PLC和變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：PLC控制與變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，已成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。本文采用西門子S7-300PLC，完成了門動作、內(nèi)選、外呼、樓層顯示、停層、選向及運行回路的設(shè)計；通過正確合理設(shè)置變頻器MM440的參數(shù)，實現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)操作和精確控制，改善了電梯運行的舒適感。
關(guān)鍵詞：電梯，PLC，變頻器

Abstract：PLC control and Frequency Control technology has become a hotspot in Elevator industry. This article selected PLC of the Siemens S7-300 series production, completed the circuits’ design of action of the door, inside choose, outside call, show of floors,choose direction and operation;Through a reasonable provision of the MM440 Converter ‘s parameters, the system achieved a smooth operation and precise control and improved the comfort feel of the elevator’ operation.
Keywords：Elevator, PLC , Converter

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高。PLC控制系統(tǒng)因其功能強，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，抗干擾能力強，維修方便等優(yōu)點，已經(jīng)取代繼電器控制方式。同時，變頻調(diào)速使用了先進(jìn)的SPWM技術(shù)，具有優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效率和節(jié)電效果，得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計以五層電梯為例，說明電梯的PLC控制系統(tǒng)。

2 電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電梯控制系統(tǒng)由PLC控制的邏輯部分和變頻器控制的調(diào)速部分組成如圖1所示。

PLC接收來自操縱盤和每層呼梯的呼叫信號、轎廂和廳門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經(jīng)程序判斷與運算實現(xiàn)電梯的集選控制。PLC在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時，根據(jù)隨機(jī)邏輯控制的要求，向變頻器發(fā)出運行方向、啟動、加速、減速和制動停梯等信號。由變頻器根據(jù)一定的控制規(guī)律和控制算法來控制電機(jī)。

3 PLC部分設(shè)計

3.1 I/O點的分配

根據(jù)控制要求，計算出I/O點數(shù)如表1所示，其中輸入點數(shù)為31個，輸出點數(shù)為26個。輸入輸出信號均為開關(guān)量信號[1]。

3.2 程序流程圖
PLC編程的思路如圖2所示：

圖2中各部分說明如下：

（1）電梯復(fù)位
在系統(tǒng)上電以后和層樓顯示有誤的情況，都要把轎廂的位置恢復(fù)到第一層的狀態(tài)；

（2）用戶輸入程序段
用戶的輸入包括門廳的按鈕和轎廂內(nèi)的按鈕，用戶輸入后，系統(tǒng)會自動選擇執(zhí)行程序。

（3）轎廂開關(guān)門程序段
控制轎廂的開關(guān)門。

（4）設(shè)定上行、下行指示
系統(tǒng)會根據(jù)外呼和內(nèi)選信號以及門鎖信號綜合判斷電梯的運行方向。

（5）執(zhí)行上行程序
此段程序包括控制電梯上行，檢測是否應(yīng)該減速或者停止電梯正轉(zhuǎn)并且執(zhí)行。

（6）執(zhí)行下行程序
此段程序包括控制電梯下行，檢測是否應(yīng)該減速或者停止電梯正轉(zhuǎn)并且執(zhí)行。

3.3 程序設(shè)計

由于呼叫是隨機(jī)的, 電梯控制系統(tǒng)采用模塊化編程方法。

使用STEP7編程軟件將程序分為七個邏輯塊：開關(guān)門FC1、樓層信號FC2、內(nèi)選信號FC3、外呼信號FC4、定上下行指示FC5、停層FC6、啟停、運行FC7。

⑴在主程序OB1中調(diào)用7個邏輯塊（以FC2為例）實現(xiàn)電梯的邏輯控制功能。如圖3所示，將“上行強迫開關(guān)”、“樓層1顯示”等實參賦給FC2（樓層顯示），即可實現(xiàn)FC2的調(diào)用。

⑵當(dāng)電梯位于某一層時，應(yīng)產(chǎn)生位于該層的樓層信號，以控制樓層顯示器顯示樓層處的位置，離開該層時，該信號應(yīng)被新的樓層信號（上一層或下一層）取代。電梯的樓層數(shù)存放在MW20中。“#sxqpkg”是上強迫行程開關(guān)的形參，當(dāng)電梯到達(dá)5樓時，使MW20為5。“#xxqpkg”是下強迫行程開關(guān)，當(dāng)電梯到達(dá)1樓時，使MW20為1。在中間，電梯上行時，每上一層，MW20加1；電梯下行時，每下一層，MW20減1。如果層顯有誤，只要將電梯開到頂層或1層，馬上就能顯示正常[2] [3]。梯形圖如圖4所示。

由于功能FC中使用了形參和隨機(jī)變量，只要主程序中賦予FC適當(dāng)?shù)膶崊?，該FC即可被不同系統(tǒng)的主程序調(diào)用。

4 變頻器部分設(shè)計

電梯的一次完整的運行過程，就是曳引電動機(jī)從起動、勻速運行到減速停車的過程。為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用S型速度曲線，轉(zhuǎn)換成頻率曲線如圖5所示。

通過設(shè)置變頻器的參數(shù)如表2所示，實現(xiàn)了電梯速度的平滑性，達(dá)到了順利啟動和準(zhǔn)確停車的要求[4]。

5 結(jié)束語

電梯采用PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)提高了系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性、工作的可靠性，操作與維護(hù)也很方便，同時節(jié)約了大量電能。由于系統(tǒng)選用了無速度傳感器反饋的矢量控制方式對電機(jī)的速度進(jìn)行控制，改善瞬時響應(yīng)特性，具有良好的速度穩(wěn)定性，而且在低頻時可以提高電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。實驗證明設(shè)計的程序合理可行。

參考文獻(xiàn)
[1] 王少華.PLC、變頻器在電梯中的應(yīng)用[J]，
電氣技術(shù).2007（01）:P608～P610
[2] 程子華，劉小明.PLC原理與編程實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.10.
[3] 廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.4.
[4] MicroMaster440使用大全[M].西門子（中國）有限公司，2003.

作者簡介：
劉芯（1984-） 女，漢，2008年本科畢業(yè)生（已保送新疆大學(xué)研究生），主要研究方向:檢測技術(shù)與自動化裝置。

通訊作者：
婁毅 （1958-）男，漢，高級實驗師，從事自動化專業(yè)實驗教學(xué)與研究，xjdxlouyi@sohu.com，13579215632。
謝麗蓉（1969-） 女，講師，從事自動控制理論、系統(tǒng)教學(xué)與研究，wzywwwxr@163.com 13579823332。
通訊地址：新疆大學(xué)（北校區(qū)）電氣工程學(xué)院，謝麗蓉，830008