淺析PLC與變頻器在電梯中的應(yīng)用

代茂

摘要：隨著可編程序控制器的出現(xiàn)及電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得更多的機械設(shè)備變得更加自動化、智能化。本文主要以升降電梯控制對象，針對以前的拖曳電梯的一些缺點，采用現(xiàn)在流行的PLC控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)來實現(xiàn)電梯的各種控制。

本系統(tǒng)主要通過觸摸屏-PLC-變頻器-曳引電機及其外圍控制設(shè)備對升降電梯實現(xiàn)功能控制，為使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定和易于維護，控制系統(tǒng)采用西門子公司專用的現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)控制系統(tǒng)監(jiān)控。

關(guān)鍵字：PLC變頻器升降電梯自動控制

一、電梯的控制要求

（一）電梯控制要求

1、開始時，電梯處于任意一層。（六層電梯為-1～5層）。

2、當有外呼梯信號到來時，轎廂響應(yīng)該呼梯號，到達該層時，轎廂停止運行，轎廂門打開，無人操作時，延時一定時間后自動關(guān)門。

3、當有內(nèi)呼梯信號到來時，轎廂響應(yīng)該呼梯信號，到達該層時，轎廂停止運行，轎廳門，轎廂門打開，無人操作時，延時一定時間后自動關(guān)門。

4、在電梯，轎廂運行過程中，轎廂上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的處呼信號均不響應(yīng)，但如果反向外呼梯信號前方無其他內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯響應(yīng)該呼梯信號。例如：電梯轎廂在一樓，將要運行到五樓，在此過程式中可以響應(yīng)二層、三層、四層的向上呼梯信號。例如：電梯廂在一樓，將要運行到五樓，在經(jīng)過程中可以響應(yīng)二層、三層、四層的向上呼梯信號，但不響應(yīng)二層、三層、四層的向下呼梯信號。同時，如果電梯到達五層，如時六層沒有任何呼梯信號，則電梯可以響應(yīng)五層向下的信號。否則，電梯轎廂將繼續(xù)運行至六樓，然后向下運行響應(yīng)五層的向下呼梯信號。

5、電梯應(yīng)具有最遠反向外呼梯響應(yīng)功能。例如，電梯轎廂在一樓，而同二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，五層向下外呼梯，六層向下外呼梯，則轎廂先去六樓響應(yīng)六層向下外呼梯信號。

6、電梯未平層即運行時，開門按均不起作用。平層電梯轎廂響應(yīng)停止后，按開門按鈕轎廂門打開，按并門按鈕轎廂門關(guān)閉。

（二）電梯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成

1、本變頻調(diào)速電梯模型由曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂系統(tǒng)、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)等組成。

2、曳引系統(tǒng)由三相異步電動機、曳引鋼絲繩、導向輪等組成，是電梯的動力源。

3、導向系統(tǒng)由導軌、導輪和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重自由活動度，使轎廂和對重只能沿著導軌作穩(wěn)定升降運動。

4、門系統(tǒng)由轎廂門、開門機、聯(lián)動機構(gòu)等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口、由門扇和門導軌架等組成。

5、轎廂的廂體由箱底、廂壁、廂頂?shù)冉M成，轎廂內(nèi)部設(shè)有轎廂控制器，其操縱按鈕設(shè)在轎廂外部。

6、電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、變頻器等組成，實現(xiàn)對電梯的速度控制。電氣控制系統(tǒng)由操作裝置、位置顯示裝置、平層裝置、旋轉(zhuǎn)編碼器、可編程控制器等組成，對電梯的運行方式實行操作和控制。

7、轎電梯為六層結(jié)構(gòu)：底層、一層、二層、三層、四層、五層。廂的上下運行使用一臺松下變頻器控制；在牽引鋼纜上的導輪中有一個裝有兩相旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測量上下移動的脈沖數(shù)，系統(tǒng)通過脈沖數(shù)確定樓層位置以及平層數(shù)據(jù)；電梯的所有按鈕、指示燈信號全部送S7300PLC，在S7300中編程對其進行控制。

二、西門子PLC控制系統(tǒng)的組成

（一）基本單元

基本單元有時又稱作CPU模塊，有時又稱之為主機或本機。它包括CPU、存儲器、基本輸入輸出點和電源等，是PLC的主要部分。它實際就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以獨立完成一定的控制任務(wù)。在基本單元中主要包括：電源模塊狀、接口模塊、輸入/輸出模塊、 CPU模塊。

（二）擴展單元

主機I/O數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能使用的I/O點數(shù)是由多種因素共同決定的。

（三）特殊功能單元模塊

當需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，可與SIMATIC S7-300主機相聯(lián)，以完成某些特殊的控制任務(wù)而制的一種裝置。本系統(tǒng)用到的特殊功能模塊是FM350-2記數(shù)模塊，對編碼器的輸入信號進行記數(shù)，把記數(shù)結(jié)果存放在S7-300的中間變量中。

（四）人機界面及其他設(shè)備

人機界面是在PLC和其他自動控制系統(tǒng)中能友好的對設(shè)備和數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理，在實現(xiàn)一般開關(guān)指示燈功能上，它替代了一般傳統(tǒng)機械的按鈕和指示燈，并且能PLC程序內(nèi)和儀表上的數(shù)據(jù)在界面上集中顯示管理。在選擇人機界面時，一般應(yīng)該考慮成本和與PLC兼容性。其他設(shè)備包括構(gòu)成控制系統(tǒng)的西門子SIMATIC S7-200/300編程軟件、觸摸屏制作軟件、網(wǎng)卡、通訊線等。

三、變頻器的選擇

變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-變頻器可將工頻交流直接變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流通過整流器變成直流，然后再把頻率變換成頻率、電壓均可控制的交流，又稱為間接式變頻器。鑒于設(shè)計的選擇，選用通用變頻器，所以主要研究交-直-交變頻器。

本系統(tǒng)中選用的電機是YTSP系列變頻器對控制曳引機構(gòu)三相異步電動機實現(xiàn)變頻調(diào)速和正反轉(zhuǎn)，它充分考慮了變頻電源在電機中產(chǎn)生的影響能與國內(nèi)外各種變頻裝置相配套，采用IGBT的PWM變頻起的高載波頻率的影響，進行了特殊設(shè)計，一般不要外接電抗器。電機在一個較寬的調(diào)速范圍內(nèi)都有良好的調(diào)速性能：電動機與通用變頻器組成的開環(huán)系統(tǒng)，采用U/F控制方式，恒轉(zhuǎn)矩范圍在1：10以上，低速運行平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動；電動機帶上了光電編碼器，快速響應(yīng)優(yōu)良，動態(tài)性能好。

四、旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇