浅析PLC与变频器在电梯中的应用

代茂

摘要：随着可编程序控制器的出现及电力电子技术的发展，使得更多的机械设备变得更加自动化、智能化。本文主要以升降电梯控制对象，针对以前的拖曳电梯的一些缺点，采用现在流行的PLC控制技术、变频调速技术、现场总线技术来实现电梯的各种控制。

本系统主要通过触摸屏-PLC-变频器-曳引电机及其外围控制设备对升降电梯实现功能控制，为使控制系统更加稳定和易于维护，控制系统采用西门子公司专用的现场总线技术，实现控制系统监控。

关键字：PLC变频器升降电梯自动控制

一、电梯的控制要求

（一）电梯控制要求

1、开始时，电梯处于任意一层。（六层电梯为-1～5层）。

2、当有外呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯号，到达该层时，轿厢停止运行，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。

3、当有内呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到达该层时，轿厢停止运行，轿厅门，轿厢门打开，无人操作时，延时一定时间后自动关门。

4、在电梯，轿厢运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的处呼信号均不响应，但如果反向外呼梯信号前方无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应该呼梯信号。例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到五楼，在此过程式中可以响应二层、三层、四层的向上呼梯信号。例如：电梯厢在一楼，将要运行到五楼，在经过程中可以响应二层、三层、四层的向上呼梯信号，但不响应二层、三层、四层的向下呼梯信号。同时，如果电梯到达五层，如时六层没有任何呼梯信号，则电梯可以响应五层向下的信号。否则，电梯轿厢将继续运行至六楼，然后向下运行响应五层的向下呼梯信号。

5、电梯应具有最远反向外呼梯响应功能。例如，电梯轿厢在一楼，而同二层向下外呼梯，三层向下外呼梯，四层向下外呼梯，五层向下外呼梯，六层向下外呼梯，则轿厢先去六楼响应六层向下外呼梯信号。

6、电梯未平层即运行时，开门按均不起作用。平层电梯轿厢响应停止后，按开门按钮轿厢门打开，按并门按钮轿厢门关闭。

（二）电梯系统的结构及组成

1、本变频调速电梯模型由曳引系统、导向系统、门系统、轿厢系统、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统等组成。

2、曳引系统由三相异步电动机、曳引钢丝绳、导向轮等组成，是电梯的动力源。

3、导向系统由导轨、导轮和导轨架等组成。它的作用是限制轿厢和对重自由活动度，使轿厢和对重只能沿着导轨作稳定升降运动。

4、门系统由轿厢门、开门机、联动机构等组成。轿厢门设在轿厢入口、由门扇和门导轨架等组成。

5、轿厢的厢体由箱底、厢壁、厢顶等组成，轿厢内部设有轿厢控制器，其操纵按钮设在轿厢外部。

6、电力拖动系统由曳引电机、变频器等组成，实现对电梯的速度控制。电气控制系统由操作装置、位置显示装置、平层装置、旋转编码器、可编程控制器等组成，对电梯的运行方式实行操作和控制。

7、轿电梯为六层结构：底层、一层、二层、三层、四层、五层。厢的上下运行使用一台松下变频器控制；在牵引钢缆上的导轮中有一个装有两相旋转编码器，用于测量上下移动的脉冲数，系统通过脉冲数确定楼层位置以及平层数据；电梯的所有按钮、指示灯信号全部送S7300PLC，在S7300中编程对其进行控制。

二、西门子PLC控制系统的组成

（一）基本单元

基本单元有时又称作CPU模块，有时又称之为主機或本机。它包括CPU、存储器、基本输入输出点和电源等，是PLC的主要部分。它实际就是一个完整的控制系统，可以独立完成一定的控制任务。在基本单元中主要包括：电源模块状、接口模块、输入/输出模块、 CPU模块。

（二）扩展单元

主机I/O数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元的数量和实际所能使用的I/O点数是由多种因素共同决定的。

（三）特殊功能单元模块

当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可与SIMATIC S7-300主机相联，以完成某些特殊的控制任务而制的一种装置。本系统用到的特殊功能模块是FM350-2记数模块，对编码器的输入信号进行记数，把记数结果存放在S7-300的中间变量中。

（四）人机界面及其他设备

人机界面是在PLC和其他自动控制系统中能友好的对设备和数据实现集中监控和管理，在实现一般开关指示灯功能上，它替代了一般传统机械的按钮和指示灯，并且能PLC程序内和仪表上的数据在界面上集中显示管理。在选择人机界面时，一般应该考虑成本和与PLC兼容性。其他设备包括构成控制系统的西门子SIMATIC S7-200/300编程软件、触摸屏制作软件、网卡、通讯线等。

三、变频器的选择

变频器分为交-交和交-直-交两种形式。交-变频器可将工频交流直接变换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器。而交-直-交变频器则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把频率变换成频率、电压均可控制的交流，又称为间接式变频器。鉴于设计的选择，选用通用变频器，所以主要研究交-直-交变频器。

本系统中选用的电机是YTSP系列变频器对控制曳引机构三相异步电动机实现变频调速和正反转，它充分考虑了变频电源在电机中产生的影响能与国内外各种变频装置相配套，采用IGBT的PWM变频起的高载波频率的影响，进行了特殊设计，一般不要外接电抗器。电机在一个较宽的调速范围内都有良好的调速性能：电动机与通用变频器组成的开环系统，采用U/F控制方式，恒转矩范围在1：10以上，低速运行平稳，无转矩脉动；电动机带上了光电编码器，快速响应优良，动态性能好。

四、旋转编码器的选择