變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　一、系統(tǒng)概述

　　電梯行業(yè)是一個(gè)特種行業(yè)，國(guó)家對(duì)電梯的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及使用都有詳細(xì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電梯的主要部分有土建、機(jī)械和電氣等組成，機(jī)械部分有導(dǎo)軌、轎廂、對(duì)重、鋼絲繩以及其他機(jī)械部分。電氣部分有主控制板，變頻器、曳引機(jī)等部分構(gòu)成。電梯的運(yùn)行在主控制板的指令控制變頻器，有變頻器驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)帶動(dòng)轎廂運(yùn)行。變頻器作為電梯中系統(tǒng)的核心部件，對(duì)電梯的安全可靠的運(yùn)行是非常重要的。同時(shí)系統(tǒng)也對(duì)變頻器有一些特殊的要求。許多公司針對(duì)電梯的特殊要求，推出了電梯專用變頻器來滿足電梯的特殊要求。而西門子的通用多功能變頻器MM440采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性，采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使曳引機(jī)在低噪聲下運(yùn)行，系統(tǒng)更加平穩(wěn)。全面而完善的保護(hù)功能為系統(tǒng)提供了可靠而良好的保護(hù)性能，高性能的矢量控制技術(shù)，有多種控制方式靈活選用，適用不同的領(lǐng)域。在電梯控制系統(tǒng)中，采用的是閉環(huán)矢量控制。具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和超強(qiáng)的過載能力。眾多的自由功能模塊通過BICO（二進(jìn)制互聯(lián)連接）組成了大量資源供用戶使用，從而完成復(fù)雜的多種控制。正是MM440強(qiáng)大而靈活的功能可以勝任電梯控制系統(tǒng)的要求。通過MM440驅(qū)動(dòng)異步曳引機(jī)構(gòu)成的電梯系統(tǒng)完全滿足國(guó)標(biāo)GB7588-2003《電梯制造與安裝規(guī)范》，GB/T10058-1997《電梯技術(shù)條件》的要求。

　　二、系統(tǒng)的組成和基本原理

　　電梯是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，本文就針對(duì)由MM440和曳引機(jī)主控板組成的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。如圖1所示。

　　電源經(jīng)空氣開關(guān)Q接電源接觸器KMC之后連接到變頻器的進(jìn)線端RST，變頻器出線端UVW經(jīng)接觸器KMY連接到曳引機(jī)構(gòu)成了系統(tǒng)的主供電回路。在上電后主控制板閉合KMC一直帶電，為變頻器自身提供電源和系統(tǒng)動(dòng)力。并且使變頻器初始化，并把初始化的結(jié)果通過GZ節(jié)點(diǎn)輸出給主控制板，而運(yùn)行接觸器KMY平時(shí)是斷開的，在電梯需要啟動(dòng)時(shí)在啟動(dòng)KMY使曳引機(jī)帶電。

　　在曳引機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器，經(jīng)過屏蔽線接到變頻器的信號(hào)輸入端PGP、PGM、PFA、PFB構(gòu)成閉環(huán)控制，同時(shí)也把輸出信號(hào)也經(jīng)過屏蔽線接到主控制板APCR的型號(hào)輸入端，以便主控制板控制電梯的正常運(yùn)行。

　　圖1：電氣系統(tǒng)原理圖。

　　MM440變頻器采用多段速控制方式，主控制板APCR根據(jù)內(nèi)選以及外呼等命令，計(jì)算出要去的目的樓層，此時(shí)首先閉合KMY，根據(jù)上行或者下行命令接通FWD或者REV，使變頻器建立勵(lì)磁，輸出轉(zhuǎn)矩。變頻器輸出運(yùn)行信號(hào)RUN，之后經(jīng)過一定的時(shí)間打開抱閘YB。再根據(jù)啟動(dòng)設(shè)置不同的段速輸出到多段速端子SS1、SS2、SS3。變頻器就會(huì)按照預(yù)先設(shè)定的速度曲線控制曳引機(jī)運(yùn)行。

　　停止時(shí)主控制板APCR首先在預(yù)定的減速距離把運(yùn)行多段速改為爬行速度輸出給變頻器數(shù)字輸入端子SS1、SS2、SS3，變頻器就會(huì)按設(shè)定的速度曲線控制曳引機(jī)到爬行速度，到將要平層時(shí)首先去掉多段速信號(hào)，然后下閘，最后去掉方向信號(hào)，完成一次啟停過程。下面就分析變頻器是如何根據(jù)APCR的命令完成電梯的控制的?！　∪M440變頻器的設(shè)置和應(yīng)用

　　根據(jù)電梯的速度、曳引比以及電梯的載重來確定曳引機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，當(dāng)曳引機(jī)的功率和電壓確定之后，變頻器的選型要和曳引機(jī)想匹配，一般是選取大于曳引機(jī)功率的上一個(gè)檔次的數(shù)據(jù)來選擇。不能小也不能太大，太大不但造成成本的上升，而且導(dǎo)致控制精度的降低。使整個(gè)系統(tǒng)的性能下降。

　　直接按圖1接好線后，變頻器是不能運(yùn)行的，必須對(duì)變頻器進(jìn)行正確的設(shè)置。首先是變頻器的快速調(diào)試，這是變頻器“能轉(zhuǎn)起來”的基本步驟?？焖僬{(diào)試的目的是完成變頻器最基本的設(shè)置，決定變頻器的基本工作方式的選擇，對(duì)曳引機(jī)的參數(shù)進(jìn)行“學(xué)習(xí)”，使變頻器和曳引機(jī)匹配起來，更加精確的完成控制控制任務(wù)。在快速調(diào)試中，要輸入曳引機(jī)的基本參數(shù)，包括電壓、

　　圖2

　　電流、功率、功率因數(shù)、額定頻率等參數(shù)，根據(jù)MM440的數(shù)據(jù)手冊(cè)要求按曳引機(jī)名牌上的數(shù)據(jù)輸入，其他的幾個(gè)重要參數(shù)P0300要選擇異步電機(jī)，命令源P0700選用數(shù)字量輸入方式，選擇2，并且在之后的調(diào)試中使P0701~P0708設(shè)置為17，各個(gè)數(shù)字量輸入按照設(shè)定功能進(jìn)行參數(shù)化。P1300控制方式選擇23，帶傳感器的矢量轉(zhuǎn)矩控制，這樣才能滿足電梯控制的要求。按照步驟最后在P3900中輸入3快速調(diào)試結(jié)束并進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)計(jì)算。

　　變頻器的快速調(diào)試完成之后，這只是第一步，還不能控制電梯的運(yùn)行還要進(jìn)行多段速的設(shè)置，RUN信號(hào)的輸出設(shè)置，以及閉環(huán)控制的PI制設(shè)置、S速度曲線的各個(gè)時(shí)間的設(shè)置等等。

　　變頻器每次上電后要進(jìn)行本身的初始化工作，由于所選用的功能模塊不同，很可能在沒有完全初始化完成后前輸出變頻器準(zhǔn)備好，可以工作的信號(hào)，這時(shí)若有呼梯信號(hào)主板就會(huì)輸出給變頻器信號(hào)驅(qū)動(dòng)電梯運(yùn)行，這就造成系統(tǒng)的不正常工作，給安全運(yùn)行帶來危害。為確保變頻器完全初始化好，對(duì)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)定時(shí)器延時(shí)輸出，同時(shí)主板要求變頻器輸出的信號(hào)為保持型的，為此在把信號(hào)經(jīng)一個(gè)RS觸發(fā)器保持，如圖2所示。此時(shí)，真正的“Ready”信號(hào)就是RS-觸發(fā)器的輸出r2841了，將r2841連接到輸出端子上即可（例如，P0733=2841）。

　　圖3：多段速輸出選定。

　　多段速的選擇與實(shí)現(xiàn)是利用參數(shù)P0722.0~P0722.7存放了數(shù)字輸入1~7的狀態(tài)，如圖3所示當(dāng)把P701~P703設(shè)置為17后，變頻器會(huì)自動(dòng)把圖3種的參數(shù)設(shè)置為如下的值：P1020=722.0，P1021=722.1，P1022=722.2。當(dāng)輸入狀態(tài)變化時(shí)，會(huì)選擇P1001~P10016中的速度值防御參數(shù)r1024中，再把r1024的值連接到主給定通道上作為多段速的輸出值。

　　當(dāng)主控制板通過端子輸入給變頻器，變頻器就會(huì)按設(shè)定的速度控制曳引機(jī)運(yùn)行，電梯的一次啟動(dòng)和停止曲線如圖4所示。在啟動(dòng)過程中，加速度起始段曲線有P1130來確定，加速度直線段有參數(shù)P1120來確定，加速度結(jié)束段曲線由參數(shù)P1131來確定。之后進(jìn)入勻速運(yùn)行階段。在減速起始段曲線由參數(shù)P1132來確定，減速直線段由參數(shù)P1121確定，減速結(jié)束段曲線由參數(shù)1133來確定。上述參數(shù)的單位為時(shí)間，要根據(jù)速度時(shí)間換算成速度和加速值，并根據(jù)電梯技術(shù)條件和規(guī)范的要求來調(diào)整，滿足舒適感和效率的要求。

　　圖4：電梯運(yùn)動(dòng)速度曲線。

　　除了上述參數(shù)外，還有倆個(gè)參數(shù)對(duì)電梯的未定運(yùn)行和舒適感非常重要，速度調(diào)節(jié)器比例系數(shù)P1460.0 ，速度調(diào)節(jié)器積分常數(shù)P1462.0， 圖5是P1460.0和1462.0的調(diào)整情況，圖中A為速度

　　圖5

　　給定信號(hào)，B、C、D、E、F為反饋信號(hào)，B為P1460和P1462都偏小，C為1460偏小，但高速事震動(dòng)小，低速控制效果比較差。E輕微超調(diào)，P1460偏大，P1462偏小，低速是控制效果好，但高速時(shí)會(huì)有一些振動(dòng)。F為嚴(yán)重超調(diào)P1460太大，P1462偏小。D的效果最好，調(diào)整時(shí)先進(jìn)可能的加大P1460，到不產(chǎn)生超調(diào)為止，之后在盡可能加大P1462，以不產(chǎn)生振蕩為止。

　　四、應(yīng)用前景以及問題

　　目前，許繼電梯公司已經(jīng)有2000臺(tái)電梯應(yīng)用西門子MM440變頻器在投入運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，全部是應(yīng)用于異步曳引機(jī)的直梯。在同步曳引機(jī)和扶梯上還沒有應(yīng)用，如何挖掘MM440強(qiáng)大的功能，使之應(yīng)用于同步曳引機(jī)和扶梯等控制系統(tǒng)的應(yīng)用，是下一步研究的課題。