PLC控制變頻調速電梯電氣控制系統

羅興全

（順德中等專業學校，廣東順德528300）

1 前言

1.1 背景

隨著社會經濟的迅速發展，人們物質文化生活水平的提高，大批的高樓拔地而起，電梯已經成了人們生產、工作、生活中重要的運輸設備。面對科技的發展，電梯的要求也是日新月異，特別是節能方面的要求。深圳出臺電梯節能的有關規定，為了配合國家對電梯的節能要求，在2007年1月在歐特電梯公司，對電梯進行節能改造。2007年4月在廣順電梯有限公司，對某公司的舊電梯進行設備改建。由于某公司的舊廠房電梯使用時間過長，能耗較大，經常出現故障，可以說是難以維修，嚴重影響日常工作的使用。因此需要電梯改建。

1.2 原因分析

對舊電梯進行勘察、分析，發現舊電梯是雙速電梯，采用電抗器進行調速，運行平層時有明顯的震動，而且運行噪音過大，感覺電梯不是很安全。進入井道進行檢查，發現里面的布線有點亂，甚至有些已經老化。造成原因是由于井道限位開關過多，如平層開關、加速開關、減速開關。由此，必須解決三個問題。

第一個問題：平層時的震動是由于電抗器的老化，而且本身的調速效果明顯不夠平穩和舒適造成的。解決方法：采用變頻調速技術，使其加減速平穩舒適。

第二個問題：井道開關過多，有減速開關、加速開關平層開關。解決方法：采用一個光電平層開關，用脈沖控制加、減速。

第三個問題：采用電抗器調速的電梯能耗過多、噪音過大。解決方法：采用變頻調速提高能源的使用效率。

2 電氣設計分析

根據解決問題的思路，開始進行電梯的改建。改建地點在該公司的新廠房。采用PLC控制變頻調速控制電梯。PLC選用FX2N-64M，變頻器用VS-616G5通用變頻器。

2.1 井道線路的簡化

電梯的位置檢測裝置是用來采樣轎廂的運動位置并將它反饋給電梯PLC的。選用光電開關和旋轉編碼器共同工作來進行平層、加速、減速控制。光電開關主要由發光二極管和光敏元件組成，在沒有受到外界隔光干擾時一直接通。采用光電開關作為信號裝置，需要在轎廂上安裝1個光電開關，在每層的平層位置安裝隔光板，用于掃描平層位置信號：電梯上行時，每當遇到經過隔光板信號時，樓層數加1；電梯下行時，每當遇到下換速信號時，樓層數減1。

旋轉編碼器，又叫增量式編碼器，實際上是一個脈沖發生裝置。內部結構是在其圓盤的邊緣上開有相同間距的縫隙，圓盤兩側分別安裝紅外發光器件和光敏元件。使用時將其與曳引電機同軸連接，當其隨電機旋轉時，每轉過一個縫隙，就產生一個電脈沖，將這些脈沖送入PLC控制器的高速脈沖輸入端對其進行計數，就可以得到電梯運行的距離信號。這種方法的優點是測量準確、無磨損，測量信號便于計算機處理。利用增量編碼器不僅可以測量電梯的速度和距離，還可以測出電梯運行的方向和曳引機的轉速。

2.2 整改電路設計

該公司要求實現四層電梯的控制，選用FX2N-64M型可編程序控制器，端口地址分配如表1所示。

2.2.1 雙速電梯變頻改造

將原來的雙速電梯主電路改成變頻梯，將其電抗器調速控制方法改成變頻器調速控制方法。

采用變頻器多段速的3段速控制方式和616G5原有的加、減速S曲線控制，實現電梯在運行加速、減速時平滑，并利用其零速信號和平層的位置開關同時使用，實現電梯零速平層。詳見電梯PLC程序運行方式。采用變頻調速，改變原來的平層震動現象，達到啟動、加速、減速平穩的目的，實現零速平層。

由于電梯是啟動頻繁的設備，用變頻調速可以減少電梯的加、減速時的沖擊性，達到減少運行過程中的噪音的目的，并且用變頻調速能有效的提高電能的使用效率，實現節能的效果。

表1 PLC地址分配表

2.2.2 電梯的井道改造，實現運行脈沖的計算

為了減少井道的布線，方便維修和保養。配合光電開關，實現電梯的脈沖控制加、減速和平層控制，本文采用12V旋轉編碼器，它與主電動機同軸相連，編碼器產生的脈沖直接輸入PLC的高速脈沖計數輸入端X2，在PLC中通過對此脈沖的計數，可以用程序計算出電梯走過的距離及當前的速度，從而完成調速系統的位置和速度反饋。接口示意圖如圖1所示。

圖1 速度檢測和位置控制的接線圖（程序中使用C237的情況）

圖2 目標登記和上下行登記

2.2.3 電梯正常運行控制程序設計

電梯控制程序設計。簡單說明，改造后電梯的平層和加減速工作方式。電梯PLC控制程序此處不再贅述。

2.2.4 目標登記和上下行登記信號處理

目標登記和上下行登記信號，如圖2所示。

（1）目標登記與解除

1）目標層1層登記：按下1樓站外上行召喚 1SZA，1SZA↑→ X032↑→Y015↑接通點亮。在關好門登記M20↑→M21↑目標一層登記。

按下橋內一層選擇按鈕1NLA，1NLA↑→ X024↑→ Y011↑接通點亮→M21↑目標一層登記。

2）各選擇平層后解除登記（如1層登記解除）：一層平層信號M600↑→M70↑延時后，解除一層登記。

（2）上下行登記

1）上行登記M4：橋廳在 1層時，2、3、4層目標可以上行登記；橋廳在 2層時，3、4層目標可以上行登記，橋廳在3層時，4層目標可以上行登記。

2）下行登記M5：橋廳在 4層時，1、2、3層目標可以下行登記；橋廳在3層時，1、2層目標可以上行登記，橋廳在2層時，1層目標可以上行登記。

2.2.5 電梯召喚的實現

以橋廳在一樓時，3樓下行外召喚為例。

（1）3樓廳外乘員按下下行召喚按鈕時，3XZA↑→X036↑→ Y021↑→ 3XZD 點亮

Y021↑→ M20↑→ M23↑3層目標登記↑M4↑上行登記

（2）M4↑→ Y030↑→ Y032↑慢行→ Y033↑中速→Y34↑快速

1）變頻器內給出運行答應信號，X020↑→Y000和Y007↑→ZC↑→制動器線圈ZXQ得電松閘。

2）變頻器內給出運行速度信號指令，電機YD得電起動、加速、滿速向3樓運行。

圖3 電梯電機運行控制

（3）電梯到達3樓的上行換速點開始減速運行：電梯由1樓向3樓運行過程中，光電開關離開每層樓的遮光板時，光電開關GDK↑→X005↓→M418↑→M200動作一個上沿信號→ INC D200執行上行計數，并將結果經轉移傳送、解碼后控制對應的軟輔助繼電器M600-M603動作，實現對電梯的運行控制。當位于轎頂的光電開關離開位于井道的2樓遮光板時，C237開始計算2樓至3樓的脈沖數，SUB指令根據2樓到3樓的學習脈沖減去設定值，并將其存入D310。當C237累積計數與D310相等時，M602↑→ M7↑→ Y034↓→Y033↓→電梯按變頻器曲線指令進行減速運行。而且當M600↑時，電梯位置顯示3字。

（4）電梯在3樓零速平層?？块_門：經對變頻器和PLC相關參數的反復調整和整定，當電梯在3樓平層時，變頻器的輸出也恰好為零，X022↑→M14↑、Y000、Y007↓→，控制系統處于待起動狀態。

2.2.6 換速、平層、停車及樓層顯示

利用編碼器輸出端將脈沖信號引入PLC的高速計數輸入端，構成位置反饋和速度反饋。高速計數器累加的脈沖數反映電梯的位置。高速計數器的值不斷地與各信號點對應的脈沖數進行比較，由此判斷電梯的運行距離，換速點，平層點和制動停車點等信號。電梯在運行過程中，通過位置信號檢測，軟件實時計算以下位置信號：電梯所在樓層位置，曲線各個換速點的位置，門區信號和平層位置信號等。由此省去原來每層在井道中設置的大量上述信號檢測裝置，大大減少井道檢測元件和信號連接，降低成本，使系統更容易維護。

脈沖計數的編程方法上采用相對計數方式，每次從平層點開始計數到下一平層點，然后高速計數器復位。每一層均從零開始計數，樓層數存放在另一個計數器。當計數累計到設定值時，高速計數器復位。同時根據運行方向樓層計數器加1或減1，表示己經運行了一層樓距離。

3 結束語

2007年4月對舊電梯進行勘察，并對其存在的問題提交設計方案。2007年5月開始對電梯井道進行建造。2007年6月進行電梯的安裝和調試。2007年7月相關部門進行驗收，簽定保修合約，并投入使用。改建后，投入使用，整機性能良好，以前存在的三個問題都能夠解決。一是平層很平穩、沒有震動，舒適感良好。運行的噪音明顯小于舊的雙速電梯，可以說是靜音運行。二是使用一個光電開關后，每個平層位只需要裝一個隔光板使井道的布線明顯減少，方便檢修與電梯的日常維護。三是節能效果明顯，因為電梯是啟動比較頻繁的設備，根據使用情況和日常維修保養登記情況來看，一年至少省去5000多元的電費達到了節能的要求。

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