基于PLC及变频器的自助扶梯调速系统

2009-01-20王晓萍徐萍

湖北工业职业技术学院学报 2009年5期

关键词：电气控制变频器

王晓萍　徐　萍

[摘要]以PLC和变频器为核心的自动扶梯控制系统可根据客户的要求对以往的电梯控制系统进行改造,这不仅避免了旧系统的诸多缺点而且更加节约能源。本控制系统具有先进、可靠、经济等特色。

[关键词]PLC;变频器; 调速系统;电气控制

[中图分类号]TP273[文献标识码]A[文章编号]1008-4738(2009)05-0095-02

0引言

在高层建筑中,电梯是不可缺少的垂直运输设备。从1980年到2004年的25年间,我国的电梯生产总量逐年上升,中国已成为世界上新装电梯最大市场[1]。

酒店、商场、地铁、火车站、机场等场所多使用自动扶梯,对方便顾客和提高服务质量等方面起了较大的作用。但因其使用场合的特殊性,部分自动扶梯经常处于轻载及空载状态,造成了巨大的电能浪费,同时扶梯部件(如电机、减速箱、扶手带等)产生无益的磨损及疲劳损伤。

对自动扶梯节电控制器采用PLC或者微电脑控制技术,将扶梯运行参数通过在线检测,取样系统进行高速分析、处理,自动优化控制电机输出功率,使之与扶梯在不同负载情况下所需功率精确匹配,达到高效节电的目的。这里讨论的是采用PLC控制方式。

1自动扶梯调速控制系统设计要求

1.1自动运行状态要求

扶梯在自动模式下,人为地设定运行方向后,当传感器检测到有人进入电梯入口时,电梯短时快速加速到额定运行速度运行;当电梯空载运行一段时间后,检测到无人使用时,电梯降速并以空载运行速度爬行;长时间无人使用电梯时,可人为选择电梯进入停止待机状态或者继续爬行待机状态。

1.2安全保护要求

扶梯在下列状态均会自动停止运行:

(1) 当安全开关之一动作时。

(2) 相序监控器监测到错相或缺相时。

(3) 电流过大,热继电器动作或断路器动作时。

(4) 当按下停止按钮时。

(5) 当梯级运行速度高于或低于额定速度20%时。

(6) 扶梯未能正常进行星三角转换时。

(7) 扶梯启动未能在规定时间内达到额定速度时。

(8) 当使用钥匙启动扶梯时,需人工复位到中间位置,否则扶梯运行20秒后自动停机并报警,避免发生意外。

2驱动系统介绍

扶梯的电力驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着决定性作用。驱动系统的优劣直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度、乘坐的舒适感等指标。

由于目前电器电子元件的高速发展,使得变频变压技术逐步成熟,因此使用变频变压(VVVF)调速系统控制的电梯也投入使用。自1984年日本三菱电机公司第一台变频变压控制的电梯问世以来,这种系统驱动的电梯其额定速度已越来越高,而利用矢量变换控制的变频变压系统的电梯的额定速度可达14 m/s。它们的调速性能已达到直流电动机驱动电梯的水平,并具有驱动控制设备体积小、重量轻、效率高、节省能源等优点,成为当前最新的电梯驱动系统。

3控制系统介绍

控制系统主要由PLC、变频器及旋转编码器组成。可编程控制器(PLC)负责处理各种信号的逻辑关系,从而向变频器发出起、停等信号,同时变频器也将工作状态信号送给PLC,形成双向联络关系,它是系统的核心[2]。变频器实现电机的调速。本文所选用的安川VS-616G5通用变频器可实现平稳操作和精确控制,使电动机达到理想输出。为满足电梯的要求,变频器又要通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡,完成速度检测及反馈,形成闭环系统。旋转编码器与电动机同轴连接,对电动机进行测速。旋转编码器输出A、B两相脉冲,旋转编码器根据A、B脉冲的相序,判断电动机转动方向,并可根据A、B脉冲的频率测得电动机的转速。旋转编码器将此脉冲输出给PG卡, PG卡再将此反馈信号送给变频器内部,以便进行运算调节。所以旋转编码器和PG卡实现了闭环运行。

3.1主电路设计

扶梯在启动时,由变频器输出驱动电动机;当转速达到电动机的额定转速时,电动机进入全压异步运行状态;扶梯在低速爬行时,由变频器输出驱动电动机。当自动扶梯在额定速度运行时,钥匙开关转向停止,扶梯进行软制动,由变频器输出,电梯进入减速阶段。当速度降低到0.1 m/s以下时,钥匙开关转至停止,制动器直接动作,制停电梯。

若系统采用全过程变频器输出,选用的变频器功率就要大于电动机的额定功率,而扶梯工作在满载的概率并不是很高。此外,自动扶梯在下行时,随着负载的增加,电动机的工作状态会由电动状态转入再生制动状态,为保证变频器的安全运行,就必须安装较大的回馈电阻,这就带来了回馈电阻的安装和散热问题。因此,设计中变频器只在启动、制动、低速爬行时起作用。这样,可以选择较小输出功率的变频器,则成本降低,设备体积减小的效果更明显。

3.2控制电路设计

3.2.1控制系统的硬件设计[3]

控制系统结构见图1,主要包括PLC(本系统选用日本三菱公司的MELSEC Q系列PLC),变频器等。