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(jì)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(yùn)行，并利用旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)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(yùn)行的舒適度，提升了電梯的運(yùn)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(hào)：1009-9441(2015)01-0024-02

中圖分類號(hào)：TU 976；TP 273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡介：王彥勇(1974-)，女，山西五臺(tái)人，助講，碩士，1997年6月畢業(yè)于北京化工大學(xué)機(jī)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?yàn)殡姎庾詣?dòng)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(duì)電梯性能的要求也越來越高，安全、穩(wěn)定、節(jié)能已成為對(duì)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(jī)控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)等3種方式來實(shí)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(diǎn)。微機(jī)控制系統(tǒng)雖然功能強(qiáng)大，但系統(tǒng)存在著設(shè)計(jì)復(fù)雜、維修工人不易掌握維修技術(shù)等缺點(diǎn)。而PLC控制系統(tǒng)由于PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)性能、高效率和節(jié)電效果，得到了廣泛應(yīng)用[2]。本設(shè)計(jì)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(jì)

3層電梯的控制系統(tǒng)，需PLC與變頻器配合進(jìn)行控制。控制要求如下：

(1)電梯停在1層，2層呼叫時(shí)，電梯則上行至2層停止；電梯停在1層或2層時(shí)，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(shí)，電梯則下行至2層停止；電梯停在3層或2層時(shí)，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(shí)呼叫時(shí)，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(shí)呼叫時(shí)，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(shí)，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(shí)運(yùn)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(hào)到時(shí)，電梯從6 Hz減速到0 Hz。起動(dòng)的加減速時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況而定。

2電梯控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1　PLC部分設(shè)計(jì)

在電梯運(yùn)行過程中，PLC根據(jù)輸入信號(hào)、運(yùn)行條件能否準(zhǔn)確地判斷或計(jì)算樓層數(shù)，以及能否對(duì)轎廂所處樓層位置準(zhǔn)確檢測(cè)，是電梯正常運(yùn)行的首要問題。本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)電梯運(yùn)行過程的準(zhǔn)確位置進(jìn)行檢測(cè)，要求編碼器能與PLC高速脈沖輸入端直接相連，設(shè)計(jì)中選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC具有高數(shù)計(jì)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(gè)輸入，15個(gè)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(jì)

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(yùn)行過程，即曳引機(jī)從起動(dòng)、勻速運(yùn)行到減速停車的過程。保證乘客在乘梯時(shí)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(shí)現(xiàn)電梯速度的平滑，達(dá)到平穩(wěn)啟動(dòng)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(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)計(jì)算電梯的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速按1 500 r/min，則50 Hz時(shí)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(gè)脈沖，在60 000個(gè)脈沖時(shí)減速至6 Hz。在脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)算中，每層運(yùn)行5 s，提前1 s減速。電梯運(yùn)行前必須先操作X7使系統(tǒng)復(fù)位。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，隨電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出，檢測(cè)運(yùn)行距離[3]。

3電梯控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[4-5]

當(dāng)樓層呼叫按鈕X1，X2，X3按下時(shí)，呼叫指示燈Y1，Y2，Y3接通。呼叫指示燈與轎廂位置進(jìn)行比較，若大于則上升，此時(shí)M6接通；若小于則下降，此時(shí)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(hào)，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(jì)數(shù)器C235，C235計(jì)數(shù)器是加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)取決于M8235的狀態(tài)，當(dāng)M8235接通時(shí)為減計(jì)數(shù)，斷開時(shí)是加計(jì)數(shù)。

電梯上升時(shí)，通過計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值與脈沖數(shù)比較，確定電梯是減速運(yùn)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(yùn)行的

可靠性及平穩(wěn)性。同時(shí)，操作與維護(hù)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(cè)了電梯的運(yùn)行速度和位置，從而提升了電梯的運(yùn)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(xiàng)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(xiàng)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(dòng)控制