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摘要：随着城市建筑的发展，电梯已经成为人们日常生活必不可少的代步设施，如何保证电梯系统的可靠性和安全性。已经成为改进电梯控制方式的重要目的。本文简要介绍基于变频技术的电梯PLC控制方法，以期给相关设计人员提供参考。
关键词：变频技术；电梯；PLC；控制系统；设计
1.概述
随着城市建筑的发展，可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要发展起来的，它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC处理速度快，可靠性高，能够保证电梯正常、安全、可靠地运行。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己经由原来直流调速逐渐过渡到了变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。
2.PLC控制系统结构组成
在研究PLC控制系统结构组成，电梯PLC控制系统，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操作盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC中去，然后通過软件程序控制向拖动系统发出信号，以满足电梯实现启动加速、制动减速、上下方向运行等功能。
系统采用轿厢外召唤，轿厢内按钮控制方式的自动控制形式，电梯由安装在轿厢内的指令按钮进行操作，其操作内容为响应，轿厢内指令依层次指令运行启动电梯，使电梯到达目标层。电梯上行、下行由一台交流电动机来驱动，电动机正转，电梯上升；电动机反转，电梯下降；并可以实现电梯的启动加速、稳定运行、制动减速等调速环节。电梯轿厢门由另一台它励直流电动机驱动，该电动机正转，轿厢门开，电动机反转，轿厢门关，每层电梯都设有呼叫按钮，轿厢内开门按钮，轿厢内关门按钮。
3.PLC变频控制技术原理
通常的中小容量的电梯变频控制主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三菱公司生产的IPMPM50RSA120，富士公司生产的7MBP50RA060，西门子公司生产的BSM50GD120等，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能。模块的典型开关频率为20KHz，保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。
1）整流单元
整流单元主要将三相交流电整流成直流电。
2）逆变单元（IGBT）
逆变单元，一般采用电压空间矢量脉宽调制SVPWM。逆变单元的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电状态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（GTR、IGBT、GTO等）组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断，可以得到任意频率的三相交流输出。
3）启动单元
变频器刚上电时，启动电阻用以减小电流对直流侧充电电容的冲击。电容充电完成后，用充电接触器的触点或功率晶体管旁路充电电阻。
4）制动单元
制动单元，当直流母线电压超过某一值时（通常是由于电机制动导致），晶体管导通，制动电阻开始工作。
5）电容
通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值和容量。另外，因为电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们随的电压不相等。因此，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离散性的影响，因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。
另外，当位于同一桥臂上的两个开关，同时处于开通状态时将会出现短路现象，并烧毁换流器件。所以在实际的电梯控制电路中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常工作和在发生意外情况时，对换流器件进行保护。
6）系统运行检测单元
电梯的平稳运行和制动，离不开检测单元。系统运行检测单元负责对控制输出的电流进行检测，在运行出现异常时及时切断输出。
7）电梯信号控制
除了电梯控制启动单元，制动单元，逆变单元，电流检测、编码器反馈信号等，还进行各种复杂的运行，如闭环PID调节器等。
8）电梯正反转电机及编码器
与变频控制电路形成驱动闭环系统。
4.电机启动与变频驱动方式
针对电梯内异步电机的启动，主要有以下三种方式：
1）直接启动
异步电动机投入电网时，转子尚未开始转动时，启动电流就是短路电流，因此启动电流很大，Ist/IN=5～7。
2）降压启动（笼型电机）
在星-三角（Y-Δ）启动方式下，在设计时尤其需要关注定子电路串电抗的参数。
3）转子回路串接电阻启动
在整个启动过程中，电动机都有较大的加速转矩，随着转速增加分级自动切除启动电阻。可以采用闭环反馈控制，必要时采用电流环和速度环的双闭环反馈控制方法。
变频驱动控制方式主要有开环压频比控制（V/f）、开环矢量控制（SensorlessVector）、闭环矢量控制（FieldOrientedControl）以及无刷电动机控制（Blushless）。
5.PLC变频技术控制的特点
变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。主要具有以下特点：
（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。
（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，转矩和速度控制精度高，动态性能好，启动平滑、稳定舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。
（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，减小启动冲击电流，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。
采用变频启动
（4）电梯拽引采用变频器调速取代异步电机调压调速可以大幅度降低能耗，提高电梯拖动系统的效率。
6.总结
综上所述，电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。随着电力电子技术的发展，电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点，逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得它在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变极调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，并且使电梯的舒适感大大增强。
参考文献
[1]
李明华.电梯控制系统管理安全性评估[J].中国交通学报，2007，27（34）：15-16.
[2]刘方勇.软件编程控制在民用电梯领域的应用与研究[J].中国电机工程学报，2013，33（25）：112-113.
[3]王向明.针对改善多模式下的异步电机控制质量的措施探析[J].数字化应用，2012，115（22）：198-199.
关键词：变频技术；电梯；PLC；控制系统；设计
1.概述
随着城市建筑的发展，可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要发展起来的，它是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC处理速度快，可靠性高，能够保证电梯正常、安全、可靠地运行。同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式己经由原来直流调速逐渐过渡到了变频调速，不仅能满足乘客的舒适感和保证平稳的精度，还可以降低能耗，节约能源，减小运行费用。
2.PLC控制系统结构组成
在研究PLC控制系统结构组成，电梯PLC控制系统，主要硬件包括PLC主机及扩展、机械系统、轿厢操作盘、厅外呼梯盘、楼层指层器、门机、调速装置与主拖动系统等。系统控制核心为PLC主机，操作盘、呼梯盘、井道及安全保护等信号通过PLC输入接口送入PLC中去，然后通過软件程序控制向拖动系统发出信号，以满足电梯实现启动加速、制动减速、上下方向运行等功能。
系统采用轿厢外召唤，轿厢内按钮控制方式的自动控制形式，电梯由安装在轿厢内的指令按钮进行操作，其操作内容为响应，轿厢内指令依层次指令运行启动电梯，使电梯到达目标层。电梯上行、下行由一台交流电动机来驱动，电动机正转，电梯上升；电动机反转，电梯下降；并可以实现电梯的启动加速、稳定运行、制动减速等调速环节。电梯轿厢门由另一台它励直流电动机驱动，该电动机正转，轿厢门开，电动机反转，轿厢门关，每层电梯都设有呼叫按钮，轿厢内开门按钮，轿厢内关门按钮。
3.PLC变频控制技术原理
通常的中小容量的电梯变频控制主回路器件一般采用集成模块或智能模块。智能模块的内部高度集成了整流模块、逆变模块、各种传感器、保护电路及驱动电路。如三菱公司生产的IPMPM50RSA120，富士公司生产的7MBP50RA060，西门子公司生产的BSM50GD120等，内部集成了整流模块、功率因数校正电路、IGBT逆变模块及各种检测保护功能。模块的典型开关频率为20KHz，保护功能为欠电压、过电压和过热故障时输出故障信号灯。
1）整流单元
整流单元主要将三相交流电整流成直流电。
2）逆变单元（IGBT）
逆变单元，一般采用电压空间矢量脉宽调制SVPWM。逆变单元的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电状态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电路起到对整流电路的输出进行滤波的作用。
最常见的逆变电路结构形式是利用六个功率开关器件（GTR、IGBT、GTO等）组成的三相桥式逆变电路，有规律的控制逆变器中功率开关器件的导通与关断，可以得到任意频率的三相交流输出。
3）启动单元
变频器刚上电时，启动电阻用以减小电流对直流侧充电电容的冲击。电容充电完成后，用充电接触器的触点或功率晶体管旁路充电电阻。
4）制动单元
制动单元，当直流母线电压超过某一值时（通常是由于电机制动导致），晶体管导通，制动电阻开始工作。
5）电容
通用变频器直流滤波电路的大容量铝电解电容，通常是由若干个电容器串联和并联构成电容器组，以得到所需的耐压值和容量。另外，因为电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们随的电压不相等。因此，电容器要各并联一个阻值等相的匀压电阻，消除离散性的影响，因而电容的寿命则会严重制约变频器的寿命。
另外，当位于同一桥臂上的两个开关，同时处于开通状态时将会出现短路现象，并烧毁换流器件。所以在实际的电梯控制电路中还设有缓冲电路等各种相应的辅助电路，以保证电路的正常工作和在发生意外情况时，对换流器件进行保护。
6）系统运行检测单元
电梯的平稳运行和制动，离不开检测单元。系统运行检测单元负责对控制输出的电流进行检测，在运行出现异常时及时切断输出。
7）电梯信号控制
除了电梯控制启动单元，制动单元，逆变单元，电流检测、编码器反馈信号等，还进行各种复杂的运行，如闭环PID调节器等。
8）电梯正反转电机及编码器
与变频控制电路形成驱动闭环系统。
4.电机启动与变频驱动方式
针对电梯内异步电机的启动，主要有以下三种方式：
1）直接启动
异步电动机投入电网时，转子尚未开始转动时，启动电流就是短路电流，因此启动电流很大，Ist/IN=5～7。
2）降压启动（笼型电机）
在星-三角（Y-Δ）启动方式下，在设计时尤其需要关注定子电路串电抗的参数。
3）转子回路串接电阻启动
在整个启动过程中，电动机都有较大的加速转矩，随着转速增加分级自动切除启动电阻。可以采用闭环反馈控制，必要时采用电流环和速度环的双闭环反馈控制方法。
变频驱动控制方式主要有开环压频比控制（V/f）、开环矢量控制（SensorlessVector）、闭环矢量控制（FieldOrientedControl）以及无刷电动机控制（Blushless）。
5.PLC变频技术控制的特点
变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。主要具有以下特点：
（1）变频调速电梯使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。
（2）变频调速电源使用了先进的SPWM技术SVPWM技术，明显改善了电梯运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，转矩和速度控制精度高，动态性能好，启动平滑、稳定舒适、安静、快捷，已逐渐取代直流电机调速。
（3）变频调速电梯使用先进的SPWM和SVPWM技术，减小启动冲击电流，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。
采用变频启动
（4）电梯拽引采用变频器调速取代异步电机调压调速可以大幅度降低能耗，提高电梯拖动系统的效率。
6.总结
综上所述，电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。随着电力电子技术的发展，电梯的拖动技术有了较大的发展，直流电梯由于能耗大、维修量大等缺点，逐步被交流电梯所替代，液压电梯由于运行平稳，机房位置灵活等特点，使得它在低楼层场合得到愈来愈广泛的应用。交流拖动电梯更是得到迅速的发展，已由以前的变极调速（AC-VP）发展成为调压调速（AC-VV）及调频调压调速（AC-VVVF），使得电梯的速度、加速度控制更加符合人们的生理要求，并且使电梯的舒适感大大增强。
参考文献
[1]
李明华.电梯控制系统管理安全性评估[J].中国交通学报，2007，27（34）：15-16.
[2]刘方勇.软件编程控制在民用电梯领域的应用与研究[J].中国电机工程学报，2013，33（25）：112-113.
[3]王向明.针对改善多模式下的异步电机控制质量的措施探析[J].数字化应用，2012，115（22）：198-199.