PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用

应用

摘要：PLC和变频器是电梯自动控制系统的重要组成部件，能够直接影响自动控制系统的功能性和运行可靠性。基于此，本文在简要介绍PLC和变频器的基础上，对PLC及变频器在电梯自动控制系统中的应用方式进行探究总结，以期提高电梯自动控制系统的设计水平，提升电梯的使用舒适性和安全性。

关键词：PLC；变频器；电梯；自动控制系统 一、电梯自动控制系统中的PLC及变频器

PLC和变频器是电梯自动控制系统的两个重要组成部件，其中PLC主要负责处理电梯运行过程中各种信号的逻辑关系，即对每层电梯呼叫、状态、功能等信号进行相应的控制。当PLC接收到电梯运行中的各类信号后，会按照设定好的分析逻辑和程序对信号进行处理并相应的控制信号传递给变频器。而变频器主要负责电梯的调休控制，即按照PLC控制信号对电梯运行速度进行调控，使其能够平缓启动和停止，以增强乘坐舒适感。此过程中，变频器也会将自身运行状态信号实时发送给PLC，以此形成双向联络关系，完成电梯的自动化控制[1]。

二、PLC在电梯自动控制系统中的应用 （一）电梯PLC控制系统结构组成

电梯PLC控制系统主要由信号控制单元和拖动控制单元构成，包含PLC主机、控制系统、拖动设备、CPU储存器、轿厢操作盘、安全装置、井道等设备设施。其中PLC主机主要由CPU、电源、储存器、出入口单元等元器件组成。实际使用时可通过出入口单元将PLC与外部设备连接，以此采集接收各类信号，随后由CPU按照预先设定的程序对接收信号进行逻辑处理，随后生产相应的自动控制信号。完整的电梯自动控制流程为：用户在电梯轿厢内或电梯前室按下电梯操作盘

控制按钮后，操作盘会发出相应的信号。此时CPU储存器会对信号进行采样，传递给PLC主机。PLC主机会对采样信号进行读取和逻辑运算并将生成的控制指令传递给控制系统。控制系统则会根据相应的指令对拖动设备、安全装置等发出具体的控制信息，使电梯运行至指定楼层。当电梯到达指定楼层后，PLC控制系统会周期性刷新输入信号，以此完成实时控制指令。

（二）电梯PLC控制系统程序设计

PLC控制系统的程序设计（编程）质量将直接影响电梯自动控制的功能水平，因此，PLC控制系统程序设计是其在电梯自动控制系统中有效应用的关键。在进行程序设计时应遵循以下三个设计原则：（1）全面分析和考虑能够影响电梯安全、高效运行的各类因素，在此基础上对程序逻辑进行科学设计，以此确保控制功能的完备性与可行性；（2）从程序设计时应尽可能简化PLC的逻辑程序，以此提高其工作效率和稳定性。同时还应通过科学的编程方法尽可能提高程序的适应性，即在特定情形下，能够对程序作出及时的调整，以保证控制程序快速适应新的控制要求；（3）尽可能采用模块化设计并合理设定优先级命令，以此提高信号扫描速度以及自动化控制指令的精确度。

（三）电梯PLC控制系统模块化设计

为进一步提升电梯PLC控制系统的功能性，使其更好地满足现代建筑对电梯的功能要求，可对电梯PLC控制系统进行模块化设计，即根据具体功能需求将控制系统细分为多个功能模块，并针对各个功能模块进行相应的程序设计。现阶段的电梯PLC控制系统应包含以下功能模块：（1）楼层选择的发生、消除、显示模块；（2）轿厢操作指令的发生、消除、显示模块；（3）运行方向控制模块；（4）停层控制及显示模块；（5）电梯门控制、故障显示及安全管理模块；（6）输入信号发生、消除及显示模块。

（四）电梯PLC控制系统的设计优化

为进一步提升电梯PLC控制系统的运行稳定性和安全性，需要结合电梯运行环境及实际情况对PLC控制系统核心组件进行冗余设计。例如：（1）在系统设计时，考虑电梯运行环境湿度、温度、振动等因素对PLC的影响，通过针对性的

设计措施最大限度降低外界因素对PLC元件的干扰；（2）增加一条安全回路，并将其与PLC控制系统连接，以此保证当电梯发生紧急情况时，PLC控制系统能够利用安全回路对电梯进行紧急控制，从而最大限度保证电梯运行的安全性；（3）为PLC控制系统配备包含编程控制储存器、具有记忆功能的电源。以此确保在出现意外断电情况时，能够对系统内、外的控制状态进行有效记忆，并在恢复供电后能够将未完成的控制指令完成，从而提升控制效果和系统运行的稳定性

[2]。

三、变频器在电梯自动控制系统中的应用

变频器是电梯自动控制系统中的一个电能控制装置。在电梯运行过程中，其能够通过内部半导体元器件的通断作用，对工频电源的频率进行转变，以此启动异步电机，按照PLC控制系统的指令对电梯进行变频调速控制。下文将以S120变频器为例，对变频器在电梯自动控制系统中的应用进行阐述。S120变频器主要由功率单元（PM340）、控制单元（SMC20和CU320）组成（见图1），能够为电机提供可调频率的交流电源，从而实现电机的高、中、低速运转。其中功率单元主要负责电压和频率的变换，控制单元则能够通过对至多6个伺服轴或4个矢量轴的控制对电梯运行速度进行有效控制。其在电梯自动控制系统中的应用需注意以下环节的把控。

图1 S120变频器结构示意图 （一）主电路设计

根据电梯自动控制需求，变频器系统主电路采用如下设计方式（见图2）。其中：三相电源经过KMC与KM1两个启动接触器与变频器接口模块连接，再经过整流单元连接至逆变模块。在输出端，W2、V2、U2三个输出点经过KMY1接触器与曳引电机相连，以此构成系统的供电主回路。

图2 电梯自动控制系统中S120变频器主电路设计图 （二）控制回路设计

在控制单元：SMC20为编码器接口模块，既能够接收最大频率为500kHz的信号，又能够将接收信号转换为DRIVE-CLiQ接口信号；CU320为主要控制模块，负责系统中所有功能模块的调节，以此实现各轴的位置、电流、速度等参数的精确控制。

在控制回路方面，在曳引机驱动轴上安装旋转编码器。编码器包含两路信号：一路连接变频器信息输入端，以此构成闭环控制；另一路连接主控制板，使其能够根据接收到的偏差量对电梯运行速度进行自动控制，使其平稳运行。变频器采用多段速方式运行，运行原理见图3。电梯运行时，主控制板会根据呼叫信号确定目标楼层，此时，KMY1接触器闭合，变频器主回路接通。根据主控制板传达的运行信号，变频器的REV或FWD端子会自动打开抱闸，使电梯开始向目标方向运动。但电梯电机启动后，变频器会按照主控制板发出的信号，自动进行多段速端子的频率组合，以此实现变速调节。

图3 电梯自动控制系统中S120变频器多段速控制原理图 （三）参数设置

当变频器各个模块安装就位且状态指示灯为“绿色”时，便可利用标准网线将电脑以太网接口与电梯自动控制系统CPU模块以太网接口连接，对变频器的运行参数进行检测和调试。调试前需确认电机的抱闸处于开放状态，参数调试和设置的主要内容为：电机参数整定、空载动态优化、角度学习三部分。完成以上内容的调试和设置后，需通过短接控制柜内输出端子的方式，对变频器在各段速下的空载运行情况进行检测，观察曳引机的工作是否正常。确认无误后，电梯自动控制系统方可投入使用[3]。

结语：

综上所述，PLC和变频器是电梯控制系统实现自动化控制功能的重要基础，其应用的合理性与科学性对电梯的控制水平和运行可靠性具有决定性的影响，因此，为进一步满足人们对电梯使用功能和运行安全性的更高要求，相关人员应注重并做好PLC及变频器的设计和应用。

参考文献：

[1]任玲玲,李浪,闫庚龙,李磊磊.一种基于PLC的电梯智能控制与监控系统设计[J].中国科技信息,2022(16):60-64.

[2]蒋周柳,梁圣.基于PLC变频技术的电梯节能控制系统[J].自动化应用,2022(03):33-35+39.

[3]杨国柱.试论基于变频技术的电梯PLC控制系统设计[J].特种设备安全技术,2021(01):33-35.