科技的进步，二十世纪七十年代中期此技术被使用到PLC内，促使PLC不只具有逻辑控制作用，此外也增添算术运算、数据传输与信息处理等作用。
二十世纪八十年代之后，伴随大规模集成电路等微电子科技的持续进步，16位与32位微处理器使用在PLC内，促使PLC被普遍应用。PLC不只具备强大的控制作用，此外稳定性高，损耗、体积降低，费用减少，编程与故障检测相对便利简单，此外具备通信与联网、数据处置与图象显示等作用，促使PLC全面变成具备逻辑、过程、运动控制等诸多作用的高效控制器[8]。
在首台PLC被设计之后，日本、德国、法国等也随之设计出PLC，且得到良好效果。当前，全球只有两百多家PLC工厂，四百多种产品，按照地区被划分成美国、欧洲与日本等主要流派，不同流派的产品都表现出不同的特点，比如日本一般制造中小型PLC，其制造的产品功能领先，结构紧密，售价较低，在全球得到普遍认可。知名的PLC制造工厂一般是美国A-B（Allen-Bradly）企业、GE（General Electric）企业，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric）企业等[9]。
国内PLC研究、生产与使用也得到良好发展，特别是在应用领域效果显著。在二十世纪七十年代左右，国内持续购买其他国家的成套设施、专用设施，因此也开始关注到PLC。后来，在传统设施优化与新设施设计中，PLC被普遍使用，且得到良好的成果，PLC在国内被众多行业使用，对提升给国内工业自动化能力具备积极影响。当前，国内众多研究组织与工厂在设计与制造PLC，比
如辽宁无线电二厂、无锡华光电子企业等诸多组织。
从近期研究信息可知，在全球领域内PLC产品的数目、销量、用量位于控制装置前茅，此外现实需求量始终以年均15%的比值提高。PLC逐渐变成工业自动化控制行业内占据主导位置的通用控制设备[10]。
1.4.2 PLC的特点
PLC可以得到普遍使用的原因，不仅是因为工业自动化现实需求，此外非常关键的是其具备众多独有的优势。其可以妥善处理工业行业内被大众重视的稳定、安全、自主、便利、成本等难题。体现出下面的优势：
(1)稳定性高、抗干扰水平高
之前的继电器控制系统中大部分使用中间与时间继电器。导致触点接触效果不好，有时候会发生问题。PLC使用软件取代众多中间与时间继电器，只剩下和输入、输出相关的少部分硬件，接线可缩减到原本系统的1/10~1/100，由于触点接触问题导致的故障明显缩减。
高稳定性是电气控制设施的重要作用。因为PLC使用当代集成电路科技，使用科学的生产工艺制造，内部电路使用领先的抗干扰科技，具备较高的稳定性。比如三菱企业制造的F系列PLC平均无问题运作时间超过三十万小时。部分使用大量CPU的PLC的平均无问题运作时间更久。根据PLC机外电路进行分析，采用PLC设计控制系统，与相应规模的继电接触器系统进行比较，电气接线和开关接点逐渐被缩减到数百乃至千分之一，问题也随之被缩减。另外，PLC具有硬件问题自我检测效能，发生问题时会出现警报提示。在相关软件内，使用者依旧能编撰外围器件的问题自诊断程序，促使系统内除PLC之外的电路和设施也可以得到问题自诊断功能。稳定性高、抗干扰水平高是PLC最关键的优势。PLC平均无问题时间长达几十万个小时，具备上述较高稳定性的原因是其使用众多硬件与软件的抗干扰举措：
硬件部分：I/O通道使用光电隔离，高效限制外界干扰源对内部的波及；对供电电源和线路使用众多类型的滤波，进而弱化或限制高频影响；对CPU等众多部件使用举报被较好导电、导磁材料进行屏蔽，进而避免受到空间电磁影响；对部分模块设定联锁维护等。
软件部分：PLC主要使用扫描工作模式，缩减因外界环境影响造成的问题；在内部系统程序中设置问题检测与自诊断程序，可以对系统硬件电路等问题进行检测与判定；在由外界影响造成问题的时候，可以马上对关键信息进行储存，禁止其他不稳定读写活动，假如外界环境稳定之后，就能复原到问题出现之前的状态，再次开展之前的活动[11]。
(2)编程简单、应用便利
当前，大部分PLC使用梯形图语言，其主要是面向生产与用户的重要语言。梯形图和电器控制线路图类似，形象、直接，无需了解理论知识，可以轻松让众多工程技术人员了解。在生产流程需要修改时，能够在现场修改，操作便利、效率高。此外，PLC编程器操作与应用相对简单。也是PLC得到普及与宣传的现实因素。
(3)硬件配套充足，功能众多，适用性高
PLC发展到现在，逐渐延伸出不同规模的相关产品，此外逐渐标准化、系列化、模块化，设备具有类型众多的多种硬件设备供使用者选择，用户可以自主搞笑的进行组合和搭配，组成多种功能、多种规模的系统。PLC装置接线相对便利，通常使用接线端子连接外界接线。PLC具备强大的带负载水平，可驱动普通电磁阀与交流接触器，主要被使用在多种规模的工业控制领域。去除具备逻辑处理作用之外，当代PLC大部分都具备较多的数据运算功能，被使用在多种控制行业。近期PLC功能单元不断出现，促使其开始进入到位置与温度控制、CNC等多种工业行业内。此外PLC通信能力的强大和人机界面科技的研发，采用PLC构成多种控制系统就更加简单。
(4)简单方便，得到工程技术人员认可
PLC是通用工业控制计算机，主要基于工矿公司。接口容易，编程语言容易被工程技术人员所认可。梯形图语言的图形符号和表达模式与继电器电路图大致类似，只使用PLC少部分开关量逻辑控制指令就能便利的完成继电器电路的任务。为不了解电子电路、不了解计算机理论与汇编语言的人们应用计算机开展工业控制提供便利。
(5)系统设计、装置、调试人任务较少，维护便利，改造简单
PLC梯形图程序通常使用顺序控制设计方式。此方式具备相应规律，掌握相对轻松。对于繁琐的控制系统，梯形图设计时间较少[12]。
PLC使用存储逻辑取代接线逻辑，在一定程度上缩减控制设备外界接线，促使系统设计和制造的时间不断减少，此外也便于维护和处理。不容忽视的是采用相同设施经过改变程序修改生产过程变成现实。其可以满足众多品种、小规模的生产企业。PLC的用户程序大多数能在实验室开展模拟调试，减少设计与调试周期。在维护部分，因为PLC问题出现概率不高，维修任务量不大；此外PLC具备强大的自诊断作用，假如发生问题，可依照PLC上指示或编程器上供应的故障信息，快速查询根源，便于维护。
(6)体积不大，体重轻，损耗少
我们将超小型PLC当做案例，最近制造的品种底部尺寸不大于100mm，也就是继电器大小，所以把开关柜体积降低到之前的1/2~1/10。其重量少于150g，损耗只有数瓦。因为体积不大可以被轻松装置在设备内部，是完成机电一体化的最佳控制设施[13]。
2控制系统的硬件设计及其设备的选择
2.1方案设计与论证
2.1.1控制方案的设计与论证
采用可编程控制器（PLC）控制。该方案的优点是系统条理清晰，编程元件丰富和编程语言灵活变化，实现编程简单，容易学习掌握，系统扩展容易，部件少，技术成熟，系统稳定性和可靠性很好，容易改造。
LC是具备稳定性、高效性与自主性的控制模式，主要被使用在当代电梯控制的要求与达到我国多种现实标准，是电梯控制系统内相对成熟的技术。
2.1.2显示界面方案的设计与论证
完成楼层的显示，上升下降信息的提示，再结合本设计的实际要求。按照低成本，简单易懂，实用性考虑，主要使用LED显示。此方式相对简单直接，可显示数字与少数英文字母，费用不高。可以达到现实设计需求。
2.1.3输入输出方案的设计与论证
使用直接输入：此方式接线便利，操作环节少，查看便利，维修便利。主要使用在输入信号较少的控制系统。
使用全直接输出。此方式接线形式简单，查看便利，操作便利。主要使用在输出信号较少，也可以达到单一负载容量较大的控制系统需求。
2.2状态设定、运行分析及控制要求
2.2.1电梯状态设定
1、电梯的初始状态。
当电梯出厂时安装时，电梯箱体在一层安装，各部件的状态如下：
（1）电梯的箱体门和各层电梯门均关闭。
（2）电梯内部和外部LED显示屏均显示为1楼
（3）各层呼叫按钮和呼叫灯保持初始状态，没有信号。
2、电梯的运行状态。
当按该层下上下楼呼叫按钮，呼叫灯有信号，电梯响应呼叫移到该层。
运行过程中电梯的门始终关闭，直到到达指定楼层时，门自动打开。
不同楼层显示伴随电梯变动而持续变动，各层指示灯也出现改变。
电梯在运作时期，支持其余楼层呼叫。
3、电梯到达指定楼层状态。
在电梯进入要求楼层时，电梯门自主开启，此外维持开门8秒左右，门自自动关闭，在上述环节内，支持手动提早立即关门与开门。不同楼层显示器表明此层具体位置，假如不存在其余任务且上行和下行指示灯全灭。假如到达目标层之后，也存在其余任务并未达成，按照程序再次完成任务。一直到全部任务均结束之后暂停运作。
3.2.2电梯在运行过程中的分析
电梯的设计就是为了满足客户的需要，要设计出一个好的合格的产品，首先就是要深入了解客户的要求。在实际生活中，电梯服务的对象是往往是乘客，而乘客乘坐电梯的目的地的任务是各不相同的，而且，每一个乘客呼叫电梯的优先顺序也是不一致的，并且还要保证乘客在错误操作时，控制系统能自我纠正并安全运行。基于此，电梯必须得到乘客的满意，因此把电梯在现实中的详细情况进行划分，进行研究，便于设计程序。
第一次按下某层呼叫按钮（1—4层）之后，此层呼叫灯亮，电梯随之响应。
1、电梯下行分析。
假如电梯位于待命时期，下面楼层出现呼叫，随之向下运动。向下运动归属于状态被记载。假如电梯向下达到呼叫楼层时的整个过程中，或到达时结束任务的一刹那。电梯上面楼层，下面楼层全部进行呼叫，或电梯上面楼层的呼叫比电梯下面楼层的呼叫早。但是向下运动这种状态已被记录，电梯继续向下运动，先结束下面呼叫工作，之后进行上面的呼叫工作。
2、电梯上行分析。
假如电梯位于待命时期，上面楼层出现呼叫，随之进行向上运动。向上运动属于状态被记载。假如向上到达上面呼叫楼层时，或到达时结束任务的一瞬间。电梯下面以及上面楼层共同进行呼叫，或下面楼层呼叫比上面早。然而向上运动的状态之前被记载，电梯依旧会继续向上，完成上面楼层任务，之后完成其他任务。
3、电梯按钮特殊功能
电梯进入呼叫楼层，人进入箱内。按下楼层按钮，对照楼层的按钮旁边的指示灯点亮。然而假如，乘客按错楼层，要去除此命令，需要在已亮灯按钮上重复按，指示灯随之熄灭，此命令消失。
4、综合分析
根据上述现实情况的深入研究我们就能知道，电梯在接收指令之后，一直依照从近到远的规则完成多个楼层的呼叫应答工作。上下运行是惯性被记载，在向下运作时期，先响应下面楼层呼叫；在向上运作时期，先响应上面楼层。电梯控制需要根据以上标准进行设计，就不会在运作时发生上下乱跑的问
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