淺析PLC與變頻器在電梯中的應用

代茂

摘要：隨著可編程序控制器的出現及電力電子技術的發展，使得更多的機械設備變得更加自動化、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，采用現在流行的PLC控制技術、變頻調速技術、現場總線技術來實現電梯的各種控制。

本系統主要通過觸摸屏-PLC-變頻器-曳引電機及其外圍控制設備對升降電梯實現功能控制，為使控制系統更加穩定和易于維護，控制系統采用西門子公司專用的現場總線技術，實現控制系統監控。

關鍵字：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門。

3、當有內呼梯信號到來時，轎廂響應該呼梯信號，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，但如果反向外呼梯信號前方無其他內、外呼梯信號時，則電梯響應該呼梯信號。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，在經過程中可以響應二層、三層、四層的向上呼梯信號，但不響應二層、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，則電梯可以響應五層向下的信號。否則，電梯轎廂將繼續運行至六樓，然后向下運行響應五層的向下呼梯信號。

5、電梯應具有最遠反向外呼梯響應功能。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。平層電梯轎廂響應停止后，按開門按鈕轎廂門打開，按并門按鈕轎廂門關閉。

（二）電梯系統的結構及組成

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

2、曳引系統由三相異步電動機、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定升降運動。

4、門系統由轎廂門、開門機、聯動機構等組成。轎廂門設在轎廂入口、由門扇和門導軌架等組成。

5、轎廂的廂體由箱底、廂壁、廂頂等組成，轎廂內部設有轎廂控制器，其操縱按鈕設在轎廂外部。

6、電力拖動系統由曳引電機、變頻器等組成，實現對電梯的速度控制。電氣控制系統由操作裝置、位置顯示裝置、平層裝置、旋轉編碼器、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、轎電梯為六層結構：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編碼器，用于測量上下移動的脈沖數，系統通過脈沖數確定樓層位置以及平層數據；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，可以獨立完成一定的控制任務。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數量不能滿足控制系統的要求時，用戶可以根據需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數量和實際所能使用的I/O點數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時，可與SIMATIC S7-300主機相聯，以完成某些特殊的控制任務而制的一種裝置。本系統用到的特殊功能模塊是FM350-2記數模塊，對編碼器的輸入信號進行記數，把記數結果存放在S7-300的中間變量中。

（四）人機界面及其他設備

人機界面是在PLC和其他自動控制系統中能友好的對設備和數據實現集中監控和管理，在實現一般開關指示燈功能上，它替代了一般傳統機械的按鈕和指示燈，并且能PLC程序內和儀表上的數據在界面上集中顯示管理。在選擇人機界面時，一般應該考慮成本和與PLC兼容性。其他設備包括構成控制系統的西門子SIMATIC S7-200/300編程軟件、觸摸屏制作軟件、網卡、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。

本系統中選用的電機是YTSP系列變頻器對控制曳引機構三相異步電動機實現變頻調速和正反轉，它充分考慮了變頻電源在電機中產生的影響能與國內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，進行了特殊設計，一般不要外接電抗器。電機在一個較寬的調速范圍內都有良好的調速性能：電動機與通用變頻器組成的開環系統，采用U/F控制方式，恒轉矩范圍在1：10以上，低速運行平穩，無轉矩脈動；電動機帶上了光電編碼器，快速響應優良，動態性能好。

四、旋轉編碼器的選擇