城市建设不断发展，高层建筑逐渐增多。电梯在国民经济和生活领域得到了广泛应用。电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具，已经与人们的日常生活紧密相连。电梯是依据外部呼叫信号以及自身控制规律等来运行的。呼叫具有随机性。电梯实际上是一个人机交互式的控制系统。单纯使用顺序控制或逻辑控制无法满足控制要求。所以，电梯控制系统采用随机逻辑方式进行控制。
目前电梯的控制有两种方式。其一，采用微机作为信号控制单元，负责完成电梯信号的采集，以及对运行状态和功能进行设定，借此实现电梯的自动调度和集选运行功能，而拖动控制则由变频器来完成。其二，用可编程控制器（PLC）来取代微机，从而实现信号集选控制。
从控制方式和性能方面来看，这两种方法的区别不大。国内厂家多数采用第二种方式，这是因为生产规模相对较小，自行设计和制造微机控制装置的成本比较高。然而，PLC 具有可靠性高、程序设计便捷灵活、抗干扰能力强以及运行稳定等特点，正因如此，现在的电梯控制系统广泛地使用可编程控制器来达成。本设计正是采用西门子S7-200系列PLC控制的。
2 控制电梯的优点
在电梯控制方面采用了 PLC，通过软件来达成对电梯运行的自动控制，其可靠性得到了极大的提升。
b、选层器以及大部分继电器被去掉了。这样一来，控制系统的结构变得简单了，外部线路也得以简化。
c、PLC 具备实现各种复杂控制系统的能力，能够很方便地对控制功能进行增加或改变。
PLC 能够自动进行故障检测，同时可以显示报警信息，这样做能够提高运行的安全性，并且也便于进行检修工作。
e、用于群控调配和管理，并提高电梯运行效率。
f、更改控制方案时不需改动硬件接线。
3. VS-616G5型通用变频器电梯调速系统
通用变频 VS - 616G5 能够直接对交流异步电动机的电流进行控制，让电动机维持较高的输出转矩；它适用于各类应用场合，能够在低速状态下实现平稳启动，还能极其精准地运行，其自动调整的功能可以让各种电动机达到高性能的控制效果。VS-616G5将 U/F 控制、矢量控制、闭环 U/F 控制以及闭环矢量控制这四种控制方式融合在一起。在这四种控制方式中，闭环矢量控制是最符合电梯控制要求的。
VS-616G5 变频器用于电梯调速系统时，需要配备 PG 卡以及旋转编码器，其作用是为电动机测速并提供反馈。旋转编码器与电动机是同轴连接的，以此来对电动机进行测速。旋转编码器会输出 A、B 两相脉冲，当 A 相脉冲比 B 相脉冲超前 90°时，就可以认定电动机处于正转状态。A 相脉冲滞后于 B 相脉冲 90°时，可认定电动机处于反转状态。旋转编码器依据 AB 相脉冲的相序，能够判断电动机的旋转方向。同时，旋转编码器还能依据 AB 脉冲的频率，测出电动机的转速。旋转编码器把此脉冲输出给 PG 卡，PG 卡接着把此反馈信号送至 616G5 内部，用于进行运算调节。AB 两相脉冲波形图呈现如所示的样子。
VS-616G5 用于电梯调速系统时需配置制动电阻。电梯减速运行时，电动机进入发电状态并向变频器回馈电能。此时同步转速会下降，交-直-交变频器的直流部分电压会升高。制动电阻的作用在于消耗回馈电能，以抑制直流电压的升高。
VS-616G5 在设计中参数设置如表4.2所示：
表VS-616G5参数设置
A1-0 1=4
存取级别为ADVANCED
A1-0 2=3
带PG的矢量控制
B1-0 1=0
主速来自D1-01
C1-0 1=3s
加速时间3s
C1-0 2=3s
减速时间3s
C2-0 1=0.8s
加速开始时的S曲线特性时间
C2-0 2=0.8s
加速完成时的S曲线特性时间
C2-0 3=0.8s
减速开始时的S曲线特性时间
C2-0 4=0.8s
减速完成时的S曲线特性时间
C5-0 1=5
速度环比例，舒适感不好时在5~40间调整
C5-0 2=1s
速度环积分，舒适感不好时在0.5~5s间调整
D1-0 2=50Hz
快车速度
D1-0 3=6Hz
爬行速度
D1-0 9=10Hz
慢车速度
E1-0 1=380V
输入电压
E1-0 4=50Hz
最高输出频率
E1-0 5=380V
最大电压输出
E2-0 1=24.4A
电动机的额定电流（按电动机铭牌输入）
E2-0 4=6
电极极数（按电动机铭牌输入）
H2-0 1=37
变频器输出端子9-10为运转中2
H3-0 5=1F
选D1-02不选端子16输入
L3-0 4=0
失速防止无效
L6-0 1=4
过转矩检出动作选择
L6-0 3=10s
过转矩检出时间1
L6-0 4=4
过转矩检出动作选择2
L6-0 5=200
过转矩检出标准2
L6-0 6=2s
过转矩检出时间2
L8-0 1=1
制动电阻过热
L8-0 5=1
输入缺相
L8-0 7=1
输出缺相
F1-0 1=600
PG脉冲数
F1-0 5=1/0
编码器方向出错时更改
其他参数按变频器出厂时的设定值
变频器容量及制动电阻参数的计算
变频器的功率能够依据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重来进行计算。电梯曳引机电机功率是 P1，电梯运行速度是 V，电梯自重为 W1，电梯载重为 W2，配重为 W3，重力加速度为 g ，变频器功率为 P。电梯在最大载重下上升所需曳引功率为 P2，P2 等于[(W1+W2+W3)g+F1]与 V 的乘积。其中 F1 等于(W1+W2+W3)g 加上摩擦力 σ，而 σ 可忽略不计。电动机功率为 P1，变频器功率 P 应接近电机功率 P2，并且相对于 P2 要留有安全裕量，可取值为 P 等于 1.52P2。
制动电阻参数的计算
电梯是位能负载，在运行过程中会产生再生能量，因此变频器调速装置需要具备制动功能。带有逆变功能的变频调速装置借助逆变器能够把再生能量回馈给电网，然而其成本较高。采用能耗制动方式，通过制动单元能将再生能量消耗在制动电阻 Rz 上，这种方式成本较低且使用效果良好。能耗制动电阻的大小要保证制动电流 Iz 的值不超过变频器额定电流的一半。
4 电梯控制系统的设计
4.1 信号控制系统
电梯信号控制主要由 PLC 软件来达成。电梯信号控制系统的情况如图 5.1 所示。输入到 PLC 的控制信号包含运行方式的选择、运行的控制、轿内的指令、层站外呼的召唤、安全保护的信息、旋转编码器、开关门、门区以及平层信号等。
4.2 电梯控制系统实现的功能
（1）开始时，电梯处于任意一层。
当外呼电梯信号到来时，轿厢会对其进行响应。轿厢到达相应楼层后会停止运行，并且轿厢门会打开。如果没有人员进出，那么会延时 5 秒后自动关门；或者按下关门按钮，轿厢门也会关闭。
当有内呼电梯信号到来时，轿厢会响应这个呼梯信号。轿厢到达该楼层后会停止运行，并且轿厢门会打开。如果没有人员进出，那么会延时 5 秒后自动关门；或者按下关门按钮也可以关门。
在电梯轿厢运行时，也就是轿厢上升或下降的途中，任何反方向下降或上升的外呼信号都不会被响应。不过，如果反方向外呼梯信号的前方不再有其他内呼梯信号和外呼梯信号，那么电梯就会响应这个外呼梯信号。
（5）电梯具有最远反向外呼梯功能。
电梯在未平层或者运行的状态下，开门按钮以及关门按钮都无法发挥作用。只有当电梯平层并且轿厢停止运行之后，按下开门按钮，轿厢会打开；按下关门按钮，轿厢会关闭。
4.3 速度控制及平层控制
电梯是一种载人工具。在位势负载状态下，电梯除了要安全可靠之外，还需要运行平稳、乘坐舒适且停靠准确。电梯的运行曲线如图 5.2 所示。然而在现场调试时，应当让爬行段尽量短，并且以在各种负载下都大于零作为标准来调整减速起始点。
随着科技的进步，人们对电梯的需求在不断提升。电梯不仅要速度更快，提升高度更高，而且要占地少，运营成本低。同时，还不能让乘客的舒适性有丝毫损失。乘坐舒适就需要平稳启动，连续加速，还要柔和制动，准确抵达目的位置。要做到这些，关键在于准确发出减速信号和平层信号，在接近层楼面时，根据距离精确自动矫正速度给定曲线。采用变频器调速双闭环控制能够基本满足要求。旋转编码器在构成速度闭环的同时，还可以构成位置闭环控制。
旋转编码器的输出通常有 A 和 A、B 和 B 这两对差动信号。它能用于位置和速度的测量。A 和 A、B 和 B 这四个方波被导入到 PG 卡中。经过辨向以及乘以倍率的操作后，就会变成代表位移的测量脉冲。接着把这些测量脉冲导入到 PLC 的高速计数端，以进行位置控制。本系统在进行位置测量时采用的是相对计数方式。在运行前，通过编程方式把各种信号所对应的脉冲数分别存入相应的内存单元，这些信号包括换速点位置、平层点位置等。在电梯运行过程中，通过旋转编码器进行检测，软件实时计算以下信号：电梯所在的层楼位置、换速点位置、平层点位置，以此来进行楼层计数，并且发出换速信号和平层信号。
其中，D 为曳引轮直径，ρ为 PG 卡的分频比，λ为减速器的减速比，P 为旋转编码器每转对应的脉冲数。
本系统中，λ的值为 1/32，D 的值为 580mm，Ned 为 1450r/min，P 为 1024，ρ为 1/18。
楼层高度设为 4m 时，1 楼平层点的脉冲数是 0；2 楼平层点的脉冲数是 4000；3 楼平层点的脉冲数是 8000；4 楼平层点的脉冲数是 12000；5 楼平层点的脉冲数是 16000；6 楼平层点的脉冲数是 20000；7 楼平层点的脉冲数是 24000；8 楼平层点的脉冲数是 28000。
2 楼至 1 楼的脉冲数为 1600。
4.4 I/O点数的分配
4.5 系统电路原理图
系统电路原理图如图：
5.1 各环节设计方法
（一）开门环节
电梯在某层站处于待命状态时，若有人在该层站进行呼梯操作，电梯会首先打开门；电梯在运行过程中，当有外呼梯信号出现时，如果是顺向运行，电梯就会停在该层站并打开门，若是逆行则不会停层。
电梯停层时到达平层位置，此时 M3.0 接通，接着电梯便会开门。
关门过程中若要重新开门：在关门过程中按开门按钮（I0.4）可重开；若电梯关门时有东西夹在门上导致 I4.4 接通，门会重开；若电梯超载使 I4.3 接通，门也会重开。
电梯在运行过程中是禁止开门的。而当电梯处于检修状态时，开门操作均为手动进行，通过开门按钮和关门按钮来实现。
(二) 关门环节
电梯开门之后开始计时，过了 5 秒会自动关门。在计时还没到 5 秒的时候，可以通过按下关门按钮（I0.5）来提前关门。
（2）检修时关门不自锁,电梯超重时禁止关门。
（三）保护及故障显示环节
电梯在关门过程中，由于各种原因而不能关门到位时，电梯会重新开门。开门时间结束后，又会自动关门。如果关门仍不到位，就会再次重新开门，如此反复进行开、关门的动作。如果不及时处理这种情况，门很容易损坏。所以，当出现这种情况时，使用计数器 C0 进行计数。当开、关门动作达到 5 次时，电梯会停止运行，并且会 0、2 交替显示。而当电梯关门到位时，会对 C0 进行复位。
电梯安全继电器断开后，电梯会停止运行。同时，电梯会出现 0、1 交替显示的情况。
二、层楼信号产生与消除环节
电梯位于某一层时，会产生该楼层的信号，以此来控制楼层显示器显示楼层所在的位置。当电梯离开该层并到达另一层时，应显示新的楼层信号。在设计中，使用 VB200 来存储楼层信号，当电梯到达各层减速点时，就会显示相应楼层的信号。在一楼设置一个强迫开关，用于矫正错误显示。在八楼也设置一个强迫开关，同样用于矫正错误显示。如果电梯显示有误，那么只要将电梯开到一楼，就可以显示正常。如果电梯显示有误，那么只要将电梯开到八楼，也可以显示正常。
三、 呼梯信号登记、消除、显示环节
（1）内选信号的登记、消除、显示
通过操作轿厢内操作盘上 1 楼到 8 楼的选层按钮，来选择想要去的楼层。选层信号会被登记，同时选层按钮下的指示灯会亮起。当电梯到达所选楼层时，停层信号会被消除，指示灯也会随之熄灭。
（2）外呼信号的登记、消除、显示
通过操作电梯每层厅门处的外呼按钮，来选择上楼或下楼。操作后，呼梯信号会被登记，同时相应外呼按钮下的指示灯会亮起。当电梯到达该层，并且电梯的运行方向与呼梯目的方向一致时，呼梯就满足要求，此时呼梯信号应被消除；而当电梯运行方向与呼梯目的方向不一致时，呼梯不满足要求，呼梯信号会保持。
四、电梯定向环节
电梯的定向包含上行和下行。当电梯处于待命状态时，若接收到内选信号和外呼信号，就会把电梯所处的位置与内选信号以及外呼信号进行对比，以此来确定是上行还是下行，同时上行指示和下行指示也会相应地进行指示。一旦电梯完成了定向，在内选信号和外呼信号对电梯提出顺向运行要求但未得到满足的情况下，定向信号是不能被消除的。检修状态下运行方向直接由上行和下行启动按钮确定，不需定向。
五、停层信号产生和消除环节
电梯在进行停车制动之前，首先要确定停层信号，也就是要确定将要停靠的楼层。每一层都会产生一个停层辅助信号，1 楼到 8 楼的停层辅助信号分别是 M15.0 到 M15.7。电梯下行到 1 楼时满足 1 楼的停层条件，电梯上行至 8 楼时满足 8 楼的停层条件。而中间层的产生条件是通过将电梯的运行方向与外呼信号的位置以及内选信号进行比较后得出的。外呼信号方向若与电梯运行方向一致，就会产生停层信号；若不一致，则不会产生停层信号，且外呼信号会被登记。当到达内选信号所对应的要去的楼层时，会产生停层信号。电梯到达需停层的楼层后，过 3 秒会消除该层的停层信号。
六、启动加速、稳定运行、制动环节
（1）启动加速：电梯启动的条件是运行方向已确定，门已关好。
电梯先经 3 秒加速，接着达到快车速度（50Hz），随后进入稳定运行阶段。
停层信号产生后，电梯进入减速阶段。接着电梯接收到爬行信号，经过 3 秒减速后达到爬行速度（6Hz）。当电梯行进到平层位置时，撤去爬行信号，然后进行停车制动并自动开门。
检修时，将检修开关 I0.3 接通。利用上行启动按钮和下行启动按钮，能够对电梯的上行或下行进行控制。即便门未关好，也不会对电梯的运行产生影响。在这种情况下，电梯只能以低速运行。
6.梯形图
7. 小结
本系统以 PLC 作为核心。PLC 具备强大的控制功能，借此实现对电梯的控制。变频器有良好的调速功能，可对电梯速度进行矢量控制，所以电梯运行平稳且舒适。通过梯形图程序，能够很直观地看出电梯的运行过程。用可编程控制器控制电梯，具有接线简单、编程直观以及扩展容易等优点。当建筑的层数增多时，只需对较少的地方进行改动就可以了。
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