变频调速电梯控制设计

浅谈变频调速电梯控制设计
摘要：随着我国经济的高速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广泛。

而电梯作为现代高层建筑的垂直交通工具，与人们的生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，电梯得到了快速的发展，其拖动技术已经发展到了变压变频调速，其逻辑控制也由plc代替原来的继电器控制。

关键词：电梯；变频调速；控制设计
1.变频调速电梯控制系统的选择
电梯的信号控制系统从系统的实现方法来看，经历了继电器控制系统、可编程控制器（plc）系统和微机控制系统等多种形式，这些控制方式代表了不同时期电梯控制系统的主流，并且随着大规模集成电路和计算机技术的发展而逐步推陈出新。

1.1电梯继电器控制系统。

随着电力电子器件的发展继电器在各个领域内的广泛应用，并取得了相当惊人的成就。

继电器控制系统的所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合一般技术人员和技术工人所掌握。

系统的保养、维修及故障检查无需较高技术和特殊的工具仪器。

1.2 微机信号控制系统。

随着半导体集成电路的出现和发展，微机在各个领域内的广泛应用，国外电梯制造商己成功的把微机技术应用于电梯控制系统，并取得了相当惊人的成就。

电梯地微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存储器中的程序来完成的控制系统。

1.3 plc信号控制系统。

plc是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。

plc与普通微机一样，以通用或专用cpu作为字处理器，实现通道（字）的运算和数据存储，另外还有位处理器（布尔处理器），进行点（位）运算与控制。

在电梯控制中采用了plc，用软件实现对电梯运行的自动控制，可靠性大大提高。

去掉了选层器及大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。

plc可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。

plc可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

2.电动机调速选择设计
2.1 电动机调速的比较与选择
三相交流异步电动机改变磁极对数调速。

交流电动机的转速公式为：
由转速公式知，要调节电动机的转速，只要调节定子绕组的磁极对数，即改变定子绕组的连接方式，就可得到不同的磁极对数。

可见，变极调速具有结构简单、价格较低等优点；其缺点是磁极只能成倍变化，其转速也成倍变化，级差特别大，无法实现平稳运行，加上该电动机的效率低，只限于货梯上使用，现己趋于淘汰[8]。

2.2 变频调速电梯控制系统的设计方案
采用变频器进行交流变压变频调速（vvvf）。

变频调速电梯控制系统中，变频器只完成调速功能，而逻辑控制部分是由plc来完成的。

plc负责处理各种信号的逻辑关系，从而向变频器发出起停等
信号，同时变频器也将本身的工作状态信号送给plc，形成双向联络关系。

变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和另配置的pg卡，完成速度检测及反馈，形成闭环系统系统构成如图所示：3.系统硬软件设计
3.1系统硬件设计
3.1.1 可编程控制器（plc）的选型
根据以上选择的轿厢楼层位置检测法，要求可编程控制器必须具有高数计数器，综合考虑后，根据需要控制的开关，设备并考虑10%-15%的裕量，故选择s7-200系列的cpu226+3个直流扩展模块。

3.1.2 plc控制系统的设计
信号控制系统。

plc的输入信号有：运行方式选择（如有司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信息、旋转编码光电脉冲、开关门及限位信号、门区和平层信号。

电梯信号控制由plc软件实现。

3.2 系统软件设计
根据系统控制的要求应具备下列功能，一台电机控制上升和下降；各层设上/下呼叫开关（最顶层与起始层只设一只）；电梯到位后具有手动或自动开门关门功能；电梯内设有层楼指令键，开关门按键；电梯内外设有方向指示灯及电梯当前层号指示灯；待客自动开门，当电梯在某层停梯待客时，按下层外召唤按钮，应能自动开门迎客；自动关门与提早关门。

在一般情况下，电梯停站4-6秒应能自动关门，在延时时间内，若按下关门按钮，门将不经延时提前
实现关门动作；按钮开门。

在开关过程中或门关闭后，电梯启动前，按下操纵盘上开关按钮，门将打开；内指令记忆。

当轿厢内操纵盘上有多个选层指令时，电梯应能按顺序自动停靠车门，并能至调定时间，自动确定运行方向；自动定向。

当轿厢内操纵盘上，选层指令相对与电梯位置具有不同方向时，电梯应能按先入为主的原则，自动确定运行方向；呼梯记忆。

电梯在运行中应能记忆层外的呼梯信号，对符合运行方向的召唤，应能自动逐一停靠应答；自动换向。

当电梯完成全部顺向指令后，应能自动换向，应答相反方向的信号；自动关门待客。

当完成全部轿厢内指令，又无层外呼梯信号时电梯应自动关门。

4.变频电梯控制系统可靠性设计
4.1 提高电梯安全性设计
电梯门的安全保护环节。

为避免乘用人员在出入的电梯的过程中被轿厢门挤伤，本设计中电梯轿厢门上装有安全触板装置，这种装置在关门过程中，在轿门运行方向上，能比轿门超前伸出一定的距离。

当装置超前伸出轿门部分碰压进入轿厢的乘用人员时，装置上的微动开关动作，通过plc程序控制，立即切断电梯的关门电路并接通开门电路，使门立即开启，以免挤伤乘用人员。

超速断绳保护。

为防止电梯超速行驶甚至出现断绳情况，本系统采用限速器对电梯运行速度进行控制。

当电梯下降速度达到额定速度的115%时，限速器上的第一个开关动作，使电梯自动减速；当达到140%，限速器上的第二个开关动作，切断控制回路使电梯停止运
行；与此同时，限速器通过机械结构使限速器钢丝绳卡死不动，而电梯轿厢仍在向下，这样被卡住的限速器钢丝绳产生一个向上提拉力，从而把它与之相关的轿厢安全钳向上提起，使仍在下行的轿厢被安全钳锲块紧紧的卡在电梯导轨上，这样使下行的电梯轿厢被擎停于某一位置而不再下降；同时把与之相对应的安全钳开关断开，进一步使电气控制电路切断，强令电梯停止[13]。

控制系统短路保护。

一般的电气设备均应有短路保护，在本电梯的电气控制系统中也和其他电气设备一样，采用不同容量的熔断器进行短路保护。

曳引电动机过载保护。

本系统中电机采用热继电器保护这种常用的过载保护，当电梯长期过载（即电动机中的电流大于额定电流），热继电器中的双金属片经过一定时间（该时间将随电动机中电流大小而变化）后变形而断开串接在安全保护回路中的热继电器触点，从而切断全部控制电路，强令电梯停止运行，从而保护电动机不因长期过载而烧蚀。

强迫减速保护。

强迫减速开关安装在井道的顶端和底部，当电梯失控冲向井道的顶端和底部时，首先经过的是强迫减速开关。

强迫减速开关通常在正常换速点相应位置动作，能保证电梯有足够的换速距离。

电梯在短距离运行（如单层运行）时因未有足够的距离使电梯加速到满速。

通常需要减小减速距离，在强迫减速时亦考虑到这一点，加设一单层强迫减速开关，其位置在多层强迫减速开关之后，使井道顶层和底层各有两个强迫减速开关[14]。

4.2 提高plc控制系统可靠性设计
plc是专门为工业生产环境设计的控制装置，一般不需要采用什么特殊措施，就可以直接在工业环境中使用。

但是，每plc都有自己的工作环境技术条件，在设计控制系统时，对环境条件要尽可能的改善plc的现场工作环境，达到延长其工作寿命，提高系统可靠性的目的[17 ]。

plc控制系统是一种特殊的微机控制系统，它以数字电子元件为主，工作灵敏度高，易于受到各种电磁干扰。

微机系统受到干扰后，轻则丢失存储器数据，重则电控系统失控，使系统进入预想不到的危险状态。

虽然plc在设计、制造中已周密地完善了主机地抗干扰措施，如滤波、屏蔽、隔离和接地，使plc主机本身具有了足够的抗干扰能力，但plc控制系统在进行外围电路设计及安装、配线工艺时，仍需充分重视整个plc控制系统抗干扰能力。

电磁干扰的形式多种多样，但都是通过传导和辐射这两种耦合方式进入plc控制系统，产生干扰。

一般情况下抑制辐射干扰和供电系统干扰的措施，如屏蔽、隔离、接地和滤波等技术手段，plc生产厂家已在制造过程中予以解决，因此plc控制系统在设计中应重点防止过程通道的干扰。

为尽量减少过程通道的干扰，本设计中采用双绞线、屏蔽电缆传输。

在社会文明高度发展的今天，电梯作为一种垂直交通工具，已成为我们生活中不可或缺的一部分。

电梯不仅是代步的工具，也是人
类物质文明的标志。

电梯技术的发展水平体现了社会的科学水平。

电梯控制系统是经典控制系统，同时电梯又是我们生活当中不可或缺的一部分，研究和学习它不仅具有理论意义，还具有重要的现实意义。

参考文献：
[1] 赵洪恕，plc控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用[j]，基础自动化2000，49～51
[2] 张汉杰，现代电梯控制技术，修订版[m]，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2001，11～14。