PLC和变频器在电梯控制系统中的应用

随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高。PLC控制系统因其功能强，结构简单，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便等优点，已经取代继电器控制方式。同时，变频调速使用了先进的SPWM技术，具有优异的调速性能和起制动性能、高效率和节电效果，得到广泛的应用。本设计以五层电梯为例，说明电梯的PLC控制系统。

2 电梯控制系统结构

电梯控制系统由PLC控制的逻辑部分和变频器控制的调速部分组成如图1所示。

图1 电梯控制系统结构框图

PLC接收来自操纵盘和每层呼梯的呼叫信号、轿厢和厅门系统的功能信号以及井道和变频器的状态信号，经程序判断与运算实现电梯的集选控制。PLC在输出显示和监控信号的同时，根据随机逻辑控制的要求，向变频器发出运行方向、启动、加速、减速和制动停梯等信号。由变频器根据一定的控制规律和控制算法来控制电机。

3 PLC部分设计

3.1 I/O点的分配

根据控制要求，计算出I/O点数如表1所示，其中输入点数为31个，输出点数为26个。输入输出信号均为开关量信号[1>。

表1 I/O点数分配

图2 程序流程图

图2中各部分说明如下：

（1）电梯复位
在系统上电以后和层楼显示有误的情况，都要把轿厢的位置恢复到第一层的状态；

（2）用户输入程序段
用户的输入包括门厅的按钮和轿厢内的按钮，用户输入后，系统会自动选择执行程序。

（3）轿厢开关门程序段
控制轿厢的开关门。

（4）设定上行、下行指示
系统会根据外呼和内选信号以及门锁信号综合判断电梯的运行方向。

（5）执行上行程序
此段程序包括控制电梯上行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

（6）执行下行程序
此段程序包括控制电梯下行，检测是否应该减速或者停止电梯正转并且执行。

3.3 程序设计

由于呼叫是随机的, 电梯控制系统采用模块化编程方法。

使用STEP7编程软件将程序分为七个逻辑块：开关门FC1、楼层信号FC2、内选信号FC3、外呼信号FC4、定上下行指示FC5、停层FC6、启停、运行FC7。

⑴在主程序OB1中调用7个逻辑块（以FC2为例）实现电梯的逻辑控制功能。如图3所示，将“上行强迫开关”、“楼层1显示”等实参赋给FC2（楼层显示），即可实现FC2的调用。

图3 OB1调用FC2

⑵当电梯位于某一层时，应产生位于该层的楼层信号，以控制楼层显示器显示楼层处的位置，离开该层时，该信号应被新的楼层信号（上一层或下一层）取代。电梯的楼层数存放在MW20中。“#sxqpkg”是上强迫行程开关的形参，当电梯到达5楼时，使MW20为5。“#xxqpkg”是下强迫行程开关，当电梯到达1楼时，使MW20为1。在中间，电梯上行时，每上一层，MW20加1；电梯下行时，每下一层，MW20减1。如果层显有误，只要将电梯开到顶层或1层，马上就能显示正常[2> [3>。梯形图如图4所示。

图4 楼层显示

由于功能FC中使用了形参和随机变量，只要主程序中赋予FC适当的实参，该FC即可被不同系统的主程序调用。

4 变频器部分设计

电梯的一次完整的运行过程，就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感，电梯采用S型速度曲线，转换成频率曲线如图5所示。

图5 变频器频率曲线

通过设置变频器的参数如表2所示，实现了电梯速度的平滑性，达到了顺利启动和准确停车的要求[4>。

表2 变频器输入控制端口参数表

5 结束语

电梯采用PLC变频调速系统提高了系统运行的平稳性、工作的可靠性，操作与维护也很方便，同时节约了大量电能。由于系统选用了无速度传感器反馈的矢量控制方式对电机的速度进行控制，改善瞬时响应特性，具有良好的速度稳定性，而且在低频时可以提高电动机的转矩。实验证明设计的程序合理可行。

参考文献
[1> 王少华.PLC、变频器在电梯中的应用[J>，
电气技术.2007（01）:P608～P610
[2> 程子华，刘小明.PLC原理与编程实例[M>.北京：国防工业出版社，2007.10.
[3> 廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M>.北京：机械工业出版社，2006.4.
[4> MicroMaster440使用大全[M>.西门子（中国）有限公司，2003.