艾默生可編程電梯驅動控制一體化系統的應用

摘 要：艾默生可編程電梯驅動控制一體化系統（ECS3100）將高性能驅動和控制功能完美整合在一起，可實現電梯的客戶化功能定制，集成操作界面完善，調試方便，參數學習和配置簡便，運行時自動生成和切換速度曲線，實現直接停靠，從而提高運行效率。本文介紹了ECS3100在直梯產品中的成功應用實例。

關鍵詞：電梯驅動控制一體化系統，ECS3100，電梯控制器，變頻器，給定停車請求的距離控制模式，CAN，集成操作界面，加密，SFC程序設計，并梯，群控。

Abstract：Emerson programmable elevator drive and control system, ECS3100, integrates high performance drive and control functions seamlessly together. With a special integrated HMI panel, System programming, commissioning and parameter configuring are easy. With ECS3100 inside, Elevator is highly efficient, running to floors and fluently ramping down, stopping just at arriving precisely, due to the help of advanced drive functions that generating and shifting velocity curves fluently,. This article introduce example application of ECS3100 in elevator.

Key words：Programmable elevator drive and control system, ECS3100, elevator controller, Variable speed drive, Stop-request distance control running, CAN, Integrated HMI panel, encryption, Sequential functional chart programming, parallel control, group control.

1 引言

　　當前我國電梯行業主流的電氣控制、驅動系統方案有兩大類：（1）專用微機控制板+變頻器;（2）通用PLC+變頻器。

　　專用微機控制板由若干生產廠家提供;其功能由各自廠家統一配置，客戶不可編程;不同客戶配置變頻器需要大量選型配置工作和長期磨合過程，調試復雜;功能修改和調整（如通訊協議）都需要電腦控制板廠家開發和主導，客戶難以自主開發電梯功能;調度、控制上細節問題難以隨時調整;相應電梯產品維保市場的競爭較為復雜;安裝接線較多。

　　通用PLC+變頻器的系統雖然可編程，但通用PLC基本上沒有電梯專用的操作界面設計和調試工具;常見品牌的PLC程序防護強度低，極易被惡意破解和破壞;通用PLC編程開發平臺又沒有專門面向電梯行業，導致程序開發難度高和維護性較差;安裝接線很多，驅動配套調試復雜。

　　艾默生ECS3100系統突破了上述兩種系統的局限：（1）最新驅動-控制一體化設計，安裝調試方便;（2）具有可編程能力，可為客戶提供優化開發的平臺，客戶從而可優化產品功能、加強服務競爭力。（3）提供合乎電梯行業慣例的操作界面調試工具。（4）系統加密、專用和可維護性確保了電梯維保的可持續性，保障了安全，客戶可牢牢掌握自主知識產權。（5）專門配置的高性能電梯變頻驅動單元，集成了艾默生在電梯行業應用上的核心技術，完美地結合在一起，性能卓越。（6）整體系統經過嚴格地開發測試，穩定可靠。

2 ECS3100系統組成

　　如圖1-1所示，ECS3100系統由控制器、PWM控制板、變頻器驅動部分組成。控制器與PWM控制板通過配套的扁平電纜、普通雙絞線各1根連接，而PWM板與變頻器驅動部分通過2根配套的扁平電纜連接。通常安裝時將2塊電路板置于上方，驅動部分置于下方，并保證通風。如圖1-2所示為安裝實例。其它方式的安裝也可以另行設計，相應的配套連接電纜的長度可調整。

　　I/O和其它輸入輸出

　　ECS3100輸入輸出接線簡便，具有高可靠、抗干擾的特性。具體體現在以下三點，如圖1-1所示：

　　Ø ECS3100系統的數字I/O點都控制器上。有30個普通數字輸入點（24VDC），4個220V高壓數字輸入點，6個晶體管數字輸出點，10個繼電器輸出點，可滿足直梯應用的要求。

　　Ø PWM板上擁有2個模擬量輸入、1個模擬量輸出、編碼器接口等。

　　Ø ECS3100系統的PWM板（變頻器）與控制器之間有內部輸入輸出總線，通過扁平電纜連接，無須接線。

　　由于有內部輸入輸出總線，以往專用微機板或PLC與變頻器的接線都得到簡化。通過編程軟件可以很方便地對內部輸入輸出總線進行端子功能定義。

　　如下圖1-3為I/O實例圖。

　　集成操作界面

　　操作界面如下圖1-4，分別為控制器板上的小鍵盤和手持操作器。

　　小鍵盤包括3個LED數碼管、3個指示燈及4個按鍵，如下表1所示。小鍵盤用于顯示樓層數據、運行方向、故障代碼，也可進行其它規定的調試操作。

　　小鍵盤的顯示和操作有三種模式：正常模式，人工控制模式0和人工控制模式1。

　　正常模式用于顯示電梯狀態數據，而人工控制模式0和人工控制模式1均用于調試。

　　表1 小鍵盤顯示操作部件

　　手持操作器包括4個LED數碼管、5個指示燈及9個按鍵，如下表2所示。

　　手持操作器主要用于在電梯調試時查詢和編輯參數;調試時還能顯示樓層數據、運行方向、故障信息，以及進行呼梯、開關門等操作。手持操作器兼容小鍵盤的功能。

　　手持操作器的顯示和操作有五種模式：正常模式，編輯模式、人工控制模式0、人工控制模式1、電動機調諧模式。正常模式用于查詢參數數據和顯示電梯狀態，而編輯模式和2種人工控制模式均用于調試。

　　表1-2表2 手持操作器顯示操作部件

　　這兩種操作界面是可編程和可配置的。其功能為：

　　Ø 通過手持操作器可以對全部控制器、變頻驅動參數進行設置。

　　Ø 提供開放的控制器參數組，用戶可自行定義各組參數功能，并且均可用于編程。

　　Ø 故障顯示代碼、記錄時間、記錄內容可編程、可配置。

　　Ø 樓層顯示符號可編程、可配置。

　　Ø 調試模式可用于開關門、呼梯操作。

　　Ø 操作密碼有3級（查詢密碼、調試密碼、最高密碼），為不同級別的工作人員配置;延時無操作，退出相應狀態。

　　Ø 元件參數掉電后均永久保存。

　　通過上述功能，實現了電梯的調試操作、運行顯示功能，界面簡潔，使用方便。

3 系統外圍接口

　　ECS3100系統外圍連接CAN通訊的設備，包括外呼板、指令板、并聯梯、群控板。其它通訊聯接設備包括編程、調試時所連接的編程器、手持操作器等。變頻器（PWM板）與控制器通過COMM1口連接。

　　CAN通訊接口

　　共有2個CAN通訊接口。應用方法：

　　Ø 采用CAN指令：CANXMT發送、CANRCV接收、CANMXMT多幀發送指令，用于對外圍設備進行數據發送、確認、響應等操作。

　　Ø 采用CAN口幀接收中斷功能，及時處理外呼板等設備發來的數據幀通訊。

　　CAN0口用于外呼板、轎廂指令板、顯示板等外圍設備的通訊。由于是自由協議通訊口，可適用于不同廠家及客戶自定義協議的CAN總線外圍設備。

　　并梯、群控

　　并梯、群控通訊采用CAN1口，應用協議可自行定義，是自由口通訊。通訊時控制器的元件地址均可選擇用于數據傳輸，完全適用于并梯、群控功能。群控功能可選擇艾默生群控設備。

　　遠程監控

　　標準的通訊口和協議，可用于對電梯的遠程監控、故障報警。

4 應用程序開發平臺

　　采用艾默生ControlStar電梯控制器專用編程軟件進行電梯應用程序設計。如下圖1-6為軟件界面。

　　ControlStar電梯控制器專用編程軟件的功能特點是：

　　Ø 全中文窗口圖形界面——該軟件具有友好的全中文窗口圖形界面，采用獨立圖形對象樹形目錄管理用戶工程，如主程序、子程序、中斷子程序、系統塊、數據塊等等，并擁有易用的快捷輸入、操作方式。

　　Ø 強大的3種標準編程語言平臺——梯形圖、順序功能圖、語句表，3種語言程序可直接相互切換;

　　Ø 強大的指令系統和電梯專用功能——功能非常豐富，200多條指令;包括電梯專用指令組、軟元件和接口。

　　Ø 豐富的中斷、通訊、高速計數、實時時鐘等資源——直接幫助用戶解決此類應用問題，可靠易用。

　　Ø 大量方便靈活的開發調試工具——為客戶提供開發和調試中需要的諸如加密、程序文件導入導出、監控調試、在線修改、元件和文件注釋、時鐘設置等等操作。

　　Ø 方便有效的在線幫助系統——集成了在線幫助系統，直接輔助客戶的編程，通過1個F1鍵可以直接查詢當前光標所選任何對象的幫助信息。

　　Ø 遠程通訊——具有遠程通訊等功能。

5 變頻驅動性能

　　電梯運行主模式為給定停車請求的距離控制模式（簡稱距離控制），還可以配置為多段速等其它模式。采用高性能的優化的電梯專用變頻器，達到以下性能：

　　Ø 閉環矢量同步、異步驅動，優異的性能——可靠性、過載能力、環境適應性、電磁兼容性、舒適性。

　　Ø 適應多種編碼器。

　　Ø 距離控制直接停靠。

　　Ø 智能化生成加減速曲線和運行。

　　Ø 電機自動參數辨識，井道學習。

　　Ø 內置抱閘控制、接觸器控制、可編程輸入輸出端子功能、反饋信號安全功能。

　　Ø 人性化交互式時序控制策略。

　　圖1-7為距離控制運行速度曲線圖。由此可見距離控制運行時，加減速曲線是自動切換的，實現高效率的運行，能夠動態而充分地響應內外呼梯指令。

6 程序防破解保護

　　ECS3100可通過3類手段對用戶程序、數據進行加密和保護，并提供2類防破解功能;

　　Ø 強大的程序密碼保護功能——程序有監控、上下載密碼等多重保護，以及子程序文件加密保護功能。這些密碼可設置為高達8位ASCII字符的任意組合。

　　Ø 加密程序包直接下載功能——用戶程序可以編譯生成為加密用戶程序包，并提供加密用戶程序包直接下載安裝功能。向控制器下載加密用戶程序包、或替換升級程序時，調試人員只能進行程序包下載操作而不能打開程序包查看程序內容，因此既能完成電梯功能調試工作，又無須擔心沒有足夠授權的人員會接觸到程序內容。

　　Ø 永久保存功能——程序、數據、故障記錄可永久保存于系統中，安全可靠，不受掉電影響。

　　Ø 防破解功能1——通過加密專用編程協議、錯誤密碼鎖死機制、禁止格式化等功能來防止非授權人員惡意破解和破壞電梯功能。

　　Ø 防破解功能2——禁止上載程序功能，設置后可禁止一切非授權上載。

7 系統開發調試方法

　　開發過程簡介

　　電梯控制系統設計工作分為五個步驟。

　　Ø 第一步：根據客戶需求來選擇電梯運行的模式，即變頻器的運行模式。

　　電梯正常運行可選距離控制運行模式和多段速運行模式。

　　Ø 第二步：根據實際設計電梯內外輸入輸出信號電路。

　　注意I/O的分配。控制器與變頻器通過內部輸入輸出總線進行信號交互。

　　Ø 第三步：設計電梯通訊系統，分配通訊口。

　　有三點設計要做：1）內外召通訊，通常用CAN總線，確定通訊協議是關鍵;2）并聯或群控功能，通常也采用CAN總線，確定通訊協議;3）變頻器-控制器的內部通訊接口，采用COMM1口。這是固定做法，只需要連線即可。

　　Ø 第四步：做好井道信號設計。

　　井道信號包括有：平層開關信號、強迫減速信號等、上下限位開關、上下極限開關、安全檢測信號、門回路檢測信號等等。必須參照國家和各企業標準進行設計。

　　Ø 第五步：用戶程序設計和調試

　　按照上述步驟確定的輸入輸出設計、利用ECS3100提供的軟硬件編程資源、根據驅動時序模型和控制模型來開發用戶程序;利用編程軟件的調試工具進行用戶程序調試;開發調試好故障記錄功能;通過編程軟件設置全部缺省參數。

　　電梯電氣安裝調試過程簡介

　　電梯電氣安裝調試過程分為六個步驟（供參考）。檢查轎廂、井道信號時，還需要做好相應的操作和安全保障，參照電梯行業規范、標準和國家法規的要求。

　　Ø 第一步：通電前檢查

　　根據作業流程，檢查所有的電氣元件、線路、設備和容量配置;檢查控制器電源、外部I/O，檢查驅動輸入輸出接線。檢查完畢，要確保所有的安裝接線和配置完全正確。

　　Ø 第二步：通電檢查

　　確認系統電源工作正常、所有的I/O動作準確無誤。

　　Ø 第三步：電動機參數自學習和其它參數調整。

　　有2方面工作要做：1）進行電動機參數自學習;2）通過操作面板修改參數。

　　Ø 第四步：慢車試運行。

　　進行慢車試運行。采用檢修運行模式。可以適當修改驅動參數，以達到更低速度。通過慢車試運行檢查各種信號和動作是否正確。

　　Ø 第五步：井道自學習

　　電梯具有井道信號自學習功能。在自學習運行中，電梯會根據實際的井道信號時序等記錄相關信號和井道距離數據，并保存在相應的永久存儲器中。初次安裝電梯或維修井道信號裝置后必須進行自學習。

　　Ø 第六步：快車調試

　　通過快車調試，進一步調整稱重補償、運行舒適感、外圍設備功能等。

8 優化的SFC程序設計語言

　　艾默生ControlStar電梯控制器專用編程軟件提供優化的SFC設計平臺，符合IEC61131-3標準。所提供的開發調試工具、元件十分豐富易用，還有電梯行業的特定需求解決方案支持。

　　采用SFC程序設計語言，用戶程序開發過程變成了一種規范的標準化過程;也為系統維護、改進提供了更為便利的工具。與普通梯型圖、語句表語言相比，采用SFC程序設計語言設計系統，能夠大大提高用戶程序的可讀性、可描述性、可調試性、可維護性，從而極大地縮短開發周期。

　　如下圖1-8所示為采用SFC程序設計語言開發的直梯用戶程序示例圖。

9 采用ECS3100一體化系統所帶來的效果

　　n 控制器-變頻器一體化無縫連接

　　簡化系統的輸入輸出，一體化的操作界面，安裝接線方便，系統更加穩定可靠。

　　n 系統構成配置方便

　　具有自由口協議的CAN通訊等接口，大大方便外圍設備的選擇配置，以及實現并梯、群控功能。遠程監控更為便利。

　　n 高性能電梯專用開發平臺

　　采用友好的全中文可編程軟件界面，三種編程語言、子程序管理、在線幫助、現場和遠程調試診斷功能，面向電梯用戶的工具和接口，方便了用戶使用。

　　SFC編程語言提高了開發和維護工作的規范性，極大地縮短了開發周期。

　　n 用戶程序保護功能完善

　　通過三種密碼（設置高達8位的密碼），加密包功能和加強的防破解功能，既方便使用，又能完全確保客戶的核心利益。

　　n 優異的驅動性能

　　實用證明采用ECS3100可得到高效率的距離控制模式、舒適地運行過程、易于使用的參數調試功能。

10 總結

　　由于采用了ECS3100系統作為控制核心，達到了工藝要求，可靠性高，編程簡便，密碼保護功能完善，通訊功能開發而且易用，客戶十分滿意。ECS3100已經在電梯行業得到了規模應用。