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1、电梯控制系统基础知识,电梯安装维修作业培训,1,电梯控制系统基础知识,电梯的控制系统主要有继电器控制和微机控制两类。电梯控制系统的各环节的功能由不同线路完成，这些线路主要有：开关门控制、位置信号控制、定向选层控制、运行控制、特种状态控制等。,2,一、定向选层控制线路,电梯是载人装货的运输设备，要利用它，必须先知道它所处的位置（观看层楼指示），再给它一个呼叫信号，它即前来应召。当你走进轿厢之后，你还应告诉它你要到那个层站（按选层按钮），它就会按照你的指令，向你所要去的层站行驶。以上过程均由定向选层控制线路来完成。该控制环节应包括轿厢位置检测与连续线路；内指令与厅召唤线路；选层定向线路以及方向保持
2、等。,3,定向选层控制的要求：,1、轿内信号优先于轿外信号2、自动电梯只有在厅轿门全部关闭后，且轿内无指令的情况下，才能按照厅外召唤指令，确定轿厢运行方向。集选电梯与信号电梯的不同之处在于厅召唤信号是否参与选层定向，集选电梯由操纵箱上的钥匙开关选择有无司机操作。当选择无司机时，无司机继电器吸合，电梯可以自动定向选层，厅召唤与轿内指令决定轿厢运行方向，当轿厢到站后，自动开门，并延时自动关门，一切由集选逻辑线路来完成控制选择。,4,二、运行控制线路,电梯的正常运行包括启动、加速、稳速运行、换速、平层制动停车等线路环节，各环节的控制性能决定着电梯的安全运行和运行性能。,5,运行控制的要求：,1、满足
3、启动条件后，电梯能自动迅速可靠启动。启动时间越短越好。但启动时间过短会使冲击力过大，造成部件损坏，而且乘客会有不舒适感。一般靠降压缓解冲击。2、无论有级加速还是无极加速都必须满足加速度要求，不应超过1.5M/S2.3、电梯在正常运行过程中，应保持方向的连续性和换速点的稳定性。,6,运行控制的要求,4、在接近停车层应用合适的换速点，减速过程应有合适的减速度，使减速过程平稳、乘坐舒适，换速点是按距离确定的。5、电梯的平层准确度越高，电梯性能就越好。平层方法有两种，一种是利用平层感应器，二是把换速点确定后，按距离直接停靠。,7,三、电梯开关门拖动电路,电梯开关门拖动分交流拖动和直流伺服拖动。直流伺服
4、拖动，改变电动机电枢两端电压极性可电机旋转方向，实现电梯门的开启与关闭。通过串联电阻分压线路改变电枢两端电压来改变电动机的转速。还可以调整并联电阻的大小来分流，使开关门速度变慢，直至关闭或打开。,8,四、电梯的检修运行线路,各类电梯均设有检修线路，由装在轿厢内和轿厢顶操作箱上的检修开关来控制，这些开关只能点动，上下按钮互锁。检修开关控制检修继电器，切断内指令和厅召唤、平层换速及快速运行回路，有的电梯还切断厅外指层回路电源或使其显示闪动。,9,五、电梯的消防运行线路,对消防线路的要求：电梯在消防状态下有两种运行；1、消防返基站功能（1）消除内指令与厅召唤（2）断开门回路，使门关闭（3）电梯上行时
5、，最近停靠不开门，立即返基站。（4）下行时直接返基站（5）正开门的电梯立即关门、返基站。（6）电梯若正好停在基站关门待命，应立即开门进入消防功能状态。,10,2、消防员专用状态（1）厅外召唤不起作用（2）开门待命（3）轿内指令有效，供消防人员使用（4）关门按钮点动操作（5）消除自动返基站功能（6）轿内指令一次有效，包括选层、关门按钮指令。,11,六、安全保护线路,电梯的安全保护装置大都由机械、机电一体安全装置组成，电梯的安全保护有多种，其中最主要的一种就是当电梯某一部位或某一部件有故障时，引起监视元件（电气开关）动作时，使电梯切断电源或控制部分线路，从而使电梯停止运行。,12,可编程序控制器在
6、电梯上的应用,可编程序控制器（PC），是采用微电脑技术制造的通用自动控制设备。它不但能控制开关量，还可以控制模拟量，可靠性高，抗干扰能力强，并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和运算等功能，可以取代以继电器为主的各种控制设备。实践证明，PC用于控制电梯各种操作和处理各种信息是可行的，并得到普遍的推广。,13,一、PC的结构与组成,PC采用计算机结构，由中央处 理单元、存储器、输入输出接口电路和其它一些辅助电路组成，如图937所示。,14,1、中央处理单元（CPU）,CPU是PC核心，。其中包括有控制电路、运算器和寄存器。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元和L/O接口电路连接。CP
7、U的指令系统程序和编写程序固化在ROM中。接收的用户程序和数据存放在RAM中。CPU主要功能是从存储；读取指令；执行指令；继续取下一条指令；处理中断指令。,15,2. 存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存储系统程序、用户程序及各种逻辑变量和信息。3.输入电路输入可以接受现场各种输入信号，如按钮开关、行程开限位开关、开关传感器输出的开关量和模拟量。为防止干扰信号输入到PC内，输入接口一般都采用光电耦合电路和微是电脑的输入接口电路。,16,4.输出电路PC通过输出电路与执行部件输出控制信号,被控制器件有接电器、接触器、电机等。输出电路一般由微电脑输出和功率放大电路组成。5.外存接口电路接
8、已调试正确的用户程序写到外存储器并长期保留。外存储器电路是PC与EPROM、盒式录音机等外存设备接口电路，如D/A、A/D转换，与计算机连接的接口电路、打印机的接口电路等。,17,二、PC在电梯控制系统的具体实施,（1）轿厢位置检测方法：采用层楼继电器检测，可在轿厢上装隔磁板，在井道每层适当位置装12只永磁感应器。按这样接线占PC接点太多。可把接线串行连接，引起出一根接线接PC，当轿厢每经过一个感应器时就给出一个信号，PC收到信号后，就登记上这个信号。,18,如果层楼距离小，两只感应器同时动作时不给出一个信号，PC收到信号后，就登记上这个信号。如果层楼距离小，两只感应器同时动作时，PC的对策是
9、，电梯上升，上层信号起作用；电梯下降，下层信号起作用。不运行时，则根据最近运行状态决定接受哪一层信号（由PC内部电池保持信号）。如果层距大于隔磁板的长度，轿厢在两感应器之间时，隔磁板会同时离开任一只感应器。这时，PC保持回路会很容易处理这种情况。,19, 也可以在轿顶装两只层楼永磁感应器，在每层井道内装隔磁板两只，这样既可节省永磁感应器，又可减少触点的故障率。 还可采用测距脉冲发生器测得楼层信号，脉冲发生器可装在限速器一上与轿厢同步。每单位距离发生的固定脉冲，由PC机计算出累计脉冲数，便知电梯位置所在。以上取得的位置信号作用有两个，一是参与定向，二是指示轿厢所处位置。,20,（2）指令信号的记
10、忆与消除：轿内指令信号可以将指令继电器拆除接到PC接口上。当按下任一指令按钮时，该触点信号就被送入PC机内，由CPU将该触点信号与轿厢位置信号相比较。如果不一致就说明轿厢不在指令层站，该指令信号即被登记，由PC机记忆下来，参与选向。直到电梯运行到该层站后，该信号才被消除。,21,厅召唤信号的处理方法同样是将原继电器拆除改接到PC端口上。当按下召唤按钮后，PC收到该信号并予以登记，燃亮召唤灯。在信号控制货梯上，一接到召唤指令信号，召唤鸣金收兵灯亮的同时喇叭鸣叫，告诉司机某个层站唤梯，便可迅速去接客拉货。在集选控制的客梯上，这个召唤信号要参与定向，由PC给出所选层站、方向信号后，电梯自动向召唤层站
11、行驶。,22,（3）PC的选层定向：CPU根据被登记指令同层站位置信号的相对位置来确定电梯的行驶方向。如果电梯方向丢失或无方向，则PC收到第一指令时，即比较它是在轿厢当前层站的上方还是下方，在上方取上行。一旦方向确定下来，就始终保持到引起该方向产生的指令消除。至于以后电梯运行的方向，由该信号之后的指令信号、层站位置及电梯运行的状态决定。,23,（4）电梯用PC的I/O接口，电梯的输入信号及层站、内外指令信号外，还有不少触电信号与开关信号需输入PC内，例如门联锁回路安全回路的触点信号，轿内、轿顶检修开关按点信号，超载信号，门限位信号；上、下限位信号；上、下强迫换速信号；开门关门信号等，都要考虑充
12、分，一一列表登记。,24,电梯的输出有：开关门接触器线圈；上升、下降、快车、慢车、加速、减速接触器线圈；超载灯与喇叭；层楼显示灯；方向箭头指示；内指令显示；厅召唤显示等，这些输出和设备衔接。在ACVV控制线路中，要把PC输出的起动信号、方向信号、换速信号等接近ACVV调速器端口。,25,经这样的改造设计后，原有的逻辑线路大大简化了，只留下拖动回路及超载安全保护回路同PC机的输出相联接。PC的供电：内部采用5V以下低电压，外部采用高电压。例如拖动回路的线圈电压为220V；制动器、开关门回路线圈电压为110V直流电压，信号显示采用24V或12V电压；输入部分采用PC内部24V直流电压。,26,PC
13、机要接受或驱动这些电器开关和接触器线圈信号，就需要将这些外来高电位转换成PC所需的低电平。PC是采用光电隔离来处理这些I/O信号的，所以抗干扰以能力极强，它能使较弱的干扰信号不能通过，而有效信号则畅通无阻。,27,微机控制系统在电梯的应用,微机控制的电梯体积小、成本低、自动化程度高、节省能源、通用性强，可靠性提高，可以实现复杂的功能控制。 一、微机在电梯上的应用范围及优点微机可取代选层器和全部继电器，实行群控管理调度以提高运行效率。,28,微机控制电梯的优点是：,（1）功能灵活多变，只要改变软件就可以改变电梯功能，以取得不同控制功能；（2）可使控制系统紧凑，结构缩小；（3）采用无触点低电压，I
14、/O接口与外部隔离，提高了系统的可靠性，降低了维修费用，提高了产品质量国；（4）使以前无法采用的技术，例如交流同步电机的调频起动、变频技术中的矢量变换与脉宽调制技术都得以实现。（5）大大降低了电梯成本。,29,二、微机控制的主要方式,根据电梯功能要求和电梯的控制方式来选用微机型式。1、单微机控制方式（1）单板机控制方式：只用一块板一个CPU对电梯进行调速控制。（2）单片机控制方式：即用单片机组成的电梯控制系统。,30,2、双微机控制在交流调速电梯中，采用控制与拖动分开各用一个CPU，再加上部分继电器组成整个电梯控制系统，可使电梯的性能大大改善，舒适感提高，平层准确、误差减小、功能增加、可靠性提
15、高、故障率下降。控制原理图见图950。此系统可实现起、制动全闭环控制，稳速运行开环控制。,31,3、三微机控制方式例如上海三菱电梯厂生产的VVVF电梯中的VFCL系统，即采用三个CPU来控制，它的基本原理见图951。它由DRCPU作驱动部分控制； CCCPU作控制和管理部分； STCPU串行传输部分；,32,VFCL系统的驱动部分DRCPU，采用VVVF方式对曳引机进行速度控制。效率高、节能，并具有减少电动机发热等优点。CCCPU控制的主要功能是对选层器、速度图形和安全检查电路三方面进行控制。管理部分主要功能是负责处理电梯的各种运行，以及标准设计和附加设计。,33,标准设计包括：根据厅外召唤运
16、行；根据内指令运行；层楼检查；低速自动运行；返基站运行；特殊运行；选层器修正动作及手动运行等。附加设计包括：有司机运行；到站预报；厅外停止开关动作；停电自动平层；停电手动运行；火灾时的运行；地震时的运行；其他运行等。,34,VFCL系统的ST-CPU系统是串行传输系统，它的优点是无论楼层多高传输线只有六根。主要是利用载波传输。,35,4、群控电梯的微机控制方式,使用微机对群控电梯进行控制的方式各有不同，使用微机的数量也不同。此套控制系统一般分为三部分：一是群控装置；二是运行控制装置；三是轿厢操作控制。群控装置在整个中负责合理地分配轿厢，对呼梯进行登记和显示，主要起分派和调度的的作用。此部分由一
17、台电脑和部分接口电路组成。,36,运行控制装置，主要采用控制轿厢运行速度、方向和制动。它由一台湾民主自治同16位电脑、接口电路及功放等部分组成。操作控制部分，主要是对轿厢的负荷、命令、位置进行处理，包括语音合成等。由一台8位电脑和相应的接口电路组成。如果将语音合成和直观显示部分包括进去，每个轿厢有增加了两台电脑。此种控制还包括；位置传感器、转速传感器，以便向控制系统、拖动系统提供信息，使电梯平稳运行，并完成各种特殊功能的控制。,37,三、微机控制的实现,微机控制电梯使电梯实现自动化、智能化，完成各种功能，主要是通过软件和硬件两部分来完成的。 1、主电路此系统是电梯的主要控制部分，它主要包括由晶
18、闸管组成的三相称反并联组成的电动组，和由两个晶闸管、二极管接成的单相半波轿式整流电路组成的制动组。制动时使电梯电动机的低速绕组实现能耗制动。,38,2、控制部分此部分包括计算机控制器、调节器、触发电路。控制器是按理想速度曲线计算出起动及制动时的给定电压，实时计算电动机速度及电梯运行行程，实现对系统的控制。调节器是将微机控制器产生的给定电压与测速器反馈电压相比较后，输出信号电压以控制触发电路，使晶闸管导电角变化，达到改变交流电压的目的。此调节器采用比例积分调节器即PI调节器。,39,（1）控制过程；启动加速过程：当系统接收到起动信号后，控制器给出一定的给定电压，此时抱闸打开，调节器输出的电压为正
19、，使电动组晶闸管移相，输出电压，电动机高速绕组得电开始转动。此时制动组晶闸管被封锁。这时测速光电装置发出脉冲，微机按理想速度曲线计算给定电压值，并定时变化比值。这个电压与反馈电压比较后有一个差值，一般这个差值总是使调节器输出为正值，这样电动组晶闸管的导电角不断加大，电动机的转速也不断加快。当输出电压接近380V时，起动过程结束，见图953的t1t2段。,40,稳速过程：见图953的t1t2段，当电动组晶闸管全导通时，整个系统处于开环状态。此时微机的任务是测速和查减速点及监控。,41,制动减速过程：见t1t2段，当电梯运行至减速点时，微机开始计算行程和确定电梯此时的运行速度，此时，微机将以实际速
20、度按距离计算出制动时的给定电压作为系统调节器的输入值。由于制动时给定电压小于反馈电压，所以调节器输出为负值，电动组晶闸管被封闭。而制动组晶闸管触发电路移相输入为正，被导通，电动机速度按理想曲线变化。当转速等于零或很低时，电梯也相应地平层停靠。,42,（2）调速的主要环节及原理给定电源是一个典型的稳压电源，一般稳压精度较高。输出电压值根据不同要求有所不同。将稳压电源输出的电压经过电阻分压，根据现场需要定出高速、中速、低速等运行的给定电压值，形成不同的阶跃信号构成电梯运行曲线，见图954和图955。,43,调节器的组成：在电梯调速系统中，一般采用比例积分调节器。即PI调节器，利用P调速器的快速和I
21、调节器的稳定性，见图956。PI调节器由放大器与比例-积分环节构成。它的主要作用是将电梯的速度电位信号等反馈信号经分压和滤波后与给定信号进行比较，再将差值送入PI内放大、调节，使电梯轿厢的运行速度跟随给定速度曲线。,44,反馈环节：在电梯调速系统中，为得到理想的速度，大都采用闭环调速系统。可分单、双、三闭环控制系统。一般以电流、速度、位置三环控制系统使用居多。反馈的方法可根据不同的目的选用不同的方法。例如测速发电机的电压信号反馈；光码盘反馈、光带反馈的脉冲数字信号；以及旋转变压器反馈和电流互感器反馈等。,45,四、微机的选层微机控制电梯运行的选层，是用光码盘或其它方法选层。电梯在运行中必须知道
22、自己所处的位置，才能正确定向与指层，正确选择减速点，正确平层。用光码盘将电梯运行的距离换成脉冲数，只要知道脉冲数，就知道电梯的运行距离。如果系统采用数字调节方式，脉冲数可直接输入。如果采用模拟量调节方式，则脉冲数要通过数/模拟换输入调节器。,46,在脉冲记数选层方法中，当了避免因钢丝打滑等其它原因造成的误差积累，在井道顶层或基站设置校正装置，即感应器或者开关，对微机的计数脉冲清零，保证平层准确度和换速点的正确。作为比较，例如电梯上行到三楼，设三楼距基站地面为9000个脉冲，而减速距离应在距三楼2000个脉冲开始，则电梯减速运行过程如图957所示。有脉冲计数及层楼数据后，电梯的定向选层、指层、消
23、号、减速等都有办法处理了。,47,五、电梯的串行接线,减少控制元件的接线，可以提高整个系统的可靠性，图958为系统内指令及厅召唤的线路框图。它采用串行通讯方式，用一条线就可以传送多个信号。每层按钮箱都装一块按钮接口，轿内只需一块接口。,48,电梯除内、外指令信号外，还有不少触点信号，如开关门按钮、开关门限位开关、急停按钮、安全保护触点，井道感应开关等等。利用微机我们可以将这些触点信号接成矩阵的形式，如图961，这样，线路由许多交叉线组成，触点接在每两线相交的地方。例如置1号线为高电平，如果左上角触点接通，在5号线就可以收到高电平信号，由1号与5号线就可以确定是哪一个触点接通。信号送至微机，微机
24、根据这个触点信号就可以作出判断，确定是哪个开关动作。,49,六、微机的输入/输出接口,微机系统中，对输入、输出信号是有一定要求的，如果不能满足就得通过接口电路来转换。1、传送方式的转换传送方式有串行也有并行输入，这要与微机协调。如果微机是并行接受数据，那么串行输入的信号就得通过移位寄存器记数，然后并行输入微机进行处理。,50,2、电平转换电梯上的抱闸线路、安全线路等常用110V、24V等高电位，微机要接收这些电器触点的信号或输出驱动这些电器，显然不能直接与之连接，需要将这些信号通过接口电路转换成微机能接受的电平信号。,51,3、抗干扰常用的接口电路有两种，一是光电耦合电路，也称光电隔离器；另一
25、种是施密特触发器。后者主要是提高门坎电压，使通常较弱的干扰信号不能通过而有效信号则有畅通无阻。,52,七、微机电梯开关门控制,图968为种微机电梯开关门控制框图，轿顶装两块电子线路板、一块电源板、一块控制板。控制板与电梯控制器通过接口连接，执行开关门指令。开关门系统可以实现多功能化。此部分有速度给定、调节、减速、安全检查、重开等功能，使电梯门的控制系统理想状态。,53,八、自学习功能,在“心理性等候时间”方式基础上，微机电梯具有自学习功能。梯群管理系统设置时，可以 电梯的规格、数量、建筑物内随时间变化的交通状况微机，以达到高效率的高度。但是，随着时间的推移，建筑物的交通状况可能会有所改变。自学
26、习功能能够在运行中收集、分析随时间变化等数据，并预测未来的交通要求。,54,自学习功能包括收集运行数据未来交通预测根据预测进行控制改善服务。群梯管理系统中增加了自学习功能后有下列优点：1、对于层楼召唤能适当地调派电梯应召。2、优先将电梯调往服务能力较弱的层楼。3、识别什么时候哪一层需要特别服务，如上班时间办公楼基站可能最繁忙，而午餐时间则餐厅层最繁忙。4、将空梯停在记录中召唤频繁的层楼待梯。在心理等候时间原则基础上增加自学习功能，平均待梯时间再减5%10%，长时间等候降低20%50%。,55,九、节能运行,群控系统中，为了解决节省能量和提高服务水准的矛盾，系统的服务电梯数量和最高速度都是可以改
27、变的。但是，如果经常改变这些参数，就会影响电梯的服务，因为每变换一次参数都会改变系统的运行状态，而系统状态的变动会有滞后时间。为此，系统中设置了服务水准的上、下限值，在限值范围内不改变电梯的速度和数量，见图969。节能功能可以根据现有的交通状况自动选择投入运行电梯的最佳数量和电梯的最高速度。,56,十、微机控制电梯的系统结构,微机控制主要是通过接口把输入输出信号送入微机进行计算或处理，控制电梯的速度及管理系统。,57,十一、微机控制系统的抗干扰,干扰会影响整个系统的安全、可靠和稳定运行。例如，电源的波动、电机的起动、晶闸管的导能与截止、接触器的吸合与释放等等对微机都是干扰源，处理不好微机就不能
28、正常工作，就不能发挥作用。如何解决干扰呢？一是阻挡干扰脉冲窜入微机系统，二是提高微机使用模块固有的可靠性，来抵抗脉冲的破坏作用。其方法有：,58,1、光电隔离。2、屏蔽与接地。即把微机的金属外壳接地，形成屏蔽。3、微机电源采用抗干扰措施。由于微机电源波动较大，加上电梯起制动压降 晶闸管大幅值尖脉冲的干扰，所以要采取一定的抗干扰措施：（1）抗电源干扰开关，此开关与LC网络配合，对高低频滤波，达抗干扰的目的。（2）用隔离变压器将初、次级隔离。,59,4、模块及元器件的筛选。（1）逻辑功能的检测。（2）温度筛选。（3）震动筛选。（4）电源拉偏位筛选：电源拉偏后再看静态、动态和程序工作是否正常。,60,
