四层电梯电机变频调速系统的设计

四层电梯电机变频调速系统的设计

曲正鹏

曲正鹏（青岛市技师学院山东青岛266229）

摘要：本文通过松下电工产品FPΣ型PLC在四层模型电梯中的应用，向大家介绍了电梯控制的程序设计。通过编程控制电梯，电机何时起动、换速以及电机的转向是由PLC根据电梯的呼梯、减速等信号做出决策，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线以通过控制异步电动机转速实现电梯调速。这种方式大大改善了电梯舒适感和平层精度，提高了电梯的性能。

关键词：FPΣPLC电梯电机变频调速系统

一、FPΣ的简单介绍

松下电工FPΣ是松下新推出的小型PLC，它代表了当今世界PLC的发展水平。由于它采用了RIS的CPU芯片，提高了处理速度，使基本指令的运行速度提高到了0.4μs/步，程序存储容量高达12千步。它除采用周期循环扫描方式外，多条指令采用终端控制方式工作，使紧急任务可得到及时处理，为实现多任务调度与管理提供了方便。此外，FPΣ还可实现高达100kHz的梯形加减速控制，能够控制步进电机和伺服电机；PID控制己指令化，可进行自整定，实现简便、高性能控制；单相和双相的高速计数器功能频率可高达50kHz，脉冲输入功能可高达100kHz。

FPΣ体积小，功能很大，12K的编程容量使得在编程时拥有足够的存储空间。另外，数据寄存器的容量为32K，能够处理大量的数据编译和重复操作。

二、电梯电机变频调速系统的设计

1、四层电梯电气控制系统的概述

此电梯控制系统的硬件分为调速部分、逻辑控制部分、速度反馈部分。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，而逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。

松下系列PLC如FP0、FP-Σ具有PWM输出指令，可直接控制变频器的启动、停止、多段速度运行等。又由于变频器有良好的调整特性，能增加调速系统的智能程度（具有可设置的多种速度、过渡过程等）、节省开支、减少电气容量、提高功率因数等。变频器应用于电梯控制系统中的调速部分是现行工程中发展的方向。

图1、电梯控制的I/O分配图

2、四层电梯控制系统变频调速部分的设计

电梯调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是竞争的一项重要内容。全数字控制的变频调速系统已经用于电梯控制，在降低振动及噪声等方面采取了一系列措施，如互锁时间的补偿、开关频率的提高（超过10KHZ）等。变频器通过编程控制电梯，变频电机按图1和表1所示的理想曲线运行，而电机何时启动换速以及电机的转向是由PLC根据电梯呼梯、减速等信号做出决策，发出控制信号给变频器，变频器按理想速度曲线控制电梯运行。电梯的拖动系统为VVVF（变频变压）拖动方式，这大大改善了电梯舒适感和平层精度，提高了电梯的性能。

表1、电梯控制的I/O分配表

三、电梯模型PLC控制系统

1、PLC的编程工作方式

不同类型的PLC都有相应的编辑器，但是编程原理大同小异。程序编辑和调试操作过程如图2所示，F系列PLC基本单元有运行和停止两种模式。编程时基本单元置于停止模式；而PLC系统处于工作运行或对程序执行情况监视时，基本单元（主机）应置于运行模式。有的PLC，不把其公共端子COM和运行端子RUN连接起来，就是停止模式，即相当于把基本单元置于STOP位置。编程时，必须使主机处于停止模式，同时把编程器置于“PROGRAM”编程位置。

2、电梯模型的控制要求

四层电梯：轿厢内有四个层选开关，开门、关门开关，一、四楼各有一个层选开关，二、三楼各有两个层选开关，另有四个平层开关、两个轿厢行程限位开关、两个轿厢门行程开关。

方向优先原则：当电梯正在运行时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应与运动方向相同的呼叫信号，存储与运动方向相反的呼叫信号，待电梯反向运行时，再依次响应反方向的呼叫信号。时间优先原则：当电梯停于某一层时，轿厢两侧都有呼叫信号，优先响应先按的外部呼叫信号。内呼优先外呼原则：当电梯停于某一层时，优先响应内部呼叫，应，再响应外部呼叫。

楼层的外呼开关也是开门开关，到达呼叫楼层后自动开门5秒，然后自动关门。

总开关打开时可执行上述功能；关闭时，不响应新的呼叫（无论内呼、外呼），在响应完当前呼叫信号后回到一楼。

图2、程序编辑与调试操作过程

3、程序说明

此处为程序的开关门限制时间，当电梯到达指定楼层后接触到行程开关自动响应开门信号，Y8接通，电梯开门，门打开之后有5秒的开门等待时间，当定时器5秒后Y7接通自动关门，门完全关闭后关门限位XC自动显示关门信号。具体的程序如下：

当电梯外有人发出呼叫信号后，电梯随即响应并到达指定楼层。X0、X1、X2、X3分别为电梯四、三、二、一的外呼信号，当X0响应时，电梯到达一层自动开门，然后关门到达指定的楼层，经过数码管显示给电梯内部的人看，以防坐错楼层。具体内的程序如下：

电梯轿厢运行趋势确定后，只要有任何内、外呼梯信号，电梯运行方向就应该显示出来，并且电梯轿厢门关闭，那么电梯就可以上下运行了。运行方向的控制程序如下图所示，电梯按其响应趋势来控制电梯的上下行，当遇到上限位或下限位、电梯门开等均应该停止运行。

电梯具有平层限位的能力，当电梯到达某一层时电梯门会自动打开或关闭，此时，一、二、三、四层的开关按钮R1、R2、R3、R4会根据每层的需要做出相应的选择。外呼梯信号的锁定与清除：只要某一楼层有外呼梯信号，那么该呼梯信号就需要被锁定。当电梯运行方向与呼梯方向相同，那么就需要响应该信号；如果运行方向与呼梯信号相反，那么就需要等待电梯轿厢运行回来再响应呼梯信号。如果电梯轿厢在运行过程中有多个反方向呼梯信号同时存在，例如在电梯向上运行的过程中同时存在有2层向下呼梯信号、3层向下呼梯信号、4层向下呼梯信号，那么就要优先响应最远的反方向呼梯信号，即4层向下呼梯信号，然后电梯轿厢转为向下运行，依次响应其余的呼梯信号（此时其余的呼梯信号已经变为同向呼梯信号）。如果电梯轿厢在上运行过程中，到达某一层遇到反方向呼梯信号，并且该楼层前方没有其他的任何呼梯信号，那么就需要开门响应该呼梯信号。

电梯的上行与下行由Y0和Y5来输出显示，它的控制由电梯的内呼开关和外呼来控制。电梯轿厢的开、关门控制程序应遵循如下原则：

（1）最低楼层和最高楼层（例如最低楼层），不论是外呼梯信号还是内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

（2）所有楼层的内呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

（3）所有与电梯轿厢运行方向相同的外呼梯信号，只要电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

（4）所有与电梯轿厢运行方向相反的外呼梯信号，只要其前方没有任何内、外呼梯信号，那么电梯轿厢到达该楼层，就一定要打开电梯轿厢门响应该呼梯信号。

如果电梯轿厢门在打开的过程中有人按下了关门按钮，电梯轿厢开门驱动继电器就应该释放。为了防止电梯轿厢的开门机构卡死，导致开门电动机堵转烧毁，当开门驱动继电器闭合，延时一段时间后，如果开门限位开关仍为闭合，T1定时器仍旧会使开门驱动继电器断开，保护电梯轿厢开门驱动电动机。

电梯的关门控制位当有人按下关门按钮，或者电梯轿厢门打开一段时间后，电梯轿厢门就应该关闭。在电梯轿厢关门控制过程中，如果有人按下了开门按钮，或者关门已经完成，或者电梯轿厢门是安全的，电梯轿厢都应该开门响应。