Abstract： In recent years， the programmable logic controller （PLC）， which is rapidly developed， is a very mature control device. Most of the related specialties in colleges offer this course and are equipped with experimental courses to improve the students' ability of connecting theory with practice. In order to provide these educational institutions with perfect PLC experimental teaching equipment to complete the teaching task well and let the students master the relevant theoretical knowledge thoroughly and improve their ability to solve the practical problems of the project， a three-layer elevator teaching device is developed. The device is mainly composed of traction motor， door motor， PLC， inverter， relays， photoelectric switch sensors， computers and touch screen. At present， the device has been used in personalized training teaching of the School of Mechanical Engineering of Hebei University of Science and Technology and has obtained good effect， so it is worthy of promotion.
关键词： 自动化技术应用；PLC；电梯；教学装置；控制系统；程序设计
Key words： automation technology；PLC；elevator；teaching device；control system；program design
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0103-04
0 引言
可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）是一种以微型处理器为核心，融计算机技术、自动化技术和通信技术为一体的新型工业控制装置。它具有体积小、重量轻、功耗低，编程简单、易维护，通用性好，抗干扰能力强、可靠性高等优点。目前，PLC已在国内外被广泛应用于电力、石油、化工、钢铁、机械制造等领域的自动控制中，包括开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信和联网等[1-2]。由于PLC在工业控制领域中占据着重大的地位，现绝大多数高校都开设了这方面的课程，而课程的实践环节至关重要。本文介绍了一种三层电梯教学装置，此装置是基于PLC研制的，可以辅助一些教学机构完成机电一体化系统分析、机电传动、PLC控制等多方面的教学，同时为学生提供了良好的实验学习环境，不但可以让学生模拟电梯的多种机械结构，还可以让学生练习PLC控制系统的硬件选型、电路设计、软件开发编程、人机界面设计和通讯等方面的技能。
1 三层电梯教学装置总体设计
三层电梯教学装置的总体设计包括机械系统的设计和电气控制系统的设计两部分。其中，机械系统的设计主要包括开关门系统的设计和曳引系统的设计，电气控制系统的设计主要包括系统的基本结构分析、控制要求分析、PLC选型与I/O点数分配、变频器的选择与参数设置、PLC程序设计与触摸屏人机界面的设计。
该三层电梯教学装置的整体结构如图1所示，包括左侧的电梯结构模型和右侧的系统控制台两部分。装置框架采用工业铝型材搭建以便于拆装，门机构采用直流电机控制，曳引系统采用三相交流电机变频调速控制，可实现的主要功能有轿厢内外信号的登记与消号、定向选层、轿厢位置判断、顺向截梯、换速、平层和开关门等。
2 机械系统设计
2.1 开关门系统设计
开关门系统采用连杆机构传动方案，此方案使用12V直流电机进行控制，电机轴与电机摇臂采用顶丝挤压电机轴键的方式进行连接，电机摇臂正反转180°分别实现电梯门的开和关。考虑到等边三角形具有结构简单、稳定性好且计算方便的优点，并通过对机构的工作原理、预设工作条件及几何计算进行分析，最终确定连杆机构各部分零件的尺寸为：电机摇臂两端轴心中心距为40mm，连杆两端轴心中心距为200mm，摇杆两端轴心中心距为200mm，滑块移动范围为40mm。最终达到的运动效果为：电机轴或电机摇臂围绕旋转中心正反转180°，相应摇杆摆角为60°，滑块上下移动的距离为40mm，且门完全打开时门的间距为400mm，即两扇门的宽度。其开关门状态如图2、图3所示。
2.2 曳引系统设计
曳引系统是电梯完成升降功能的动力装置，其组成器件主要有曳引电机、减速器、联轴器、曳引轴、导向滑轮、钢丝绳和配重等。其中，曳引电机起着至关重要的作用，下面主要介绍曳引电机的选取。
2.2.1 曳引电机运行分析
①轿厢装载至125%额定载荷时应能保持平稳状态运行。
②无论轿厢内空载还是满载，必须保证在任何紧急制动时，其减速度值不能超过缓冲器作用时的减速度值。
③当对重压在缓冲器上而曳引电机按电梯上行方向旋转时，应不能提升空载轿厢。
④由于曳引电机是连续周期性工作的，所以应允许电机频繁的启动和制动。
⑤由于曳引电机的启动转矩较大，为保证轿厢运行速度几乎不受负载变化的影响，所以应使电机的堵转电流较小。
综上分析，选择三相交流异步电动机，该类电动机具有高效节能、振动小、噪声低、运行安全可靠的优点，适于频繁的启动、制动和换向。
2.2.2 曳引电机参数计算
电梯轿厢从一楼到三楼用时t=10s ，行程h=1m，电梯匀速运行时的速度为：v=2h÷t=2×1÷10=0.25m/s
电机机械能转化为电能的效率η=85%，轿厢重m1=20kg，载荷重m2=30kg，电机有效功率为：
P=（m1+m2）gv=（20+30）×10×0.2=100W
电机总功率为：P总=P÷η=100÷0.85=117.6W
考虑余量，故选用功率为120W的三相交流异步电动机，其额定转速为1440r/min 。该电机轴径D=15mm，设计轴上缠绕钢丝绳部分的直径D1=20mm，此部分轴转速为：
n=60v×103÷（？仔D1）=60×0.2×103÷（3.14×20）=191r/min
减速器减速比为：i=1440÷191=7.5：1
转矩为：
T=9550P总×103÷n=9550×117.6×103÷191=5.88×106N・m
3 电气控制系统设计
3.1 控制系统基本结构分析
电梯PLC控制系统大体可分为拖动控制系统和信号控制系统，它的组成元器件主要有PLC、变频器、曳引电机和门电机等，其基本结构方框图如图4所示。
电梯拖动控制系统的拖动方式主要有交流拖动和直流拖动两种。随着PLC和变频器的快速发展，目前电梯使用PLC控制变频调速的交流拖动方式较多，因为它既可以形成半闭环控制系统，又可以形成全闭环控制系统，从而会大大提高电梯的运行效率和平层精度；电梯信号控制系统的核心是PLC，其外部输入信号通过输入接口传输到PLC内部，然后根据用户编制的程序进行计算，最后将计算结果通过输出接口传输到PLC外部，从而实现电梯各功能的控制[3-4]。
3.2 控制要求分析
3.2.1 轿厢内呼分析
①当轿厢处于1层或2层时，按轿厢内3楼位置按钮，轿厢上升到3楼；
②当轿厢处于2层或3层时，按轿厢内1楼位置按钮，轿厢下降到1楼；
③当轿厢处于1层时，按轿厢内2楼位置按钮，轿厢上升到2楼；
④当轿厢处于3层时，按轿厢内2楼位置按钮，轿厢下降到2楼；
⑤当轿厢处于上升状态时，若按轿厢内小于其当前楼层位置按钮，轿厢则等待上升结束后再执行此按钮的动作；当轿厢处于下降状态时，若按轿厢内大于其当前楼层位置按钮，轿厢则等待下降结束后再执行此按钮的动作。
3.2.2 轿厢外呼分析
①当轿厢处于1层或2层时，按3楼下行呼叫按钮，轿厢上升到3楼；
②当轿厢处于2层或3层时，按1楼上行呼叫按钮，轿厢下降到1楼；
③当轿厢处于1层时，按2楼下行或上行呼叫按钮，轿厢上升到2楼；
④当轿厢处于3层时，按2楼下行或上行呼叫按钮，轿厢下降到2楼；
⑤当轿厢处于上升状态时，若按下行呼叫按钮，轿厢则等待上升结束后再执行此按钮的动作；当轿厢处于下降状态时，若按上行呼叫按钮，轿厢则等待下降结束后再执行此按钮的动作。
3.3 PLC选型与I/O点数分配
SIMATIC S7-200系列PLC是西门子公司前些年投入市场的小型可编程序控制器，可单机运行，也可扩展输入、输出和功能模块，其价格低廉、运行速度快、可靠性高，并具有强大的多种集成功能和实时性，该电梯选用此系列PLC。
对该电梯所有信号进行分析，共有40个数字量输入信号、28个数字量输出信号和1个模拟量输出信号，其I/O点数分配如表1所示。由于点数多，所以该控制系统选择型号为SIMATIC S7-200CPU226的PLC，并配有一个型号为EM223的数字量扩展模块以及一个型号为EM235的模拟量扩展模块。
表1说明：I3.6、I3.7、I4.0～I4.7均为检修模式的输入信号。
3.4 变频器的选择与参数设置
设计此教学装置载重为30kg，三相异步电动机功率约为120W，选型号为FVR0.2E11S-2JE的变频器，主要参数设置如下：
①运行方法，外部输入，F02=1；
②最高输出频率设定，F03=50Hz；
③加速时间设定，F07=3s；
④减速时间设定，F08=2s；
⑤制动开始频率，F20=6Hz；
⑥制动时间，F22=3s[5-7]。
3.5 PLC程序设计
电梯PLC控制系统由呼叫到响应形成一次工作循环[8]，其控制程序流程图如图5所示。
下面对PLC程序设计的几个关键点作详细分析与说明。
①初始化复位：电梯上电后首先要进行初始化复位。若轿厢不停在一楼，则下降到一楼并停止；若轿厢门和各楼层门有处于非关闭状态的，则进行关闭。
②定向运行：当电梯存在呼叫信号时，若呼叫信号大于楼层位置信号，电梯则定向为上行，若呼叫信号小于楼层位置信号，电梯则定向为下行。
③延时启动：电梯定向完成后，设置延时1s。当延时时间到时，若定向为上行，则Q0.3、Q2.7、AQW0输出，驱动变频器带动三相交流曳引电机正转；若定向为下行，则Q0.3、Q2.6、AQW0输出，驱动变频器带动三相交流曳引电机反转。
④楼层位置判断：当电梯上行到达各层上行平层区时，相应辅助继电器为ON，记录上行到达的位置；当电梯下行到达各层下行平层区时，相应辅助继电器为ON，记录下行到达的位置。
⑤平层减速及停车：当电梯到达有呼叫信号的楼层平层区时，产生平层减速信号，驱动V0（PLC地址为AQW0）连接的变频器，进入低速运行状态，接着到达指定楼层，电梯停车。
3.6 人机界面设计
为了增加此电梯教学装置的控制功能，以及让学生练习人机界面的软件开发过程，于是，在此装置控制系统里采用了触摸屏对电梯进行控制。该触摸屏型号为
SK-070AE，采用232通讯方式与CPU226进行通讯连接，其编程软件为SK Workshop，电梯正常模式下的触摸屏界面如图6所示。
4 结语
本文介绍了一种自主研发的三层电梯教学装置，详细说明了机械系统开关门机构的设计和曳引电机的选取及其参数的计算，并对其控制系统作了详细分析与介绍。此装置不但可以辅助一些教学机构完成相关专业的教学，还可以为学生提供良好的实验学习环境，让学生在实践中锻炼自己，实现理论与实际的良好结合。目前，此装置已被我校机械工程学院用于实践性教学当中，深受学生欢迎，并实现了很好的教学目标。最后，希望此电梯教学装置的研发能为高校相关专业的教学或相关领域的研究提供一定的参考价值。
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关键词：高楼电梯；供水系统；节能
随着我国现代化建设的推进，电梯被广泛使用于各种商务写字楼、高层住宅小区等人们日常进出的场所，成为人们出入这些高层建筑物不可缺少的工具。根据调查统计，电梯用电量占这些高层建筑物总用电量的17%～25%，仅次于空调用电量，高于照明、供水等用电设备的用电量。但是，电梯的节能问题却长期不被社会所重视。
经测算，每台电梯每天用电量为50～150度。按照每台电梯平均每天用电量为80度计算，在2010年，全国150万台电梯每天用电量约为0.88亿度，每年消耗的电量约为437.73亿度。再加上为了解决电梯机房高温问题而使用降温设备（如空调、风机等）消耗的电量，全年电梯的耗电量不少于450亿度。因此，即使仅仅使电梯能够节约1%的电量，每年就可以为全国节省4.5亿度电。由此可见，电梯节能有着十分巨大的发展前景。
有关数据显示，全国大约三分之一的电梯为交流双速、交流调压调速等老旧高耗能电梯，除此之外的大部分电梯为变频调速电梯。可节电30％以上并采用永磁同步拖动技术的电梯不足5%，可以能源再生并应用制动电能回馈技术的电梯不足0.5%。变频调速电梯采用能耗制动的方案，利用电阻耗能来防止电容过压，这不仅降低了系统的效率,而且电阻产生的热量还恶化了电梯控制柜周边的环境。
一、目前电梯节能的主要途径
1、从电动机设计、制造环节入手是电梯节能的主要途径
根据有关资料统计，电梯的耗电有70%是消耗在电动机上。因此，对电梯电动机的节能改造或节能技术的应用尤为重要，也是电梯节能的主要应用空间。永磁同步拖动技术（特别是无齿轮传动）是永磁同步电机技术在电梯中的新应用，它具有传动效率高、噪音低、机械结构简单等特点，目前正处于发展阶段。
2、电动机拖动系统节约电能
（1）提高电动机拖动系统的运行效率。改进机械传动和电力拖动系统，将传统的蜗轮蜗杆减速器改为行星齿轮减速器或采用无齿轮传动，机械效率可提高15%～25%。合理减小传动系统中的摩擦阻尼，对提高电梯拖动系统的运行效率也有影响。
（2）将处于发电制动状态电动机输出的电能利用起来。电梯运行达到目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯曳引机释放机械能量（动能）的过程。利用风机、水泵、发电机等设备进行调速，可以充分利用曳引机释放的这部分能量。能量回馈技术便是该途径的一种实践。一般来说，能量回馈技术对于高速重载电梯的节能效果十分明显，但其设备费用较昂贵。当电梯速度较慢、额载较轻、提升高度较低时节能效果不明显, 收回成本的时间相对较长。而且能量回馈技术的节电率不统一，所回馈的电能存在高次谐波，对电网及用电设备造成不可忽视的影响，产生对环境电源的污染。当电梯轻载上行或者重载下行时，其机械能量（势能）也将释放出来。
除此之外，电梯上下运行时的空气阻力问题，电梯的配置管理等方面都是可以节能的方面。
二、高楼电梯与势能供水系统的设计方案
本系统利用电梯在上升与下降过程中，进行动能与势能的相互转化，由于过程中存在摩擦，且需要时刻控制电梯运动速度，所以需要电机做功来维持其正常运转，这样就造成了电能的消耗。该设计方案的创新之处就在于巧妙的将轿厢、配重和电机串联成一个封闭的链环，并在链环的底部加设变速器，变速器与小型自来水泵相连，这样一来，在轿厢与配重加速升降过程中，水泵由变速器驱动，其阻尼摩擦可以达到调节轿厢运动速度的作用，减小了电机功耗，节省电能。同时，轿厢驱动水泵将水从低处抽到高处，这样一来，就减小了自来水压力泵所需要做的功，从而进一步节能。
本电梯通过电梯轿厢和配重块的重量差产生的拉力做功，通过机械装置带动双动往复泵工作，将水输送到高楼顶上的蓄水池中，供楼居民使用。
工作过程有两种情况：
1、电梯轿厢下降工作时
拉压力传感器测量电梯轿厢（载人时）的总重量，将信号传输给单片机，单片机根据拉压力传感器传输的信号，按预先设定的程序作出判断，当电梯轿厢及载重时的总重量大于配重块的重量，且重量差产生的拉力大于某特定值时，则单片机发出命令使电动机不再工作，同时发出结合的信号命令给电磁离合器，电磁离合器接受到命令使带轮轴与单级减速器结合， 带动单级减速器和曲柄摇杆机构，从而使双动往复泵工作，将水输送到高楼顶上的蓄水池中，这个过程中电梯轿厢的速度通过电梯安全系统中原有的限速器进行控制；当重量差产生的拉力F小于某特定值时，则单片机发出命令使电动机正常工作，同时发出分离的信号命令给电磁离合器，电磁离合器接受到命令使带轮轴与单级减速器分离；当电梯轿厢及载重时的总重量小于配重块的重量时，则单片机发出命令使电动机正常工作，此时电梯需要消耗电能来增加整个系统的势能。
2、电梯轿厢上升工作时
同理，当电梯轿厢及载重时的总重量小于配重块的重量，且重量差产生的拉力F小于某特定值时，双动往复泵正常工作，将水输送到高楼顶上的蓄水池中；其他情况下，电动机正常工作，双动往复泵不再工作，此时电梯是需要消耗电能来增加整个系统的势能。
三、高楼电梯与势能供水系统的主要创新点
1、节省电梯消耗的电能
众所周知，电梯在上升与下降过程中，进行动能与势能的相互转化，由于过程中存在摩擦，且需要时刻控制电梯运动的速度，所以需要电机做功来维持其正常运转，这样就造成了电能的消耗。我们的设计，其创新之处就在于巧妙地将轿厢、配重和电机串联成一个封闭的链环，并在链环的底部加设变速器，变速器与小型自来水泵相连，这样一来，在轿厢与配重加速升降的过程中，水泵由与单级变速器连接的曲柄驱动，其存在的阻尼摩擦等可以起到调节轿厢运动速度的作用，减小了电机的功率，节省了电能
2、减少水泵消耗的能量
利用电梯上升下降过程中的势能做功，将部分电梯的动能和轿厢、配重的势能转化为水泵的动能，将水从低处抽到高处，进而转化为水的势能，这样一来，就减小了高层建筑蓄水池需要自来水压力泵所做的功，因而进一步减少了水泵消耗的电能，从而达到节能的目的。
四、高楼电梯与势能供水系统的市场推广价值
我们列举一个事例来说明情况：对于一座54高米的18层住宅的电梯，载重量为1000kg，额定速度为1.75m/s。18层高楼住宅每层有6户人家，以每户3口人，每人一天出行两次计算，则该系统一天可节约电量5.6度。该高层住宅需要配置蓄水池，通过水泵将水升到54米高的蓄水池中，供楼中的居民用户使用。利用电梯的势能一天可将约2立方米的水输送到蓄水池中。
在能源紧缺的今天，每节约一点能量都是有价值的。现代化城市中高楼林立，电梯随处可见。我们设计的此电梯不仅可以充分利用势能，节约大量能量，还可以为高楼供水，一举两得，必将有广阔的市场前景。
参考文献：
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一、近五年来，在的领导下，作为一名普通的党员始终坚持强化思想理论武装、把发扬党的优良作风和加强党性锻炼相结合，结合自己的实际工作，真正做好特种设备检验员的职责，把特种设备的安全运行作为首要任务来要求，做到检验时按检规来做，合格就是合格，绝不徇私枉法。我时刻牢记我曾经是个兵，绝不给这个“兵”字丢脸，以德为首、以德为纲、以德为准，不断提升道德境界，明是非、知廉耻、辨善恶，时刻保持良好的品行。
二、本人自一九九五年八月从部队二十六军七七师二二九团转业到地方以来，先后工作于劳动安全卫生检测站、市质量技术监督局分局、2002年9月19日在区分局安监站取得了助理工程师资格。
三、1983年9月至1987年07月就读于南昌陆军学院军事指挥专业，本科毕业并取得了学士学位证书，1995年8月从部队转业到区劳动安全卫生检测站工作，期间于1995年11月到1995年12月就读于市军队转业干部培训班行政专业，成绩合格，准予结业。到地方工作后于2015年4月在科技致富向导杂志社独自发表电梯检验工作中容易忽视的问题的论文，刊号：CN-1264/N。2017年12月4号到12月9号就读于中国计量大学继续教育学院取得了特种设备检验机构业务骨干能力素质提升培训班结业证书。
四、服从组织，听从指挥，对领导安排的工作能一丝不苟的去完成，时刻保持部队党员的优良传统和作风，以维护单位利益为己任。2001年至2002年期间对全区特种作业人员进行培训考核发证期间共培训电梯司机22人、起重司机268人、厂车司机56人，成绩优秀。2006年至2009年我又从事特种作业人员培训工作，由于特种设备快速增长，培训人员快速增加，取得了年培训收入二十万左右。2010年分院把电梯的监督检验工作给了我站，一年共定期检验电梯400余台、电梯的监督检验工作从零开始，到2015年底我站共定期检验电梯1300多台，监督检验电梯200台，这与区房地产行业的蓬勃发展息息相关。在这过程中每一台电梯无论是定期检验还是监督检验都要出具一份报告，应该说工作量很大，我在检验过程中始终按照上级的指示精神和电梯定期检验和监督检验的规程一丝不苟的去完成，为牟平辖区内在用电梯安全运行打下了坚实的基础。
电梯控制器的整体工作流程是：开始电梯在一层处于等待状态，当用户需要乘坐电梯时，可按下电梯外部操作单元的呼叫按钮。电梯控制器接收到呼叫信号后，根据电梯调度算法，输出控制信号给步进电机，控制电梯轿厢的运行。当乘客进入电梯后，操作电梯内的键盘输入需要的楼层信息和开关门信息，经过电梯控制器的处理输出控制信号，控制步进电机宴现电梯的升降、平层和开关门等功能。此外，电梯控制器还应有故障处理、状态显示等功能。
电梯控制器按功能可分为五个单元：日历时钟单元、步进电机单元、电梯状态显示单元、电梯按键输入单元、控制器主控单元。系统框图如图1所示。
日历时钟单元用于信息的处理和获取，并做出一些相应的控制判断。
电梯按键输入单元包括电梯内部的键盘及外部按钮，内部键盘用于服务电梯内部的乘客，并接受电梯内部乘客的各种指令，外部操作按钮提供与电梯外用户的交互，响应电梯外部用户的呼叫。
电梯状态显示单元主要用于给电梯内外的用户提供状态信息，包括显示当前楼层及电梯运行状态等信息、电梯运行方向，及电梯的日历时钟信息。
主控单元是电梯控制器的核心。它通过对外部请求信号和继电器、传感器的反馈信号进行运算处理，输出控制指令控制电梯系统工作状态的流转。
控制器主控单元主要由8051单片机处理器，A／D转换电路，复位电路，信号存储电路组成，其电路图如图3所示。
步进电机单元控制电梯轿厢的升降、开关门、紧急停止和报警等。
软件设计
本电梯控制器的设计基于RTx51Tiny实时多任务操作系统。电梯在工作过程中共有8种状态：等待、上升、下降、开门、关门、停止、超载报警及故障报警状态。初始状态一般在下端站处于等待状态，当收到上升请求后就开始运行。电梯在报警状态时，电梯不运行，直至报警信号被清除。系统由请求信号启动，运行中每检测到一个到达楼层信号，就将信号存储器的请求信号和楼层状态信号进行比较，再参考原方向信号来判断是否停止，转向等动作。
系统设计实现的功能包括：步进电机单元根据主控单元的输出指令控制曳引电机正传、反转和停转，并控制电梯开门／关门，面向用户显示提示信息(含楼层显示、电梯运行方向显示及接受用户请求显示等)。根据电梯工作流程和硬件电路要实现的功能，对可将电梯控制器工作分为6个任务。
1.Task 0主要完成定时器和串口初始化，时钟控制，创建其他任务，使其他任务进入就绪状态。
2.Task 1主要处理电梯报警信号的处理，其设计思路是当电梯处于初始运行状态时，主控单元扫描各个传感器和继电器，判段电梯是否有故障，如果有故障，则发出故障号并通过指示灯或蜂鸣器报警，电梯的输入请求暂时不响应，当故障排除后消除故障报警指示，电梯处于正常状态。在电梯运行过程中如果电梯超载，则发出超载信号并通过指示灯或蜂鸣器报警，电梯处于停车状态，只有超载乘客出梯后，消除超载报警指示，电梯才能恢复正常状态。任务1流程如图4所示。
3.Task 2主要处理电梯上升或者下降的请求信号。当乘客在电梯外按动呼梯按钮时，呼梯信号输入主控单元，主控单元通过运算比较，判断电梯是上行还是下行，控制步进电机动作，响应乘客需求。当乘客处于轿厢内部，乘客按动选层按钮，选层信号输入主控单元，控制步进电机单元的选层及平层装置，控制轿厢的运动，响应乘客的需求。在处理输入请求信号同时通过按钮内部的指示灯。显示乘客请求信息。
4.Task 3完成轿厢开关门控制以及其它的中断信号处理，当电梯到达使用人员要求的楼层后，完成电梯门的自动开关、如果是电梯内部人员按动开关门按键，则控制电梯门快速响应，并将所在的楼层信息通过数码管显示。当电梯在运行过程中出现紧急情况，乘客按动电梯内部的紧急按钮，电梯立即减速，选择最近的楼层停机，并打开电梯门，使乘客进入安全的厅内，直至电梯紧急情况解除。
5.Task 4主要是处理Task2处理后的输出信息以及Task3的处理完成后的输出信息。电梯开始处于正常待命状态，当乘客通过呼梯按钮输入请求，电梯启动响并响应乘客请求，步进电机起转，使电梯轿厢上升或下降，如果没有到达所需楼层，电机继续运转，同时显示电梯的运动方向：当到达所需楼层后，电机停止运转，通过Task 3控制打开关闭电梯门，显示楼层信息，并消去已应答的呼梯信号。
6.Task 5用于电梯状态显示、通过数码管和指示灯等，显示电梯的报警信息、电梯内外输入请求信息、电梯运动方向、电梯楼层信息以及日历时钟信息等。
【关键词】 PLC系统 电梯控制 应用分析
1 PLC在电梯控制中的应用
随着科学技术的快速发展，收入水平的大幅度提高，城市人口的快速增加，高层建筑物的发展迅速。伴随建筑业的发展，高层建筑的上下交通运输成为也在逐渐的发展与改进。过去的电梯运输技术已经不能适应现代高层建筑的运输需求，自动化和智能化技术成为满足当前高层上下交通运输的需求。电梯已经成为现代都市居民生产生活中不可或缺的设备，电梯质量的好坏和运行的快慢直接影响着居民的生活节奏，PLC系统在电梯中的应用可大大节省了居民上下楼的时间，而且使高层电梯的运行更加的安全和方便。
2 电梯控制系统的组成部分
2.1 电梯的电力拖动部分
电梯主拖动类型包括交流电动机、直流电动机、晶闸管供电（SCR-M）的直流拖动和交流双速电动机、直流G-M（即发电机-电动机组供电）、交流变频调速（VVVF）拖动、交流调压调速（AVCC）等。因直流电梯的拖动电动机装有电刷和换相器，其维护量比较大，而且已被交流调速电梯所取代。为了使电梯的运行更加的稳定，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的速度。
2.2 电梯的电气控制部分
电气控制系统由操纵箱、层楼指示、控制柜、曳引电动机以及召唤箱等数十个电梯部件中的电器元件构成。电气控制系统通过电路控制电力拖动系统工作程序，完成各种电气动作功能，保证电梯安全运行。电梯一般是由电动机来拖动的，其运行过程大多包括启动、正（反）转、停止等，这整个过程是由电气控制系统来完成。具体地说电梯的控制主要是指对电动机的起动、停止、运行方向、层楼指示、层站召唤、轿厢内指令等进行处理。其操纵是实行各个控制环节的方式和手段。电梯电气控制系统与电力拖动系统比较，变化范围比较大。当一台电梯的类别、额定载重量和额定运行速度确定后，电力拖动系统各零部件就基本确定了，而电气控制系统则有比较大的选择范围，必须根据电梯安装使用地点、乘载对象进行认真选择，才能最大限度地发挥电梯的使用效益。
3 PLC系统的组成
3.1 PLC的硬件结构
一套PLC系统在硬件上由基本单元（包含中央处理单元、存储器、输入/输出接口、内部电源）、I/O扩展单元及外部设备组成。
3.2 PLC的软件
PLC的软件系统指PLC所使用的各种程序的集合，它由系统程序（系统软件）和用户程序（应用软件）组成。系统程序：包括监控程序、输入译码程序及诊断程序等。用户程序是用户根据控制要求，用PLC的编程语言编制的应用程序。可编程序控制器在进入RUN状态之后，采用循环扫描方式工作。从第一条指令开始，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，并周而复始地重要进行。可编程序控制器工作时的扫描过程包括五个阶段：内部处理、通信处理、输入扫描、程序执行、输出处理。PLC完成一次扫描过程所需的时间称为扫描周期。扫描周期的长短与用户程序的长度和扫描速度有关。
3.3 PLC的程序执行过程
PLC的程序的执行过程一般可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个主要阶段，PLC的扫描周期在PLC的实际工作过程中，每个扫描周期除了前面所讲的输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段外，还要进行自诊断、与外设（如编程器、上位计算机）通信等处理。即一个扫描周期还应包含自诊断及与外设通信等时间。
3.4 PLC的I/O响应时间
PLC采用集中I/O刷新方式，在程序执行阶段和输出刷新阶段，即使输入信号发生变化，输入映像寄存器区的内容也不会改变，还会影响本次循环的扫描结果。输出信号的变化滞后于输入信号的变化，这产生了PLC的输入输出响应滞后现象，最大滞后时间为2～3个扫描周期。
4 PLC的编程语言
PLC的编程语言有梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言等。其中前两种语言用得较多，顺序功能图语言也在许多场合被采用。本课题所采用的编程语言为梯形图语言。
4.1 PLC控制系统
PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果，它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。电梯控制系统主要有三种控制方式：继电器控制、PLC控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱，而PLC作为新一代工业控制器，以其高可靠性和技术先进性，成为目前电梯系统中使用最多的控制方式，从而使电梯由传统的继电器控制方式发展为计算机控制的一个重要方向，成为当前电梯控制和技术改造的热点之一。
4.2 电梯层门
电梯层门是为了确保安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。
4.3 PLC电梯控制系统三种工作方式介绍
电梯主要有三种工作方式―有司机方式、无司机方式、消防方式。（1）有司机方式是指由专职司机操纵电梯运行。具有以下特点：一是电梯上行/下行启动由司机决定。二是电梯开门、关门时间由司机控制；三是电梯是否直驶（不再响应外召唤）由司机决定。（2）无司机方式是指由乘客自己操纵电梯，这种电梯具有集选控制功能。具有以下特点：一是电梯开门/关门/上、下客时间均由定时器定时；二是只要电梯门关闭后自动定向。（3）消防方式是指大楼发生火灾时，电梯运行控制的一种特殊工作方式。具有以下特点：一是正在运行的电梯控制系统一旦收到消防信号；二是处于上行时立即返回底楼停站开门；三是处于下行时立即直驶底楼停站开门。PLC电梯控制系统的控制核心是PLC。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。
参考文献
[1]吴晓梅，包金明.Rockwell PLC在十层电梯控制系统中的应用[J].电子技术应用，2005（7）：56-57.
[2]孙景卫.基于PLC和模糊控制的电梯智能控制系统研究[J].制造业自动化，2011（20）：81-82.
关键词：自动扶梯；节能；变频调适
Abstract: the escalator is a kind of production equipment, this article from the following several aspects to take measures to realize the energy saving of the escalator, introduces the energy-saving technology escalator. Realize the energy saving maximization idea, to the good economic and social benefits.
Key words: escalator; Energy saving; Frequency conversion adjustment
中图分类号： S210.4文献标识码：A 文章编号：
引言
中国不仅是耗能大国，也是能源利用率较低的国家，节约能源是一项利国利民的大事。中国建筑物消耗的能源约占中国总能耗的28％左右，而宾馆、写字楼、大型公用建筑中，电扶梯是个不折不扣的“耗能大户”，其用电量占建筑总用电量的25％以上。近几年，中国电梯产量持续保持20％左右的增长速度，2010年生产电梯、扶梯超过3120台，已经超过了全球产量的1／2。中国不仅是世界上最大的电梯市场与电梯生产基地，也是电梯拥有量最大的国家，中国电梯保有量已超过16640台。然而，节能电扶梯应用的普及率还很低，采用制动电能回馈技术的节能型电扶梯不足总量的5％。因此，降低电梯能耗、节约能源对国民经济的发展具有重要的现实意义。
1、节能控制原理
扶梯入口两侧、梳齿线前方约600mm左右安装光电式感应装置，可以准确检查有无乘客经过。无人乘坐时，扶梯自动转入低速节能运行模式-当乘客触发传感器后，只需2秒钟就由节能状态加速到额定速度，同时也可以使扶梯变频器软启动。乘客离开扶梯后5s，扶梯再次进入节能状态。用户还可以进行进一步设置。使处于节能状态下仍无乘客使用的扶梯运行一段时间后自动停止。而且用户可通过变频器事先设定电机在不同时段的运行速度及功耗，根据用户的设定情况电机在不同时段以不同速度运行，即实现了分时段控制。全变频调速状态下驱动主机始终和变频器相连，由变频器控制。
在自动运行模式下，空载及加速时由变频器供电，以提供柔和的加速度。在感应到乘客时，由变频器加速到高速。达到高速后，自动切换到市网供电。但没有乘客时，由市网供电切换至变频器供电，并减速到低速。检修模式下，由变频器供电，使扶梯低速运行。扶梯通过上下部接线箱检测安全开关状态，并传回控制柜，以方便进行故障判断及故障检测。本文主要从电气的角度探讨自动扶梯的各种节能技术。
2、自动调节电压法节能技术
当前我国自动扶梯的驱动几乎都是利用三相异步电动机。自动扶梯在某一负荷下工作所需的实际驱动功率。就是电动机在该运行状态下的输出功率。而电动机的输入功率大于输出功率，多余的部分即为损耗功率。损耗功率作为无用功，在电动机内转变成热而散发掉，同时还使得电动机温度升高。当电动机在额定电压下工作，损耗功率的百分数随负载大小而变化。在负载很轻时(有的效率低至20％)，损耗功率可达其实际输出功率的4倍左右，即使接近额定负载时效率达75％～85％，损耗功率也占实际输出功率的20％左右。在不同负载率时效率和功率因数变化曲线如图1所示，而且两者是同时增减的。
圉1 负载率不同时的效率和功率因数的变化曲线
三相异步电动机在额定电压和额定输出功率时，各种损耗占总损耗的比例如表1所示。
表1各项损耗占总损耗的比例(％)
总损耗中的绕组损耗与电流的平方成正比，即与负载大小有关；机械损耗及铁耗大小与负载大小几乎无关，但铁耗与电压的平方成比例。因此，自动扶梯的负荷低于额定负荷，其效率和功率因数都较低时，可及时降低电动机电压来运行。这样，不但可以减小铁损耗和杂耗。也减少了定于电流中的励磁电流(约为额定电流的30％～40％)，从而大大地减少了电损耗，电动机的功率因数和效率都得到提高，使电动机处于景佳运行状态。
应该注意到，电动机的转矩与电压平方成正比(TccU2)．在电压降低后如负载转矩不变则转速会降低。图2所示工作点由A，移到A2；但当电压降低。负载转矩也减小时，如图2中工作点A2，转矩与前一运行点相差不大。可以认为负载转矩减小而降低电压运行，电动机转速基本不变。
图2不同电压下电动机转矩与转速的关系曲线
可以证明，随着电动机负载减轻，为节能可降低电压运行。只要降压后电动机的功率因数近似等于其在额定运行时的功率因数．电动机的最大转矩必大于此时的负载转矩．而不会造成电动机停转。其具体工作原理是根据电动机负载的大小，自动及时地滴节电动机的工作电压。使之能耗最少。新型的节能器是按电量的有效值检测电动机功率因数，而且是应用瞬时检测技术，在电动机全部运行时间内对其各相的电压和电流的大小和相位进行检测，据此来调节电动机端电压．使电动机在不同负载情况下都运行在最佳状态，功率因数和效率都得以提高，能耗最少。
3、信息化全变频扶梯节能技术
信息化全变频扶梯节能技术利用伞变频控制技术能够进行无级调速的特性，为扶梯增加了用计算机软件、网络、控制、通信等深度集成的监控技术，通过变频调速实现对扶梯的效率调控，使扶梯运行在节能状态。在无人乘梯时，将扶梯的电机转速调低，使输出功率减小；在有人乘梯时，迅速提高电机的转速，满足使用的需要，从而实现运行情况下的节能。
某地铁一期工程创新的信息化变频空调通风节能技术和信息化全变频扶梯节能技术，将国家倡导用信息化改造传统工业产品节能的概念，率先用在了地铁的节能实践中；地铁工程采用信息化节能技术后，总耗能比没有采用创新技术的地铁节电10％以上，年节电量将超过1000万kwh。在能源紧张、电能消耗急剧增长的今天，人类对能源的需求越来越大。电能是用煤炭、原油等不可再生资源换来的，电已成为人们生活中不可缺少的消耗品，人们的生活方式越来越依赖于电能。我国人口多、人均资源少，面临能源短缺的压力越来越大，未来巨大的电力需求使得煤炭和石油(天然气)等资源越来越稀缺；与此同时，随着能源消耗的增加，空气中的有害气体和粉尘量也不断地增加，对人们的生存环境造成越来越严重的威胁。因此，节约能源已成为人类社会可持续发展的紧迫课题，创新、推广采用信息化变频节能
技术具有重要的现实意义和深远的历史意义。
4、“自动重新启动”运行模式的节能技术
“自动重新启动”运行即指自动扶梯在无乘客时自动停止运行。当有乘客时又自动重新启动运行的一种方式。这种运行模式已经被标准所认可，并且在标准中规定了详细的条款来限定这种运行模式的使用方法。由此可见，“自动重新启动”的运行模式已有一定的历史了，事实上采用这种运行模式的自动扶梯一般在飞机场或高级宾馆较为常见。这是因为，这些地方的自动扶梯的载荷情况比一般商场普通型自动扶梯还要轻松。很容易看出，“自动重新启
动”的自动扶梯与不采取任何措施的扶梯相比，在能源的节约方面相当可观．当然这取决于停梯时间的长短。另一方面，这种运行模式也使自动扶梯的磨损大大减少。而使用寿命则大大延长。遗憾的是在很多场合中不允许自动扶梯停止运行，这就大大限制了该模式的应用。使得当今大量在用的自动扶梯在空载和轻载的工况下白白地浪费了很多的能源。在自动扶梯不能停止运行的前提下，我们不得不采取其他的节能措施。
5、变频器节能技术
要实现最佳的节能效果和最好的运行性能，自动扶梯驱动中必须使用变频驱动装置。这里所说的变频驱动装置是指高性能的变频器。变频器在主电路中的使用方法几乎与上述其它电子变流装置相同，其不同运行模式下的切换原则都是一样的。由于变频器的采用，可以在无人时很容易实现极低频率极低电压对电机供电，使自动扶梯在空载时以极低的速度“蠕动”运行。在轻载的工况下，变频驱动可以实现降压节能运行。这样，采用变频器以后，自动扶梯可以采取“蠕动+降压”的运行模式分别在空载和轻载下节能。变频器一般都是与光电检测装置配套使用，节省电能的多少取决干自动扶梯无人乘坐的累积时间。
6、节能效果分析
某城市地铁工程自动扶梯电机功率的配用：P=H×L×V×0．2453X1．5H一0．0672。
(P：电机功率，Kw；L：制动载荷，120Kg；H：提升高度，m；V：额定速度，0．65m／s)。全线241台扶梯，总功率5506.2kw。变频扶梯与非变频扶梯年耗能费用比较如下。
(1)不采用变频时24l部电扶梯每年消耗的电能为：(2374．2 kw +3132kw)×20小时×365天=40195260 kwh，若每度电价0.71元，则电费：40195260kWh×0.7l~2854万元。
(2)采用变频时241部电扶梯每年消耗的电能为(按每天满载运行0．65m／s 共5小时。节能运行0．3m／s共8小时、待客运行0．13m／s共7小时)：[(2374．2 kw +3132 kw)X5小时+(2374．2 kw -3l32 kw)×0．5 x 8小时+(2374．2 kw+3132 kw)×0．2 X 7小时]×365天=2090l535．2 kwh。电费：20901535.2 kwh×0．7l=1484万元。年节约电费约l370万元。
根据以上分析，只要在扶梯入口两侧设置光电式感应装置或在扶梯平梯级下安装压电传感器，就可以准确检测有无乘客经过及客流量的大小，同时配置变频器就可以实现客流量大时电扶梯高速运行、客流量小时低速运行。没有客流时转至节能模式或停梯从而达到节约能源、减少机械磨损、降低运营成本和维护成本、延长电扶梯使用寿命的效果。
6结束语
自动扶梯属于负载率很低的设备，轻载或空载的时间占绝大多数，而满载运行的时间相对来说是很少的，在自动扶梯上采取适当的措施进行节能其效果是非常惊人的。采用节能模式运行，不仅能节能，而且能降低机械损耗。随着节能技术的推广及优化，自动扶梯节能技术将创造更大的经济效益及社会效益。
参考文献：
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[3]洪致育，曾晓东，自动扶梯的节能技术，2002
[4]聂辉，变频器在自动扶梯上的应用，2005.10
[关键词]电梯;电气控制;问题;对策;
中图分类号：D293 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0040-01
随着城市化进程的加快，我国的高层建筑数量越来越多，因此电梯用量也逐年增多。电气控制系统是电梯的核心，关系到电梯运行以及人们的安全。伴随着电梯技术的发展，电梯的安全性以及可靠性越来越好，但是电气控制问题导致的故障仍然屡见不鲜。要想保证电梯的有效安全运行，需要采取相应的措施加以解决。
一、电梯电气控制中的常见问题
第一，安全回路问题。在电梯使用过程当中，出现电气控制故障最为常见的影响因素是安全回路方面的问题，通常情况下表现在安全触点问题。电梯设备主控通过硬件关联实现管理以及控制，这种构造能够有效避免电磁影响，并且降低给电梯控制系统带来的不良影响[1]。在电气控制系统当中，安全回路借助于关联驱使设备来发挥控制目的，其中少数电梯的设计是通过程序软件来达到关联。电气安全回路运行过程当中，门锁触点往往因为外部干扰而出现故障。部分设计人员片面重视微电脑在电力系统控制当中的价值，但是忽视安全回路的控制点所出F的故障，将门锁触点关联到电梯的驱使设备当中。这样的控制途径一旦遭到电磁影响，容易出现电梯安全事故[2]。
第二，冲顶/H底以及保险丝问题。电梯的冲顶/H底问题主要原因是接触器延迟释放以及制动器的滞阻。电梯接触器出现污渍或者是遭到破损之后，都有可能出现接触器的延迟释放问题。同时电梯制动器发生滞阻之后，会使得制动器无法抱死，出现电梯冲顶问题，一方面威胁到人们的安全，另一方面也会缩短电梯的安全使用寿命[3]。保险丝故障也是比较常见的电气控制问题。诱发保险丝的常见影响因素包括以下几个方面。首先，电梯井道当中存在积水，使得回路出现短路故障。其次，电梯的缓冲器或者是紧急开关出现短路故障。再次，电梯的控制线路发生断点问题。最后，电梯的控制线圈遭到损毁，使得元器件出现短路状况。
第三，电动机运转问题。在电梯的日常运行环节要是发生人为掰门的问题，，电梯门锁容易突然断开导致运行停止。在外力消失之后电梯的门锁会合上并且恢复运行。要是并非处于开门位置，电梯会返回平层，这一阶段电梯的运行状态不受工作人员管控[4]。为了保证电梯运行的安全，电动机的运行限制器需要发挥保护作用。不过在具体的检验当中，部分电梯的运转器仅仅在电梯正常运行的时候能够发挥作用，时间要求同相关的标准不够符合，一方面超出行业标准的45s，另一方面也无法进行有效的改动。这些电气控制问题给电梯的安全运行埋下重要的隐患。
二、解决电梯电器问题的措施
第一，重视电气控制故障预防。解决电梯电气控制系统问题最为关键是做好日常的保养以及维护工作。首先针对电梯容易出现故障的位置，比如继电器以及门系统等，工作人员要定时查看并且保养，准确及时地完成检修以及保养记录，从而在出现问题之后进行追查与检测[5]。与此同时，检修工作人员需要维持电梯内部的整洁以及干净，防止因为灰尘问题导致开关以及线头之间接触不够灵敏的情况，从而诱发电梯故障。因为当前情况下电梯技术的发展非常迅速，远距离监控电梯运行已经成为防控电气系统故障的重要方式而得到广泛运用。在具体应用的过程当中，远距离监控电梯主要是使用电梯服务当中的电脑，借助于不同位置的电话线路或者是内部线路来对电梯进行全天候监控，重点检测运转的状况以及故障。通过这样的方法可以实现电气系统的智能管控，降低工作人员的压力，能够在出现问题之后及时发现故障位置，从而减少电梯停止运行的时间。
第二，加强电气控制故障检测。当前情况下应用比较常见的电梯电气控制故障检测技术有两种，其中之一是短路故障检测。在电梯的电气控制出现短路故障之后，往往有两类短路状况，也就是电源间短路以及局部电路短路。电源间短路会导致比较强烈的短路电流，甚至击穿电梯熔断器，因此在在探究电路过程当中彻底总核查。局部电路短路问题发生之后出现的电流并不大，同时也不会击穿熔断器。这一问题出现之后容易出现电梯异常装，所以在查实过程当中难度较大。这就需要工作人员相继断开存在联系的继电器，一步步进行排查以及检测[6]。另一种问题是断路故障检测。之所以出现断路故障，往往是因为接头脱落问题、接触点以及开关接触不良问题或者是断线等问题。在排查断路故障的时候，首先需要使用万能表来进行检验。在应用电阻档进行检验的时候，工作人员应当断开电源，根据电路设计图来逐步排查线路，之后根据检测得到的电阻值来分析故障点。在应用电压档进行检验之前，需要连接电源并且根据电路设计图来逐步检查电压，并根据检测得到的结果来分析故障点的位置。根据已有的工作经验，在应用断路检测方法的时候，结合使用电梯设计图，短接接触不良以及开关失灵等问题，能够在短时间内有效发现故障点，从而及时维修电气控制故障，尽快恢复电梯的使用。
第三，提高工作人员素质。电梯电气控制系统往往是综合使用软硬件并且通过二者的互相协调来完成的，因此问题的影响因素比较多，很多时候检测工作非常繁琐。这就要求工作人员树立合理的查找思路，先简单后困难，先外部后内部，从而进行有序的检测。除此之外，工作人员需要熟悉相关理论知识，同时能够熟练是使用电气控制的设计图、安置图以及接线图等，了解电梯运转状况的控制步骤以及不同配件之间的协调作用，在日常工作当中不断总结经验。
综上所述，我国的待电梯数量越来越多，跟人们的生活有着密切的联系。所以在电梯电气控制设计的过程当中，生产企业就需要综合考虑常见的意外状况，确保电梯达到行业标准。检验人员也需要严格爆孔电器控制的质量关，从而为电梯的稳定运行提供可靠保障。
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关键词： 电梯检验；安全钳；限速器
1 安全钳的工作原理、常见的问题及其处理措施
电梯的安全钳装置一般都是在限速器的控制下发挥作用，它是一个在必要情况下能够让电梯轿厢迅速制停在导轨上的安全装置。因此，安全钳是电梯安全系统中的非常重要的装置之一，可以在电梯超速以及坠落等情况下起到保护乘客生命财产安全的作用。
1.1 安全钳工作原理
电梯中安全钳是通过限速器动作使夹绳钳夹住限速器绳，伴随着轿厢继续向下运行，限速器绳便会提拉安全钳联杆机构，当安全钳联杆机构动作时，安全钳制动元件便与导轨接触，导轨两侧的安全钳同时夹紧在导轨上，从而使轿厢制停。与此同时，安全钳上面的电气开关也会起作用，控制系统的安全回路会被切断，电机停止工作。
1.2 安全钳常见的问题及其处理措施
电梯中安全钳动作也是会出现问题的，根据工作经验，对这些常见的问题进行了总结，并摸索出了相应的处理措施。
1）安全钳钳口内部存在油泥、灰尘、沙子等异物，这些异物很有可能会造成安全钳楔块难以夹住轨导轨，进而不能阻止轿厢向下滑动，造成失效。处理措施：应该拆下安全钳，对其钳口内异物进行清理。
2）限速器夹绳钳制动力过小，无法夹住限速器钢绳，进而造成失效。《电梯制造与安装安全规范》中明确规定：限速器动作时，限速器绳的张紧力不得小于下面两个值中较大者： 安全钳装置起作用所需力的两倍或者200N。这时的张紧力可以理解为：当限速器动作后，卡绳给限速器绳的或限速器通过轮槽摩擦产生的最大制动力；也可以理解为限速器绳不在限速器内打滑时的最小张紧力。如果这个力过小，则难以提拉安全钳机构；不过也不能过大，若是超过钢丝绳的抗拉强度则会将其拉断，同样造成安全事故。处理措施：对限速器绳的张紧力进行适当调整。
3）如果安全钳间隙过大，那么安全钳提拉机构即便已经拉到了极限位置，安全钳楔块依然无法与导轨工作面相接触，则会造成失效。处理措施：对安全钳间隙重新进行调整，使之符合有关标准的规定，并使安全钳两边的间隙均匀。
4）安全钳提拉机构结构尺寸不合理，提拉杆行程过小，无法提拉到位，使楔块难以有效接触轨道工作面，进而造成失效。
2 限速器的工作原理、常见的问题及其处理措施
相比安全钳来讲，限速器系统更是电梯中不可缺少的安全装置。如果电梯出现超速、失控或者悬挂装置断裂等情况，限速器装置能够马上将轿厢制停在导轨上，并维持静止状态，达到避免人员伤亡和设备损坏等事故的发生。
2.1 限速器的工作原理
目前电梯中常用的限速器根据其工作原理可以分为两类：即离心式限速器与摆锤式限速器。
1）离心式限速器最常用的结构类型为水平轴转动型，其工作原理是：连杆把两个绕各自枢轴转动的甩块连接在一起，从而保证它们能够同步运动，采用螺旋弹簧把甩块固定，限速器绳轮可以在垂直平面内发生转动，如果发生轿厢速度超过限速器预设速度的情况，在离心力的作用下甩块便会向外甩开，超速开关因此会发生动作。
2）摆锤式限速器一般是采用绳轮上的凸轮来带动摆锤进行摆动，其摆锤摆动的振幅和频率会随着绳轮转速的增加而不断增加，如果出现绳轮转速接近或者达到限速器预先设定的速度的情况，那么摆锤便会触发限速器的超速开关动作，使绳轮制停，完成电梯的制动。
2.2 电梯检验中限速器常见问题
对于电梯的检验，不同类型的电梯以及不同的现场条件，经常出现的问题也有所区别。总结起来，这些问题大概如下：
1）轴承磨损、损坏、烧死以及缺油等一系列问题致使限速器轮转动阻力变大，这种情况一般是因为限速器使用多年，一直缺乏保养，轴承缺油进而逐渐磨损，进而造成了这种现象。对于此类问题只有把限速器钢丝绳子拆除后才可以发现。
2）限速器动作机构发生锈蚀，其灵活性大大降低。限速器正常情况下会有机械、电器动作，如果其动作机构灵活性降低，则会出现棘瓜无法卡住棘齿的现象。这种情况一般下是因为弹簧、棘爪及轴上的堆积了过多的尘土或者油污造成弹簧力不足而引发的。
3）限速器自身的上、下两轮无法相互匹配。引起这种问题的原因一般有以下两种：有时候是一些单位为了降低电梯成本，仅仅按照要求对限速器上轮进行更换但是没有考虑上、下轮需要相互匹配的因素；有时候是限速器轮和底坑张紧轮之间无法相互匹配。
4）限速器的结构和绳径与其自身绳轮不符合。这种现象一般是限速器所使用的钢丝绳直径并不是规范所要求的而造成的，如果存在这种情况，那么会造成限速器钢丝绳和夹绳块之间的距离过小，容易引起限速器出现误动作。
5）限速器自身发生锈蚀会使摩擦力减小，以及限速器调整弹簧被随意调整等原因都有可能会导致其机械动作速度超标；而限速器上面禁止拆封的部位如果被人为或者其他原因损坏，同样会造成限速器无法正常工作。是大部分都是采用曲柄摇杆机构，因此可以改变连杆机构的尺寸，进而达到改变提拉杆的有效行程的目的。
2.3 电梯限速器常见问题的处理措施
2.3.1 做好电梯限速器的日常养护工作
电梯的限速器不仅要经常检测，而且还需要对其进行合理养护，才能保证它在关键时刻可以发挥自身应有的保护作用。在限速器的日常养护中应该做到以下几个方面：
1）为了确保限速器能够灵活转动，对速度变化可以做出灵敏反应，其旋转部分应该做到一周加油一次，如果发现其内部存在油污、灰尘等污物，应及时进行清洗，清洗的过程中注意不要把弹簧上面的铅封损坏了。对限速器张紧装置轮轴、旋转轴销以及轴套每周应该挤加一次钙基脂。对于限速器的铅封处不能撤卸，每年现场进行一次清洗换油。
2）对于限速器旋转轴应每周对其加一次机油，而张紧装置滑动槽每个月应该对其涂一次钙基脂，整个装置定期每年进行一次清洗。
2.3.2 做好限速器可靠性检验的工作
对于特种设备监督检验机构的有关工作人员，在进行电梯年检时，应该特别注重限速器的可靠性检验的工作，尤其对于那些工作环境不是很好、使用年限较长、设备管理又不完善的电梯，应该更加严格仔细的检查，确保电梯的超速以及失控保护系统依然是有效和可靠的。在电梯年检中，对于限速器的检查应该涵盖以下内容：限速器运转状况如何；限速器联动开关是否有效及其可靠程度如何；弹簧锈蚀情况；绳槽磨损程度；限速器钢丝绳上面污染情况；张紧轮能否正常运转及其锈蚀状况；张紧装置和底坑地面之间的距离是否符合有关要求，必要的时候应该对张紧力进行检测；每隔两年还应该对限速器动作速度进行一次定期校验，看其是否合格。
2.3.3 关于电梯检验及维修人员电梯检验人员必须持证上岗，发现限速器存在问题后及时记录备案并上报，必须由厂方有关维修人员出面进行调整，调整合适后应该进行铅封，不能让其他人员私下进行检查及调整。
2.4 安全钳与限速器的联动检验
最后需要对电梯实际额定载荷正常运行进行联动测试 ，以检验各个环节能否正常工作。让电梯用检修速度运行 ，检修人员控制限速器 ，检验电梯能否有效制停。同时，需要检查安全钳在导轨上的制停痕迹是否一样，并测量制停距离是否符合规范标准。另外，需要检查电气开关能否自动启动，以及轿厢底板的倾斜度是否符合5%以内的标准。
丁 琳
山东省日照市 日照技师学院汽车技术系 276800
中图分类号：TU229
文献标识码：A
随着现代化城市的高速度发展，每天都有大量人流及物流
需要输送。在一幢幢高楼拔地而起时，每幢高层建筑内的垂直
输送将成为一个突出问题。
在超高层建筑里，建筑的电梯井道的占用面积相对于大楼
使用面积比例较大，设计稍有疏忽，就很容易降低建筑物的使
用功能，或造成垂直交通拥挤。而现代的超高层建筑都是多功
能多用途的综合性大楼，人员不断上上下下，形成繁忙的垂直
人流输送系统。所以，我们必须仔细进行大楼的交通分析，确
定所用电梯的数量，配置方式，控制方式及有关参数等，以期
大楼的垂直交通处于最佳状态。因此，电梯与自动扶梯和人们
的工作与生活有着越来越密切的关系。
一、电梯的发展史
（一）电梯的历史与现状
电梯家族并没有悠久的历史，电梯面世至今不过一百多年。
电梯雏形是公元前1115年至1079年之间我国劳动人民发
明的辘轳。
1852年，世界上第一台电梯诞生了。在德国柏林，人们制
成人类历史上最早也是最简单的电梯——用电动机拖动提升带
动一只木匣子。既没有导轨，也没有任何安全装置。该电梯用
来运送粮食与其他物料。
以后，在美国出现了以蒸汽机为动力的客梯，成功地将蒸
汽机技术应用于垂直输送工具。
但是，根本问题是这些升降梯没有安全装置。
美国人奥的斯研究出一种用于电梯的安全装置，在升降梯
的平台顶部安装一货车用的弹簧及制动杠杆，升降梯两侧装有
带卡齿的导轨，起升绳与货车弹簧连接，轿厢以其自重及载荷
拉紧弹簧，并使制动杠杆不与导轨上的卡齿啮合。一旦绳子断
裂，弹簧松弛，制动杠杆转动并插入两侧制动卡齿内，轿厢停
于原地，避免下滑，以保证安全。
1857年世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼大厦
提供了重要的垂直运输工具。
瑞士迅达公司建造成用于运载汽车的电梯。
1974年加拿大的蒙特利尔湾银行的皇家大厦安装了两台
美国造的液压电梯，用4台液压缸来顶升轿厢，最大载重量为
40T。
第二次世界大战后，电梯发展进入了新时期，新技术特别
是电子技术被广泛用于电梯。
电梯运行性能的优劣，电力拖动调速系统起着关键作用。
20世纪上半叶，电梯调速系统几乎都是直流调速。由于直流电
动机结构复杂，而改用交流调速。
（二）电梯的未来
既然电梯与人类频繁接触，人们就总要不断地进行改进，
使它尽善尽美。电梯速度将随着人类科学技术的进步而逐步提
高。随着电梯速度进一步提高，对电梯乘务员的舒适感及安全
性等问题又提了出来。
为了适应高层建筑多用途全功能的需要。出现了智能大
厦。智能大厦要求大厦主要垂直交通工具——电梯智能化。智
能电梯就是利用推理和模糊逻辑，采用专家系统方法制定规
则，以确定最佳的电梯运行状态。同时，及时向乘客通报该梯
信息，以满足乘客生理和心理要求，实现高效的垂直输送。
二、电梯的电气控制系统
电梯控制系统是电梯的两大系统之一。电气控制系统由控
制柜、操控箱、指层灯箱、召唤箱、限位装置、换速平层装
置、轿顶检修箱等十几个部件，以及拽引电动机、制动器线
圈、开/关门调速开关、极限开关等十几个分散安装在电梯井
道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。
电梯的控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行的
可靠性。在国产电梯中，在中间逻辑控制方面，已经淘汰了继
电器控制，采用了可编程控制（PLC）和微机控制。在拖动方
面，仍有部分产品采用交流双速电动机变极调速拖动，但大部
分均已采用交流调压调速和交流调频调压调速的拖动系统。
三、电梯的门系统
门的关闭、开启的动力源是门电动机。门机和控制箱一般
设在轿厢顶部。根据开关门方式，门机也可设在轿顶前沿中央
或旁侧。电动机可以是交流的也可以是直流的。
（一）电梯门电机控制系统
这部分主要由门电机控制器\门电机驱动装置以及门电动
机等组成。其中门电机控制器主要用来控制门电机，使其沿给
定门机曲线运行，开关电梯轿厢门和厅门。
（二）电梯的门结构
此部分主要由门扇、导轨、厅门门锁等构成，目前主要采
用单扇门和中分门两种结构。导轨用来支撑门扇；厅门门锁必
须保证，当门扇到达关门点时应及时的锁住门。
（三）全检测
在电梯控制系统中，门系统大都设置安全检测系统，以检
测关门时是否还有乘客从电梯门上通过。目前的安全系统主要
大都采用光电式装置，也有的采用电磁式装置。
（四）乘客检测系统
在一些高性能的电梯系统中，都设置了大厅内乘客检测装
置。当乘客或物体仍在门检测区域内时，电梯的门系统能自动
延时关门。目前主要采用光电装置和热敏装置来检测乘客或物
体。有的门机系统还采用热敏电磁装置和图象采集系统检测乘
客或物体。
（五）过载保护装置
有的门系统设有门过载保护开关装置，当电梯在开关门过
程中，因轿厢门受阻而导致动作力矩过大，梯门会自动向反方
第4卷 第12期
2014年4月
CONSTRUCTION
水利水电工程
向动作，从而达到保护门电机的作用。
四、电动机的选择
电梯门机控制系统要使电梯门开关动作时快速起、停、加
速、减速，且运行平稳，到位准确。这就需解决好电机的选择
问题，控制电路的选择及设计问题，以及电机的控制策略问
题。
在所有的电机中，直流电机的调速特性最好，但有刷结构
制约了其应用场合。在工业生产中大量应用的交流异步电机，
而交流同步电机存在着控制复杂，容易失步的缺点。相对而
言，直流电机有着交流电机不具备的优点。
五、直流电机工作原理和结构
（一）工作原理
直流电机是直流发电机和直流电动机的总称，二者在结构
上没有什么区别。发电机是由原动机拖动电枢旋转而发出直流
电，将输入的机械能转换成直流电能。电动机则是输入直流电
能，使电枢旋转拖动其他机械，将电能转换成机械能。
发电机的的基本原理是导体切割磁力线而感应电动势，电
动机的基本原理是载流导体在磁场中受到电磁力的作用而产生
运动，它们的工作原理都是“电”和“磁”的关系，因此，直
流电机既可以用来做发电机又可以用来做电动机。
（二）结构
直流电机的工作原理仅仅揭示了如何利用基本电磁规律以
实现机电能量变换的道理，但是要按人们的意志去获得这些能
量为工农业生产服务，还得制造既经济又良好的电机。为此任
何电机都必须具有满足电磁和机械两方面要求的合理的结构形
式。
要实现机电能量变换，电路和磁场之间必须有相对运动，
所以旋转电机具备静止和转动的两大部分，静止和转动部分之
间要有一定大小的间隙。直流电机的静止部分称为定子，它的
主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、机座和电刷装置等
组成。转动部分就是转子，通常称为电枢，它的作用是产生电
磁转矩和感应电动势，由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和
风扇等组成。
六、他励直流电动机的调速方法
（一）电枢串电阻调速
他励直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为
额定值不变，在电枢回路中串入不同的电阻时，电动机运行于
不同的转速。串入电枢回路的电阻值越大，电动机运行的转速
越低。通常把电动机运行于固有机械特性上的转速称为基速，
电枢回路串电阻调速方向只能是从基速往下调。所谓调速方
向，是指调速的结果，其转速与基速比较而言，只要电枢回路
串电阻，无论串多大，电动机运行的转速都比不上串电阻运行
在基速上要低，就称之为调速方向是从基速向下调。
（二）降低电源电压调速
保持他励直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电
阻，降低电枢的电源电压为不同大小时，电动机拖动着负载运
行于不同的转速上。
降低电源电压可以使电动机在低速范围运行时，转速随负
载变化而变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。
当电源电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调
速称为无级调速。与串电阻调速（有级调速）相比，这种速度
调节要平滑得多，并且还可以得到任意多级的转速。因此降低
电源电压从基速向下调速的调速方法，在直流电力拖动系统中
被广泛采用。
（三）弱磁调速
保持他励直流电动机电源电压不变，电枢回路也不串电
阻，在电动机拖动的负载转矩不过分大时，降低他励直流电动
机的磁通，可以使电动机转速升高。弱磁升速是从基速向上调
速的调速方法。
他励直流电动机，在正常运行情况下，励磁电流比电枢电
流要小很多，因此励磁回路中所串的调速电阻消耗的功率要比
电枢回路串电阻调速时电阻消耗的功率小的多；而且由于励磁
电路电阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实
现转速连续调节的无级调速。
减弱磁通升高转速的转速调节，电动机转速最大值受换向
能力与机械强度的限制，一般约为（1.2~1.5）nN特殊设计的弱
磁调速电动机，可以得到（3~4）nN的最高转速。
他励直流电动电力拖动系统中，广泛地采用降低电源电压
向下调速及减弱磁通向上调速的双向调速方法。这样，可以得
到很宽的调速范围，可以在调速范围之内的任何需要的转速上
运行，而且调速时损耗较小，运行效率较高，因此，能很好地
满足各种生产机械对调速的要求。
随着社会的发展和科技的进步，对于电梯的需求量越来越
大。进一步提高电梯可靠性和现场调试的要求，是电梯控制技
术的方向。随着电梯控制技术的迅猛发展，对电梯门机的要求
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