电梯控制系统技术解析：从基础原理到PLC应用

一、电梯系统的技术定位与发展沿革
电梯作为高层建筑的核心垂直运输设备，是机电一体化技术的集大成者。现代电梯融合电力电子技术、计算机控制、机械传动等多学科成果，在运行速度（最高达20m/s）、平层精度（±1mm级）、舒适性（振动加速度<0.15m/s²）、安全防护等关键指标实现跨越式提升。其控制方式从早期继电器逻辑控制演进至以PLC（可编程逻辑控制器）为核心的智能控制系统，标志着电梯工业进入数字化时代。

二、电梯系统分类与技术特性
（一）应用场景分类

（二）核心技术参数分类
1. 速度分级
   - 低速梯：≤1.0m/s（老旧住宅、仓库）  
   - 快速梯：1.0-2.0m/s（普通商业建筑）  
   - 高速梯：2.0-6.0m/s（超高层写字楼）  
   - 超高速梯：≥6.0m/s（地标性建筑）  

2. 拖动系统技术路线
  

3. 控制方式演进  
   - 手柄操作 → 按钮控制 → 集选控制 → 群控调度（AI算法优化）→ 物联网远程监控  

三、电梯系统架构深度解析

（一）机械系统核心组件
1. 曳引系统
   - 组成：曳引机（含永磁同步电机）、钢丝绳（抗拉强度≥1570MPa）、导向轮  
   - 曳引比：1:1或2:1绕绳方式决定提升效率

2. 门系统安全设计  
   - 光幕传感器：红外光束矩阵（检测精度≤50mm）  
   - 门锁装置：EN81-20标准要求机械锁紧力≥300N

3. 安全钳关键参数 
   - 瞬时式：制动距离≤0.15m  
   - 渐进式：减速度0.2-1.0g可调

 （二）电气控制系统框架

 

四、PLC控制系统的技术实现
 （一）主电路拓扑分析
以典型星三角启动电路为例：

- 电气联锁机制：KMU与KMD互锁触点串联，KMS与KM△互锁延时切换（典型3-5s）

（二）PLC控制逻辑剖析

自动扶梯PLC 控制电路的分析如下。

电梯正常运行：自动扶梯在上下入口处装设有电梯启动钥匙开关 (TU 、TD)   和停止按 钮 (STU 、STD),  将电梯钥匙插入钥匙开关，旋转至工作运动方向位置，自动扶梯开始运转。电 梯停止：自动扶梯运转时，如果需要停止运转，按下停止按钮(STU 、STD),   自动扶梯体制运转。

电梯检修控制：自动扶梯检修运行由检修盒控制，“正常运行/检修运行”转换开关SA  安装在自动扶梯控制箱中，电梯需要检修运行时，将检修盒插入控制箱的检修插座中。处于检 修状态时，梯级启动钥匙开关失去控制功能。

将“正常运行/检修运行”转换开关SA 转换到检修位置，插入检修盒，合上主开关FL 与 F1 、F2 与 F3 。安全回路正常时，接触器KY 吸合，显示屏显示do 。可编程控制器在 “RUN”   状态，供电正常。打开检修合上停止开关，按动检修盒的上行按钮 (SU)   或下行按钮(SD),

接触器 KMU ( 或KMD)  带电吸合—KMB 带电吸合一制动电动机旋转，制动器松闸—制动器 行程开关SAB0 接通—KMS (星形接触器)带电吸合一扶梯启动。

1. 安全回路设计 
   - 串联节点：门锁开关、松闸检测SAB0、超速开关等≥15个安全点  
   - 故障代码映射：E01（门锁故障）、E02（制动器异常）...

2. 运行模式切换

   IF SA=0 THEN  //检修模式
      响应检修盒SU/SD按钮
      BYPASS 钥匙开关
   ELSE          //自动模式
      监测TU/TD钥匙信号
      执行预设加速曲线
   END IF
 

3. 软制动技术
   - 采用S曲线减速算法：  
     `a(t) = a_max * sin(πt/T)`  
     实现零速停靠（停车冲击<5gal）

（三）信号系统智能化

- GXS显示屏实现：  
  - 实时状态：楼层显示、运行方向  
  - 故障诊断：存储最后5次故障代码（带时间戳）  
  - 维保提示：运行次数超限预警（如50万次强制保养）

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五、安全防护系统关键技术

六、现代电梯技术发展趋势
1. 能源再生技术
   - 永磁同步电机+四象限变频器实现电能回馈（节能率≥30%）

2. AI群控算法
   - 基于深度学习的客流预测（准确率>85%）  
   - 动态分区调度（高峰时段效率提升40%）

3. 物联网平台集成
   - 远程监控：实时传输运行数据（采样周期≤100ms）  
   - 预测性维护：轴承振动频谱分析预警故障

4. 新型材料应用  
   - 碳纤维曳引绳（重量减轻80%，寿命延长3倍）  
   - 陶瓷制动片（摩擦系数稳定性±0.02）

七、标准规范与认证体系
- 国际标准：ISO 18738（振动测量）、EN 115（扶梯安全）  
- 中国强制认证：TSG T7007-2022《电梯型式试验规则》  
- 抗震要求：GB 50011-2010规定8度设防区需通过1.5倍地震模拟测试

结语
电梯控制系统已从机械电气时代迈入智能化时代。PLC控制平台作为当前中低速电梯的主流方案，通过模块化编程实现了复杂的逻辑控制与故障诊断功能。未来随着IoT与AI技术的深度整合，电梯将向“无人值守智能运输体”演进，其安全性、能效比及用户体验将实现革命性突破。从业人员需持续关注永磁同步驱动、数字孪生维护等前沿技术，以适应行业技术升级需求。