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【摘 要】电梯是现代生活中不可或缺的交通运输工具之一。传统电梯电气控制系统中，采用继电器控制系统的电梯，接线复杂，可靠性较低、查找和排除故障困难，针对这些问题，介绍了一种采用西门子S7-200 PLC作为控制器的电梯电气控制系统，实现电梯的集选控制。控制系统主要实现电梯的高度自动控制，可进行无司机驾驶、具有自动平层、自动开关门、轿内主令登记、厅外召唤登记、自动停层、顺向截梯、反向不停等功能；另外，还具有自动控制停站时间、自动应召、换向后应答反向的厅外召唤等功能，能够将厅门外上下召唤信号、轿厢内主令信号及各种专用信号进行综合分析判断后，智能决定轿厢运行方式。电梯控制系统采用PLC实现的方法，在保证电梯正常运行的前提下，不仅提高了检查维修的方便性以及可操作性，同时可减少人为操作的失误。
【关键词】电梯 PLC 集选 电气控制
一、前言
随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑和智能化建筑的不断涌现，人们对电梯的要求越来越高，普通电梯往往不能满足建筑物内的交通需要，这时通常需要合理安装多台电梯来缓解电梯运行的压力，楼层越高，电梯的台数越多，但从成本、空间、管理以及经济性等方面考虑不可能无限制增多电梯的台数，只能利用已有的电梯，实现电梯高效的、节能的运行，这就要求很好的判断实际需求，实现灵活调度，因此就出现了电梯集选控制系统。集选电梯可以实现将厅外上下召唤信号、轿厢内主令信号和其他各种专用信号加以综合分析判断后，自动决定轿厢运行状态，无需司机手动控制。集选电梯一般设有“有/无司机”操纵转换开关，可根据使用需要灵活选择，如人流高峰或特殊需要时，可转换为有司机操纵，从而成为信号控制电梯。在其他情况下作正常行驶时，转为无司机操纵，即为集选电梯。
二、电梯工作原理
电梯的控制方式可分为很多种，比如信号控制电梯的电气控制系统，轿内按钮开关、自动平层、自动开关门电梯电气控制系统，集选电气控制系统等等，这里主要介绍无司机操作的集选控制电梯，集选电梯可以分为上集选电梯和下集选电梯，下集选电梯即在其它层设有向上与向下的两个召唤按钮，集选电梯轿厢控制箱设有与停站数相等的相应的指令按钮，当有乘客摁下指令按钮时，指令被登记，经过PLC控制，以向下运行为优先级向目标层靠近，直到目标层或者最低/高层为止，然后再运行向上指指令。上集选电梯则反之。电梯每到一停站楼层自动进行减速、换速、平层、开门、关门等操作。电梯工作原理如图1所示。
电梯可划分为八大系统：电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、导向系统、安全保护系统。电梯主要由曳引机、导轨、对重装置、安全装置、信号操纵系统、轿厢和厅门等部件组成，它们分别安装在建筑物的井道或者机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯的基本要求有安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。
三、电梯电气控制系统
电梯是机械与电气相结合的机电一体化产品，电梯的电气系统主要由拖动系统和控制系统两部分组成。电梯电气控制技术经历了两个阶段：继电器控制阶段，可编程控制器控制阶段。
（一）继电器控制系统
继电器控制系统中使用的大部分为常用电气元件，更换方式简单，价格较便宜。电梯的控制原理简明易懂、线路直观、易于掌握。然而，这种控制方式，系统的触点繁多，线路复杂，电器的电磁机构及触点动作较慢、能耗高、机械动作噪音大，而且可靠性差，继电器通过触点断合进行逻辑判断和运算，进而控制电梯的运行。由于触点易受电弧损害，寿命短，因而继电器控制电梯的故障率较高，具有维修工作量大、设备体积大、动作速度慢、控制功能少、接线复杂、通用性与灵活性较差等缺点。对不同的层楼和不同的控制方式其原理图、接线图等必须重新设计和绘制，而且控制系统由许多继电器和大量的触点组成、接线复杂、故障率高。因此采用继电器的控制方式已逐渐被可靠性高、通用性强的可编程序控制器（PLC）及微型计算机控制系统所代替。
（二）可编程控制器控制系统
可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种新型的控制器，PLC集成了微电子技术、计算机技术，可以取代继电器实现控制系统，实现多种设备的自动控制，充分体现逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等诸多功能，受到广大用户的欢迎和重视，并视为现代工业自动化的三大支柱之一。
PLC主要由以下几个部分组成：
主机：主机包括中央处理器（CPU）、系统程序储存器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户的程序、监控输入输出接口状态，做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果输送到输出端，并与外部设备的请求以及进行各种内部判断。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和程序以及监控程序及对用户程序做便已处理程序，系统程序由厂家固定，用户不能更改，另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
输入输出接口：I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮，传感器，行程开关）的控制信号，输出接口是将主机经过处理的信号通过功放电路驱动输出设备（如接触器，电磁阀，指示灯）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了系统的可靠性。I/O接口是PLC的一项重要指标。
电源：PLC的电源是为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源（24V），通常也为输入设备提供直流电源。
编程：编程是利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或者监事PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆将PLC与电脑相连，并利用专用软件进行电脑变成和控制。 外部设备接口：这些接口可以将打印机、变频器等外部设备与主机相连，用以完成相应操作。
PLC主要有以下几个方面的优点：
1.编程方便，易懂好学。PLC虽然采用了计算机技术，但许多基本指令类似于逻辑代数的与、或、非运算，亦即电气控制中的触点串联、并联等。程序编写采用梯形图，梯形图与继电接触控制原理图相似，因而编程语言形象直观。
2.抗干扰性、可靠性高。PLC的结构采取了许多抗干扰措施，输入输出模块均有光电耦合电路，可极为恶劣的环境下工作。
3.构成应用系统灵活简便。PLC的CPU、输入输出模块和存贮器组合为一体，根据控制要求可选择相应电路形式的输入输出模块。用于电梯控制时，可将PLC看作为内部由各种继电器及其触点、定时器、计数器等构成的控制装置。PLC的输入可直接与交流110V、直流24V等信号相接，输出可直接驱动交流220V、直流24V的负载，无需电平转换与光电隔离，因而可方便地构成各种控制系统。
4.PLC的安装维护比较方便。PLC本身具有自诊断和故障报警功能，当输入输出模块发生故障时，可方便地更换单个插入模块。
四、电梯的PLC控制设计
（一）电梯硬件系统设计完成后，为了实现电梯的优化控制，需要用西门子STEP 7专业编程软件对电梯控制程序进行设计。由于电梯控制系统实际上是一个人机交互式的控制系统，因此单纯采用顺序控制或逻辑控制是不能够满足要求的，而应该在设计中采用随机逻辑控制方式。同时，由于梯形图之间的相互关联性很强，程序设计比较复杂，因此，在电梯控制系统的软件设计中，主要采用模块化的编程思想来进行设计。
（二）凡是电梯电气控制系统能将各个层楼厅外的向上和向下召唤信号与电梯轿厢内的指令选层信号综合后进行集中处理实现自动控制的电梯，均称为集选控制电梯。此类电梯将轿内外召唤信号结合在一起，通过各种逻辑线路进行自动控制，集选电梯主要实现以下功能：
1.厅外上行召唤处理：厅外上行召唤信号的登记、消号。
2.厅外下行召唤处理：厅外下行召唤信号的登记、消号。
3.轿内主令信号处理：轿内主令信号的登记、消号。
4层显：根据轿厢位置，显示轿厢所在楼层。
5.自动定向：根据信号登记先后和优先级确定轿厢的上下运行方向。
6.上下行控制：根据确定的方向，在曳引电机上实现上下行。
7.上下方向显示：指示电梯运行的方向。
8.停.层换速控制：判断出在某楼层需要停层，则提前发出换速信号。
9启动、运行、慢速：实现电机软启动，运行。在接收到换速信号时，进行逐级减速，实现多级慢速最终停层。
10.开关门控制：在轿厢平层后，及时开门，并延时关门。
11.超载报警/抱闸输出：在电梯超载时，声光报警，并开门不启动电梯。在电梯运行时，抱闸线圈带电松闸。
控制系统程序实现流程图如图2所示。集选电梯的PLC控制系统可分为开门系统、关门系统、上行系统、下行系统、显示系统、检修系统和消防系统等几个部分。
五、结论
本文介绍了交流电梯的集选电梯电气控制系统的实现方法。在了解电梯的工作原理上，介绍了电梯的电气控制系统组成，重点介绍了电梯的PLC控制方式。
随着社会的进步和科技的发展，人们生活质量的不断提高，对电梯性能的要求也越来越高。电梯未来的发展主要有以下几个发展趋势：智能化：电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统、模糊控制神经网络、计算机图像监控的群控等。将智能控制方法与新兴科学（如最优控制、预测控制、模式识别、机器学习、计算机视觉等）进行结合是未来智能化电梯的发展方向。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统将与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。超高速：21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。未来超高速电梯不仅速度会大大提高，舒适感也会有明显改善。蓝牙技术的广泛应用：蓝牙技术是一种全球开放、短距无线通讯技术规范。它可通过短距离无线通讯把电梯各种电子设备连接起来，实现无线组网。这种技术将减少电梯的安装周期和费用，提高电梯的可靠性和控制精度，有利于把电梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。
参考文献：
[1]陈家盛. 电梯结构原理及安装维修[M]. 北京：机械工业出版社，2003
[2]刘剑等. 电梯电气设计[M]. 北京：中国电力出版社，2006
[3]张福恩等. 电梯制造与安装安全规范应用手册[M]. 机械工业出版社，2000
[4]刘佩尧等. 电梯原理与维修[M]. 北京：电子工业出版社，1999
[5]陈伯时. 电力拖动自动控制系统[M]. 北京：机械工业出版社，2007
[6]张兴国. 可编程序控制器技术及应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006
【关键词】电梯 PLC 集选 电气控制
一、前言
随着建筑业的蓬勃发展，高层建筑和智能化建筑的不断涌现，人们对电梯的要求越来越高，普通电梯往往不能满足建筑物内的交通需要，这时通常需要合理安装多台电梯来缓解电梯运行的压力，楼层越高，电梯的台数越多，但从成本、空间、管理以及经济性等方面考虑不可能无限制增多电梯的台数，只能利用已有的电梯，实现电梯高效的、节能的运行，这就要求很好的判断实际需求，实现灵活调度，因此就出现了电梯集选控制系统。集选电梯可以实现将厅外上下召唤信号、轿厢内主令信号和其他各种专用信号加以综合分析判断后，自动决定轿厢运行状态，无需司机手动控制。集选电梯一般设有“有/无司机”操纵转换开关，可根据使用需要灵活选择，如人流高峰或特殊需要时，可转换为有司机操纵，从而成为信号控制电梯。在其他情况下作正常行驶时，转为无司机操纵，即为集选电梯。
二、电梯工作原理
电梯的控制方式可分为很多种，比如信号控制电梯的电气控制系统，轿内按钮开关、自动平层、自动开关门电梯电气控制系统，集选电气控制系统等等，这里主要介绍无司机操作的集选控制电梯，集选电梯可以分为上集选电梯和下集选电梯，下集选电梯即在其它层设有向上与向下的两个召唤按钮，集选电梯轿厢控制箱设有与停站数相等的相应的指令按钮，当有乘客摁下指令按钮时，指令被登记，经过PLC控制，以向下运行为优先级向目标层靠近，直到目标层或者最低/高层为止，然后再运行向上指指令。上集选电梯则反之。电梯每到一停站楼层自动进行减速、换速、平层、开门、关门等操作。电梯工作原理如图1所示。
电梯可划分为八大系统：电力拖动系统、电气控制系统、曳引系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、导向系统、安全保护系统。电梯主要由曳引机、导轨、对重装置、安全装置、信号操纵系统、轿厢和厅门等部件组成，它们分别安装在建筑物的井道或者机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯的基本要求有安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。
三、电梯电气控制系统
电梯是机械与电气相结合的机电一体化产品，电梯的电气系统主要由拖动系统和控制系统两部分组成。电梯电气控制技术经历了两个阶段：继电器控制阶段，可编程控制器控制阶段。
（一）继电器控制系统
继电器控制系统中使用的大部分为常用电气元件，更换方式简单，价格较便宜。电梯的控制原理简明易懂、线路直观、易于掌握。然而，这种控制方式，系统的触点繁多，线路复杂，电器的电磁机构及触点动作较慢、能耗高、机械动作噪音大，而且可靠性差，继电器通过触点断合进行逻辑判断和运算，进而控制电梯的运行。由于触点易受电弧损害，寿命短，因而继电器控制电梯的故障率较高，具有维修工作量大、设备体积大、动作速度慢、控制功能少、接线复杂、通用性与灵活性较差等缺点。对不同的层楼和不同的控制方式其原理图、接线图等必须重新设计和绘制，而且控制系统由许多继电器和大量的触点组成、接线复杂、故障率高。因此采用继电器的控制方式已逐渐被可靠性高、通用性强的可编程序控制器（PLC）及微型计算机控制系统所代替。
（二）可编程控制器控制系统
可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种新型的控制器，PLC集成了微电子技术、计算机技术，可以取代继电器实现控制系统，实现多种设备的自动控制，充分体现逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等诸多功能，受到广大用户的欢迎和重视，并视为现代工业自动化的三大支柱之一。
PLC主要由以下几个部分组成：
主机：主机包括中央处理器（CPU）、系统程序储存器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户的程序、监控输入输出接口状态，做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果输送到输出端，并与外部设备的请求以及进行各种内部判断。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和程序以及监控程序及对用户程序做便已处理程序，系统程序由厂家固定，用户不能更改，另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
输入输出接口：I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮，传感器，行程开关）的控制信号，输出接口是将主机经过处理的信号通过功放电路驱动输出设备（如接触器，电磁阀，指示灯）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了系统的可靠性。I/O接口是PLC的一项重要指标。
电源：PLC的电源是为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源（24V），通常也为输入设备提供直流电源。
编程：编程是利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或者监事PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆将PLC与电脑相连，并利用专用软件进行电脑变成和控制。 外部设备接口：这些接口可以将打印机、变频器等外部设备与主机相连，用以完成相应操作。
PLC主要有以下几个方面的优点：
1.编程方便，易懂好学。PLC虽然采用了计算机技术，但许多基本指令类似于逻辑代数的与、或、非运算，亦即电气控制中的触点串联、并联等。程序编写采用梯形图，梯形图与继电接触控制原理图相似，因而编程语言形象直观。
2.抗干扰性、可靠性高。PLC的结构采取了许多抗干扰措施，输入输出模块均有光电耦合电路，可极为恶劣的环境下工作。
3.构成应用系统灵活简便。PLC的CPU、输入输出模块和存贮器组合为一体，根据控制要求可选择相应电路形式的输入输出模块。用于电梯控制时，可将PLC看作为内部由各种继电器及其触点、定时器、计数器等构成的控制装置。PLC的输入可直接与交流110V、直流24V等信号相接，输出可直接驱动交流220V、直流24V的负载，无需电平转换与光电隔离，因而可方便地构成各种控制系统。
4.PLC的安装维护比较方便。PLC本身具有自诊断和故障报警功能，当输入输出模块发生故障时，可方便地更换单个插入模块。
四、电梯的PLC控制设计
（一）电梯硬件系统设计完成后，为了实现电梯的优化控制，需要用西门子STEP 7专业编程软件对电梯控制程序进行设计。由于电梯控制系统实际上是一个人机交互式的控制系统，因此单纯采用顺序控制或逻辑控制是不能够满足要求的，而应该在设计中采用随机逻辑控制方式。同时，由于梯形图之间的相互关联性很强，程序设计比较复杂，因此，在电梯控制系统的软件设计中，主要采用模块化的编程思想来进行设计。
（二）凡是电梯电气控制系统能将各个层楼厅外的向上和向下召唤信号与电梯轿厢内的指令选层信号综合后进行集中处理实现自动控制的电梯，均称为集选控制电梯。此类电梯将轿内外召唤信号结合在一起，通过各种逻辑线路进行自动控制，集选电梯主要实现以下功能：
1.厅外上行召唤处理：厅外上行召唤信号的登记、消号。
2.厅外下行召唤处理：厅外下行召唤信号的登记、消号。
3.轿内主令信号处理：轿内主令信号的登记、消号。
4层显：根据轿厢位置，显示轿厢所在楼层。
5.自动定向：根据信号登记先后和优先级确定轿厢的上下运行方向。
6.上下行控制：根据确定的方向，在曳引电机上实现上下行。
7.上下方向显示：指示电梯运行的方向。
8.停.层换速控制：判断出在某楼层需要停层，则提前发出换速信号。
9启动、运行、慢速：实现电机软启动，运行。在接收到换速信号时，进行逐级减速，实现多级慢速最终停层。
10.开关门控制：在轿厢平层后，及时开门，并延时关门。
11.超载报警/抱闸输出：在电梯超载时，声光报警，并开门不启动电梯。在电梯运行时，抱闸线圈带电松闸。
控制系统程序实现流程图如图2所示。集选电梯的PLC控制系统可分为开门系统、关门系统、上行系统、下行系统、显示系统、检修系统和消防系统等几个部分。
五、结论
本文介绍了交流电梯的集选电梯电气控制系统的实现方法。在了解电梯的工作原理上，介绍了电梯的电气控制系统组成，重点介绍了电梯的PLC控制方式。
随着社会的进步和科技的发展，人们生活质量的不断提高，对电梯性能的要求也越来越高。电梯未来的发展主要有以下几个发展趋势：智能化：电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统、模糊控制神经网络、计算机图像监控的群控等。将智能控制方法与新兴科学（如最优控制、预测控制、模式识别、机器学习、计算机视觉等）进行结合是未来智能化电梯的发展方向。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统将与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。超高速：21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。未来超高速电梯不仅速度会大大提高，舒适感也会有明显改善。蓝牙技术的广泛应用：蓝牙技术是一种全球开放、短距无线通讯技术规范。它可通过短距离无线通讯把电梯各种电子设备连接起来，实现无线组网。这种技术将减少电梯的安装周期和费用，提高电梯的可靠性和控制精度，有利于把电梯归纳到大楼管理系统或智能化管理小区系统中。
参考文献：
[1]陈家盛. 电梯结构原理及安装维修[M]. 北京：机械工业出版社，2003
[2]刘剑等. 电梯电气设计[M]. 北京：中国电力出版社，2006
[3]张福恩等. 电梯制造与安装安全规范应用手册[M]. 机械工业出版社，2000
[4]刘佩尧等. 电梯原理与维修[M]. 北京：电子工业出版社，1999
[5]陈伯时. 电力拖动自动控制系统[M]. 北京：机械工业出版社，2007
[6]张兴国. 可编程序控制器技术及应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006