VS-616G5變頻器在電梯調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了安川公司VS-616G5變頻器及PLC在電梯控制中的應(yīng)用。詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要功能、性能特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方案，并針對客戶要求設(shè)計(jì)出一種速度曲線模型，通過對現(xiàn)有電梯控制系統(tǒng)的改進(jìn)，提高了電梯的舒適性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

關(guān)鍵詞：變頻器、可編程控制器、速度曲線、電梯、控制系統(tǒng)

1 引言

　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的日新月異，城市建設(shè)的步伐不斷加快，電梯成為關(guān)系到人們生活和工作的重要工具之一。然而隨著人們生活水平的提高，對于電梯的要求也在逐步提高。電梯乘客對電梯性能的評價(jià)十分重要, 作為公共交通工具的電梯系統(tǒng), 最重要的是為乘客提供安全感和舒適感。然而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)往往忽視了舒適感的要求，針對這一問題，運(yùn)用VS-616G5變頻器可編寫速度曲線的優(yōu)點(diǎn)，對現(xiàn)有的電梯調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，既可以達(dá)到節(jié)能的要求又可以最大限度的滿足乘客的要求。

2 控制系統(tǒng)

　　電梯的控制系統(tǒng)主要由變頻器、PLC及旋轉(zhuǎn)編碼器組成。變頻器用來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。本文所選用的安川VS-616G5 通用變頻器的可自行設(shè)置速度曲線的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)操作和精確控制,使乘客在乘坐電梯時(shí)更加舒適。為滿足電梯安全性的要求,變頻器通過與電動機(jī)同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡,完成速度檢測及反饋,形成閉環(huán)系統(tǒng)。可編程控制器（PLC）負(fù)責(zé)處理各種信號的邏輯關(guān)系,從而向變頻器發(fā)出起、停等信號,同時(shí)變頻器也將工作狀態(tài)信號送給PLC ,形成雙向聯(lián)絡(luò)關(guān)系,這是系統(tǒng)的核心。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機(jī)同軸連接,對電動機(jī)進(jìn)行測速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出A、B 兩相脈沖,旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)AB 脈沖的相序,可判斷電動機(jī)轉(zhuǎn)動方向,并可根據(jù)A、B 脈沖的頻率測得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器將此脈沖輸出給PG卡,PG卡再將此反饋信號送給變頻器內(nèi)部,以便進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。所以旋轉(zhuǎn)編碼器和PG卡實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)運(yùn)行。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。

　　2.1 現(xiàn)有速度曲線的分析

　　乘客對電梯的需要包括生理需求和心理需求，從生理和心理上滿足乘客需要是設(shè)計(jì)電梯轉(zhuǎn)速的基本出發(fā)點(diǎn)。生理需求是指乘客對其在垂直平面內(nèi)的運(yùn)行方式提出的要求。人們在垂直平面內(nèi)乘坐電梯承受加速度或減速度時(shí)，會引起體內(nèi)器官的相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生不舒服的感覺，這就是重力加速度效應(yīng)。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)[1]，電梯的加、減速度應(yīng)限制在1.5m/S2以內(nèi)，且加速度變化率應(yīng)限制在2.0m/S3以內(nèi)。以往的速度控制曲線往往如下圖2所示，在A、B、C、D處加速度變化率為正、負(fù)無窮大，其它時(shí)刻則為0。在VS-616G5變頻器中有15種速度曲線可供選擇，但多數(shù)均為如圖2所示的線性，即使少數(shù)幾種S型，也不能滿足客戶對電梯性能的要求（加、減速時(shí)間為1.5s，額定轉(zhuǎn)速為1m/s），針對以上的情況，在本文中設(shè)計(jì)了一種新型的速度控制曲線。如下圖3所示。

　　2.2 改進(jìn)后速度曲線的確定

　　在AE、FB、CG、HD四段選用拋物線平滑地完成加速、減速，EF、GH兩段選用曲線的切線來完成調(diào)速過程。由系統(tǒng)實(shí)際要求所知：電梯的額定轉(zhuǎn)速為1m/s，加、減速所用時(shí)間為1.5s，人體所能承受的最大加速度為a_max=1.5m/s²，ρ_max =2m/s³，根據(jù)上述要求所用的速度曲線模型如下所示

　　AE：V=0.9t² t∈[0,0.667]

　　EF: V=1.2t-0.4004 t∈[0.667,0.833]

　　FB: V=1-0.9（1.5-t）² t∈[0.833,1.5]

　　CG：V=1-0.9（t_c-t）² t_c=1.5+T₀ t∈[1.5+T₀,2.167+T₀]

　　GH：V=0.6-1.2（t-2.167-T₀） t∈[2.167+T₀,2.334+T₀]

　　HD: V=0.9（t-3-T₀）² t∈[2.334+T₀,3+T₀]

　　其中T₀是電梯以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的時(shí)間

　　2.2.1函數(shù)分析過程

　　1.曲線的選擇

　　根據(jù)系統(tǒng)的快速性和舒適性以及加、減速時(shí)間和額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行以下分析：

　　加速曲線AE ：V=kt² 則可知此段a_AE =2kt、ρ_AE=2k

　　加速切線EF ：V=V_E+2kt_E（t-t_E）則可知此段 a_EF=2kt_E、ρ_E=0

　　設(shè)計(jì)中考慮到加速的快速性、選擇加速曲線FB與AE對稱，即t_E=t_B-t_F ;

　　勻速運(yùn)行時(shí)電梯的額定轉(zhuǎn)速是1m/s，這要求B點(diǎn)加速度及加速度變化率均須為0，由此選擇勻速曲線BC : V=VN a=0 ρ=0根據(jù)以上分析可知選擇a_m=1.2m/s²<1.5m/s²=a_max ;ρ_m=1.8m/s³<2m/s³=ρ_max

　　由

　　由

　　由于設(shè)定AE與FB對稱則有

　　ΔV_FB=V_E=0.4m/s ;Δt_FB=t_E=0.667s

　　ΔV_EF=V_N-2V_E=1-2×0.4=1-0.8=0.2m/s

　　Δt_EF=并得各點(diǎn)參數(shù)入下所示

　　E: t_E=0.667s V_E=0.4m/s

　　F: t_F=t_E+Δt_EF=0.667+0.167=0.833s V_F=V_E+ΔV_EF=0.4+0.2=0.6m/s

　　B: t_B=t_F+t_E=0.833+0.667=1.5s VB=V_F+V_E=V_N=1m/s

　　∴ AE段：V=kt²=ρ/2-t²=0.9t² t∈[0,0.667]

　　EF: V=V_E+a（t-t_E）=0.4+1.2（t-0.667）=1.2t-0.4004 t∈[0.667,0.833]

　　FB:V=V_B-k（t_B-t）2=1-0.9（1.5-t）2 t∈[0.833,1.5]

　　由于加速和減速段曲線是對稱的，由對稱性可知

　　CG：V= V_C-k（t_c-t）2=1-0.9（t_c-t）2 t_c=1.5+T0 t∈[1.5+T₀,2.167+T₀]

　　GH：V=V_G-a（t-t_G）=0.6-1.2（t-2.167-T₀） t∈[2.167+T₀,2.334+T₀]

　　HD: V=k·（t-t_D）2=0.9（t-3-T₀）2 t∈[2.334+T₀,3+T₀]各段曲線分段顯示如下

　　圖4所示。

　　2.曲線的合理性檢驗(yàn)

　　（1）光滑性

　　V_N=1m/s 、V_E=0.4m/s滿足V_N>2V_E則兩段曲線間存在切線，加速曲線光滑。

　　（2）快速性

　　a_av= 、a_av>a_avb=0.65m/s³

　　（3）最小間距可實(shí)現(xiàn)性

　　

　　∴起動段 電梯走了0.75m的距離

　　由對稱性知，降速段亦運(yùn)行0.75m，∴ H=2×0.75=1.5m

　　由于普通樓層一層樓高度為2.5m，所以在電梯的額定轉(zhuǎn)速為1m/s，加、減速所用時(shí)間為1.5s的前提下所設(shè)計(jì)的加速曲線滿足最小間距的要求。

　　（4）舒適性

　　在A、B、C、D四點(diǎn)，加速度的變化率均為0，也即此時(shí)的生理加速度為0。在整個(gè)運(yùn)行過程中加速度變化率最大值為1.8m/S3，這大大減小了重力效應(yīng)對人體的影響。

　　2.3 變頻器參數(shù)設(shè)置

　　變頻器部分參數(shù)設(shè)置如下表1所示：

　　表1 變頻器參數(shù)

3 控制系統(tǒng)特點(diǎn)

　　（1） 采用新型速度控制曲線。針對電梯所運(yùn)行的不同環(huán)境和運(yùn)行速度要求設(shè)計(jì)符合人體所滿意的速度曲線，無論在節(jié)能方面還是滿意度方面都是傳統(tǒng)電梯控制系統(tǒng)所不能達(dá)到的。

　　（2） 采用檢測邏輯控制。當(dāng)電梯以某一運(yùn)行方向接近某樓層的減速位置時(shí)，判別該樓層是否有同向的呼叫信號（有呼叫請求時(shí)，相應(yīng)寄存器為l，否則為0），如有，將相應(yīng)的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進(jìn)行比較，如相同，則在該樓層減速停車;如果不相同，則將該寄存器數(shù)據(jù)送入比較寄存器，并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存，執(zhí)行該樓層的減速停車。

　　（3） 采用優(yōu)先級隊(duì)列。根據(jù)電梯所處的位置和運(yùn)行方向，在編程中，采用了四個(gè)優(yōu)先級隊(duì)列，即上行優(yōu)先級隊(duì)列、上行次優(yōu)先級隊(duì)列、下行優(yōu)先級隊(duì)列、下行次優(yōu)先級隊(duì)列。其中，上行優(yōu)先級隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號，該呼叫信號所對應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的隊(duì)列：上行次優(yōu)先級隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號，該呼叫信號所對應(yīng)的樓層所具有的脈沖數(shù)存放的寄存器所構(gòu)成的隊(duì)列。

　　（4） 靈活的變頻器控制。PLC根據(jù)控制的要求，可向變頻器發(fā)出正向運(yùn)行、反向運(yùn)行、減速以及制動信號，再由變頻器根據(jù)一定的控制規(guī)律和控制算法來控制電機(jī)。

　　（5） 可靠的系統(tǒng)工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，PLC可向變頻器發(fā)出信號，者避免了更大事故的發(fā)生

4 結(jié)束語

　　以變頻器和PLC為核心的電梯控制系統(tǒng)可根據(jù)客戶的要求對以往的電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，尤其是安川VS-616G5型變頻器可編制速度曲線的特點(diǎn)為電梯舒適度的提高，提供了技術(shù)支持。通過合理分析所得速度控制曲線既可以滿足快速性的要求又避免了重力加速度效應(yīng)。本控制系統(tǒng)具有先進(jìn)、可靠、經(jīng)濟(jì)的特色。

參考文獻(xiàn)

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