基于PLC及變頻器的自助扶梯調(diào)速系統(tǒng)

王曉萍　徐　萍

[摘要]以PLC和變頻器為核心的自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)可根據(jù)客戶的要求對(duì)以往的電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,這不僅避免了舊系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)而且更加節(jié)約能源。本控制系統(tǒng)具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)等特色。

[關(guān)鍵詞]PLC;變頻器; 調(diào)速系統(tǒng);電氣控制

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1008-4738(2009)05-0095-02

0引言

在高層建筑中,電梯是不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備。從1980年到2004年的25年間,我國(guó)的電梯生產(chǎn)總量逐年上升,中國(guó)已成為世界上新裝電梯最大市場(chǎng)[1]。

酒店、商場(chǎng)、地鐵、火車(chē)站、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所多使用自動(dòng)扶梯,對(duì)方便顧客和提高服務(wù)質(zhì)量等方面起了較大的作用。但因其使用場(chǎng)合的特殊性,部分自動(dòng)扶梯經(jīng)常處于輕載及空載狀態(tài),造成了巨大的電能浪費(fèi),同時(shí)扶梯部件(如電機(jī)、減速箱、扶手帶等)產(chǎn)生無(wú)益的磨損及疲勞損傷。

對(duì)自動(dòng)扶梯節(jié)電控制器采用PLC或者微電腦控制技術(shù),將扶梯運(yùn)行參數(shù)通過(guò)在線檢測(cè),取樣系統(tǒng)進(jìn)行高速分析、處理,自動(dòng)優(yōu)化控制電機(jī)輸出功率,使之與扶梯在不同負(fù)載情況下所需功率精確匹配,達(dá)到高效節(jié)電的目的。這里討論的是采用PLC控制方式。

1自動(dòng)扶梯調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1.1自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)要求

扶梯在自動(dòng)模式下,人為地設(shè)定運(yùn)行方向后,當(dāng)傳感器檢測(cè)到有人進(jìn)入電梯入口時(shí),電梯短時(shí)快速加速到額定運(yùn)行速度運(yùn)行;當(dāng)電梯空載運(yùn)行一段時(shí)間后,檢測(cè)到無(wú)人使用時(shí),電梯降速并以空載運(yùn)行速度爬行;長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人使用電梯時(shí),可人為選擇電梯進(jìn)入停止待機(jī)狀態(tài)或者繼續(xù)爬行待機(jī)狀態(tài)。

1.2安全保護(hù)要求

扶梯在下列狀態(tài)均會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行:

(1) 當(dāng)安全開(kāi)關(guān)之一動(dòng)作時(shí)。

(2) 相序監(jiān)控器監(jiān)測(cè)到錯(cuò)相或缺相時(shí)。

(3) 電流過(guò)大,熱繼電器動(dòng)作或斷路器動(dòng)作時(shí)。

(4) 當(dāng)按下停止按鈕時(shí)。

(5) 當(dāng)梯級(jí)運(yùn)行速度高于或低于額定速度20%時(shí)。

(6) 扶梯未能正常進(jìn)行星三角轉(zhuǎn)換時(shí)。

(7) 扶梯啟動(dòng)未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到額定速度時(shí)。

(8) 當(dāng)使用鑰匙啟動(dòng)扶梯時(shí),需人工復(fù)位到中間位置,否則扶梯運(yùn)行20秒后自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警,避免發(fā)生意外。

2驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹

扶梯的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電梯的起動(dòng)加速、穩(wěn)速運(yùn)行、制動(dòng)減速起著決定性作用。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響電梯的起動(dòng)、制動(dòng)、加減速度、平層精度、乘坐的舒適感等指標(biāo)。

由于目前電器電子元件的高速發(fā)展,使得變頻變壓技術(shù)逐步成熟,因此使用變頻變壓(VVVF)調(diào)速系統(tǒng)控制的電梯也投入使用。自1984年日本三菱電機(jī)公司第一臺(tái)變頻變壓控制的電梯問(wèn)世以來(lái),這種系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的電梯其額定速度已越來(lái)越高,而利用矢量變換控制的變頻變壓系統(tǒng)的電梯的額定速度可達(dá)14 m/s。它們的調(diào)速性能已達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電梯的水平,并具有驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備體積小、重量輕、效率高、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn),成為當(dāng)前最新的電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

3控制系統(tǒng)介紹

控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器及旋轉(zhuǎn)編碼器組成?？删幊炭刂破?PLC)負(fù)責(zé)處理各種信號(hào)的邏輯關(guān)系,從而向變頻器發(fā)出起、停等信號(hào),同時(shí)變頻器也將工作狀態(tài)信號(hào)送給PLC,形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系,它是系統(tǒng)的核心[2]。變頻器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。本文所選用的安川VS-616G5通用變頻器可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制,使電動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出。為滿足電梯的要求,變頻器又要通過(guò)與電動(dòng)機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡,完成速度檢測(cè)及反饋,形成閉環(huán)系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B兩相脈沖,旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)A、B脈沖的相序,判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向,并可根據(jù)A、B脈沖的頻率測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡, PG卡再將此反饋信號(hào)送給變頻器內(nèi)部,以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。所以旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)運(yùn)行。

3.1主電路設(shè)計(jì)

扶梯在啟動(dòng)時(shí),由變頻器輸出驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī);當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速時(shí),電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全壓異步運(yùn)行狀態(tài);扶梯在低速爬行時(shí),由變頻器輸出驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)自動(dòng)扶梯在額定速度運(yùn)行時(shí),鑰匙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)向停止,扶梯進(jìn)行軟制動(dòng),由變頻器輸出,電梯進(jìn)入減速階段。當(dāng)速度降低到0.1 m/s以下時(shí),鑰匙開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)至停止,制動(dòng)器直接動(dòng)作,制停電梯。

若系統(tǒng)采用全過(guò)程變頻器輸出,選用的變頻器功率就要大于電動(dòng)機(jī)的額定功率,而扶梯工作在滿載的概率并不是很高。此外,自動(dòng)扶梯在下行時(shí),隨著負(fù)載的增加,電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)會(huì)由電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)入再生制動(dòng)狀態(tài),為保證變頻器的安全運(yùn)行,就必須安裝較大的回饋電阻,這就帶來(lái)了回饋電阻的安裝和散熱問(wèn)題。因此,設(shè)計(jì)中變頻器只在啟動(dòng)、制動(dòng)、低速爬行時(shí)起作用。這樣,可以選擇較小輸出功率的變頻器,則成本降低,設(shè)備體積減小的效果更明顯。

3.2控制電路設(shè)計(jì)

3.2.1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)[3]

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,主要包括PLC(本系統(tǒng)選用日本三菱公司的MELSEC Q系列PLC),變頻器等。

PLC的輸入信號(hào)主要包括安全檢測(cè)信號(hào),反饋信號(hào),接觸器工作狀態(tài)信號(hào),光電傳感器的檢測(cè)信號(hào)等。PLC的輸出信號(hào)主要是變頻器的動(dòng)作控制指令以及其他電路的動(dòng)作指令。

3.2.2PLC程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序采用模塊化設(shè)計(jì),其功能模塊包括主程序、數(shù)據(jù)采集、故障診斷及處理等。首先PLC上電初始化,完成內(nèi)部寄存器的復(fù)位及置位等工作。然后讀入接觸器的狀態(tài)到狀態(tài)寄存器,通過(guò)狀態(tài)字確認(rèn)自動(dòng)扶梯的運(yùn)行狀態(tài),再輸出相應(yīng)的控制字,使變頻器動(dòng)作帶動(dòng)自動(dòng)扶梯進(jìn)入相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)。程序結(jié)構(gòu)為循環(huán)結(jié)構(gòu)。

4結(jié)束語(yǔ)

以PLC和變頻器為核心的自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)可根據(jù)客戶的要求對(duì)以往的自動(dòng)扶梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造,這不僅避免了舊系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)而且更加節(jié)約能源。本控制系統(tǒng)具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李惠昇.智能建筑與電梯[J].智能建筑,2006(10):39-40.

[2]劉霞.PLC在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣控制,2008(4):49-51.

[3]張文蔚.PLC在自動(dòng)扶梯節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用[J].機(jī)電一體化,2008(9):80-81.