机电系统在日常生活中的应用
——电梯机电系统与人类社会早已经密不可分，不论是在工作还是在生活中，机电系统都得到
了广泛的应用，大到各种液压机械、飞机，小到生活中的洗衣机、吸尘器等等，机电系统
充斥着我们的生活，我们的生活水品也因为机电系统得到的很大的提高。

机电系统又称为机电控制系统。

机电控制是研究如何设计控制器并合理选择或设计放
大元件、执行元件、检测与转换元件、导向与支承元件和传动机构等，并由此组成机电控
制系统使机电装备达到所要求的性能的一门科学，在机电一体化技术中占有非常重要的地位。

机电控制系统使机电一体化产品及系统中承担着控制对象的输出，并按照指令规定的
规律变化的功能单元，是其中非常重要的组成部分。

这是一种自动控制系统。

机电控制系统的基本工作原理是：由指令元件发出指令，通过比较、综合与放大元件
将此信号与输出反馈信号比较，再将差值进行处理和放大、控制及转换，将此处理后的信
号加到功率放大元件并施加到执行元件的输入信号，使得执行元件按指令的要求运动。

在日常生活中的机电系统应用十分广泛，在此介绍一下机电系统在电梯中的应用。

随
着现代化的发展，各种高楼大厦进入了我们们的生活。

楼层高了，去高的楼层走楼梯的话
不仅耗费体力而且耗费大量的时间，对于一些行动不便的人来说就更加艰难了。

电梯的产
生很好的解决了这个问题。

随着高层建筑的发展，电梯技术也得到了广泛的发展。

现在电
梯已经深入人们的生活了，省时省力。

下面介绍一下电梯的控制原理。

目前电梯的控制主要采用了两种控制技术：一是采用微机作为信号控制单元，完成电
梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制
则由变频器来完成；二是控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。

其中第二种方式选择比较广泛。

PLC可靠性高，程序设计方便灵活。

抗干扰能力强，运行
稳定可靠。

下面以常用的曳引式电梯为例介绍电梯的组成。

主要结构由机械部分和电气部分构成，典型的机电一体化设备。

机械装置部分分为：曳引系统、轿厢、门系统、导向系统、重量平衡系统和机械安全
保护装置。

机械部分是电梯实现垂直运动，运输功能和保障正常运行的基础。

电气装置部分分为：
1)电力拖动系统。

该系统由曳引电机、供电系统、调速装置和速度反馈装置构成，
对电梯实行速度控制。

2)操纵控制系统。

该系统由操纵装置、平层装置与选层器等构成，对电梯实施操纵、
监控的系统。

3)电气安全系统。

该系统指在电梯控制系统中用于实现安全保护作用的电路及电气
元件。

在控制系统方面，多采用PLC控制系统是实现对电梯运行的自动控制。

这种方式的优点是：用软件实现对电梯运行的自动控制，提高了可靠性。

同时去掉了选层器及大部分继
电器，控制系统结构简单，外部接线简化，可以实现复杂的系统控制，方便增加或改变控
制功能。

而且PLC可进行故障的自检和报警显示，提高了系统的安全性，并便于检修。

用于群控调配和管理，提高了电梯的运行效率。

在调速系统方面选用变频器。

变频器是变频
调速系统的核心设备，质量对系统的可靠性有很大影响。

变频器选择时主要满足以下六种
条件：第一、根据被控设备的负载特性需用通用变频器的类型；第二、所选用通用变频器
的类型与被控异步电动机的参数匹配；第三、为降低电梯成本，选用通用变频器；第四、
电梯的启动和停车要平稳；第五、变频器带有防止失速的功能；第五、变频器具有有优良
的转矩特性。

下面介绍电梯的硬件控制系统，下图为电梯的控制系统结构。

图中变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分由PLC完成。

PLC负责处理各种信号的逻辑关系，从而变频器发出起停信号，同时变频器也将自身的工作状态发送至PLC形成双向联络关系。

系统还配置了与电动机同轴连接旋转译码器及PG卡，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。

此系统还必须配置制动电阻，当电梯减速运行时，电动机处于
再生发电状态，向变频回馈电能，抑制直流电压升高。

电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及PLC单元构成。

PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动，加减速，停止，运行方向，楼层显示，层站召唤，
轿厢内操作，安全保护等指令信号进行管理和控制功能。

下面详细介绍各部分的功能及作
用过程。

变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成。

三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端为两相电接电动机的
快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。

旋转编码器用来检测电梯的运
行速度和行动方向，变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器
的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的
目的。

变频器输入信号为：上、下行方向指令，低速、高速、检修速度编码指令。

输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要由厅外呼叫、轿厢内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。

输入单元为门厅呼叫单元，用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除；轿
厢内选层单元，负责对预选楼层指令的登记、消除和指示；开关门按钮，输入PLC控制轿门的开闭（厅门也同时动作）；上下平层装置，用来保证电梯轿厢在各层停靠时准确平层；上下限强迫换速开关，用于保护电梯的高速运行安全，避免电梯出现冲顶或蹲底事故，当
电梯到达上下端站时，装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板，信号输入PLC，PLC发出
换速信号强迫电梯减速运行到平层位置；门锁装置（或轿门和厅门联锁保护装置），轿门
闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提；安全回路，通常包括轿内急停开关、
轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超速开关、底坑急停开关、相序
保护继电器、上下限极限开关等；检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式，检修运行为
电梯自检是的慢速运行方式，消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态，泊梯
状态，消除内选和外呼信号，自动返回泊梯层、关门并断电；称重单元，用来检测轿厢负荷，判断电梯处于欠载、满载或超载状态，然后输出数字信号给PLC，根据负载情况进行
启动力矩补偿，使电梯运行平稳。

输出单元为楼层及方向指示单元，包括电梯山下行方向指示灯、楼层指示灯以及报站
钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码
显示方式；开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向王城或电
梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，完成开关门动作。

上图是电梯的主电路图。

图中M1为YTD系列电梯专用双速笼型异步电动机；KM1、KM2为电动机正反转接触器，可以实现电梯上下行控制；KM3、KM4为电梯高低速运行接触器，用以实现电梯的高速与低速运行；KM5为启动加速接触器；KM6、KM7、KM8、为减速制动接触器，用以调整电梯制动时的加速度；L1、L2与R1、R2为串入电动机定子电路的电抗与电阻，与KM5~KM8配合实现电动机的加减速控制。

当KM1或KM2与
KM3通电吸合时，电梯将上行或下行启动，延时后KM5通电吸合，切除R1、L1，电梯
将转为上行或下行的稳速运行；当电梯接收到停层指令后，KM3断电释放，KM4通电吸合，电动机转为低速接法，串入阻抗制动，实现上升与下降的低速运行，且KM5~KM8
依次通电吸合，用来控制制动过程的强度，提高停车制动时的舒适感；至平层位置时，接。