變頻調速控制系統在電梯中的應用

摘 要：針對傳統電機控制電梯運行模式下出現大電流沖擊的問題，文章從變頻器應用角度出發，將變頻器與PLC控制技術結合，給出了變頻調速控制系統的設計方案。首先分析了變頻器使用的優勢，并給出了變頻器的選型設計，在此基礎上給出了控制系統的結構設計方案，完成了PLC的選型設計和軟件程序的開發，對于電梯運行控制系統的設計及變頻調速系統的應用具有較好的指導借鑒意義。

關鍵詞：變頻調速；PLC；電梯系統；變頻控制

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）8-0033-02

現在越來越多的建筑物都安裝了電梯，有的建筑物甚至還同時安裝了多部電梯。根據相關部門的調研統計，電梯由于頻繁啟停運行的特點，導致電梯運行耗電一度成為整個建筑物物業管理運營成本的大頭。如何在保證電梯安全可靠運行的前提下實現更高經濟效益的運行控制方法，一直是電梯控制系統解決的棘手問題之一。近幾年，隨著PLC自動化控制系統的普及應用，基于PLC實現的電梯調速控制系統也逐漸開始得到了廣泛的應用，但是電梯控制在提高了自動化的同時，其大電力運行成本的問題仍然沒有得到有效的解決。實際上，變頻器就是為了解決大功率電氣頻繁啟動耗電過大所帶來的一系列問題而誕生的，將變頻器應用于電梯控制系統中，完全可以解決電梯的調速控制問題，同時還能夠提高電梯運行的經濟效益。鑒于此，本論文主要從變頻器的應用角度出發，將變頻調速控制系統與PLC自動化控制技術相結合，設計具有較高自動化和較高經濟效益的電梯運行控制系統，以期能夠實現保證電梯安全可靠運行的同時降低電梯運行成本。

1 變頻器調速控制系統設計概述

1.1 使用變頻器的優點

選用變頻器參與電梯系統的自動化控制，能夠極大的改善電梯電機啟動時的大電流現象，降低電梯運行的成本；除此之外，使用變頻器參與電梯控制系統，其優勢還體現在以下幾個方面：

1.1.1 改善電機工作狀態

電機頻繁啟停，本身對電機就提出比較高的運行要求，再加上每一次啟動都要大電流運行，電機內部的定子、轉子、電刷及換向器等電路元件難免會加速老化，對電機的安全可靠運行提出了很大的挑戰；采用變頻器改善啟動電流之后，能夠改善電機的啟動狀態，延緩電機內部元件的老化過程，從而改善電機的工作狀態。

1.1.2 降低后期維護工作量

以前電梯每運行一段時間，就必須要停機檢查，以確保電梯的安全性和可靠性。采用變頻器調速控制之后，電機的大電流狀態得到了改善，因而能夠降低對電梯停機檢查的頻率，極大地降低了電梯運行后期的維護工作量。

1.1.3 保證電梯安全運行的同時延長了服役年限

由于電梯電機的工作狀態得到了改善，加之采用變頻器調速實現了電梯控制系統的智能化，能夠在一定程度上延長電梯的服役年限，同時提高了電梯運行的安全性和可靠性。

1.2 變頻器在電梯控制中的應用原理分析

變頻器接收來自電力電網傳輸的380 V動力電源，依靠內部結構將380 V電源轉換為頻率可調的三相正弦交流電，并將此三相電加載到電機兩端，確保電機平穩運行。

電梯在靜止狀態時接收到啟動指令，由PLC系統向變頻器系統發出控制指令，變頻器啟動并給電機供電，以實現小電流啟動大力矩電機，使電梯開始運行；電梯在運行過程中，時刻接收來自PLC輸出的速度脈沖信號，并將脈沖信號轉化為電信號加載到電機兩端，確保電機平穩運行；當樓層信號顯示已到達樓層時，變頻器接收來自PLC的控制指令，按照事先編程設計好的降速曲線運行，緩慢將電機減速；另一方面，電梯由于慣性，在減速過程中可以使用能量反饋收集裝置，將電梯減速過程中的動能存儲起來。變頻器如此循環往復工作，確保電梯運行過程中電機不再受到大啟動電流的沖擊，從而保護了電機的同時也提高了電梯運行的經濟性和安全性。

2 基于PLC的變頻調速控制系統的實現

2.1 系統結構設計

PLC和變頻器相結合的變頻器調速控制系統的結構原理框如下圖1所示。整個控制系統是基于PLC自動控制技術實現的。通過位置傳感器和呼叫信號檢測裝置實現對輸入信號的實時檢測，PLC將速度脈沖輸出給變頻器，變頻器依據PLC的控制指令按照實現編程設計好的加速曲線、運行曲線和減速曲線平穩運行，確保電梯在啟動及正常運行過程中不受到電流的沖擊。

曳引機即為電梯的動力設備，其內部包含電動機。變頻器調速控制系統正是對曳引機內部的電機實時變頻調速，從而實現對電梯運行的控制。電梯要正常可靠運行，除了需要速度傳感器之外，還需要位置傳感器和方向控制裝置，以確保電梯能夠正確的上行和下行，在到達指定樓層能夠停住。這些傳感器的信號都是通過PLC輸入到控制系統中心參與計算并分析，最后再由PLC控制系統輸出相應的脈沖控制頻率給變頻器，最終加載到曳引機內部的電動機兩端，從而完成對電機的調速，進而實現對電梯的速度控制和牽引。

2.2 變頻器的選用

目前市場上的變頻器種類很多，各種變頻器的電氣參數也不盡相同。這里選用電梯系統普遍采用的日本安川公司的VS-616G5變頻器，這種變頻器最大的優點在于能夠實現模塊化的應用，由于該變頻器內部都采用標準化模塊，降低了后期維修和更換變頻器系統的成本。

VS-616G5變頻器在設置上需注意，其系統TA1模塊是變頻器系統的速度控制卡的脈沖輸入端口，而TA2模塊可以設置成速度控制卡的脈沖輸出端口，用于向PLC輸出脈沖。通過脈沖的輸入和輸出能夠實現對電梯速度的實時監測與控制，從而達到提高電梯運行安全性和可靠性的目的。

2.3 PLC的選型及軟件設計

PLC系統選用目前市場上較為主流的西門子S7-200系列的PLC模塊，主CPU選用型號為S7-224模塊，擴展模塊選用EM223，這樣經過擴展之后，輸入點可達22個點，輸出點可達18個點，完全能夠滿足電梯系統的多傳感器以及變頻器通訊的需求。

在控制系統的軟件設計方面，由于采用了PLC作為控制系統核心模塊，因此軟件開發成本較低，難道較低，上手較快。可以選用西門子配套的STEP7編程軟件，通過畫梯形圖實現軟件程序的開發。

3 結 語

電梯的安全可靠運行，不僅僅關系到運行成本的經濟效益，更為重要的是，電梯的安全可靠性還影響到人身財產安全，因此，必須要對電梯運行實施更為可靠的控制方法。本論文從變頻器的應用角度出發，詳細論述了變頻器系統在參與電梯運行控制中的應用，給出了相關控制系統的設計與實現方案。經過實際運行，本控制系統極大的縮減了電梯運行控制的成本，提高了建筑物運行的效益。因此，本論文所提出的變頻調速控制系統的方案是可行的，是可靠的，是值得推廣應用的。本論文對于變頻調速控制系統在電梯運行控制中的應用，無論是在理論研究方面，還是在實際應用方，都是值得大力推廣的，對于變頻調速控制系統在其他工業電氣控制系統中的應用具有很好的指導和借鑒意義。

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