1 引言
隨著城市建設的不斷發展，高層建築不斷增多，電梯作為高層建築中垂直公升降的交通工具已和人們的日常生活密不可分，是機械電氣相結合的機電一體化產品。電梯控制系統可分為調速部分和邏輯控制部分。調速部分的效能對電梯執行時乘客的舒適感有著重要影響，而邏輯控制部分則是電梯安全可靠執行的關鍵。
本設計採用plc控制變頻器調速系統，實現電流、速度、位移三閉環控制，具有一定的代表性和新穎性。
2 電梯控制系統硬體構成
電梯控制系統硬體由轎廂操縱盤、廳門訊號、plc、變頻器調速系統構成，控制系統結構圖如圖1所示。圖中變頻器只完成調速功能，而邏輯控制部分是由plc完成的。plc負責處理各種訊號的邏輯關係，從而向變頻器發出起停訊號，同時變頻器也將本身的工作狀態輸送給plc，形成雙向聯絡關係。
系統還配置了與電動機同軸連線的旋轉編碼器及pg卡，完成速度檢測及反饋，形成速度閉環和位置閉環。此外系統還必須配置制動電阻，當電梯減速執行時，電動機處於再生發電狀態，向變頻器回饋電能，抑制直流電壓公升高。
本設計電梯為四層辦公樓用的交流電梯，經過分析可知系統輸入訊號為26個，包括保護、工作狀態選擇、開/關門控制、位置檢測、呼梯、速度控制等 。輸出訊號21個，包括開/關門、上行、下行、控制變頻器訊號、報警器、指示燈等。根據以上情況選擇三菱fx2－64mr plc。
變頻器選用安川616g5 cimr-g5a 4022通用變頻器，技術特性為:可直接控制交流非同步電動機的電流，使電動機保持較高的輸出轉矩;適用於各種應用場合，在低速下實現平穩起動並且極其精確的執行;它的自動調整功能可使各種電動機達到高效能的控制;它將u/f控制、向量控制、閉環u/f控制、閉環向量控制四種控制方式熔為一體，其中閉環向量控制最適合電梯控制要求。
旋轉編碼器與主電動機同軸連線，通過pg卡(又名編碼器連線板)對電動機測速和反饋電梯的位置 。選用omron公司的1024脈動增量式光電脈衝旋轉編碼器。旋轉編碼器與電動機同軸連線，產生a、b兩相脈衝。
當a相脈衝超前於b相脈衝90度時，認為電動機處於正轉狀態;當a相脈衝滯後於b相脈衝90度時，認為電動機處於反轉狀態。根據a、b相脈衝的相序，可判斷電動機的轉向。根據a、b脈衝的頻率(或週期)可測得電動機的轉速。
若以a、b相脈衝的前沿或後沿產生計數脈衝，可以形成代表正向位移和反向位移的脈衝序列。旋轉編碼器將此脈衝輸出給pg卡，pg卡再將此反饋訊號送給變頻器，以便進行運算調節。
3 電梯的工作過程
電梯一次完整的執行過程，就是曳引電動機從起動、勻速執行到減速停車的過程。plc接收來自操作面板和呼梯盒的召喚訊號、轎廂和門系統的功能訊號以及井道和變頻器的狀態訊號 ，經程式判斷與運算後實現電梯的集選控制，plc在輸出顯示和監控訊號的同時向變頻器發出執行方向、啟動、加速、減速、執行和制動停梯訊號。
曳引電動機正轉(或反轉)控制及高速控制訊號有效時，電動機開始從0hz到50hz開始起動，起動時間在3s左右，然後維持50hz的速度一直執行，完成起動及執行段的工作。當換速訊號到來後，plc撤消高速訊號，同時輸出爬行訊號，此時爬行的輸出頻率為6hz。從50hz到6hz的減速過程在3s之內完成，當達到6hz速度時電梯停止減速，並以此速度爬行。
當平層訊號到來後，plc撤消爬行訊號，同時發出停梯訊號，此時電動機從6hz減速到0hz，電梯停梯。正常情況下，在整個起動、執行、減速爬行段內，變頻器的零速輸出點一直是閉合的，減至0hz之後，零速輸出點斷開，通過plc抱閘及自動開門，電梯執行曲線如圖2所示。
圖2中執行曲線可通過變頻器進行設定，也可通過配置執行曲線輸入板。本系統採用變頻器進行引數設定:令c1-01=3s,設定加速起動時間為3s;令c1-02=3s,設定減速時間為3s;令d1-02=50hz,設定快車執行速度;d1-03=6hz，設定爬行速度。
4 電梯執行中位置訊號的檢測
作為一種載人工具，在位勢負載下，除要求安全可靠還必須執行平穩、乘坐舒適、停靠準確。採用變頻器調速雙閉環控制可基本滿足要求。在不增加硬體電路的基礎上，利用現有的旋轉編碼器在構成速度閉環的同時，也可構成位置閉環控制。
脈衝編碼器的輸出一般為a和a、b和b兩對差動訊號，可用於位置和速度測量，a和a、b和b四個方波被引入pg卡，經辨向和乘以倍率後，變成代表位移的測量脈衝，將其引入plc高速計數端，進行位置控制。
本系統採用相對計數方式進行位置測量。執行前通過程式設計方式將各訊號，如換速點位置、平層點位置、制動停車點位置等所對應的脈衝數，分別存入相應的記憶體單元，在電梯執行過程中，通過旋轉編碼器檢測、軟體實時計算以下訊號:電梯所在層樓位置、換速點位置、平層點位置，從而進行樓層計數、發出換速訊號和平層訊號。
電梯執行中位移的計算如下:h＝si
式中s:脈衝當量 i:累計脈衝數 h:電梯位移
s=πλd/pρ
d:曳引輪直徑 ρ:pg卡的分頻比 λ:減速器的減速比
p:旋轉編碼器每轉對應的脈衝數
本系統中λ=1/32 d=580mm
ned=1450r/min p=1024 ρ=1/18
代入s=πλd/pρ 得s=1.00 mm/脈衝
設樓層的高度為4m，則各樓層平層點的脈衝數為:1樓為0;2樓為4000;3樓為8000;4樓為12000。
設換速點距樓層為1.6公尺，則各樓層換速點的脈衝數為:上公升:
1樓至2樓為2400，2樓至3樓為6400，3樓至4樓為10400;下降:4樓至3樓為9600，3樓至2樓為5600，2樓至1樓為1600。
5 軟體設計
系統軟體根據執行要求及保護要求共分為14個功能程式塊:初始化、外呼、內選、自動開關電梯、平層、層樓計數及顯示、超時基駛回基站、上行、下行、換速、開/關門、、報警、相序更正、優先服務等。根據電梯執行的要求，作出其執行流程的工作迴圈如圖3所示。
電梯在有外呼訊號或內選訊號時，處於服務狀態，當在一定的時間內沒有服務訊號時，電梯自動駛回基站，下面著重介紹程式初始化、換速、樓層計數及平層的程式設計及工作過程。
(1) 程式初始化:
將各樓層平層點對應的脈衝數及換速點對應的脈衝數寫入資料暫存器(停電保持)。資料暫存器分配如下:
平層點:0→d200 4000→d201 8000→d202 12000→d203
換速點:2400→d204 6400→d205 10400 → d206
9600→d207 5600→d210 1600 → d211
(2) 換速
用plc的高速計數器對pg卡的輸出脈衝進行計數，當高速計數器的計數值與換速點對應的脈衝數相等時，且目的層有有效的選層訊號或呼梯訊號，則發出換速訊號，電梯轉入爬行階段。程式流程如圖4所示。
(3) 樓層計數
當轎廂到達各樓層計數點時，樓層數加1或減1。為防止計數脈衝高電平期間反覆計數，採用樓層計數訊號上沿觸發樓層計數。程式流程如圖5所示。
(4) 平層
當高速計數器的計數值與平層點的計數脈衝相等時發出平層訊號，電梯平層。平層程式流程如圖6所示。
6 結束語
利用plc控制交流變頻調速電梯具有接線簡單、程式設計直觀、擴充套件容易、可靠性高等特點，且電梯執行平穩，舒適感好。可用於老式電梯的技術改造。
參考資料
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[2] 石健如，鄧旋，林志強，禹華軍. plc在電梯位移控制中的應用[j]. 電氣傳動，2001(1).
[3] 趙鳳金編. 工廠電氣自動控制[m]. 武漢:武漢工業大學出版社，1997.
[4] 鐘肇新，彭侃編譯. 可程式設計控制器原理及應用(第二版)[m]. 廣州:華南理工大學出版社， 1995.
作者簡介
羅雪蓮(1967-) 女副教授主要從事可程式設計控制器變頻調速系統、微控制器控制系統等方面的數學研究與開發。
中期報告交流變頻調速電梯PLC控制系統設計
一 畢業設計進展情況 關於本課題的設計，主要分為兩個部分 plc的控制和交流變頻調速。我已經完成了整體思路的設計，電梯控制主程式流程圖，以及變頻器，plc的品牌型號的選擇和i o介面的分配。並且將本設計定為四層電梯的設計。變頻器的相關引數計算，電動機的引數計算，具體的控制梯形圖尚未完成。整體的設計思...
PLC控制交流變頻調速電梯系統的設計
摘要 當前，交流變頻調速技術發展極為迅速，將變頻調速技術運用於電梯，並使用plc控制，極大的增強了電梯可控制水平。在本文中，筆者根據相關設計實踐經驗，設計的plc控制交流變頻調速電梯系統具有很好的可靠性和平層精度，推進我國電梯事業的發展。關鍵詞 plc控制 繼電器 電梯 交流變頻調速技術 1.前言 ...
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