PLC在电扶梯试验用调频调压电源控制中应用

陈宝玲，唐继英

（天津冶金职业技术学院电气工程系，天津300400）

1 引言

电扶梯广泛用于车站、码头、商场、机场和地下铁道等人流集中的地方，世界上不同地区所用市电的电压和频率不同，电扶梯出厂前、对不同地区的电扶梯、应采用不同电压和频率的交流电对电扶梯进行运行试验。

传统发电机系统噪音大，能耗大，并且启动后不能随便停机；日常维护的工作量较大；试验的接线复杂，试验人员的劳动强度大，工作效率低。针对以上问题，本文设计了电扶梯试验用调频调压电源。

2 主要设计要求

输入参数：三相交流电压为380 V，-5%；三相交流频率为50 Hz，+2%。

输出参数：三相交流电压为200 V，210 V，220 V，230 V，345 V 等，共10 个等级，+5%；三相交流频率为50 Hz，60 Hz 2种，+2%。单相交流电压为100 V，110 V，200 V，220 V，+5%；230 V，240 V，+2%。单相交流频率为50 Hz，60 Hz 2种，+2%。输出功率为50 kvar。与原先采用发电机系统比较，要求低噪声、低污染、操作方便、可移动、程序控制柔性强、维护方便。环境温度在0～55°C之间正常工作。

3 系统概述

该调频调压控制系统主要应用于电扶梯试验电源，包括调频电路，三相调压电路，单相调压及显示电路，继电器-接触器转换电路，可编程控制器输入电路、输出电路。设计框图如图1 所示。通过可编程控制器输入电路的按钮控制，电源输出50 Hz 或60 Hz 的10 个等级的三相交流电；50 Hz或60 Hz的6个等级的单相交流电。为用于不同地区的电扶梯提供试验电源。图1 中有说明的箭头线为强电，没说明的箭头线为控制信号。

图1 设计框图Fig.1 Design diagram

4 硬件设计

4.1 调频电路设计

4.1.1 调频电路组成

调频电路由变频器、2 个电抗器和低压电器组成，输入为三相380 V，50 Hz交流电，输出为三相380 V，50 Hz 交流电或三相380 V，60 Hz 交流电。PLC 输出电路控制继电器K1，K1得电、变频器输出380 V，50 Hz，K1断电、变频器输出380 V，60 Hz。变频器输出经接触器KM1，KM2控制，分别连接到三相调压电路的降压变压器T1输入端和升压变压器T2输入端，KM1与KM2之间的互锁由PLC输出电路控制继电器K3，K4来实现。电抗器L1对电网进行滤波，电抗器L2对变频器负载端进行滤波，保护变频器。Q3控制输出单相380 V，50 Hz，或单相380 V，60 Hz，作为单相调压电路输入。调频电路设计如图2所示。

图2 调频电路图Fig.2 FM circuit diagram

4.1.2 变频器选型依据

变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的。选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性；应以实际电机电流值作为变频器选择的依据，同时参考电机的额定功率。应用于电扶梯的控制系统要求启动运行平稳，无抖动，这就要求变频器启动转矩大，过载能力强。

综合考虑，选择安川变频器，专业厂家，质量有保证，有完整的矢量控制和保护功能，低频启动转矩大、响应速度快。完全能够满足该系统的要求。

4.1.3 输入电抗器选型依据

输入电抗器又称电源协调电抗器，它能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地保护变频器和改善其功率因数，有效地抑制谐波电流。输入电抗器串联在电源进线与变频器输入侧，用于抑制输入电流的高次谐波，减少电源浪涌对变频器的冲击，改善三相电源的不平衡性，提高输入电源的功率因数。输入电抗器既能阻止来自电网的干扰，又能减少整流单元产生的谐波电流对电网的污染。

输入电抗器的电感量L的计算。依据输入电抗器压降和额定电流，则输入电抗器的电感量L的计算如下：

式中：ΔUL为电抗器额定电压降，V，一般取网侧相电压的2%～4%；In为电抗器额定电流，A；f 为电网频率，Hz。

4.1.4 输出电抗器选型依据

输出电抗器可以钝化变频器输出电压（开关频率）的陡度，减少逆变器中的功率元件的扰动和冲击，保护变频器。另外可降低由于电缆电容引起的电机绕组过电压，可延长变频器到电机之间的距离，提高电机的使用寿命。

输出电抗器的选择要考虑电抗器的额定电流、阻抗电压降、电感量、电机容量及变频器与电机之间连接的电缆长度等因素。

通常，可查阅安川变频器手册，选取输入、输出电抗器。

4.2 三相调压电路设计

三相调压电路由2 个变压器和低压电器组成。对三相调压电路的设计要求是，输入为三相380 V，50 Hz或三相380 V，60 Hz，输出为50 Hz，200 V 等10 个等级的三相交流电或60 Hz，200 V等10 个等级的三相交流电，共10 个等级电压。其中，降压变压器T1二次输出200 V，210 V，220 V，230 V，升压变压器T2二次输出345 V，380 V，400 V，415 V，440 V，460 V。三相调压电路如图3所示。

图3 三相调压电路图Fig.3 Three-phase voltage regulator circuit diagram

图3中，接触器KM3闭合、试验电源输出200 V，KM4闭合、试验电源输出210 V（未示出），依此类推，KM12闭合、试验电源输出460 V，共10个等级。KM3，KM4直至KM12，共10 个接触器之间的互锁，由PLC输出电路控制继电器K5，K6直至K14来实现。

4.3 PLC输入电路设计

PLC 输入电路由50 Hz，60 Hz 选择控制；试验电源启动、停止控制；三相200 V，210 V，220 V，230 V，345 V，380 V，400 V，415 V，440 V，460 V 输出选择控制；单相100 V，110 V，200 V，220 V，230 V，240 V输出选择控制；三相停止；单相停止；温度开关保护等输入电路组成。其中，温度开关为自动控制，其它为手动控制。PLC输入电路如图4所示。

图4 PLC输入电路图Fig.4 PLC input circuit diagram

4.4 PLC输出电路设计

PLC 输出电路由三相、单相停止显示；变频器输出停止显示；故障（变压器温度超过85°C）输出显示；输出50 Hz 或60 Hz 显示；变频器启动控制及显示；接通降压变压器或接通升压变压器控制；三相200 V，210 V，220 V，230 V，345 V，380 V，400 V，415 V，440 V，460 V 输出控制；冷却风扇控制；单相100 V，110 V，200 V，220 V，230 V，240 V输出控制等电路组成。PLC输出电路如图5、图6所示。

单相调压及显示电路由变压器和低压电器组成。变压器输出100 V，110 V，200 V，220 V，230 V，240 V 共6 个等级电压。在可编程控制器输出电路控制下，单相调压及显示电路可选择输出6 个等级电压中的其中之一，并显示输出电压值。

图5 PLC输出电路图1Fig.5 PLC output circuit diagram 1

图6 PLC输出电路图2Fig.6 PLC output circuit diagram 2

继电器-接触器转换电路有继电器的常开触点和接触器线圈组成。可编程控制器输出电路经继电器的常开触点控制接触器，使三相调压电路可选择输出10个等级电压中的其中之一。

因篇幅限制，单相调压电路、继电器-接触器转换电路的电路图、柜体设计及有关的详细计算本文从略。

5 PLC编程

本试验电源选用日本富士NB2系列PLC，编程语言为梯形图语言。梯形图语言是各种PLC通用的，利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。I/O 的分配实际上是把PLC 的入、出点号分给实际的I/O 电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，程序编好后经由编程电缆下载到PLC中，接线时按点号“对号入座”进行接线即可。系统控制流程图如图7所示。

图7 系统控制流程图Fig.7 The flow chart of system control

6 结论

该调频调压电源专为电扶梯出厂前试验而设计，适用于不同地区电扶梯内的不同频率、不同电压的三相异步电动机。

设备运行指标符合设计要求。设备运行1 a，与过去采用发电机系统时同期比较，设备故障率降低了21.3%，设备维护费用减少了23.4%，生产车间噪声降低了30.2%，工作环境得到较大改善，该设备可移动、给安排生产编排工序带来方便，降低总生产成本约13.2%。

［1］刘沂.电气控制技术［M］.第2 版.大连：大连理工大学出版社，2008.

［2］陈宝玲.电机与电气控制实训教程［M］.第2 版.北京：北京师范大学出版社，2011.

［3］许文斌，徐建，张庆君.PLC 与变频器的电梯节能控制系统研究［J］.科技信息，2011（35）：240-243.

［4］刘国华.PLC 控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用［J］.制造业自动化，2011，33（3）：61-63.

［5］代杰.交流变频调速电梯系统设计和应用［J］.自动化与信息工程，2009（3）：46-48.

［6］陈宝玲，唐继英，刘沂.一种电扶梯试验用调频调压电源：中国：实用新型，zl201320036078.X［P］.2013-07.