机电系统在日常生活中的应用

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