摘要：现阶段电梯为人们的生产生活提供了便利和帮助，使得与之相关的许多行业和企业都得到了长足的发展，而电梯自动控制系统的发展和创新也受到了各行各业的关注，其中PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用成为了研究的重点，对电梯自动控制系统的发展有着重要的现实意义。本文通过分析PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的概况，结合已有的研究和实际的案例，对PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的设计进行具体和系统阐述。
关键词：PLC；变频器；电梯自动控制系统；应用；设计
现阶段PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用已经是不可扭转的趋势了，在当前阶段的良好发展环境中取得了不错的成绩，对社会建设的许多方面都有着积极影响。尽管当前阶段PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用状况良好，还得到了我国政府有关部门在政策和资金上的支持，使得PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用进入了发展新阶段。所以，本文从PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的概况入手，对PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的设计进行分析和研究。
1 工程概况
上海市某工程施工过程中所选择的施耐德ATV71变频器，主要是借助PLC来实现对电梯上下呼梯信号、电梯选层信号、拖动信号、楼层信号、开关门信号等的有效处理，并以数字的形式来反映楼层的正常显示及可能出现的安全保护信号，对其中存在的故障进行有效的诊断。同时ATV71系统还具有多段速度控制、双CPU高速转矩计算等功能，而且还具备高性能的故障自诊断功能、自动转差补偿功能等，以确保整个系统的高可靠性和高性能。
2 PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的概况
2.1 电梯自动控制系统的功能要求
因为电梯自动控制系统是结合了机械与电气的机电一体化产品，而目前有三种控制方式：继电器-接触器控制方式，PLC控制方式和微机控制方式，其中继电器-接触器控制方式有着故障率高，维护困难和可靠性差的缺点，微机控制方式也有着成本高，系统设计复杂和抗干扰能力差的不。目前电梯自动控制系统中主要结构和功能要求如下：曳引机有着调速，驱动曳引钢丝绳和在电梯停车时实施制动的作用；变频器发挥了提供良好的调速性能和节约大量电能的积极作用；楼层面板和厢内面板上设置了呼叫面板，数字面板和显示单元；电梯主要任务是通过相应外界输入并经过PLC运算后，决定电梯的运行方式。
2.2 电梯控制的过程
为了更好地落实PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用，就需要了解和掌握电梯控制的具体过程，其具体情况可以分为以下几个方面。第一，有司机操纵时，电梯的开关门需要司机进行控制；第二，如果没有司机进行操纵，就需要PLC控制电梯的开关门，启动，加速，换速，平层和停车，另外电梯开门时间可以根据需要进行设置；第三，当电梯需要检修时，可以通过检修慢车开关进行控制，即接通慢车开关时PLC检修控制程序开始运作，所以司机只能通过按钮操纵电梯慢速运行；第四，电梯在正常运行中出现停电状况时PLC可以保存停电的现场数据，再次接通电源后电梯继续运行；第五，应急处理，PLC对所有信号进行实时监控，一旦发现异常就可以及时处理。
3 PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的设计
根据PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用概况的表现，可以得知电梯自动控制系统设计需要考虑到各种要求和规定，才能完成PLC及变频器在电梯自动控制系统中高效应用的任务，基于对PLC及变频器在电梯自动控制系统（图1）中应用的了解，可以从电梯自动控制系统的总体设计，电梯自动控制系统的硬件设计，电梯自动控制系统的软件设计等工作进行研究，总结出有用的经验和教训，改善电梯自动控制系统的发展状况，提高PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的经济效益和社会效益，使得PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用朝着积极高效的方向不断前进。笔者结合自身的经验和已有的研究，认为变频器主要包括以下两个方面的特点：（1）良好的调速性能；（2）加大对电能的节约。本文将会选取其中典型的设计内容进行分析，从而可以为同行业人员的研究提供科学合理的借鉴。
图1 PLC及变频器对电梯控制的原理图
3.1 电梯自动控制系统的硬件设计
基于对PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用概况的了解，可以得知电梯自动控制系统的硬件设计主要包括这几个方面的内容。第一，PLC部分设计，即如何妥善合理地完成PLC根据输入信号，运行条件可以准确地判断或计算楼层数，并且对轿厢所处楼层位置进行准确检测的任务，可以利用I/O分配表和I/O接线图进行辅助。第二，设计变频调速部分，特别是变频器的设计。为了保证乘客在乘坐电梯时有着舒适安全的特点，电梯可以采用S型方式加速曲线和设置变频器参数的方式保证电梯的平稳运行。第三，旋转编码器的设计也是研究的重点，其主要工作内容包含了计电机的转动圈数，并且需要根据电机转速及转动圈数计算电梯的运动形成和确认电梯位置。只有对电梯自动控制系统的硬件进行科学、合理的设计，才可以更好的发挥PLC及变频器的优势，进而有效提高电梯自动控制系统的运行效率。
3.2 电梯自动控制系统的软件设计
除了对电梯自动控制系统进行硬件设计，还需要对电梯自动控制系统的软件设计进行分析和研究。PLC及变频器在电梯自动控制系统中应用的软件设计主要内容为处理好呼叫指示灯与轿厢之间的位置关系，比较高速计数器与脉冲数来确定电梯是减速运行还是停止等，这是保证PLC及变频器在电梯自动控制系统中合理应用的重要环节。
3.3 电梯自动控制系统的调速设计
电梯自动控制系统的调速设计主要是根据动力学原理来对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速等进行有效的控制。而变频器属于电流矢量控制型变频器，其具备电机参数自学习功能、高起动力矩和自动力矩补偿。可通过变频器独特的距离控制功能和调速设计，来自动测定各层楼距离，以确保电梯自动控制系统的运行效率。
根据动力学原理：a=（Vt-Vo）/t
式中a为运动加速度（m/s2）；Vo为运动初速度（m/s）；Vt为运动末速度（m/s）；t为加速时间（s）。
假设初始条件为：Vt =1.6m/s，V0 =0，t=2s，则可以求出运动加速度a=0.8m/s2。
根据相关实验和规定，0.5m/s2＜a＜1.2m/s2。在进行电梯运行过程中，如果失重感比较明显，则可以适当的降低a值，从而使运行时间t增大。
电梯门机的调速系统一般选择电阻分压调速的直流伺服系统，有的时候也会选择可控硅调整，但是其体积稍大，结构较复杂，很少在电梯自动控制调速系统设计中应用。
3.4电梯控制系统的逻辑控制设计
实际上，电梯的控制系统非常复杂，要想更好的满足多控制、多位置的要求，就需要在电梯接收用户信号的过程中，能够对各种离散信号给予有效的处理。但是，在电梯实际运行阶段，有一定的规律的可以遵循的，因为电梯基本上是根据已经设定好的程序来进行一系列指令的重复操作。电梯运功过程中的整个循环过程为：开门-选层-关门-换向-起动-加速运动-快慢速切换-平层-停车。因此在进行电梯控制系统的逻辑控制进行设计过程中，要遵循轿内指令优先、顺向截车、就近停靠的原则，并注重对PLC及变频器的应用，以期更好的提高逻辑控制设计效果，进而提高电梯控制系统效率。具体从以下几个方面着手：
（1）电梯开、关门PLC程序设计。在电梯控制系统中，门电路属于一个独立的单元，其所起到的作用是确保电梯门的有效开和关。实际上，电梯门主要包括轿厢的门和厅门两种，其中轿厢的门是由专门的门电动机来进行拖动，从而实现门的开、关，而厅门主要是指各层门厅的门，其不能自行开、关，而是被动的由轿厢门带动来达到开、关的目的。在电梯运行过程中，如果厅门处于锁闭状态，将无法被打开，从而确保乘客的安全。轿厢门与各厅门的门锁限位开关处于串联状态，并把其看作是门锁信号X025。电梯门的开、关门一般是由门电机驱动的，并借助开、关门继电器来实现对门电机正反转的有效控制。
（2）电梯层呼叫指示及到层指示PLC程序的设计。要想实现对电梯的有效控制，最为关键的就是对电梯实际所在的位置给予准确的反映。层呼叫指示的作用主要是把厅外召唤信号和轿厢内的指令记忆并指示，并且在电梯响应后能够将其自动删除。
（3）电梯起动和运行阶段PLC程序的设计。通常情况下，在电梯启动阶段，要明确电梯的实际运行方向，并确保门锁等安全因素。在电梯减速阶段，借助PLC及变频器可以确保电梯停靠在选中的楼层，并且在达到换速点后就会进行减速操作，从而为平层停车做准备。当速度减小至平层点时，则可以停车，此时的主回路会曳引电机电源断开。
4.节能效果
将PLC及变频器应用到电梯自动控制系统之中，可以达到比较理想的控制和节能效果。传统的电机减速齿轮驱动式、电机直接驱动式、线性电机驱动式在空车上行启动所需要的冲击电流为179A，稳态状态时的电流为18A；而在电梯下行过程中所需要的启动冲击电流为180 A，稳态状态时的电流为24A。上下一次循环以此所需要的启动电流为（179+180）A=359A，稳态状态时的电流为（18+24）A=42A；
应用PLC及变频器后，空车上行启动所需要的冲击电流为42A，稳态状态时的电流为0.8A；而在电梯下行过程中所需要的启动冲击电流为79.8A，稳态状态时的电流为15.4A。上下一次循环以此所需要的启动电流为（42+79．8）A=121．8 A，稳态状态时的电流为（0.8+15.4）A=16.2A；
因此，电梯节能效果为[（359-121.8）/359]×lO0%=66．0%，运行节能[（42-16.2）/42] ×lO0%=61.4%。
5 总结
综上所述，随着经济建设和城市化建设的发展，有效的推动了高层建筑的发展，而电梯自动控制系统是高层建筑物中不可或缺的组成部分，其可以提高人们的生活质量，还可以提高经济社会发展效率。在电梯自动控制系统中引入PLC与变频器，不仅可以有效简化电梯自动控制系统的布线方式，降低故障发生率和维修费用，还可以产生比较大的经济效益与社会效益。因此，做好电梯自动控制系统的硬件设计、电梯自动控制系统的软件设计、电梯自动控制系统的调速设计、电梯控制系统的逻辑控制设计等工作可以更好的发挥PLC与变频器的优势，进而提高电梯自动控制系统运行效率。
参考文献：
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[3] 吴淑娟.PLC与模糊控制在电梯调速系统设计中的应用[J].兰州工业学院学报，2014，21（2）：14-17.
论文作者:范秉欣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/25
标签：电梯论文; 变频器论文; 自动控制系统论文; 电流论文; 信号论文; 稳态论文; 自动控制论文; 《基层建设》2019年第11期论文;