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分析电梯中PLC控制交流变频调速控制系统的应用
作者：李原原 郭媛媛
来源：《市场周刊·市场版》2018年第06期
摘要：近几年，电梯出现故障的事件频频发生，电梯的安全保障越来越被人们重视，对于电梯的核心技术的智能化也提出了越来越严格的要求。电梯一直是向着新科技、新型材料、新型工艺方面发展，而这一发展目标离不开电子技术的进步与发展。我国电梯技术刚刚起步的时候，采用的是继电器来控制电梯，而随着编程技术的出现，继电器便因其无法适用编程技术的操作而逐渐被淘汰，取而代之的是可以编程控制的PLC。PLC在自动化的应用中，以其稳定性强、可靠性高、操作相对容易、程序易于编写、后期的升级换代中十分便利著称，是一个顺应工业环境需求产生的可数字运算和操作的电子设备，它的出现改变优化了我国电梯复杂的控制系统，简化了繁杂冗余的外部线路，是当前电梯行业的热门技术，也为自动检测故障与警报技术的进步做出了卓越的贡献。
关键词：电梯应用；交流变频；PLC；调速系统
近十年来，得益于我国社会经济的高速发展，电机技术取得了不小的进步，而应用其中的计算机网络技术、微电子技术在各行各业更是被广泛使用，PLC控制交流变频调速技术以其精确度高、易于调节、速度快、灵活的可变性，从而逐渐取代了其他技术，在多个领域被大量的应用着，其中以电梯使用的最为普遍，不久前，国内的PLC技术取得了突破性进展，其中有许多值得研究的地方，在下面的文章里将对PLC交流变频调速控制系统在电梯中的应用进行研究探讨。
一、 PLC交流变频调速控制系统主体设计思路
在PLC交流变频调速控制系统中，PLC是系统的中枢部分，将呼梯信号、操纵盘、安全保护信号以及井道与PLC主机连接好以后，为了运算时能够做好准备，PLC需要的数据将会输入寄存器，等待各个指层器和召唤指示灯收到输出接口输出的信号后，电梯将根据接收到的信号完成开门动作，关门动作以及控制等一系列指令。
在电梯这一应用中，不仅仅是对安全保障有着严格的要求，还要考虑到人员乘坐的舒适程度，这与常见的工业装置有着明显的差异，因此，电梯在上升下降过程中起步的速度如何控制很重要。同时，国家倡导节能减排，一个优秀交流变频调速系统设计可以改变电梯系统的能耗，对电梯系统的电使用量进行控制，既能在经济方面进行节省又能控制能源的消耗。综合以上几点，本次研究在经过多方面考量最终选择了日本安川VS-616 65这一型号的全数字变频器，这一款变频器具有良好的低速运行特性，对电机的电流反馈控制十分精确，在电机的负载
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从轻载到重载的过程中能够控制电机的转速基本保持不变，而且能够自动调整适应负载的变化，很符合本课题中需要对电梯安全、舒适、节能进行研究这一目标。
电梯控制系统中，轿厢操作盘起到层站选层、开关门等作用，厅门信号起到反馈作用，只有调速功能是由变频器操作的，PLC通过输出逻辑控制，起到连接各种输入信号中转站的作用，输出信号经过中转站之后进入变频器，输出启动信号和停止信号，输出后变频器会将此时的启动状态或停止状态反馈给PLC，彼此进行信号传递，相互通信。电梯控制系统中装载了制动电阻，在电梯刚刚起步或者刚刚抵达的时候电动机会向变频器输入电能，处于再发生状态能够防止直流电压迅速升高，烧坏内部电路。此外，电梯系统中的编码器可以对电梯的速度进行检测，配合PG卡对系统输出的反馈，可以形成速度闭环，并采用低通滤波方法减小误差，同时应用零失量调制控制法减小转矩脉动提高整个系统的控制性能。
交流异步电动机的电流受到电梯系统的直接控制，电动机的传动轴受到的力就大，输出功率就高，在电梯启动或电梯停止的时候起到提供稳定性的作用，电梯控制系统能够使交流异步电机的运转趋于平稳，并精准地控制转速，且电梯控制系统在需要的时候可调整交流异步电机至高输出状态。此电梯控制系统将变频器调速的压频比控制以及测量和控制异步电动机定子电流矢量，对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制等集合在一起，达到电梯的控制要求。 主电动机的转轴与光电式旋转编码器链接，测量出转速并配合PWM技术实现快速调速，将数字信号输送到编码器连接板上，通过编码器连接板反应电梯的位置。编码器选择10 2 4脉动增量式光电脉冲旋转编码器，由一个有中心轴的光电码盘，有环形的通、暗刻线，当信号源发射四组信号时，每一个信号会产生相位差，将其中两个信号反向，叠加在另外两个信号上，形成90°的相位差可以稳定信号，将其中一个信号作为参考位可由相差的相位差判断哪一个信号在前，比较电动机在正转还是反转，由其中两个信号的运转频率或运行周期可以测量电动机的转动速度，编码器连接板可以接收信号的上升沿和下降沿并对变频器进行输出，可调节编码器的运算。 二、 系统组成
此系统主要由硬件和软件组成，软件方面是由多个模块组成，每个模块对应一个软件包，在此次研究中，采用了西门子S T E P 7，它是一个可编程逻辑控制程序的标准软件，可用于梯形图逻辑、功能块图和语句表进行编程操作，内置多种标准协议，不需要多余的驱动可远程编程、诊断或数据传输，不需要转码，直接运行，给电梯系统后期升级提供了便利。整个软件模块中，有用于使用操作系统和与用户的程序接通的接口模块，外部后期编程用于改变功能的模块，还有标准软件包中操作系统功能区，经过标准化的测试，被装载在内置的中央处理器上，有着操作功能区的那部分并不占用系统空间，并且加入了储存数据的功能，在某一数据块的背景下，进行整合后可重新安装进中央处理器，中央处理器内置输出频率与输入电压有对应关系的振荡电路，元件参数受输入控制电压控制，随电压的变化而变化。
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硬件部分采用了欧姆龙C40P-CDR-A，输入输出接点为40伏，输入为直流24伏，继电器输出方式，供电电源类型为交流100～240伏，电梯既需要上行，又需要下行，是双向的，那么可编程逻辑控制器必然要具备可逆向运行计数器，并配备高数计算器来保证精确程度，往往电梯要保证精确程度控制在微秒级别。欧姆龙的机型比较微小，放置的位置可选范围大，灵活性强，并且易于后期进行外部升级，编程改变，对维修人员的技术要求可以有所降低，最初的出厂设置最好是对设备的连接接口进行严格把控，仔细筛选，并留出一到两成的额外空间，方便后期技术工人和维修人员或使用方在有需求时进行方便的扩充容量欧姆龙的设备扩展单元多，接口点数也多，基本适合本次研究需要。
三、 对PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用的总结
电梯系统装载在电梯中后的实际体验是结合人体力学综合分析出来的，对于通过PLC控制的变换频率是整个系统的核心，而系统中每个模块的通信也是当前设计电梯系统所需要克服的难题之一，电梯的反应速度问题有时候正是许多故障出现的原因。本研究结合当下的电梯系统出现的各种问题，集中在通过可编程程序控制器上来解决，经过了反复的实验以及纠正错误，对电梯系统做出了优化，解决了大部分难题，并在电梯的实际体验中收到了成效。 四、 结束语
将PLC控制变频调速的系统运用到电梯中，可以提升电梯控制的水平，降低电梯控制的成本，使电梯控制的自动化水平逐渐提高。随着电梯数量的不断增多，PLC控制变频调速系统的技术水平也会不断提升，相信在未来更具适应性、精确性和可靠性的PLC控制变频调速系统会逐渐得到应用，为保障电梯安全作出贡献。 参考文献：
[1]王整风，谢云敏.可编程控制器原理与实践教程[M].上海：上海交通大学出版牡，2007. [2]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京：东南大学出版社，2003. [3]常晓玲.电气控制系统与可编程控制器[M].北京：机械工业出版社，2006.
[4]刘国华.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用[J].制造业自动化，2011（33）. 作者简介：
李原原，河南省特种设备安全检测研究院； 郭媛媛，河南省特种设备安全检测研究院。