電梯電氣系統(tǒng)改造中PLC與變頻器的應(yīng)用探析

陳挺木

摘 要：電梯電氣系統(tǒng)中的PLC和變頻器技術(shù)屬于新興的電子信息技術(shù)，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，能夠運(yùn)用軟件有效的控制。當(dāng)前，PLC和變頻器在電梯電氣系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，文章試對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析和說明。

關(guān)鍵詞：電梯電氣系統(tǒng)；PLC；變頻器；應(yīng)用探析

中圖分類號(hào)：TM571.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）12-0052-02

隨著我國(guó)居民的生活水平的提高，以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)達(dá)，可編程控制的有關(guān)技術(shù)取得了較大的成績(jī)。電梯是高科技現(xiàn)代化的垂直交通工具，和人們的生活、工作密切相關(guān)。目前，很多電梯電氣系統(tǒng)都安裝了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，利用變頻器來工作完成，以及可編程控制器等有關(guān)操作完成的。這兩種方法的使用沒有太大的區(qū)別，PLC的可靠性能較高，且程序的設(shè)計(jì)非常靈活。因此，可以有效采用變頻器以及PLC來取代以往的調(diào)速控制。

1 電梯具體情況和PLC系統(tǒng)分析

本文所探討的是客貨電梯，其電梯的額定速度是1 m/s，在電梯荷載重量滿載時(shí)為800 kg，電梯采用集選的控制方式，一共有四站停靠層站，共四層。電梯的主驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要采用的是交流調(diào)速系統(tǒng)，其電路的控制主要是運(yùn)用繼電器進(jìn)行有效的控制，不過繼電器的數(shù)量較多，且硬接線十分復(fù)雜。

經(jīng)過許多維修人員的維修，以及維保人員不斷的更換，電梯的控制柜線路出現(xiàn)了問題，一些線路比較凌亂，且很多元件已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的老化，使得電梯的故障較多，且維修非常困難。

PLC主要是接受對(duì)操縱盤以及每層的召喚信號(hào)，對(duì)轎廂以及門系統(tǒng)的信號(hào)，井道、變頻器等的狀態(tài)信號(hào)，然后通過程序進(jìn)行判斷以及進(jìn)行運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)電梯的集選控制。如果一臺(tái)變頻器進(jìn)行外接制動(dòng)電阻，來進(jìn)行有效地提高電機(jī)的性能。這時(shí)，需要利用2個(gè)固定頻率，其中采用50 Hz以及6 Hz，在進(jìn)行斜坡積分時(shí)，要控制其時(shí)間為3 s，這3 s中有0.7 s是平滑積分時(shí)間。

在電機(jī)制動(dòng)器打開之后，電梯就會(huì)沿著井道的方向進(jìn)行加速，其頻率會(huì)達(dá)到50 Hz。隨后井道內(nèi)用開關(guān)與PLC進(jìn)行連接，其主要提供的是平層信號(hào)以及減速停車。如果電梯比較接近第一個(gè)開關(guān)時(shí)候，電機(jī)就會(huì)以減速的方式，并且以比較低速度6 Hz進(jìn)行爬行，如果電梯已經(jīng)達(dá)到第二個(gè)開關(guān)并接近時(shí)，電機(jī)就會(huì)停止，同時(shí)電機(jī)制動(dòng)器停止動(dòng)作。這種系統(tǒng)主要是用來處理按鈕信號(hào)，還處理接近開關(guān)信號(hào)、電梯控制開關(guān)以及樓層指示等。

2 電梯硬件設(shè)施的改造和配置

要對(duì)PLC進(jìn)行改造，首先要確定I/O的點(diǎn)數(shù)，例如電器元件中的變頻器輸出點(diǎn)數(shù)為8，上下召按鈕輸入點(diǎn)數(shù)為6，選層按鈕的輸入點(diǎn)數(shù)為，開關(guān)門按鈕的輸入點(diǎn)數(shù)為2，超載開關(guān)的輸入點(diǎn)數(shù)為2，檢修直駛開關(guān)的輸入點(diǎn)數(shù)為2，旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入點(diǎn)數(shù)為1等，改進(jìn)的設(shè)計(jì)輸入點(diǎn)約有32點(diǎn)，方向指示燈的輸出點(diǎn)數(shù)為2，層樓輸出指示輸出點(diǎn)數(shù)為4，內(nèi)指令指示輸出點(diǎn)數(shù)為4，開關(guān)門繼電器的輸出點(diǎn)數(shù)為2等，在輸出的點(diǎn)數(shù)大約30點(diǎn)，其輸入輸出綜合為60多個(gè)點(diǎn)，一共需要留有10%到20%的容量。

其中，對(duì)于PLC機(jī)型的選擇，可以選用一個(gè)整體的結(jié)構(gòu)，其中輸出模塊可以采用繼電器型，其輸出主要是開關(guān)頻率較低的交直流負(fù)載。由于PLC的使用比較普遍，且具有良好的運(yùn)行能力、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較好、運(yùn)行的速度非?？?、指令比較豐富等特點(diǎn)。編程可以采用編程器，也可以通過計(jì)算機(jī)運(yùn)用專門的編程軟件進(jìn)行編寫，也非常方便。

變頻器的機(jī)型在選擇上，如果電動(dòng)機(jī)額定輸出功率達(dá)到11 kW，則變頻器可以選擇11 kW或者選用15 kW的。通常情況下，要按照變頻器的功率要比電機(jī)的功率大一級(jí)的原則，這是為了使變頻器獲得比較理想的控制性能。因此，變頻器要滿足以下的公式：

Ievf≥K1×Ied。

其中，變頻器的額定電流為Ievf，K1是電流的裕量系數(shù)，而Ied是電動(dòng)機(jī)的額定電流。電流裕量的系數(shù)一般可以選擇1.05～1.15之間，如果取值較大的情況，可以選取1.15。

Ievf≥K1×Ied=1.15×26=29.9 A

最后，選擇三菱的A540系列FR-A50-15K-CH，其控制方式可以選擇磁通矢量的控制方法，輸出的電流是31 A，變頻器調(diào)速為1？誜120。

對(duì)變頻器設(shè)定參數(shù)時(shí)，先對(duì)速度值進(jìn)行設(shè)定。其中電動(dòng)機(jī)的額定頻率是50 Hz，通常在電機(jī)的額定條件要求，電梯運(yùn)行速度一般要達(dá)到一定的額定速度。同時(shí)，為了使電機(jī)的運(yùn)行效率得到提升，對(duì)于額速頻率一般要選擇較小的工頻，可以取值為47 Hz。

而在低速的情況下，要想使客貨電梯在停層時(shí)達(dá)到平穩(wěn)，且使平層非常準(zhǔn)確，此時(shí)應(yīng)該對(duì)爬行的速度進(jìn)行設(shè)定為0.2 m/s，主要是由于電動(dòng)機(jī)的頻率以及電梯必須成正比，所以對(duì)于爬行的速度可以設(shè)置是10 Hz。

電梯的運(yùn)行主要是通過PLC控制變頻器的一些信號(hào)，例如，RH信號(hào)以及RL信號(hào)和STR信號(hào)、STF信號(hào)，利用其控制電梯的運(yùn)行速度，同時(shí)也加強(qiáng)控制爬行速度，能夠防止出現(xiàn)啟動(dòng)以及換速、停止等不同的狀態(tài)下出現(xiàn)振動(dòng)等情況，從而大大地改善了工作人員乘坐電梯的舒適度。在電梯的加速度以及減速度的設(shè)定時(shí)，要按照平層與減速感應(yīng)器之間距離，同時(shí)考慮電梯的運(yùn)行值以及電梯的平穩(wěn)性，然后通過調(diào)試進(jìn)行設(shè)定加速時(shí)間以及減速的時(shí)間。為了保證平層精度和平層運(yùn)行具有良好的可靠性，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要進(jìn)行閉環(huán)控制，然后再對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。例如，電梯運(yùn)行的曲線以及變頻器在輸入時(shí)的信號(hào)圖如圖1所示。

3 對(duì)于PLC的控制設(shè)計(jì)

在電梯的井道內(nèi)進(jìn)行換層感應(yīng)開關(guān)發(fā)生了一些變化，要對(duì)換層繼電器進(jìn)行接通，然后根據(jù)換層繼電器的情況接通脈沖繼電器，通過脈沖繼電器對(duì)左移位指令和右移位指令的控制變化，從而反映出轎廂的實(shí)際位置，最后在輸出端口進(jìn)行控制，使得顯示出樓層的電梯所在位置。

進(jìn)行定向控制PLC控制時(shí)，其定向主要是按照電梯轎廂所在的選層以及所在的位置，要召喚的目標(biāo)位置，這些相應(yīng)的關(guān)系對(duì)于電梯的方向是運(yùn)行向上還是運(yùn)行向下。在選擇電梯的方向時(shí)，主要是把選層以及召喚位置、電梯所在的實(shí)際位置進(jìn)行比較，如果目標(biāo)位置處于轎廂上部，那么電梯的方向就運(yùn)行向上，如果目標(biāo)位置處于轎廂下部，那么電梯的方向就運(yùn)行向下。針對(duì)定向向上的PLC控制程序中，主要是層樓繼電器進(jìn)行常閉觸點(diǎn)，然后形成了定向鏈，使得每層的選層繼電器以及召喚繼電器進(jìn)行相應(yīng)的召喚和接入。

這時(shí)，電梯的工作如果是在檢修情況下，對(duì)于檢修的繼電器要進(jìn)行接通，然后使用向上按鈕，從而使電梯在檢修速度下向上。需要注意的是，定向向下的控制與定向向上的程序結(jié)構(gòu)是一樣的。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于改造之后的電梯在進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行時(shí)，其使用的效果非常好，說明此電梯具有了較好的運(yùn)行性和穩(wěn)定性，同時(shí)具有檢修比較簡(jiǎn)單和使用非常舒服的特點(diǎn)，且使得使用效率提升了許多，說明變頻器的變頻調(diào)速控制效果是非常明顯的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋曉建.PLC及變頻器在冶金天車起升電氣系統(tǒng)改造中的應(yīng)用[J].河北企業(yè)，2014，（11）.

[2] 陳學(xué)軍.PLC與變頻器在電梯節(jié)能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，（7）.

[3] 周景亮，林志熙.PLC和變頻器在電梯電氣系統(tǒng)改造的應(yīng)用[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（6）.