解析变频技术在双速电梯改造中的应用

马旭春

（青海中特检特种设备检测有限公司，青海 西宁 810000）

1 双速电梯改造方案

（1）双速电梯系统在实际的运行过程中，需要应用到3 种控制方式：直接转矩控制、无速度传感器矢量控制和直接转矩控制。对于以上3 种控制方式而言，其实际运行方式均相同，主要是通过对变频器的输入频率进行调整来实现对电梯系统速度的调节，进而使得电梯实现平稳运行。但是，在具体的实际应用中还会遇到一些问题，例如，在系统运行过程中可能会出现变频器过热现象。

（2）变频系统方案。通过对电梯系统的研究可以发现，电梯系统存在速度变化和负载变化的特点。因此，为了能够更好地确保电梯系统在实际的运行中处于平稳状态，就需要采用变频技术来进行改造。根据相关研究资料可知，双速电梯系统主要由主电路、保护电路组成。其中主电路采用了2 台相同型号的变频器，主变压器采用了3 台相同型号的变压器。其中主变压器采用了串联型结构方案，而3 台变压器则采用了并联型结构方案。根据上述情况可以看出，在实际的控制中，变频技术主要是通过控制系统和变频器2 种方式来实现对电梯系统速度的控制。通过对变频器的选择来实现对电梯运行速度的控制，进而达到平稳运行电梯的目的。对于变频技术来说，其可以实现对输出电压、频率进行调节和控制（如输入电压、输出电压等）。具体来看，在实际改造过程中，主要有以下几种方式：①直接转矩控制方式。直接转矩控制方式在实际的运行过程中，主要是利用变频器来实现对电动机转速的调节。例如，对于采用直接转矩控制方式来对电动机进行控制时需要采用以下2 个条件：第一就是要保证对电动机转速进行调节的主要开关器件是感应电机；第二就是要保证在电梯运行过程中需要采用变频器。②矢量控制方式。矢量控制方式是通过改变电动机的输出电流和转速来实现对电梯系统速度的调节。在实际运行过程中，需要对输入电流、转矩分量以及线电压之间存在一定的关系，在这种情况下才能够更好地实现电梯系统速度变化的调节。③直接转矩控制与矢量控制相结合方案。在实际运行过程中，主要是通过直接转矩控制和矢量控制相结合来实现对电动机转速调节的目的。

（3）具体改造方案。在改造双速电梯系统时，需要进行以下几方面工作：第一，就是要选择变频器型号；第二，就是要对电动机进行改造；第三，就是要对变频器进行选择；第四，就是要确定逆变器容量；第五，就是要确定控制器型号和软件程序等。具体来看，首先需要了解一下电梯系统中电动机存在着速度差和力矩差这2 种运动方式，而在实际的应用中，可以通过这2 种运动方式来实现对电梯速度的调节。首先，在电梯系统中，电动机速度差主要表现为：首先是由外部电源通过主回路将直流电压转换为交流电压，进而对电动机进行转速调节；其次，在电动机转子上会产生一个磁链；最后，根据具体需要来确定电动机转速，进而对电动机功率以及机械部分之间进行调节。对于电动机而言，其最大力矩就是机械部分所产生的力矩，而对于调速系统来说，其主要是通过电机转速来实现对机械部分进行调节。其次，在实际运行过程中，主要是通过矢量控制方式来进行控制的：首先，通过测量转矩给定信号以及电流给定信号来获取旋转坐标系下电机电磁转矩；然后，将电磁转矩与转速反馈信号进行比较来实现对电机转速的调节；最后，就是在实际应用过程中主要是采用矢量控制方式来实现对电动机转速变化情况的控制；另外，还需要考虑到两种变频调速方式之间的相互关系和影响，其中矢量控制方式与直接转矩控制方式之间存在一定的关系和影响，而在具体改造过程中，就需要将这两种变频调速方式相结合来实现对电梯系统速度变化情况的调节。

2 控制系统

根据电梯的不同运行速度，将其分为3 种不同的运行模式，分别为慢速、高速。在慢速模式下，电梯的运行速度在0.85 ～1.10m/s，当电梯进入中速模式时，就可以将速度降到0.75m/s；而当电梯进入高速模式时，就可以将速度提升到0.85m/s。根据不同的运行模式，对控制系统进行了优化处理，使得电梯可以实现平稳、可靠地运行。由于电梯在运行时，会受到各种因素的影响。例如，外界环境的影响、内部控制系统的影响等。因此，在对电梯进行控制时，需要采用PLC 控制系统进行操作，有效地保证了电梯安全稳定地运行。而在使用PLC 控制系统时，可以使用FMF 系列模块来实现。

3 控制方式

将电梯的速度控制方式分为2 种，分别为：变频调速控制方式、霍尔开关控制方式。而这2 种控制方式的应用，可以有效保证电梯平稳可靠地运行。首先，当电梯处于慢速运行模式时，将其速度控制为0.85m/s。然后，根据需要设置霍尔开关，在霍尔开关的作用下，电梯的速度就会改变为0.75m/s。在这样的控制下，电梯就可以稳定地运行在0.85 ～0.75m/s。在这种控制方式下，当电梯运行至特定层时，就可以根据实际情况将速度提升到0.85m/s。如果电梯出现异常情况时，就可以立即降低速度。

3.1 系统结构

系统主要由PLC、变频器、模拟量模块以及保护装置等组成。其中，变频器在对电梯进行控制时，需要将其信号传输给PLC，通过PLC 对其进行处理后，再将其传输到模拟量模块中，由模拟量模块进行处理后，再将其传递给变频器。而在使用保护装置时，需要先对电梯的速度信号进行采集，再将电梯的速度信号传输给变频器，通过变频技术来调节电梯的速度。其中，PLC 与变频器之间是通过RS-485 总线来连接的。当电梯运行到指定位置时，PLC 接收到相应的信号后，就可以通过RS-485 总线对电梯进行控制。当电梯需要进行加速或减速时，就可以通过PLC 来实现相应的操作。

3.2 软件编程

在系统运行时，使用FMF 系列模块对控制系统进行编程。而编程工作的完成，就是利用PLC 的软件编程。在使用软件编程时，需要结合电梯的实际情况，合理选择编程方式。而在使用FMF 系列模块时，可以使用以下几种方式：第一，对电梯进行单步处理；第二，对电梯的运行模式进行处理；第三，对电梯进行顺序控制处理。而使用软件编程时，需要将各部分内容写进程序中去。例如，在程序的开头，可以对变频器进行设定操作，而在程序的末尾时，需要将变频器关闭掉。这样能够有效避免变频器的重复工作。而在进行程序设计时，需要结合实际情况来合理设计程序的结构与内容。

4 电梯变频调速系统的设计

4.1 变频器

由于变频技术具有诸多优点，因此，在电梯改造过程中，其变频器也被广泛应用。但是不同类型的变频器所具备的功能也存在一定差异。目前，最常用的有PWM型和矢量控制型两种，这两种变频器能够实现多段速运转，同时具有很强的调速能力。所以在选择变频器时，一定要根据实际需要来进行选择。另外，不同变频器还具有不同的参数特性。在选择时，应该重点考虑以下几个方面：（1）输出功率、输出电压调节范围、直流环节的容量、功能以及保护等；（2）可靠性及使用寿命；（3）直流环节容量大小；（4）可调节范围和输入电流；（5）控制电路的设计特点等。其中，控制电路应具备过流保护、过压保护、短路保护功能；交流侧频率选择范围广，性能优越，对系统功率因数要求不高；直流环节容量大、效率高；控制电路操作简便可靠；滤波环节设计合理。

4.2 主电路、控制电路及保护器电路

主电路设计主要包括输入电路、缓冲电路以及整流和逆变电路等。其中，输入电路主要包括传感器、信号放大电路、光电隔离芯片和光耦隔离器等；输出电路主要包括驱动芯片、信号放大晶体管以及反馈元件等；缓冲电路主要包括驱动芯片的隔离缓冲电容和光电隔离器；整流和逆变电路主要包括电源电压检测模块、驱动模块等。而保护器的设计主要是指电梯变频器内部的各种保护措施，例如，过压保护、过流保护以及过载保护等，并且还可以对功率进行调整。其中，电梯变频器内部的过流保护措施可以采用熔断器或热敏电阻等。在电梯变频器运行过程中，通常情况下，还会存在一个冲击电流，这个冲击电流会对其产生一定影响，为了避免这种情况的发生，就需要采取一些有效措施来保证变频器内部过流保护功能的正常工作。

5 控制系统软件设计

电梯控制系统主要包括软件和硬件两部分，其中，硬件部分主要有变频器、PLC、驱动单元等，而软件部分则包括上位机、通讯以及软件界面等。而其中上位机是用于实现相关的控制功能以及与其他控制系统的数据传输，而PLC 主要用于实现对相关变频器的操作控制，驱动单元则是用来实现对驱动电机的控制。在电梯控制系统软件设计中，一般包括以下几个方面。

（1）I/O 程序设计。其中I/O 程序主要是用来完成对上位机和PLC 之间的通讯连接。在这一部分中主要包括4 个子程序，即上位机与PLC 之间的通讯程序、PLC与PLC 之间的通讯程序以及PLC 与变频器之间的通讯程序。而在这部分中主要是用于完成对变频器I/O 端子以及I/O 端口的设定。

（2）串口通讯协议设计。在这一部分中主要包括Modbus 协议和DTMF 协议，其中Modbus 协议是属于TCP/IP协议体系中的一种，而DTMF 则是属于TCMS 协议体系中的一种。而对于具体串口通讯数据而言，通常可以选择DTMF网络方式、RS485 方式、ModbusTCP 方式以及RS422 方式。

（3）上位机界面设计。在这部分中主要包括上位机界面的设计与PLC 编程两个方面，其中上位机界面主要包括了主界面、故障设置界面以及参数设置界面等。其中主界面则是用于显示变频器的基本运行状态以及当前所处的位置。而对于PLC 编程而言，则需要在相应的软件平台下，根据电梯运行需要来完成相关程序的编写工作。在具体编写时，可以采用梯形图程序以及梯形图程序等。

（4）PLC 程序设计。在这部分中主要包括电梯运行方式设计、故障设置以及参数设置等3 个方面。其中在电梯运行方式设计方面，主要包括电梯上行速度、电梯下行速度以及轿厢平衡度等几个方面。在具体参数设置方面，可以采用相关编程软件来对参数进行设置，例如，上限位、下限位等。

（5）变频器参数设置。这部分主要包括2 个部分内容，即主参数设置以及中断服务程序。其中主参数主要包括速度控制模式以及变频器运行模式等几个方面，而中断服务程序则主要包括通讯协议设置、PLC 输入信号以及输出信号等几个方面。

（6）梯形图程序设计。在这部分中主要包括梯形图程序设计以及PLC 程序设计两个部分内容，其中梯形图程序主要包括3 种情况，即上行、下行以及空载，而PLC 程序则包括3 种情况，即上、下限位状态、轿厢平衡度状态等。

6 结语

综上所述，随着社会经济的不断发展，城市化进程也在不断加快，人们对建筑电梯的需求量也在逐渐提升。同时，对电梯的要求也越来越高，不仅需要其具有较快的运行速度和较高的可靠性，同时还需要有较强的可调节性。而对于双速电梯来说，在当前技术背景下，采用变频技术改造能够为其带来一定的优势。主要体现在：（1）变频技术是一种新型技术，与传统技术相比具有一定的优势，比如，其可以实现自动调节电梯的速度和负载量来满足人们的需求。同时，还能够使得电梯运行更加平稳，极大地提升了运行效率，并且也使得人们乘坐电梯更加舒适。（2）在当前社会环境下，由于城市人口越来越多，所以对电梯的需求量也在不断提升。而采用变频技术进行改造后，可以保证电梯具有较强的可调节性，这对于电梯系统安全运行是极为重要的。（3）变频技术能够提高电梯的稳定性和安全性，进而提升人们在使用电梯时的舒适度。通过采用变频改造技术之后可以将其直接应用到日常生活中，而且还能够实现节能降耗。因此，采用变频改造技术来进行改造是十分有效和可行的。