摘要；文中分析了電梯的負載特性，闡述了采用梯形加速曲線的電梯理想速度曲線，結合變頻器和PLC的性能，論述了電梯控制系統的構成和工作特性。闡述了電梯速度曲線產生的方法，歸納了由PLC構成的控制系統軟件設計的特點。
關鍵詞：負載特性 理想速度曲線 控制系統 軟件設計

1.概述

隨著城市建設的不斷發展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據外部呼叫信號以及自身控制規律等運行的，而呼叫是隨機的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統，單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態和功能的設定，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩定可靠等特點，所以現在的電梯控制系統廣泛采用可編程控制器來實現。

2.電梯理想運行曲線

根據大量的研究和實驗表明,人可接受的最大加速度為am≤1.5m/s2, 加速度變化率ρm≤3m/s3,電梯的理想運行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲線實現較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動及制動段的轉折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即+ρm跳變到-ρm或由-ρm跳變到+ρm的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實現并且有良好加速度變化率頻繁指標，故被廣泛采用，采用梯形加速度曲線電梯的理想運行曲線如圖1所示：


智能變頻器是為電梯的靈活調速、控制及高精度平層等要求而專門設計的電梯專用變頻器，可配用通用的三相異步電動機，并具有智能化軟件、標準接口、菜單提示、輸入電梯曲線及其它關鍵參數等功能。其具有調試方便快捷，而且能自動實現單多層功能，并具有自動優化減速曲線的功能，由其組成的調速系統的爬行時間少，平層距離短，不論是雙繞組電動機，還是單繞組電動機均可適用，其最高設計速度可達4m/s，其獨特的電腦監控軟件，可選擇串行接口實現輸入/輸出信號的無觸點控制。

變頻器構成的電梯系統，當變頻器接收到控制器發出的呼梯方向信號，變頻器依據設定的速度及加速度值，啟動電動機，達到最大速度后，勻速運行，在到達目的層的減速點時，控制器發出切斷高速度信號，變頻器以設定的減速度將最大速度減至爬行速度，在減速運行過程中，變頻器的能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離，并計算出優化曲線，從而能夠按優化曲線運行，使低速爬行時間縮短至0.3s,在電梯的平層過程中變頻器通過調整平層速度或制動斜坡來調整平層精度。即當電梯停得太早時，變頻器增大低速度值或減少制動斜坡值，反之則減少低速度值或增大制動斜坡值，在電梯到距平層位置4—10cm時，有平層開關自動斷開低速信號，系統按優化曲線實現高精度的平層，從而達到平層的準確可靠。

3.電梯速度曲線

電梯運行的舒適性取決于其運行過程中加速度a和加速度變化率p的大小，過大的加速度或加速度變化率會造成乘客的不適感。同時，為保證電梯的運行效率，a、p的值不宜過小。能保證a、p最佳取值的電梯運行曲線稱為電梯的理想運行曲線。電梯運行的理想曲線應是拋物線-直線綜合速度曲線，即電梯的加、減過程由拋物線和直線構成。電梯給定曲線是否理想，直接影響實際的運行曲線。

3.1速度曲線產生方法

采用的FX2-64MR PLC，并考慮輸入輸出點要求增加了FX-8EYT、FX-16EYR、FX-8EYR三個擴展模塊和FX2-40AW雙絞線通信適配器，FX2-40AW用于系統串行通信。利用PLC擴展功能模塊D/A模塊實現速度理想曲線輸出，事先將數字化的理想速度曲線存入PLC寄存器，程序運行時，通過查表方式寫入D/A，由D/A轉換成模擬量后將速度理想曲線輸出。

3.2加速給定曲線的產生

8位D/A輸出0～5V/0～10V，對應數字值為16進制數00～FF，共255級。若電梯加速時間在2.5～3秒之間。按保守值計算，電梯加速過程中每次查表的時間間隔不宜超過10ms。

由于電梯邏輯控制部分程序最大，而PLC運行采用周期掃描機制，因而采用通常的查表方法，每次查表的指令時間間隔過長，不能滿足給定曲線的精度要求。在PLC運行過程中，其CPU與各設備之間的信息交換、用戶程序的執行、信號采集、控制量的輸出等操作都是按照固定的順序以循環掃描的方式進行的，每個循環都要對所有功能進行查詢、判斷和操作。這種順序和格式不能人為改變。通常一個掃描周期，基本要完成六個步驟的工作，包括運行監視、與編程器交換信息、與數字處理器交換信息、與通訊處理器交換信息、執行用戶程序和輸入輸出接口服務等。在一個周期內，CPU對整個用戶程序只執行一遍。這種機制有其方便的一面，但實時性差。過長的掃描時間，直接影響系統對信號響應的效果，在保證控制功能的前提下，最大限度地縮短CPU的周期掃描時間是一個很復雜的問題。一般只能從用戶程序執行時間最短采取方法。電梯邏輯控制部分的程序掃描時間已超過10ms，盡管采取了一些減少程序掃描時間的辦法，但仍無法將掃描時間降到10ms以下。同時，制動段曲線采用按距離原則，每段距離到的響應時間也不宜超過10ms。為滿足系統的實時性要求，在速度曲線的產生方式中，采用中斷方法，從而有效地克服了PLC掃描機制的限制。

起動加速運行由定周期中斷服務程序完成。這種中斷不能由程序進行開關，一旦設定，就一直按設定時間間隔循環中斷，所以，起動運行條件需放在中斷服務程序中，在不滿足運行條件時，中斷即返回。

3.3減速制動曲線的產生

為保證制動過程的完成，需在主程序中進行制動條件判斷和減速點確定。在減速點確定之前，電梯一直處于加速或穩速運行過程中。加速過程由固定周期中斷完成，加速到對應模式的最大值之后，加速程序運行條件不再滿足，每次中斷后，不再執行加速程序，直接從中斷返回。電梯以對應模式的最大值運行，在該模式減速點到后，產生高速計數中斷，執行減速服務程序。在該中斷服務程序中修改計數器設定值的條件，保證下次中斷執行。