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摘要：可编程控制器（PLC）因其简单易用、可靠性高、维修保养方便和抗干扰能力强等优点，在电梯控制领域应用极为广泛。本文以FX2N系列PLC为例，结合意大利西威专用变频器AVY3150-KBL-M，以一台四层楼电梯为设计对象，分别从电梯控制系统的构成及工作原理、系统PLC 配置方案和软件设计等方面，详细阐述了PLC 在电梯控制系统中应用。
关键词：PLC 永磁同步无齿轮曳引机 节能电梯 硬件 软件
一、引言
随着我国城市率的增长，电梯的需求量也迅猛增长，在我国电力供应日趋紧张的形势下，节能在电梯领域有着特别重要的意义。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、耗电量高等缺点，已退出市场。在国家提倡节能降耗背景下，节能电梯顺应时代潮流，将主导电梯市场。节能电梯的控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成，电梯控制的逻辑部分由PLC来实现，调速部分选用变频控制技术和永磁同步电机技术，高性能的矢量控制变频器，配以正余弦编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。
二、电梯控制系统硬件构成
本系统主要由PLC单元、变频器、控制箱、显示器、曳引机构成。曳引机是电梯系统的发动机，是电梯的“心脏”，电梯的一切部件都是以它的性能为基础展开设计的。本文设计围绕节能展开，综合考虑，选用杭州西子孚信科技有限公司生产的型号为GETM10P95的永磁同步无齿轮曳引机，该机选用稀土材料，采用外转子结构、永磁同步电机驱动，在结构上取消了传统曳引机的蜗轮蜗杆传动，并将同轴传动技术、数字变频技术充分融合。由于采用了外转子结构，以永磁同步电机为驱动动力，启动电流小、消除了相位差，极大地改善了电梯的起动、加速和制动特性，使电梯的起动、行驶、平层更加平滑，使乘客感觉更加平稳舒适。
与传统曳引机相比，永磁同步无齿轮曳引机具有以下的优点：1）、由于结构简单、体积小、重量轻，可做成无机房或小机房，有效地降低造价。2）、由于采用了永磁材料，其励磁电流由永久磁铁来实现，不需要定子额外提供励磁电流和转子铁耗，使得电机功率因素大大提高；同时由于取消了机械减速机构，也就没有了相应的机械损耗，相应地提高了传动效率。3）、安全可靠，无齿轮曳引机为永磁同步电动机直接驱动，当在三相绕组短接的情况下，轿厢的拖动使电动机处于发电制动状态，并产生足够大的制动力矩阻止电梯溜车，彻底解决了电梯的冲顶和蹲底现象。
变频器采用意大利西威变频器AVY3150-KBL-M，其具有良好的低速运行特性，该驱动器的PI功能相当丰富，可以细分为4段（包括一个零速PI），而且宽度可调，所以在匹配无齿电机时可以不加予负载信号，启动不会有倒溜的情况发生；其次它内部有两套自整定程序：一是电机参数自整定，它可以自动的整定出电机的相间电感和电阻常数，避免了由于电机厂家提供电机参数不全而导致调试难度的提高；另一个是无齿定位自整定，该程序是检测编码器和电机磁极相对应的位置。三相电源U1，V1，W1经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U2，V2，W2接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。变频器输入信号为：上行、下行指令，低速、高速、检修速度等多种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）、变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；（2）、外部故障信号，变频器出现故障时，此信号输出有效并通知PLC作出响应，给变频器断电。（3）、零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸、停车等动作；（4）、报闸反馈信号。
PLC通过向变频器发出电梯上行输出和电梯下行输出信号，从而控制曳引电动机的转动方向，决定电梯的上/下行运动；PLC通过向变频器发出电梯高速运行和电梯低速运行信号，从而间接控制曳引电动机的转动速度，决定电梯的高速/低速运动。电动机通过主机上的海德汉SESC正余弦编码器（ERN1387）将速度信号及时反馈给变频器，从而形成速度闭环控制。变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。接线图如图1所示。
PLC单元为电梯控制系统的大脑，首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入点的状态，通过其内部程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后向直流门控电机、变频器和显示器适时地发出开关量控制信号，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。在电梯控制系统中，由于电梯的控制比较随机，各种输入信号、输出信号之间关联性强，逻辑关系处理起来复杂，PLC编程的质量决定了系统运行的状态，它是控制电梯运行的关键技术。
三、可编程控制器的设计
电梯的工作过程包括1）、电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后，根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼层位置，将楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。2）、电梯开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至目标层，并且遵守或一直向上，或一直向下的原则。3）、当电梯检测到目标层减速点后，电梯进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。4）、平层后，经过一定延时开门，直至碰到开门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到安全触板开关动作。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的作用而自动开门。
本文选用三菱公司的FX2N系列的可编程控制器，PLC的输入输出点数可根据需要配置，输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要包括由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯等部分。输出单元包括：（1）楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；（2）开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，由变频门机完成开关门动作。以编制一台4层4站的电梯为例，其中输入点数为32，输出点数为24。根据控制要求计算所需要的I/O接口点数，本文选择FX2N-80MR主单元来完成电梯控制系统的逻辑控制。
四、结束语
针对这个四层电梯的控制系统。本文采用FX2N系列可编程控制器控制系统阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，分别描述了电梯控制系统的构成及工作原理，并给出了PLC的I/O接口配置，完成了电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。
参考文献
【l】陈立定主编《电气控制与可编程控制器》，华南理工大学出版社，200l
【2】刘载文主编《电梯控制技术》，电子工业出版社，1996
【3】陈志新主编 《电气与PLC控制技术》，中国林业出版社
【4】张汉杰主编 《现代电梯控制技术》，哈尔滨工业大学出版社，1997
关键词：PLC 永磁同步无齿轮曳引机 节能电梯 硬件 软件
一、引言
随着我国城市率的增长，电梯的需求量也迅猛增长，在我国电力供应日趋紧张的形势下，节能在电梯领域有着特别重要的意义。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、耗电量高等缺点，已退出市场。在国家提倡节能降耗背景下，节能电梯顺应时代潮流，将主导电梯市场。节能电梯的控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成，电梯控制的逻辑部分由PLC来实现，调速部分选用变频控制技术和永磁同步电机技术，高性能的矢量控制变频器，配以正余弦编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。
二、电梯控制系统硬件构成
本系统主要由PLC单元、变频器、控制箱、显示器、曳引机构成。曳引机是电梯系统的发动机，是电梯的“心脏”，电梯的一切部件都是以它的性能为基础展开设计的。本文设计围绕节能展开，综合考虑，选用杭州西子孚信科技有限公司生产的型号为GETM10P95的永磁同步无齿轮曳引机，该机选用稀土材料，采用外转子结构、永磁同步电机驱动，在结构上取消了传统曳引机的蜗轮蜗杆传动，并将同轴传动技术、数字变频技术充分融合。由于采用了外转子结构，以永磁同步电机为驱动动力，启动电流小、消除了相位差，极大地改善了电梯的起动、加速和制动特性，使电梯的起动、行驶、平层更加平滑，使乘客感觉更加平稳舒适。
与传统曳引机相比，永磁同步无齿轮曳引机具有以下的优点：1）、由于结构简单、体积小、重量轻，可做成无机房或小机房，有效地降低造价。2）、由于采用了永磁材料，其励磁电流由永久磁铁来实现，不需要定子额外提供励磁电流和转子铁耗，使得电机功率因素大大提高；同时由于取消了机械减速机构，也就没有了相应的机械损耗，相应地提高了传动效率。3）、安全可靠，无齿轮曳引机为永磁同步电动机直接驱动，当在三相绕组短接的情况下，轿厢的拖动使电动机处于发电制动状态，并产生足够大的制动力矩阻止电梯溜车，彻底解决了电梯的冲顶和蹲底现象。
变频器采用意大利西威变频器AVY3150-KBL-M，其具有良好的低速运行特性，该驱动器的PI功能相当丰富，可以细分为4段（包括一个零速PI），而且宽度可调，所以在匹配无齿电机时可以不加予负载信号，启动不会有倒溜的情况发生；其次它内部有两套自整定程序：一是电机参数自整定，它可以自动的整定出电机的相间电感和电阻常数，避免了由于电机厂家提供电机参数不全而导致调试难度的提高；另一个是无齿定位自整定，该程序是检测编码器和电机磁极相对应的位置。三相电源U1，V1，W1经接线端子进入变频器为其主回路和控制回路供电，输出端U2，V2，W2接电动机的快速绕组，外接制动单元减少了制动时间，加快制动过程。变频器输入信号为：上行、下行指令，低速、高速、检修速度等多种速度编码指令，复位和使能信号。变频器输出信号为：（1）、变频器准备就绪信号，在变频器运转正常时，通知控制系统变频器可以正常运行；（2）、外部故障信号，变频器出现故障时，此信号输出有效并通知PLC作出响应，给变频器断电。（3）、零速信号，当电梯运行速度为零时，此信号输出有效并通知PLC完成抱闸、停车等动作；（4）、报闸反馈信号。
PLC通过向变频器发出电梯上行输出和电梯下行输出信号，从而控制曳引电动机的转动方向，决定电梯的上/下行运动；PLC通过向变频器发出电梯高速运行和电梯低速运行信号，从而间接控制曳引电动机的转动速度，决定电梯的高速/低速运动。电动机通过主机上的海德汉SESC正余弦编码器（ERN1387）将速度信号及时反馈给变频器，从而形成速度闭环控制。变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较，从而调节变频器的输出频率及电压，使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度，达到调节电梯速度的目的。接线图如图1所示。
PLC单元为电梯控制系统的大脑，首先接收来自电梯的呼梯信号、平层信号，然后根据这些输入点的状态，通过其内部程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后向直流门控电机、变频器和显示器适时地发出开关量控制信号，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。在电梯控制系统中，由于电梯的控制比较随机，各种输入信号、输出信号之间关联性强，逻辑关系处理起来复杂，PLC编程的质量决定了系统运行的状态，它是控制电梯运行的关键技术。
三、可编程控制器的设计
电梯的工作过程包括1）、电梯在检测到门厅或轿箱的召唤信号后，根据电梯各层内选外呼信号的先后和停止时轿箱所在的楼层位置，将楼层信号与轿箱所在楼层信号比较，通过选向模块进行运行选向。2）、电梯开始起动，通过变频器驱动电机拖动轿箱运动。轿箱运动速度由低速转变为中速再转变为高速，并以高速运行至目标层，并且遵守或一直向上，或一直向下的原则。3）、当电梯检测到目标层减速点后，电梯进入减速状态，由高速变为低速，并以低速运行至平层点停止。4）、平层后，经过一定延时开门，直至碰到开门到位行程开关；再经过一定延时后关门，直到安全触板开关动作。如果遇到有人在门中间的情况，电梯会因为光电开关的作用而自动开门。
本文选用三菱公司的FX2N系列的可编程控制器，PLC的输入输出点数可根据需要配置，输入输出单元为PLC的I/O接口部分，主要包括由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯等部分。输出单元包括：（1）楼层及方向指示单元，包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等，目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式，本系统为七段码显示方式；（2）开关门单元，用于控制电梯的厅门和轿门的打开和关闭，在自动定向完成或电梯平稳停靠后，PLC给出相关指令，由变频门机完成开关门动作。以编制一台4层4站的电梯为例，其中输入点数为32，输出点数为24。根据控制要求计算所需要的I/O接口点数，本文选择FX2N-80MR主单元来完成电梯控制系统的逻辑控制。
四、结束语
针对这个四层电梯的控制系统。本文采用FX2N系列可编程控制器控制系统阐述了PLC在电梯控制系统中的应用，分别描述了电梯控制系统的构成及工作原理，并给出了PLC的I/O接口配置，完成了电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。
参考文献
【l】陈立定主编《电气控制与可编程控制器》，华南理工大学出版社，200l
【2】刘载文主编《电梯控制技术》，电子工业出版社，1996
【3】陈志新主编 《电气与PLC控制技术》，中国林业出版社
【4】张汉杰主编 《现代电梯控制技术》，哈尔滨工业大学出版社，1997