艾默生可編程電梯驅動控制一體化系統的應用

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

　　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。