融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

景蕾

(咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 機(jī)電學(xué)院， 陜西， 西安 712000)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，我國在電機(jī)技術(shù)方面取得了巨大進(jìn)步，研發(fā)的各項技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，其中計算機(jī)技術(shù)以及微電子等技術(shù)被應(yīng)用得最為廣泛，可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，其中PLC具有較好的性能，將其應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)，保證電梯安全性能的同時，可使電梯的速度滿足人們的日常需求。

1 融合變頻技術(shù)分析與PLC工作原理分析

1.1 變頻技術(shù)分析

變頻技術(shù)具有將已經(jīng)轉(zhuǎn)換成功的交流電重新轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷墓δ?，通過對變頻技術(shù)進(jìn)行分析可知，該技術(shù)中最重要的核心零件為變頻器。在變頻器的協(xié)調(diào)作用下，有利于針對電源頻率進(jìn)行科學(xué)有效地控制，并且變頻技術(shù)在針對電源頻率進(jìn)行控制過程中，為保證更好地完成工作任務(wù)，利用創(chuàng)建制動、交流、驅(qū)動等單元的方式，促進(jìn)電流頻率科學(xué)轉(zhuǎn)換。將變頻技術(shù)應(yīng)用于電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計中，可提升電梯控制系統(tǒng)的整體運行效率以及質(zhì)量[1]。

1.2 PLC工作原理

通過研究可知，PLC是專門為在工業(yè)環(huán)境下自動化控制而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，屬于一種邏輯控制器，具有一定可控性，將PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行實際運用時，該系統(tǒng)可通過指令的方式，在系統(tǒng)內(nèi)部形成邏輯處理、順序處理以及存儲控制等機(jī)制，可以最快的速度完成任務(wù)。PLC系統(tǒng)在實際運行中可分為2個階段：

(1) 首先，PLC系統(tǒng)在運行之前，應(yīng)向系統(tǒng)內(nèi)部輸入采樣任務(wù)，可使用戶程序針對該項任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行和管理；

(2) 任務(wù)執(zhí)行結(jié)束后，應(yīng)針對執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行掃描管理，有利于盡快實現(xiàn)對任務(wù)的現(xiàn)代化與多元化管理，該方式具有提升PLC系統(tǒng)工作效率與質(zhì)量的作用[2]。

2 融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)整體設(shè)計

2.1 電梯PLC控制系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

為保證電梯PLC控制系統(tǒng)可穩(wěn)定運行，將變頻技術(shù)與電梯PLC控制系統(tǒng)充分結(jié)合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行該系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，該架構(gòu)主要包括變頻器主電路、控制電路等部分。通過研究可知，該系統(tǒng)的實現(xiàn)流程是控制電梯自動關(guān)門、啟動加速、減速平層以及走動開門等過程。融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示?；诖?，本文針對融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計[3]進(jìn)行如下分析。

圖1 融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1) 若輸入端子與輸出端子的連接出現(xiàn)錯誤，可導(dǎo)致變頻器出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。

(2) 設(shè)計變頻器控制電路時，當(dāng)變頻器數(shù)字輸入端子X1、X2、FWD,同時有信號斷開，轎廂會加速至正常行駛速度。若電梯處于減速運行，X2信號斷開；若電梯PLC控制系統(tǒng)檢測到的信號為平層信號，則X1斷開，此時的曳引電動機(jī)將以最快的速度將為0，F(xiàn)WD信號斷開，且PLC輸出為0。在上述狀態(tài)下的電梯PLC控制系統(tǒng)可通過對電動機(jī)進(jìn)行包閘，以此實現(xiàn)對電梯的制動，使電梯可以最平穩(wěn)的狀態(tài)停止所需樓層。X1通X2斷時，可將該系統(tǒng)中的變頻器以速度1運行；X1斷X2通時，可將該系統(tǒng)中的變頻器以速度2運行；X1通X2通時，可將該系統(tǒng)中的變頻器以速度3運行，變頻器控制電路接線圖[4]如圖2所示。

圖2 變頻器控制電路接線圖

(3) 針對系統(tǒng)的PLC井道信息輸入電路進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)向設(shè)備內(nèi)部輸入電源電壓，并將該電壓控制在DC 24 V，此時的電梯處于負(fù)載狀態(tài)，在電梯處于負(fù)載狀態(tài)時，應(yīng)采用模擬信號，以此保證輸入電路的穩(wěn)定性。

(4) PLC信號輸出電路內(nèi)部的信號燈等部分的電源電壓應(yīng)采用外接的方式，并將幅度控制在DC 24 V。

(5) 為保證電梯的穩(wěn)定性，可將PLC強(qiáng)電輸出電路電源控制在AC 220 V，在電梯運行過程中，應(yīng)將電源開關(guān)門電路進(jìn)行互鎖，通過該方式可有效防止電源出現(xiàn)短路現(xiàn)象[5]。

2.2 變頻器選型問題

當(dāng)前市面上存在多種類型的變頻器，因此，選擇變頻器型號時，應(yīng)選擇最適合電梯控制系統(tǒng)運行的變頻器，通過分析可知，目前存在專為電梯控制系統(tǒng)而設(shè)計的變頻器，在功能方面具有較強(qiáng)優(yōu)勢，但是價格較貴。為此，本文采用通用的變頻器作為系統(tǒng)的的核心，其型號為VS-616G5，在開發(fā)者的調(diào)試與編程下，仍可達(dá)到控制效果，對于融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)具有重要作用[6]。

2.3 PLC選型問題

選擇PLC型號時，可根據(jù)I/O的點數(shù)多少作為PLC性能好壞的主要依據(jù)，除此之外，可根據(jù)存儲器的大小、I/O的響應(yīng)時間、PLC結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行選擇，通過研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)P1是眾多PLC中最小型的產(chǎn)品，F(xiàn)P1內(nèi)部主控單元具有超強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可將FP1與其他單元進(jìn)行連接，發(fā)揮FP1 的最大作用。

3 融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 電梯速度曲線設(shè)計

設(shè)計電梯的速度曲線時，應(yīng)保證電梯的速度、舒適性等要求，以此滿足用戶乘坐電梯時的基本需求。研究電梯的速度時發(fā)現(xiàn)，若電梯運行的加速度過大，會造成人的大腦出現(xiàn)眩暈等情況，為此，電梯行業(yè)針對生理系數(shù)進(jìn)行限制，使其不可超過1.3 m/s2。

設(shè)計電梯運行過程中的速度曲線時，為保證乘客的舒適度以及對速度的需求，對速度、加速度以及加加速度三部分進(jìn)行研究，電梯速度曲線[7]如圖3所示。

圖3 電梯速度曲線(1-速度 2-加速度 3-加加速度)

3.2 變頻器結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)置

設(shè)計變頻器的參數(shù)時，應(yīng)將速度環(huán)的比例系數(shù)控制在最小范圍內(nèi)，而積分時間常數(shù)宜大些，為保證電梯PLC控制系統(tǒng)的運行效率，可將快車頻率改為工頻。除此之外，應(yīng)針對該變頻器進(jìn)行自學(xué)功能設(shè)計，并采取多次測量的方式，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。計算變頻器的參數(shù)時，應(yīng)使變頻器具有制動功能。測量能耗制動電阻和電流時，制定電流不可超過額定電流的1/2，即：

Iz=U0/Rz≤In/2;

Rz≥2UD/In

(1)

4 融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 電梯PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則

(1) 通過深入市場進(jìn)行調(diào)查研究的方式，以此解決系統(tǒng)設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的多種問題，使電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計成果滿足不同用戶對該系統(tǒng)的控制要求。

(2) 針對系統(tǒng)設(shè)計的性價比、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，以成本最低的方式針對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。

(3) 針對PLC進(jìn)行選型時，應(yīng)保證系統(tǒng)的存儲器容量以及I/O點數(shù)具有一定余量，有利于后續(xù)工作的順利進(jìn)行[8]。

4.2 電梯PLC控制系統(tǒng)工作狀態(tài)

為保證電梯PLC控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，應(yīng)使電梯PLC控制系統(tǒng)從呼叫到響應(yīng)成為一個完整的工作循環(huán)，并將系統(tǒng)的工作狀態(tài)來回切換，使其形成完整的工作流程，其中自身斷狀態(tài)指的是：電梯可回歸關(guān)閉狀態(tài)時，電梯處于相向運動狀態(tài)，直至經(jīng)過2個平層點后停止運行；正常工作狀態(tài)時，電梯應(yīng)完成呼叫響應(yīng)程序；強(qiáng)制工作狀態(tài)下的電梯需要針對系統(tǒng)重新進(jìn)行設(shè)置，以此保證轎廂可移動至導(dǎo)軌上下極限點之間的任何位置[9]。

4.3 電梯PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)置

設(shè)計電梯PLC控制系統(tǒng)軟件時，應(yīng)完成系統(tǒng)開關(guān)門控制程序的設(shè)計，其中電梯處于開門狀態(tài)指的是：電梯在停車或檢修狀態(tài)下，如果所在樓層發(fā)出上行信號但電梯沒有定向下方向，或發(fā)出下行召喚信號而沒有定向上方向時，電梯會自動開門。電梯關(guān)門控制程序與開門基本一致，在超過正常關(guān)門時間時，系統(tǒng)會自動停止關(guān)門。通過該方式可最大限度的保證電梯內(nèi)部電機(jī)的安全性，電梯PLC控制系統(tǒng)程序流程如圖4所示。

圖4 電梯PLC控制系統(tǒng)程序流程圖

5 融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)安裝調(diào)試

5.1 電梯PLC控制系統(tǒng)運行準(zhǔn)備

在對控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試之前，針對電梯PLC控制系統(tǒng)的工作步驟以及電氣等部分進(jìn)行相應(yīng)的檢查，首先應(yīng)針對控制柜的絕緣功能進(jìn)行測試，防止出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，造成乘客的損傷，并針對電梯在低速狀態(tài)下進(jìn)行試運行，通過直流電阻表對表中帶有“*”的各回路與控制柜接地板之間的耐壓及絕緣電阻進(jìn)行測試，以此保證電梯的運行狀態(tài)，各端子一覽表[10]如表1所示。

表1 各端子一覽表

5.2 電梯PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試

電梯PLC控制系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作完成后，應(yīng)針對該系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，針對電梯PLC控制系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行調(diào)試時，由于電梯PLC控制系統(tǒng)硬件部分存在多個部分，因此，應(yīng)采用局部調(diào)試的方式針對不同部分進(jìn)行調(diào)試，而電梯PLC控制系統(tǒng)的軟件部分存在多個梯形圖步，可先通過分段調(diào)試的方法，之后再采用整體調(diào)試的方法，若調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在問題，應(yīng)針對該問題進(jìn)行排除，直至調(diào)試成功完成。

6 總結(jié)

綜上所述，融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，本文設(shè)計融合變頻技術(shù)的電梯PLC控制系統(tǒng)時，首先分析變頻技術(shù)以及PLC工作原理，并設(shè)計該系統(tǒng)的整體架構(gòu)、硬件部分以及軟件部分，為保證該系統(tǒng)的可靠性，針對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，該系統(tǒng)可為電梯行業(yè)的未來發(fā)展奠定有力基礎(chǔ)。