基于PLC技術(shù)的電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)(中文)

1、基于PLC 技術(shù)的電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)摘要：本文提出了基于 PLC 測(cè)定的變頻調(diào)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。首先，對(duì)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定。選擇變頻器和可編程邏輯控制器，來完成變頻調(diào)速調(diào)節(jié)。其次，設(shè)定變頻器的系統(tǒng)硬件參數(shù)。選擇 PLC 的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)和 I/O 端子的分配，旋轉(zhuǎn)編碼器與 PLC 的接口連接。最后，在軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成軟件流程圖和梯形圖程序，分析出電梯設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；可編程邏輯控制器；電梯控制系統(tǒng)。一、引言在早期的中國，人的力量被用來作為簡(jiǎn)單的起重設(shè)備，直到現(xiàn)在，北方地區(qū)的一些農(nóng)村手動(dòng)提取井水的升降裝置仍在使用。因此，中國是世界上最早的在電梯的原型（1）方面有建樹的國家之一。1

2、854 年，來自美國的格雷夫斯在紐約水晶宮世博會(huì)上向世界展示了他的發(fā)明，這是史上第一部安全電梯2。此后，電梯在世界上得到了廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)代生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，電梯已經(jīng)成為了城市的標(biāo)志。電梯作為重要的垂直運(yùn)輸工具，尤其是在高層建筑中。繼電器控制系統(tǒng)曾被用于常規(guī)的電梯中，其控制功能和信號(hào)處理由硬件來實(shí)現(xiàn)。許多的電氣元件來共同控制電器3。在過去的幾年，電梯的生產(chǎn)技術(shù)愈發(fā)成熟，已形成系列產(chǎn)品。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，由傳統(tǒng)的 DC 轉(zhuǎn)換器和繼電器控制的電梯，缺點(diǎn)越來越明顯，暴露出諸多問題：（1）傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)故障率較高，主要是由于多次接觸，復(fù)雜的布線電路。此外，電接點(diǎn)易燃，這可能會(huì)

3、導(dǎo)致接觸不良。（2）電機(jī)控制器與硬件接線根據(jù)常用的方式，難以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制功能，也就是難以提高系統(tǒng)控制的性能。（3）電磁機(jī)構(gòu)和接觸點(diǎn)動(dòng)作慢，機(jī)械和電磁慣性大。因此，系統(tǒng)的控制精度難以提高。（4）傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)龐大，能耗高，機(jī)械噪聲大等。（5）由于線路復(fù)雜、故障率高，必然導(dǎo)致控制系統(tǒng)維護(hù)量大、成本高。結(jié)果表明，我們應(yīng)該來完成傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的完全改造。二、變頻器參數(shù)設(shè)定電梯作為垂直運(yùn)輸?shù)墓ぞ?，屬于位能?fù)載設(shè)備，并需要頻繁啟動(dòng)和停止4。電梯隨著載客量，向上、向下變化，電機(jī)的最小負(fù)荷而變化。當(dāng)電梯在無負(fù)載或重負(fù)載下，電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)。同樣地，電機(jī)具有最大負(fù)載時(shí)，在重負(fù)載上

4、行或無負(fù)載下行狀態(tài)時(shí)，電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。傳統(tǒng)的電梯由牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的工作狀態(tài)的變化，由接觸器實(shí)現(xiàn)。在定子電路的串聯(lián)電阻或串聯(lián)電抗，且電動(dòng)機(jī)的速度控制由雙速異步電動(dòng)機(jī)來完成，不能滿足乘客的舒適性。用 PLC 來取代傳統(tǒng)繼電器控制模式，它可以在電機(jī)拖動(dòng)過程中，從直流調(diào)速的模式逐步過渡到交流變頻調(diào)速。A.變頻器的選擇B變頻器可以實(shí)現(xiàn)電壓頻率的轉(zhuǎn)換，它可以轉(zhuǎn)換交流與固定頻率，交流電壓頻率調(diào)節(jié)后供給電機(jī)使用?？紤]從電梯的控制要求和可靠性，本次設(shè)計(jì)使用安川 VS-616G5數(shù)字變頻器。在速度控制系統(tǒng)的電梯中 PG 卡和旋轉(zhuǎn)編碼器必須配備于 VS-616G5 變頻器，以供給電動(dòng)機(jī)速度控制和反饋動(dòng)作7。

5、通過電機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。A，B 分別表示為兩相旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖輸出。當(dāng) A 相脈沖超前 B 相脈沖 90 度時(shí)，電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。類似的，當(dāng) A 相脈沖滯后 B 相脈沖 90 度時(shí)，電動(dòng)機(jī)操作的反向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。根據(jù) A，B 脈沖的相序，確定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)也可以測(cè)量出 A，B 脈沖頻率或周期。反饋信號(hào)發(fā)送到 VS-61605 通過 PG卡到變頻器8。圖一所示的脈沖波形 A，B。B.變頻器容量的計(jì)算和制動(dòng)電阻我們定義電梯曳引機(jī)的電機(jī)功率為 P1，運(yùn)行的電梯速度為 V1，起重量為 W1，W2，額外的重量 W3，重力加速度為 G，電源逆變器是 P.隨著的最大

6、負(fù)載在電梯上升9的過程中，牽引功率為 P2。其中，F(xiàn)1 為摩擦力， 可忽略不計(jì)。變頻器的功率 P 接近電梯電源 P1，安全性能，必須考慮牽引功率 P2。 P=1.5P2，因此，我們可以得知經(jīng)驗(yàn)值，此時(shí)，變頻器的容量約為 15KW。隨著電梯潛在的能量的加載，可變的頻率速度調(diào)控系統(tǒng)應(yīng)該有一個(gè)制動(dòng)函數(shù)，因?yàn)殡娞菘赡茉诓僮鬟^程中產(chǎn)生可再生的能量。當(dāng)系統(tǒng)速度控制中使用了 VS-616G5，必須配置制動(dòng)電阻器。當(dāng)電梯被用在減速過程時(shí)，所述電動(dòng)從發(fā)電狀態(tài)，反饋到變頻器的發(fā)電狀態(tài)。DC 從 AC-DC-AC 逆變器可以增加,當(dāng)同步速度下降時(shí)。制動(dòng)電阻器的作用是反饋信號(hào)抑制直流電壓。可再生能源的被消耗了在制動(dòng)電

7、阻上，通過所述制動(dòng)單元的制動(dòng)模式，該模式具有較低的成本和良好的結(jié)果。能源消耗制動(dòng)電阻器 R2，制動(dòng)的電流 Iz 的值不超過該的變頻器電流的二分之一。其中，U0 被定義為變頻器額定電壓，R2 大于 30 歐姆。因?yàn)橹苿?dòng)電阻不是長期工作的，電源可能小于所消耗的功率。三、硬件設(shè)計(jì)電梯控制系統(tǒng)的硬件組成，由汽車橫向控制面板，電梯廳門信號(hào)，變頻器，調(diào)速傳動(dòng)。圖 2 中所示的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。速度可調(diào)的功能，由變頻器和 PLC 控制器的邏輯控制部分完成。負(fù)責(zé) PLC 發(fā)送開/關(guān)控制信號(hào)，逆變器的各種信號(hào)的邏輯親屬。在同一時(shí)間，變頻器的工作信號(hào)被輸送到 PLC，雙邊接觸關(guān)系成立。由 PG 卡和旋轉(zhuǎn)編碼器與電

8、機(jī)同軸連接，可連接建立完成速度測(cè)試和反饋設(shè)備的速度環(huán)和位置環(huán)。此外，該系統(tǒng)還必須配置制動(dòng)電阻器11。當(dāng)電梯減速時(shí)，必須抑制由電機(jī)工作的可再生能源發(fā)電功率，這將反饋電信號(hào)到變頻器。A.電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)類似其他的電梯控制系統(tǒng)，基于 PLC 的控制系統(tǒng)主要由兩部分組成，即信號(hào)控制系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。PLC 的電梯控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。主要硬件包括 PLC 控制器，CPU 內(nèi)存，機(jī)械，汽車側(cè)控制面板，呼叫電梯外盤層設(shè)備，大廳，門機(jī)，調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，主電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器位置檢測(cè)方法，需要一個(gè)高速計(jì)數(shù)器在可編程邏輯控制器中。在日本三菱公司的 FX2N PLC 中，從電梯控制指令由

9、 PLC 軟件實(shí)現(xiàn)。完成管理和控制功能的指令信號(hào)由 PLC 控制器，如啟動(dòng)，加速/減速和停止電梯牽引電機(jī)和電機(jī)開/關(guān)門，方向確定，樓層顯示，層站呼梯操作命令，安全指令等。B.信號(hào)控制系統(tǒng)輸入控制信號(hào)給 PLC 運(yùn)行模式選擇，操作控制信號(hào)，內(nèi)部指令，升降呼叫信號(hào)，安全性信息，旋轉(zhuǎn)編碼器，光脈沖，打開/關(guān)閉門控制器和限制電平信號(hào)，轎廂門和平面層信號(hào)。在六級(jí)電梯的控制系統(tǒng)中，使用約 48 個(gè)輸入點(diǎn)和 30 個(gè)輸出點(diǎn)。選擇FX2N 128MR 的 PLC 型號(hào)。圖 4 中所示的信號(hào)控制系統(tǒng)的電梯。四、軟件過程A.主程序本文提出的控制系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)的集城選擇控制裝置。采用模塊化編程方法，將輸出信號(hào)的各種

10、屬性進(jìn)行分類，其中寄存器用來連接不同的模塊并傳輸信息。系統(tǒng)軟件可分為一些后續(xù)的模塊，也就是層檢測(cè)電路模塊，七段數(shù)碼管顯示樓層電路模塊，電梯方向選擇電路模塊，減速點(diǎn)信號(hào)發(fā)生器電路模塊，開/關(guān)電梯轎廂門模塊，按鈕記憶燈顯示電路模塊和其他模塊。在其它檢測(cè)電路模塊中，讀入內(nèi)存信號(hào)并保存在相應(yīng)的寄存器中，直到轎廂地板的變化。LED 顯示屏控制七段顯示器電路模塊。電梯向上或向下的判斷響應(yīng)呼叫電梯，在電梯方向選擇電路模塊。系統(tǒng)軟件的主程序流程圖如圖 5 所示。B.樓層顯示程序電梯在減速運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)樓層信號(hào)位置。在操作的過程中，電梯會(huì)經(jīng)過許多樓層檢測(cè)點(diǎn)。減速將發(fā)出通知，只有當(dāng)電梯到達(dá)目標(biāo)樓層的檢測(cè)點(diǎn)。收到減速通知信號(hào)后，電梯已開始放緩。如圖 6 中所示電梯顯示程序的流程圖中。七段 LED，不需要外部硬件解碼器，直接連接 PLC 的輸出端口。七段 LED 編譯 PLC 軟件直接顯示樓層號(hào)。七段LED 數(shù)碼管常用的，這是一個(gè)數(shù)字由多個(gè)發(fā)光二極管或液晶段，分布在一個(gè)平面上形成各種不同的數(shù)字碼。七段 LED 數(shù)碼管分布在一個(gè)平面上。五、總結(jié)變頻調(diào)速調(diào)節(jié)和可編程邏輯控制器技術(shù)被用來改造電梯。電梯的可靠性進(jìn)行了改進(jìn)，通過合理的設(shè)備選型，參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)。改