PLC與變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

□□ 王彥勇(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原030006)

摘要：設(shè)計采用三菱FX2N系列的PLC與富士FRN11G11S變頻器相結(jié)合控制電梯運行，并利用旋轉(zhuǎn)編碼器實現(xiàn)電梯的精確位移控制，提高了電梯的可靠性和平層精度，改善了電梯運行的舒適度，提升了電梯的運行效果。

關(guān)鍵詞：電梯控制系統(tǒng)；PLC；變頻器；旋轉(zhuǎn)編碼器

文章編號：1009-9441(2015)01-0024-02

中圖分類號：TU 976；TP 273

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：王彥勇(1974-)，女，山西五臺人，助講，碩士，1997年6月畢業(yè)于北京化工大學(xué)機電一體化專業(yè)，2007年6月碩士研究生畢業(yè)于太原理工大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，研究方向為電氣自動化技術(shù)。

收稿日期：2014-11-15

引言

電梯是現(xiàn)代建筑的交通工具，隨著人們生活水平的提高，對電梯性能的要求也越來越高，安全、穩(wěn)定、節(jié)能已成為對電梯系統(tǒng)的基本要求。電梯的控制系統(tǒng)可以采用繼電器控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)等3種方式來實現(xiàn)。繼電器控制系統(tǒng)是由許多繼電器和接觸器硬件搭建而成，系統(tǒng)存在著可靠性差、故障率高、功耗高等缺點。微機控制系統(tǒng)雖然功能強大，但系統(tǒng)存在著設(shè)計復(fù)雜、維修工人不易掌握維修技術(shù)等缺點。而PLC控制系統(tǒng)由于PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、維修方便等優(yōu)點，成為目前電梯控制系統(tǒng)中使用最多的系統(tǒng)[1]。變頻調(diào)速利用SPWM控制技術(shù)，具有優(yōu)異的調(diào)速性能和制動性能、高效率和節(jié)電效果，得到了廣泛應(yīng)用[2]。本設(shè)計以3層電梯為例，說明電梯的PLC控制系統(tǒng)。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

3層電梯的控制系統(tǒng)，需PLC與變頻器配合進行控制?？刂埔笕缦拢?/p>

(1)電梯停在1層，2層呼叫時，電梯則上行至2層停止；電梯停在1層或2層時，若3層呼叫，電梯則上行至3層停止。

(2)電梯停在3層，2層呼叫時，電梯則下行至2層停止；電梯停在3層或2層時，若1層呼叫，電梯則下行至1層停止。

(3)電梯停在1層，2層和3層同時呼叫時，電梯則上行至2層停止，t秒后繼續(xù)上行至3層停止。

(4)電梯停在3層，1層和2層同時呼叫時，電梯則下行至2層停止，t秒后繼續(xù)下行至1層停止。

(5)電梯上升途中只響應(yīng)上升呼叫，下降途中只響應(yīng)下降呼叫，任何反方向的呼叫均無效。

(6)轎廂所停位置層呼叫時，電梯不響應(yīng)。

(7)電梯樓層定位采用旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖定位。

(8)電梯有上行和下行指示燈顯示，上行和下行要延時運行。

(9)轎廂位置用數(shù)碼管顯示。

(10)電梯具有快車速度50 Hz，爬行速度6 Hz，平層信號到時，電梯從6 Hz減速到0 Hz。起動的加減速時間可根據(jù)實際情況而定。

2電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1　PLC部分設(shè)計

在電梯運行過程中，PLC根據(jù)輸入信號、運行條件能否準(zhǔn)確地判斷或計算樓層數(shù)，以及能否對轎廂所處樓層位置準(zhǔn)確檢測，是電梯正常運行的首要問題。本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器對電梯運行過程的準(zhǔn)確位置進行檢測，要求編碼器能與PLC高速脈沖輸入端直接相連，設(shè)計中選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC具有高數(shù)計數(shù)器，完全滿足要求[1]。

2.1.1I/O分配表

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，系統(tǒng)有5個輸入，15個輸出，I/O分配表如表1所示。

表1　I/O分配表

2.1.2I/O接線圖

根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，系統(tǒng)的I/O接線圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)的I/O接線圖

2.2　變頻調(diào)速部分設(shè)計

變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心設(shè)備，電梯的一次完整的運行過程，即曳引機從起動、勻速運行到減速停車的過程。保證乘客在乘梯時擁有良好的舒適感，電梯采用S型方式加速曲線，通過設(shè)置變頻器的參數(shù)實現(xiàn)電梯速度的平滑，達(dá)到平穩(wěn)啟動和準(zhǔn)確停車的要求。變頻參數(shù)設(shè)置表見表2。

表2　變頻參數(shù)設(shè)置表

2.3　旋轉(zhuǎn)編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器在本控制系統(tǒng)中是計電機的轉(zhuǎn)動圈數(shù)，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動圈數(shù)計算電梯的運動行程，確認(rèn)電梯的準(zhǔn)確位置。本控制系統(tǒng)選用600P的旋轉(zhuǎn)編碼器，4極電動機的轉(zhuǎn)速按1 500 r/min，則50 Hz時每秒脈沖數(shù)為：1 500/60×600=15 000(脈沖/s)。設(shè)電梯每層相隔75 000個脈沖，在60 000個脈沖時減速至6 Hz。在脈沖個數(shù)的計算中，每層運行5 s，提前1 s減速。電梯運行前必須先操作X7使系統(tǒng)復(fù)位。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機同軸連接，隨電動機的轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生脈沖信號輸出，檢測運行距離[3]。

3電梯控制系統(tǒng)軟件設(shè)計[4-5]

當(dāng)樓層呼叫按鈕X1，X2，X3按下時，呼叫指示燈Y1，Y2，Y3接通。呼叫指示燈與轎廂位置進行比較，若大于則上升，此時M6接通；若小于則下降，此時M7接通；若沒有呼叫則復(fù)位，即M6和M7全部復(fù)位。

若轎廂上升，則電梯上升箭頭指示燈Y6接通，表示電梯方向是向上；若轎廂下降，則電梯下降箭頭指示燈Y7接通，表示電梯方向是向下。若仍然有呼叫信號，則停2 s后即Y10或Y11接通，表示電梯繼續(xù)上升或下降。M8000接通高速計數(shù)器C235，C235計數(shù)器是加計數(shù)還是減計數(shù)取決于M8235的狀態(tài)，當(dāng)M8235接通時為減計數(shù)，斷開時是加計數(shù)。

電梯上升時，通過計數(shù)器的當(dāng)前值與脈沖數(shù)比較，確定電梯是減速運行還是停止。

樓層位置數(shù)碼顯示。

4結(jié)語

本電梯控制系統(tǒng)采用PLC與變頻器相結(jié)合的控制方式，提高了系統(tǒng)運行的

可靠性及平穩(wěn)性。同時，操作與維護也很方便，且節(jié)約了大量能源。由于系統(tǒng)中還采用了旋轉(zhuǎn)編碼器，精確地檢測了電梯的運行速度和位置，從而提升了電梯的運行效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 湯自春.PLC原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 馬宏騫.變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用項目教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3] 王建.富士變頻器入門與典型應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4] 王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[5] 王子文.PLC技術(shù)及應(yīng)用項目教程[M].北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

(編輯盛晉生)

研究探討

自動控制