基于plc與變頻器的電梯節(jié)能控制系統(tǒng)研究_W

1、2011年第35嬲SCIENCE&刪LOGYINFORMATIONo帆械與電子。辯技僖囊 一一一。-二-_一 基于PLC與變頻器的電梯節(jié)能控制系統(tǒng)研究 許文斌徐健張慶君 (西安工程大學電子信息學院陜西西安710048) f攮?！靠紤]到很多電梯在使用過程中存在運行冪穩(wěn)定、能耗援太等問題采用PLC與、wVF雯額器櫥結(jié)合時常規(guī)電梯繼電器控鉚系統(tǒng) 進行每能技術(shù)升級改適。分析了vwF電梯拖動及運行工況性能，并設(shè)計了商場十層十站電梯節(jié)能控制系統(tǒng)?；赑LC與VVVF變頻器的電 梯節(jié)能控剜系統(tǒng)。既能提高電梯運行安全穩(wěn)定性能，同時還可以提離系統(tǒng)電能綜合利用效率，減少電能資源浪費，為P比和變叛囂在電梯節(jié)能 控制

2、系統(tǒng)技術(shù)升級改造實際工程中提供一定的實際經(jīng)驗參考。 l關(guān)鍵詞】PLc；VVVF變顫器；電梯；節(jié)能控刳系統(tǒng) Study of Elevator Eaergy-saving Control System Based 011 PLC and Inverter XU Wenbin XU Jian ZHANG Qing 鋤 (Sdmol of Electronic and Info，瑚譙onXi蛐Polyl讎hnic University，XIall Shaaaxi，7l鋸) fAbstractConsidering the elevators which 8地using in the剮life hav

3、e many pmb|enm such艄Unstable+Ia僻r energy consumpti捌a,螂班and VvvF inverter to improve the elevators control system tO$olve the elevator existence problemAfter Anglicizing the operating characters 0| the WVF eevator dr螭sy鰱emdesigned a shopping malls tenstorey Elevator Energy-saving Control System，The E

4、levator Energy-saving Controlthe System base On the PI 上 and VVVF inverter not only carl improve the elevators safely and stability character，but also call improveenergyutilization efficiency,reduce the power waste，which supply the actual reference 戧 pedenc 錨 to the application 0l lmprove tIle eleva

5、tors control system base On PLC and VV、悸converter 【Key wordsPtc；VVVF inverter,Elevator,Energysayrig control system f、寫l宦從罔l可知當電梯總重(電梯自霞+承載黿囊)大于電梯配重并徽 上升運動時。此運行工況條件下電銻拖動電動機的運轉(zhuǎn)機械特性鲴 有關(guān)統(tǒng)計文獻資科數(shù)據(jù)表明，中國現(xiàn)有電梯繯有量已經(jīng)超彗!粵 線為匿l中的蟊線1，和電梯拖動系統(tǒng)中的衙載轉(zhuǎn)矩T楣交于點A， 萬臺，兩且隨城贏經(jīng)濟的進一步發(fā)展，我國今后幾年內(nèi)，平均年建璧堡 此時異步電動機的理想轉(zhuǎn)速就要高子實際轉(zhuǎn)速，即此工況條件下

6、得轉(zhuǎn)宅面積將達到35億m2、公共建筑面積將達到12億m2Jl。城市規(guī)劃建 善塞蜘 設(shè)不斷向大型化、高層化等方潮發(fā)展。電梯作為主要的零直運輸丁具：一。 其年需求精將在4萬臺以上，頊計5年后將達到5萬臺，年。社會經(jīng)濟巋。：一13 塑謄甓要曼蹙要悉璺曼躉慧皇曼曼!鎏磐嘗徽簍翼誓叁i!羆 式(1；中：為電梯異步電動機的理想轉(zhuǎn)速；拮為電梯異步電葫機 舒適、以及蒂能等方商也提出了更高的要求。電梯，安全可靠。常能經(jīng)濟 。+=二二二 ” 。 1 繁烹簍跫妻萋要=曼曼曼蘿慧鑾金墨薏王堡雹妻耋當譬氅鎏冀詈塒哭蓑羹薔耪拖動異步電動機轉(zhuǎn)矩平衡方程可知，電動機系統(tǒng)中定子 圭曼罌苧堂蘭鬻輦璧黧斃萋_奎專曩要簍曼簍造曼鬟簍

7、怨譬豢毫傳給藉莩薔孬銎蕃茗矗王磊篙菇磊辜霧：。4“”?！?。4梯在運行過程中存在起動電流大、調(diào)試性能較差，邏輯控制結(jié)構(gòu)較為“4”。“9：，”4“ 。”1-“； 復(fù)雜、平穩(wěn)舒適感較差、電能轉(zhuǎn)換效率較低、電能浪費較為嚴重等婀產(chǎn)I=3二童如(2) 罌，簍圭塞鐾i要霧鎏篡登羹誓三筆墨薹毫慧墓譬警差鍪蓑耋譬簍式(2)中蠢點、觸頭磨損較為嚴重，經(jīng)常出現(xiàn)由于觸頭接觸不良、漫備老化等發(fā)生 為等效電路轉(zhuǎn)子回路全部電阻上的損耗，即電磁功“川”“”1“”1 一 一“ 困人、亂層、沖頂、以及追降等不年li現(xiàn)象直接威脅到客戶的人身財產(chǎn) 率；t為等效電路轉(zhuǎn)予回路中的電流；矗：為等效電路轉(zhuǎn)予網(wǎng)路壘都電安全。很多電梯由于使坶年

8、限較長，、配件難以購買，檢修維護難度相當 阻值；，為轉(zhuǎn)差率。 大。大多處于聞胃狀態(tài)；也有很多正在使用的電梯，雖然可以完成壤本 此B于電動機處于電動狀態(tài)。電動機內(nèi)部定子吸收配電系統(tǒng)中的電運輸功能但其穩(wěn)定性，可靠性、節(jié)能經(jīng)濟性等方西均很難滿足現(xiàn)代商 能資源轉(zhuǎn)換為電動機轉(zhuǎn)子的機械能，將霞物提升。 層樓宇垂直運輸需求。閡此提出利用PLc可編程邏輯控制器和 肖電梯總重大F配重旦位f下降工況時。此時電動機的運行T況VVVF謫頻調(diào)壓變頻調(diào)速器來對電梯控制系統(tǒng)進行節(jié)能改造，在保證 特性曲線為網(wǎng)l中的曲線3和電梯拖動系統(tǒng)中的荷載轉(zhuǎn)矩T栩交于整個電梯控制系統(tǒng)具有良好的垂矗運輸人性化服務(wù)功能的基礎(chǔ)，有 點C此時異步

9、電動機的理想轉(zhuǎn)速就要低予實際轉(zhuǎn)速，即此工況條件效降低電梯系統(tǒng)的電能消耗，達到節(jié)能降耗技術(shù)更新升級改造的目 下的轉(zhuǎn)差率為： 的。拉魚竺一0(3) 1 VVVF電梯拖動及運行工況分析根鼉梯拖動異步電動機轉(zhuǎn)鋌平衡方程可知，電動機系統(tǒng)中定子 WvF調(diào)頻調(diào)壓電梯節(jié)能拖動控制系統(tǒng)。采用了變頻調(diào)速技術(shù)改 傳給轉(zhuǎn)子回路壘邸電阻上的電磁功率為： 善了電梯拖動系統(tǒng)中異步電動機自身隨速度變化的機械特性。使電動。 ， 露：，。 機的機械特性曲線更加穩(wěn)定同時滿足不f同轉(zhuǎn)速下況條件下機械特性一”：_“r7曲線幾乎保持平行特性22。wvF調(diào)頻調(diào)壓電梯拖動電動機隨轉(zhuǎn)速變此時電梯拖動電動機工作在圓饋制動運行工況。電梯總重所其有

10、化的機械特性變化曲線如圖l所示：的重力勢能通過轉(zhuǎn)予傳遞給定子轉(zhuǎn)化為電能此時電梯拖動電動機處L予發(fā)電工況與電動工況轉(zhuǎn)速方向搠反。另外電梯在浮靠翦均有一個減一 、速制動過程如圖I中的曲線l和曲線2。在制動條件F電動機的運 n t，行T況點會從A點迅速轉(zhuǎn)移到D點，樽從D點沿曲線2到制動轉(zhuǎn)速E1 、一同轉(zhuǎn)矩了工況的B點對應(yīng)交縱點E點處，鄄在制動過程中電動機的 科技信息。機械與電子o2011年第35期 向回饋制能工況都可以認為電梯在制動過程中向外界輸出能量即 十層十站商場觀光垂直VVVF電梯系統(tǒng)邏輯控制程序中PIE控 將機械能轉(zhuǎn)換為電能因此可以選用IGBT全控型新器件為核心的集 制器IO端口資源配置如表

11、1、2所示： 電動 頻拖動驅(qū)動、保護等功能為一體的智能功率轉(zhuǎn)換模塊 表1$7-400 PLC輸入端口資源配置表(IPM)， 并加以DSP數(shù)據(jù)信號處理器共同構(gòu)筑基于PLC與VVVF變頻 入 l 璃娩A l囊 器的有源逆變電能回饋電梯節(jié)能拖動控制系統(tǒng)利用PLC強大邏輯 xD由動置抒方走開戔xI并一擔攘曩 控制和VVVF變頻器調(diào)頻調(diào)壓控制功能。提高電梯運行舒適性、穩(wěn)定XI開堯x啦x健，燕n開nIll位開戈 性、節(jié)能經(jīng)濟性。X2雨出9024群靜止擅t XG03簟t開蓑XO為nIIIIll號 2基于PLC與變頻器的VVVF電梯系統(tǒng)硬件組成方案x壹全lt開羹x嗡x吼x峨2jstIO廈 t，接t虹抒并_一晨

12、建-簟鼉 基于PLc與wvF變頻器的電梯控制系統(tǒng)其邏輯控制核心部分XeUIS撞生的蕾曩停止xoH xj x：x哪 選用西f】子公司的$7-400 PLC控制器代替常規(guī)的繼電器控制部分刪。 x眥XOI 卡B+41儡號xx“l(fā) x“2L ZIizt，_ xon 10“x“I gO!X012上萱亍下行干甚一t開羹廳井上丑擅_ 利用PLC采集和處理電梯內(nèi)外的呼梯信號、變頻器運行【況狀態(tài)信X046 x 供 1 xO XO；i xOI上骨下行千蜃蟄近開舞XOSL x2 x3 號、井道中的限位信號、以及DSP高速計數(shù)信號等。實現(xiàn)對電梯拖動2 35t薯吣曩XOli XOl6上抒下行平蒼位開燕X054XOJ5

13、x嘲 系統(tǒng)的有序控制：凋頻調(diào)壓部分則選用日本安川電梯專用變頻器(其廳蚪F曰基 X017,X020開仃美仃攘x】冗x0 x061 具體型號為VS一676GL5-JJL7C4022)并結(jié)合PG脈沖發(fā)生器共同構(gòu) 成vVvF調(diào)頻調(diào)壓閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)控制電梯拖動i相異步電動表2$7-400 PLC輸出端口資源配置表機：選崩歐姆龍公司的光電開關(guān)代替雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)，磁環(huán)控制裝置作為 出O琦量出O功麓 產(chǎn)生電梯樓層計數(shù)、精確平層、以及門栓等數(shù)據(jù)信號的發(fā)生裝置基于 y047一掇擅平燈 PLC與VVVF變頻器的調(diào)頻調(diào)壓節(jié)能控制系統(tǒng)的邏輯組成結(jié)構(gòu)如圖 Yq Y酊I開關(guān)門電砷帆芷一盂轉(zhuǎn)2所示： Y舒Z Y嬲l YOS4攮

14、寞贛中t薯 Y吼YO靳壹穰I芷轉(zhuǎn)反特 也塑：!剜PLc控制系統(tǒng)巨星墨至堡亨 井道信號I57400l門機驅(qū)動信號：0 1+1 YO IT,竺，：盎麓蘭麓和Y蝸Yq YO科卜-3鼉t遺曩電 LTT1一Y位L YO互T嘲T024一 YO抽t簟電 墼墾堡石：竺!竺，!竺YY眥YM ZjSZl q lO_o 03z zlItl，崖一冀!I，露i硼v=頗怒，辯杏l制I速I；上丑記憶描毋仃：竺：7呲，r，卜下召記憶括示玎 信I信l計l l弋yYOSX Y034 Y035Y044 T們S Y046 號l號上教I 上； 31開、關(guān)門的控制程序 電梯控制系統(tǒng)中門電路控制子系統(tǒng)是一個相對較為獨它的單元 圖2基于PL

15、C與VVVF變頻器的電梯調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)其主要控制電梯轎廂門的開啟和關(guān)閉，其主要作用是實現(xiàn)電梯IJ的開 從圖2可知電梯v、wF調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速節(jié)能控制系統(tǒng)采用PLC來和關(guān)。電梯有轎廂門和廳門兩種在運行過程中轎廂門由專門的電集中處理電梯的內(nèi)，夕呼梯信號、開，關(guān)J信號等然后通過PLC內(nèi)部 動機進行拖動，實現(xiàn)轎廂門的開和關(guān)控制：而廳f】則是一個獨立單位的DSP數(shù)據(jù)處理單元進行邏輯運算形成變頻器調(diào)頻調(diào)壓所需要的從安全性能保障方面考慮廳門的控制在電梯沒有到達該層位置開關(guān)時廳門始終處于閉鎖狀態(tài)只能在轎廂門相關(guān)閉鎖回路接通條件下控制信號(如電機正，反轉(zhuǎn)信號，多段平滑速度控制轉(zhuǎn)換信號、起動停 止信號等)、

16、樓層顯示信號、電梯行走方向信號、以及門機驅(qū)動控制信 實現(xiàn)廳門控制回路的接通和關(guān)閉即表1中的X025J鎖信號通過與 轎廂門限位開關(guān)的串聯(lián)連接實現(xiàn)對門廳安全保障自動開關(guān)門閉鎖控號等：同時VVVF變頻器會通過相應(yīng)通信通道將其運行工況狀態(tài)信號 制。傳輸給PLC便于PLC制定高效穩(wěn)定的優(yōu)化電梯調(diào)度方案形成雙向 閉 環(huán) 聯(lián) 絡(luò) 互 通 通 信 網(wǎng) 絡(luò) ： VVVF 變 頻 器 根 據(jù) PLC 內(nèi)部 DSP 數(shù) 據(jù) 處 理 3 2 電 梯 指 層 和 呼 梯 邏 輯 控 制 程 序 單元邏輯運算分析獲得的控制信號動態(tài)控制電梯拖動電動機的運轉(zhuǎn) 對于電梯指層控制系統(tǒng)設(shè)計最重要的就是在轎廂內(nèi)部和門廳外速度，以達到

17、對電梯安全穩(wěn)定、舒適平穩(wěn)、節(jié)能經(jīng)濟動態(tài)控制目的。 動態(tài)顯示出電梯運行所處的實際位置和運行方向。呼梯信號的控制 就是PLC能夠響應(yīng)各層的廳外上召、下召和轎廂內(nèi)選層信號即表1 3基于PLC與VWF變頻器的電梯系統(tǒng)邏輯控制程序中X026、X027、X030一X037、X040一X047、X050一X057、X060、X061。通 過PIE內(nèi)部記憶單元和數(shù)據(jù)處理單元對信號數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析運電梯vvvF拖動控制系統(tǒng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和邏輯控制較為復(fù)雜且控 算，形成對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)配控制命令發(fā)送給變頻器控制電梯拖動電動制對象較多、控制點較為分散。但是，對于電梯整個拖動系統(tǒng)而言電機執(zhí)行相應(yīng)的控制命令當電梯控制系統(tǒng)響應(yīng)信

18、號后就會自動將該信梯動作的邏輯控制可以按照：開門一關(guān)門一樓層選擇一電動機換向一號刪除，避免電梯出現(xiàn)誤動、拒動等不利情況發(fā)生。 起動一加速運動一勻速運動一制動快慢速切換一平層一停車的丁作 33電梯起動和運行控制程序 流程進行邏輯程序編程。電梯VVVF調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速邏輯控制程序流程電梯在起動前應(yīng)由PLC控制器根據(jù)廳外呼梯信號和轎廂內(nèi)的 圖如圖3所示： 選層信號形成對應(yīng)控制命令傳輸給VVVF變頻器完成對應(yīng)信號響應(yīng) 命令的執(zhí)行。在電梯運行過程中轎廂門和廳門的閉鎖是必備的安全保 障措施。當電梯減速運行達到平層點位置時。即PLC采集到平層點信號 時說明轎廂門門坎與廳門門坎已基本保持平齊這時可以由變頻器 控制

19、電動機進行停車主回路拖拽電動機電源才可以斷開。以確保電 梯運行的安全穩(wěn)定性能閣。 4結(jié)束語 基于PLC與wvF變頻器的電梯調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)合了VVVF 變頻器調(diào)頻調(diào)壓節(jié)能調(diào)速和PLC可編程邏輯控制等功能簡化了電 梯控制系統(tǒng)的邏輯布線結(jié)構(gòu)使電梯故障率大大降低日常維修費用大幅減少。利用PLC與VVVF變頻器對電梯控制系統(tǒng)進行技術(shù)升級 改造后。大大提高電梯運行安全穩(wěn)定性、可靠性、節(jié)能經(jīng)濟性，電梯運 行用電大約節(jié)省40且節(jié)能效果卜分可觀。因此采用PLC與VVVF變頻器對電梯控制系統(tǒng)進行技術(shù)升級節(jié)能改造其所獲得的社會經(jīng)濟圈3電梯VVVF調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速邏輯控制程序流程圖效益較為顯著，在電梯控制領(lǐng)域具有非常大的

20、應(yīng)用I下轉(zhuǎn)第238頁) 2011年第35期SCIENCE&吲OLOGYINFORMATIONo機械與電子O科技信 5工程圈 UG NX60生成的工程圖可轉(zhuǎn)換成DWG格式在AutoCad或CAXA中打開并編輯因此簡化了工程圖在UG NX6 0中的標注和設(shè)置。主要組件的工程圖4所示。 6結(jié)論 根據(jù)以上的設(shè)計案例我們認為礦山機械設(shè)計人員必須掌握三維數(shù)字化技術(shù)才能提高產(chǎn)品設(shè)計的水平和效率從而提高企業(yè)的效 益。e P一 圖3礦車車架時間一位移【參考文棘】 1詹學文三維數(shù)字化技術(shù)在礦山機械設(shè)計中的應(yīng)用濟南：科技信息，2010，10 2中國礦業(yè)學院礦山運輸機掘硼北京：煤炭工業(yè)1980 13江洪等UG Nx6

21、0典型實例解析嗍j械工業(yè)出版杜，2009,1 4槳腫礦山運輸及提升珊】北京：冶金工業(yè)1999 作者筒介：方立蕾(1980一)。士。從事機冉研克。 詹學主(1975 8)男。講師現(xiàn)在中田礦業(yè)大學壤學院實驗館工程技術(shù)中口工作。 郫自文(197412，男，工程師。神華寧堆集團礦山機械制造肇母分公司從 節(jié)礦機械謾計工作。 責任編輯：常脯飛 (I-赫241頁J前景。0 -作者簡介：許文斌098511一)。男江西上恍人西安工程大學電手信息學【參考文棘】鹿在讀研完生研究方向為工業(yè)控制。 1魏德米勒電聯(lián)接國際貿(mào)易(上悔席限公司魏德米勒助力中國電梯：高效、穩(wěn)撩健(19639一)男，胰西西喜人，西安工程大學電干信息學簏，剮蕾授研 兜方向為電子信息廈擔制系定、節(jié)能咖低壓電器。2010(10)：田 兢 2陳伯時交流謂速系統(tǒng)m】jE械工業(yè)2啷張庚君(1986 6一)男山東雌坊人西安工程