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电梯控制系统培训讲义编写：沈辉忠二OO六年十一月电梯控制系统培训讲议1一．电梯控制系统的基本概念首先，需要说明的是，在这一部分中提到的电梯都是指垂直升降梯，它包括液压驱动电梯和钢丝绳牵引电梯，但不包括自动扶梯。控制系统中也不包括电力拖动（或称驱动）部分。电梯是一种机电一体化产品。如果说各种机械部件是电梯的躯体，那么其控制系统是它的大脑中枢神经。一个现代化的电梯控制系统，必须具备以下几个特点：1．安全性。电梯是一种载人的交通运输工具，所以确保乘客的人身安全至关重要。为此要求电梯控制系统必须严格执行国家或国际一系列有关电梯安全标准，必须具有完整的安全保护措施，控制电梯在什么条件下可以运行，什么条件下不能运行。2．高度自动化。同样是交通运输工具，但电梯不同于汽车，电梯通常是在无人操作的情况下自动运行，电梯所有的动作，包括开、关门，起动，加速，减速，停车，应答召唤等等都是由控制系统自动完成的。即使有司机操作时，司机的工作也非常有限，上述的大部分工作也都是由控制系统自动完成的。3．高度人性化。现代的电梯必须具有非常丰富、完善、高效、便利的各种操作功能，以符合现代大楼和现代乘客的各种不同要求。另一方面，它的人性化还要体现在对维修保养工作带来的简便和高效。4．高度可靠性。一个合格的电梯控制系统必须是非常可靠的，它必须要有极低的故障率，必须能接受高节奏、高强度的现代化社会的使用要求。5．高度的先进性。一个现代化的电梯控制系统，必须不断采用最新的相关技术，使其在技术上一直具有先进性。那么，电梯控制系统主要有哪些工作要做呢？简单、直观地说，它主要可分成以下几点：1．电梯位置信号的给出；2．电梯指令、召唤信号的控制；3．电梯的运行方向控制；4．电梯的开、关门控制；电梯控制系统培训讲议25．电梯的起、止动控制；6．电梯的截车信号给出；7．电梯的速度指令计算；8．电梯的各种操作功能控制；9．电梯的安全保护；10．电梯的监控功能；11．电梯的调试、维修界面控制。二．电梯控制系统的四个发展阶段根据电梯控制系统的核心技术的特点，可把它分成如下四个发展阶段：1.继电器控制阶段。在计算机技术还没有广泛应用于工业控制领域时，继电器一直充当着工业控制中的核心部件。电梯控制系统领域也不例外。在我国上世纪八十年代以前，继电器控制一直是电梯控制系统的全部。到了八十年代，继电器控制仍然是电梯控制系统中主导技术。到了九十年代，继电器控制技术在电梯控制系统中的应用逐步变成为一小部分，到了本世纪，继电器控制几乎已被淘汰。继电器控制的原理，可用以下两个例子说明：第一个例子是一楼指令按钮登记回路。A1J○○○○1J1FJM上图中，A1J为一楼指令按钮，1J为一楼的指令登记信号及按钮灯继电器，1F为一楼层楼位置继电器，JM为检修继电器。整个回路是一楼指令登记回路。从图中可看出，如果电梯不是检修（即是自动），JM不吸合，电梯又不在一楼，1F不吸合，按下一楼指令按钮后，1J就吸合，并会自保，在A1J松开后，1J还能吸合，只有当电梯到达一楼时，1F吸合，其常闭触点断开1J回路，使其释放。第二个例子是一台三层楼的电梯的自动定上向简易回路。1J电梯控制系统培训讲议31F2JJMJX○○3J2S2X2F3X3J3X上图中，JX是定下方向继电器，JS是定上方向继电器。1F、2F是电梯在一楼和二楼的层楼位置继电器，2J、3J是二楼和三楼的指令登记信号继电器，2S是二楼上召唤登记信号继电器，2X、3X是二楼和三楼的下召唤登记信号继电器。从图中可看出，在自动状态下，如果电梯在一楼，而且又有二楼的指令或上召唤或下召唤的登记、或者有三楼的指令或下召唤信号的登记；或者如果电梯在二楼时，而且又有三楼指令或下召唤的任何一个信号登记，就会产生上方向定向。整个继电器控制的电梯控制系统，都是由上述那样的许多回路构成。继电器控制系统主要有以下一些缺点：⑴控制屏体积大、元件多、布线复杂；⑵触点太多，故障率高；⑶很难实现高级、复杂的电梯操作功能。2．PLC控制阶段PLC是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）的缩写。它实际上是一种通用的工业控制电脑。在进入电梯控制系统以前，已被广泛应用于其他各种工业控制领域。在我国，从上世纪八十年代末开始，PLC逐渐被各电梯厂家成功应用到电梯控制系统中。九十年代，国内自己开发、设计的电梯控制系统中，PLC系统占绝对主导地位。这其中的主要原因有：⑴因为当时电梯行业基本上都是继电器控制系统，而由于继电器控制系统技术落后，以及存在着上面分析过的诸多缺点，各电梯厂家急需一种技术先进的控制系统加以替代。但由于当时电子技术和计算机技术基础较差、元器件配套又不过硬，自己很难设计出一套可靠性很高的硬件。而PLC又恰恰给我们提供了一种可靠性较理想的现成的用作电梯控制的“半成品”工业电脑。JS电梯控制系统培训讲议4⑵因为PLC硬件简洁、软件编程方便，特别是它的梯形图编程方法，更为当时在国内大多数习惯于继电器逻辑图的电梯电气工程师易于接受和掌握。PLC也分成大、中、小型。一台现代的大型PLC结构非常复杂，具有十分丰富的功能模块，当然价格也不菲。一般电梯控制系统用的PLC都属小型类的，其硬件比较简单，主要包括CPU模块、存贮器模块、电源模块和输入、输出模块。PLC的结构通常分两种：⑴基本模块加扩展模块型，在基本模块中包含了CPU、存贮器、电源和一定量的输入/输出点。⑵积木型，通常将电源模块、CPU模块、输入/输出模块通过母板或其它总线形式连成一体。根据电梯层楼数的不同，可配置不同数量的输入/输出点。除了上述提到的以外，现在有的电梯控制系统还用到PLC的串行通信（如RS485）模块或连接（Link）模块，主要用来实现电梯的并联或群控功能。PLC的软件编程指令分基本指令和扩展指令两种。基本指令有LD、LDI、AND、ANI、OR、ORI、OUT、TIM等逻辑位操作指令，用这些指令编写的梯形图和继电器控制的逻辑图非常相似。扩展指令包括ADD、SUB、CMP、MOV等运算、比较、传送等功能的类似于计算机汇编语言的指令。尽管PLC电梯控制系统具有不少优点，但它也有其固有的缺点或局限性：⑴PLC编程语言虽然便于学习和掌握，但它同其它计算机高级语言相比缺少灵活性，在电梯操作功能要求越来越高的今天，PLC编程的局限性也越来越体现出来。⑵在目前常用的配置下，很难实现诸如直接停靠等当今非常需要的一系列先进功能。但如果为实现这些功能而提高PLC档次或增加PLC配置，其成本就难以为目前电梯市场所接受。⑶缺少软件的保密性和安全性。由于PLC是一种通用工控机，即使对程序加了密，人家还是能够有办法在现场将全部软件读出。另一方面，别人还可以在现场修改PLC的软件，甚至重写整个PLC的控制系统软件。⑷系统缺少特点，不利于生产厂家掌握电梯的维修保养权。由于PLC硬件都相同，软件又大同小异，再加上缺少保密性和安全性，所以生产厂家很难掌握电梯的维修保养权。而对现在的电梯厂家来说，电梯的维修保养是它们很重要的一个经营内容。鉴于以上因素，PLC电梯控制系统终究必将被专用微机电梯控制系统所取代。事实上，目前市场上的PLC电梯控制系统已经越来越少。电梯控制系统培训讲议53．微机控制系统实际上，在发达国家的著名电梯生产厂家中，如奥的斯、三菱等，它们根本就没有用过PLC作为电梯控制系统。早在上世纪七十年代末期或八十年代初，专用的微机电梯控制系统已经投入市场。在我国的八十年代中期起，也有不少单位开始开发设计微机电梯控制系统，但是，成功的产品几乎没有。那时，国内生产的专用微机电梯控制系统，基本上都是从国外引进技术的产品。直到上世纪九十年代中期起，才逐渐有国内自行开发设计的比较成功的专用微机电梯控制系统产品投入市场。早期的电梯专用微机控制系统中，其主控制器大多采用八位以下的CPU，硬件结构大致可以分成以下几个主要部分：⑴CPU及其周围电路；⑵存贮器（ROM和RAM）；⑶电梯基本要求的输入/输出处理回路；⑷召唤和指令铵钮信号的输入和按钮灯的输出处理回路；⑸编码器脉冲输入处理回路；⑹对驱动系统的专用接口。专用微机控制系统同PLC控制系统相比在独特性、安全性和保密性上都具有较大的优势。每个专用微机控制系统的硬件都有很大的差异，而放在EPROM中的软件也不易读出，即使读出来反汇编后，也难以读懂。另外，与PLC控制系统相比，专用微机控制系统针对一些特殊要求和特殊功能，实现起来也较灵活和方便。4．采用串行通信技术的新型专用微机控制系统早期的微机控制系统和PLC控制系统一样，对外围所有开关和按钮信号的输入及点灯信号的输出都是通过一对一方式实现的，这样带来的问题是，系统接线很多，而接线的数量随层楼的增加而增加。这对生产、安装和维修保养都带来很大的不便。因此，电梯控制系统的设计者们开始追求串行传送的方式。在计算机串行通信技术真正引入到电梯控制系统以前，就已经有一些有效的串行传送方式被应用，主要用来传送按钮信号输入，按钮灯点灯信号输出及层楼位置显示信号输出等内容。其中有这样一种串行传送方式值得在这里简单介绍：在主控制器中设有一专管串行传送的CPU，在操纵箱内和每个召唤盒内都装有串行传送的逻辑控制板（没有CPU），这些控制板都用同步信号线串接起来，每块控制板还都连接同一根时钟信号线、输入信号线和输出信号线。串行传送CPU通过时钟信号控制同步信号逐级循环移动，并保证每一时刻只有到达同步信号的那块逻辑控制板电梯控制系统培训讲议6与输入信号线和输出信号线相通，其它都是阻断的。从而通过分时方式达到信号的串行传送。以达到减少接线的目的。到了上世纪九十年代，随着计算机串行通信技术的不断发展，计算机串行技术也被应用到了电梯控制系统中。采用计算机串行通信技术的电梯专用微机控制系统中，除主控制器外，在操纵箱中、每个召唤盒内都装有CPU板，它们与主控制器之间通过串行通信传送大量信号。这样，使各部件之间既能传递比过去更多的信息，以完成更丰富、更先进的操作功能，又大大减少了系统的接线。有一点需要说明，一般来说，串行通信传送的信号不直接涉及安全问题。它们主要包括：指令和召唤的按钮输入信号、按钮点灯信号、层楼显示信号、操纵箱的开、关门按钮信号、操纵箱内各操作开关（如司机开关）信号、开、关门限位开关信号，等等。现在电梯控制系统中采用最多的串行通信技术主要有RS485、CAN等。RS485是一种早期的串行通信方式，它实际上仅仅是一个通信的物理层。它的优点是普及率高，成本低。它的缺点是通信的可靠性和效率太依赖于用户层的设计。一旦用户层设计得不够完善，其通信的可靠性和效率将大打折扣，而RS485最大节点数为32个的限制，又给高层电梯的应用带来不便。CAN是一种比较先进的串行技术，它是ControllerAreaNetwork（控制器局域网）的缩写，它属于现场总线范畴。CAN内部本身具有诸如总线仲裁，CRC校验等许多先进技术，使它具有通信可靠性高（并与应用层的设计影响不大），速度快、距离远和节点多等许多优点。因此，CAN通信技术在电梯控制系统中的应用越来越广泛。三．与电梯控制系统直接相关的主要部件1．控制柜（控制屏）。控制柜（控制屏）是电梯控制系统的核心部件，可以说电梯的一切动作基本上都由控制柜（控制屏）指挥。控制柜（控制屏）通常都放置在电梯机房，但在少数情况下不放在机房。如无机房电梯，此时控制柜通常放在电梯最高层的厅门旁边。在继电器控制阶段，它一般做成一个屏架结构，所以那时都称作为控制屏。而到了PLC控制阶段及专用微机控制系统阶段后，大多都采用柜子的形式，所以现在都称它为控制柜。控制柜（控制屏）的实体主要由以下部件组成：⑴主控制器。在继电器控制阶段，主控制器由许多的继电器组成；在PLC控制阶段主控制器是PLC；而在专用微机控制系统（包括串行通信的微机控制系统）中，它就是专用微机板。电梯控制系统培训讲议7⑵调速装置。对于AC-2驱动钢丝绳牵引电梯或液压驱动的电梯，没有专用的调速装置。对于ACVV电梯，调速装置就是交流调压调速装置，对于目前最通用的变频（VVVF）电梯，它就是变频器