PLC和變頻器在電梯控制系統中的應用

摘要：PLC控制與變頻調速技術相結合，已成為現代電梯行業的一個熱點。本文采用西門子S7-300PLC，完成了門動作、內選、外呼、樓層顯示、停層、選向及運行回路的設計；通過正確合理設置變頻器MM440的參數，實現電機平穩操作和精確控制，改善了電梯運行的舒適感。
關鍵詞：電梯，PLC，變頻器

Abstract：PLC control and Frequency Control technology has become a hotspot in Elevator industry. This article selected PLC of the Siemens S7-300 series production, completed the circuits’ design of action of the door, inside choose, outside call, show of floors,choose direction and operation;Through a reasonable provision of the MM440 Converter ‘s parameters, the system achieved a smooth operation and precise control and improved the comfort feel of the elevator’ operation.
Keywords：Elevator, PLC , Converter

1 引言

隨著科學技術的發展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高。PLC控制系統因其功能強，結構簡單，可靠性高，抗干擾能力強，維修方便等優點，已經取代繼電器控制方式。同時，變頻調速使用了先進的SPWM技術，具有優異的調速性能和起制動性能、高效率和節電效果，得到廣泛的應用。本設計以五層電梯為例，說明電梯的PLC控制系統。

2 電梯控制系統結構

電梯控制系統由PLC控制的邏輯部分和變頻器控制的調速部分組成如圖1所示。

PLC接收來自操縱盤和每層呼梯的呼叫信號、轎廂和廳門系統的功能信號以及井道和變頻器的狀態信號，經程序判斷與運算實現電梯的集選控制。PLC在輸出顯示和監控信號的同時，根據隨機邏輯控制的要求，向變頻器發出運行方向、啟動、加速、減速和制動停梯等信號。由變頻器根據一定的控制規律和控制算法來控制電機。

3 PLC部分設計

3.1 I/O點的分配

根據控制要求，計算出I/O點數如表1所示，其中輸入點數為31個，輸出點數為26個。輸入輸出信號均為開關量信號[1]。

3.2 程序流程圖
PLC編程的思路如圖2所示：

圖2中各部分說明如下：

（1）電梯復位
在系統上電以后和層樓顯示有誤的情況，都要把轎廂的位置恢復到第一層的狀態；

（2）用戶輸入程序段
用戶的輸入包括門廳的按鈕和轎廂內的按鈕，用戶輸入后，系統會自動選擇執行程序。

（3）轎廂開關門程序段
控制轎廂的開關門。

（4）設定上行、下行指示
系統會根據外呼和內選信號以及門鎖信號綜合判斷電梯的運行方向。

（5）執行上行程序
此段程序包括控制電梯上行，檢測是否應該減速或者停止電梯正轉并且執行。

（6）執行下行程序
此段程序包括控制電梯下行，檢測是否應該減速或者停止電梯正轉并且執行。

3.3 程序設計

由于呼叫是隨機的, 電梯控制系統采用模塊化編程方法。

使用STEP7編程軟件將程序分為七個邏輯塊：開關門FC1、樓層信號FC2、內選信號FC3、外呼信號FC4、定上下行指示FC5、停層FC6、啟停、運行FC7。

⑴在主程序OB1中調用7個邏輯塊（以FC2為例）實現電梯的邏輯控制功能。如圖3所示，將“上行強迫開關”、“樓層1顯示”等實參賦給FC2（樓層顯示），即可實現FC2的調用。

⑵當電梯位于某一層時，應產生位于該層的樓層信號，以控制樓層顯示器顯示樓層處的位置，離開該層時，該信號應被新的樓層信號（上一層或下一層）取代。電梯的樓層數存放在MW20中。“#sxqpkg”是上強迫行程開關的形參，當電梯到達5樓時，使MW20為5。“#xxqpkg”是下強迫行程開關，當電梯到達1樓時，使MW20為1。在中間，電梯上行時，每上一層，MW20加1；電梯下行時，每下一層，MW20減1。如果層顯有誤，只要將電梯開到頂層或1層，馬上就能顯示正常[2] [3]。梯形圖如圖4所示。

由于功能FC中使用了形參和隨機變量，只要主程序中賦予FC適當的實參，該FC即可被不同系統的主程序調用。

4 變頻器部分設計

電梯的一次完整的運行過程，就是曳引電動機從起動、勻速運行到減速停車的過程。為使乘客擁有良好的舒適感，電梯采用S型速度曲線，轉換成頻率曲線如圖5所示。

通過設置變頻器的參數如表2所示，實現了電梯速度的平滑性，達到了順利啟動和準確停車的要求[4]。

5 結束語

電梯采用PLC變頻調速系統提高了系統運行的平穩性、工作的可靠性，操作與維護也很方便，同時節約了大量電能。由于系統選用了無速度傳感器反饋的矢量控制方式對電機的速度進行控制，改善瞬時響應特性，具有良好的速度穩定性，而且在低頻時可以提高電動機的轉矩。實驗證明設計的程序合理可行。

參考文獻
[1] 王少華.PLC、變頻器在電梯中的應用[J]，
電氣技術.2007（01）:P608～P610
[2] 程子華，劉小明.PLC原理與編程實例[M].北京：國防工業出版社，2007.10.
[3] 廖常初.S7-300/400PLC應用技術[M].北京：機械工業出版社，2006.4.
[4] MicroMaster440使用大全[M].西門子（中國）有限公司，2003.

作者簡介：
劉芯（1984-） 女，漢，2008年本科畢業生（已保送新疆大學研究生），主要研究方向:檢測技術與自動化裝置。

通訊作者：
婁毅 （1958-）男，漢，高級實驗師，從事自動化專業實驗教學與研究，xjdxlouyi@sohu.com，13579215632。
謝麗蓉（1969-） 女，講師，從事自動控制理論、系統教學與研究，wzywwwxr@163.com 13579823332。
通訊地址：新疆大學（北校區）電氣工程學院，謝麗蓉，830008