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摘 要：针对传统电机控制电梯运行模式下出现大电流冲击的问题，文章从变频器应用角度出发，将变频器与PLC控制技术结合，给出了变频调速控制系统的设计方案。首先分析了变频器使用的优势，并给出了变频器的选型设计，在此基础上给出了控制系统的结构设计方案，完成了PLC的选型设计和软件程序的开发，对于电梯运行控制系统的设计及变频调速系统的应用具有较好的指导借鉴意义。
关键词：变频调速；PLC；电梯系统；变频控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）8-0033-02
现在越来越多的建筑物都安装了电梯，有的建筑物甚至还同时安装了多部电梯。根据相关部门的调研统计，电梯由于频繁启停运行的特点，导致电梯运行耗电一度成为整个建筑物物业管理运营成本的大头。如何在保证电梯安全可靠运行的前提下实现更高经济效益的运行控制方法，一直是电梯控制系统解决的棘手问题之一。近几年，随着PLC自动化控制系统的普及应用，基于PLC实现的电梯调速控制系统也逐渐开始得到了广泛的应用，但是电梯控制在提高了自动化的同时，其大电力运行成本的问题仍然没有得到有效的解决。实际上，变频器就是为了解决大功率电气频繁启动耗电过大所带来的一系列问题而诞生的，将变频器应用于电梯控制系统中，完全可以解决电梯的调速控制问题，同时还能够提高电梯运行的经济效益。鉴于此，本论文主要从变频器的应用角度出发，将变频调速控制系统与PLC自动化控制技术相结合，设计具有较高自动化和较高经济效益的电梯运行控制系统，以期能够实现保证电梯安全可靠运行的同时降低电梯运行成本。
1 变频器调速控制系统设计概述
1.1 使用变频器的优点
选用变频器参与电梯系统的自动化控制，能够极大的改善电梯电机启动时的大电流现象，降低电梯运行的成本；除此之外，使用变频器参与电梯控制系统，其优势还体现在以下几个方面：
1.1.1 改善电机工作状态
电机频繁启停，本身对电机就提出比较高的运行要求，再加上每一次启动都要大电流运行，电机内部的定子、转子、电刷及换向器等电路元件难免会加速老化，对电机的安全可靠运行提出了很大的挑战；采用变频器改善启动电流之后，能够改善电机的启动状态，延缓电机内部元件的老化过程，从而改善电机的工作状态。
1.1.2 降低后期维护工作量
以前电梯每运行一段时间，就必须要停机检查，以确保电梯的安全性和可靠性。采用变频器调速控制之后，电机的大电流状态得到了改善，因而能够降低对电梯停机检查的频率，极大地降低了电梯运行后期的维护工作量。
1.1.3 保证电梯安全运行的同时延长了服役年限
由于电梯电机的工作状态得到了改善，加之采用变频器调速实现了电梯控制系统的智能化，能够在一定程度上延长电梯的服役年限，同时提高了电梯运行的安全性和可靠性。
1.2 变频器在电梯控制中的应用原理分析
变频器接收来自电力电网传输的380 V动力电源，依靠内部结构将380 V电源转换为频率可调的三相正弦交流电，并将此三相电加载到电机两端，确保电机平稳运行。
电梯在静止状态时接收到启动指令，由PLC系统向变频器系统发出控制指令，变频器启动并给电机供电，以实现小电流启动大力矩电机，使电梯开始运行；电梯在运行过程中，时刻接收来自PLC输出的速度脉冲信号，并将脉冲信号转化为电信号加载到电机两端，确保电机平稳运行；当楼层信号显示已到达楼层时，变频器接收来自PLC的控制指令，按照事先编程设计好的降速曲线运行，缓慢将电机减速；另一方面，电梯由于惯性，在减速过程中可以使用能量反馈收集装置，将电梯减速过程中的动能存储起来。变频器如此循环往复工作，确保电梯运行过程中电机不再受到大启动电流的冲击，从而保护了电机的同时也提高了电梯运行的经济性和安全性。
2 基于PLC的变频调速控制系统的实现
2.1 系统结构设计
PLC和变频器相结合的变频器调速控制系统的结构原理框如下图1所示。整个控制系统是基于PLC自动控制技术实现的。通过位置传感器和呼叫信号检测装置实现对输入信号的实时检测，PLC将速度脉冲输出给变频器，变频器依据PLC的控制指令按照实现编程设计好的加速曲线、运行曲线和减速曲线平稳运行，确保电梯在启动及正常运行过程中不受到电流的冲击。
曳引机即为电梯的动力设备，其内部包含电动机。变频器调速控制系统正是对曳引机内部的电机实时变频调速，从而实现对电梯运行的控制。电梯要正常可靠运行，除了需要速度传感器之外，还需要位置传感器和方向控制装置，以确保电梯能够正确的上行和下行，在到达指定楼层能够停住。这些传感器的信号都是通过PLC输入到控制系统中心参与计算并分析，最后再由PLC控制系统输出相应的脉冲控制频率给变频器，最终加载到曳引机内部的电动机两端，从而完成对电机的调速，进而实现对电梯的速度控制和牵引。
2.2 变频器的选用
目前市场上的变频器种类很多，各种变频器的电气参数也不尽相同。这里选用电梯系统普遍采用的日本安川公司的VS-616G5变频器，这种变频器最大的优点在于能够实现模块化的应用，由于该变频器内部都采用标准化模块，降低了后期维修和更换变频器系统的成本。
VS-616G5变频器在设置上需注意，其系统TA1模块是变频器系统的速度控制卡的脉冲输入端口，而TA2模块可以设置成速度控制卡的脉冲输出端口，用于向PLC输出脉冲。通过脉冲的输入和输出能够实现对电梯速度的实时监测与控制，从而达到提高电梯运行安全性和可靠性的目的。
2.3 PLC的选型及软件设计
PLC系统选用目前市场上较为主流的西门子S7-200系列的PLC模块，主CPU选用型号为S7-224模块，扩展模块选用EM223，这样经过扩展之后，输入点可达22个点，输出点可达18个点，完全能够满足电梯系统的多传感器以及变频器通讯的需求。
在控制系统的软件设计方面，由于采用了PLC作为控制系统核心模块，因此软件开发成本较低，难道较低，上手较快。可以选用西门子配套的STEP7编程软件，通过画梯形图实现软件程序的开发。
3 结 语
电梯的安全可靠运行，不仅仅关系到运行成本的经济效益，更为重要的是，电梯的安全可靠性还影响到人身财产安全，因此，必须要对电梯运行实施更为可靠的控制方法。本论文从变频器的应用角度出发，详细论述了变频器系统在参与电梯运行控制中的应用，给出了相关控制系统的设计与实现方案。经过实际运行，本控制系统极大的缩减了电梯运行控制的成本，提高了建筑物运行的效益。因此，本论文所提出的变频调速控制系统的方案是可行的，是可靠的，是值得推广应用的。本论文对于变频调速控制系统在电梯运行控制中的应用，无论是在理论研究方面，还是在实际应用方，都是值得大力推广的，对于变频调速控制系统在其他工业电气控制系统中的应用具有很好的指导和借鉴意义。
参考文献：
[1] 邵杰.基于RS-485的PLC与变频器的通讯[J].工业控制计算机，2007，（7）.
[2] 谈士力.微机与变频器间通讯及程序设计[J].机床与液压，2000，（6）.
[3] 张福恩.交流调速电梯原理及安装维修[M].北京：机械工业出版社，2003.
[4] 程周.编程序控制器技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.
[5] 刘国华.PLC控制交流变须调速控制系统在电梯中的应用[J].制造业自动化，2011，（6）.
[6] 赵洪恕，王忠石，简维新.PLC控制交流变须调速控制系统在电梯中的应用[J].基础自动化，2000，（1）.
关键词：变频调速；PLC；电梯系统；变频控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）8-0033-02
现在越来越多的建筑物都安装了电梯，有的建筑物甚至还同时安装了多部电梯。根据相关部门的调研统计，电梯由于频繁启停运行的特点，导致电梯运行耗电一度成为整个建筑物物业管理运营成本的大头。如何在保证电梯安全可靠运行的前提下实现更高经济效益的运行控制方法，一直是电梯控制系统解决的棘手问题之一。近几年，随着PLC自动化控制系统的普及应用，基于PLC实现的电梯调速控制系统也逐渐开始得到了广泛的应用，但是电梯控制在提高了自动化的同时，其大电力运行成本的问题仍然没有得到有效的解决。实际上，变频器就是为了解决大功率电气频繁启动耗电过大所带来的一系列问题而诞生的，将变频器应用于电梯控制系统中，完全可以解决电梯的调速控制问题，同时还能够提高电梯运行的经济效益。鉴于此，本论文主要从变频器的应用角度出发，将变频调速控制系统与PLC自动化控制技术相结合，设计具有较高自动化和较高经济效益的电梯运行控制系统，以期能够实现保证电梯安全可靠运行的同时降低电梯运行成本。
1 变频器调速控制系统设计概述
1.1 使用变频器的优点
选用变频器参与电梯系统的自动化控制，能够极大的改善电梯电机启动时的大电流现象，降低电梯运行的成本；除此之外，使用变频器参与电梯控制系统，其优势还体现在以下几个方面：
1.1.1 改善电机工作状态
电机频繁启停，本身对电机就提出比较高的运行要求，再加上每一次启动都要大电流运行，电机内部的定子、转子、电刷及换向器等电路元件难免会加速老化，对电机的安全可靠运行提出了很大的挑战；采用变频器改善启动电流之后，能够改善电机的启动状态，延缓电机内部元件的老化过程，从而改善电机的工作状态。
1.1.2 降低后期维护工作量
以前电梯每运行一段时间，就必须要停机检查，以确保电梯的安全性和可靠性。采用变频器调速控制之后，电机的大电流状态得到了改善，因而能够降低对电梯停机检查的频率，极大地降低了电梯运行后期的维护工作量。
1.1.3 保证电梯安全运行的同时延长了服役年限
由于电梯电机的工作状态得到了改善，加之采用变频器调速实现了电梯控制系统的智能化，能够在一定程度上延长电梯的服役年限，同时提高了电梯运行的安全性和可靠性。
1.2 变频器在电梯控制中的应用原理分析
变频器接收来自电力电网传输的380 V动力电源，依靠内部结构将380 V电源转换为频率可调的三相正弦交流电，并将此三相电加载到电机两端，确保电机平稳运行。
电梯在静止状态时接收到启动指令，由PLC系统向变频器系统发出控制指令，变频器启动并给电机供电，以实现小电流启动大力矩电机，使电梯开始运行；电梯在运行过程中，时刻接收来自PLC输出的速度脉冲信号，并将脉冲信号转化为电信号加载到电机两端，确保电机平稳运行；当楼层信号显示已到达楼层时，变频器接收来自PLC的控制指令，按照事先编程设计好的降速曲线运行，缓慢将电机减速；另一方面，电梯由于惯性，在减速过程中可以使用能量反馈收集装置，将电梯减速过程中的动能存储起来。变频器如此循环往复工作，确保电梯运行过程中电机不再受到大启动电流的冲击，从而保护了电机的同时也提高了电梯运行的经济性和安全性。
2 基于PLC的变频调速控制系统的实现
2.1 系统结构设计
PLC和变频器相结合的变频器调速控制系统的结构原理框如下图1所示。整个控制系统是基于PLC自动控制技术实现的。通过位置传感器和呼叫信号检测装置实现对输入信号的实时检测，PLC将速度脉冲输出给变频器，变频器依据PLC的控制指令按照实现编程设计好的加速曲线、运行曲线和减速曲线平稳运行，确保电梯在启动及正常运行过程中不受到电流的冲击。
曳引机即为电梯的动力设备，其内部包含电动机。变频器调速控制系统正是对曳引机内部的电机实时变频调速，从而实现对电梯运行的控制。电梯要正常可靠运行，除了需要速度传感器之外，还需要位置传感器和方向控制装置，以确保电梯能够正确的上行和下行，在到达指定楼层能够停住。这些传感器的信号都是通过PLC输入到控制系统中心参与计算并分析，最后再由PLC控制系统输出相应的脉冲控制频率给变频器，最终加载到曳引机内部的电动机两端，从而完成对电机的调速，进而实现对电梯的速度控制和牵引。
2.2 变频器的选用
目前市场上的变频器种类很多，各种变频器的电气参数也不尽相同。这里选用电梯系统普遍采用的日本安川公司的VS-616G5变频器，这种变频器最大的优点在于能够实现模块化的应用，由于该变频器内部都采用标准化模块，降低了后期维修和更换变频器系统的成本。
VS-616G5变频器在设置上需注意，其系统TA1模块是变频器系统的速度控制卡的脉冲输入端口，而TA2模块可以设置成速度控制卡的脉冲输出端口，用于向PLC输出脉冲。通过脉冲的输入和输出能够实现对电梯速度的实时监测与控制，从而达到提高电梯运行安全性和可靠性的目的。
2.3 PLC的选型及软件设计
PLC系统选用目前市场上较为主流的西门子S7-200系列的PLC模块，主CPU选用型号为S7-224模块，扩展模块选用EM223，这样经过扩展之后，输入点可达22个点，输出点可达18个点，完全能够满足电梯系统的多传感器以及变频器通讯的需求。
在控制系统的软件设计方面，由于采用了PLC作为控制系统核心模块，因此软件开发成本较低，难道较低，上手较快。可以选用西门子配套的STEP7编程软件，通过画梯形图实现软件程序的开发。
3 结 语
电梯的安全可靠运行，不仅仅关系到运行成本的经济效益，更为重要的是，电梯的安全可靠性还影响到人身财产安全，因此，必须要对电梯运行实施更为可靠的控制方法。本论文从变频器的应用角度出发，详细论述了变频器系统在参与电梯运行控制中的应用，给出了相关控制系统的设计与实现方案。经过实际运行，本控制系统极大的缩减了电梯运行控制的成本，提高了建筑物运行的效益。因此，本论文所提出的变频调速控制系统的方案是可行的，是可靠的，是值得推广应用的。本论文对于变频调速控制系统在电梯运行控制中的应用，无论是在理论研究方面，还是在实际应用方，都是值得大力推广的，对于变频调速控制系统在其他工业电气控制系统中的应用具有很好的指导和借鉴意义。
参考文献：
[1] 邵杰.基于RS-485的PLC与变频器的通讯[J].工业控制计算机，2007，（7）.
[2] 谈士力.微机与变频器间通讯及程序设计[J].机床与液压，2000，（6）.
[3] 张福恩.交流调速电梯原理及安装维修[M].北京：机械工业出版社，2003.
[4] 程周.编程序控制器技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.
[5] 刘国华.PLC控制交流变须调速控制系统在电梯中的应用[J].制造业自动化，2011，（6）.
[6] 赵洪恕，王忠石，简维新.PLC控制交流变须调速控制系统在电梯中的应用[J].基础自动化，2000，（1）.