變頻器在電梯控制系統(tǒng)中的應用

　　一、系統(tǒng)概述

　　電梯行業(yè)是一個特種行業(yè)，國家對電梯的設計、制造、安裝以及使用都有詳細的國家標準。電梯的主要部分有土建、機械和電氣等組成，機械部分有導軌、轎廂、對重、鋼絲繩以及其他機械部分。電氣部分有主控制板，變頻器、曳引機等部分構成。電梯的運行在主控制板的指令控制變頻器，有變頻器驅動曳引機帶動轎廂運行。變頻器作為電梯中系統(tǒng)的核心部件，對電梯的安全可靠的運行是非常重要的。同時系統(tǒng)也對變頻器有一些特殊的要求。許多公司針對電梯的特殊要求，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)代先進技術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，可使曳引機在低噪聲下運行，系統(tǒng)更加平穩(wěn)。全面而完善的保護功能為系統(tǒng)提供了可靠而良好的保護性能，高性能的矢量控制技術，有多種控制方式靈活選用，適用不同的領域。在電梯控制系統(tǒng)中，采用的是閉環(huán)矢量控制。具有快速的動態(tài)響應特性和超強的過載能力。眾多的自由功能模塊通過BICO（二進制互聯(lián)連接）組成了大量資源供用戶使用，從而完成復雜的多種控制。正是MM440強大而靈活的功能可以勝任電梯控制系統(tǒng)的要求。通過MM440驅動異步曳引機構成的電梯系統(tǒng)完全滿足國標GB7588-2003《電梯制造與安裝規(guī)范》，GB/T10058-1997《電梯技術條件》的要求。

　　二、系統(tǒng)的組成和基本原理

　　電梯是一個復雜的系統(tǒng)，本文就針對由MM440和曳引機主控板組成的電氣控制系統(tǒng)進行介紹。如圖1所示。

　　電源經(jīng)空氣開關Q接電源接觸器KMC之后連接到變頻器的進線端RST，變頻器出線端UVW經(jīng)接觸器KMY連接到曳引機構成了系統(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)動力。并且使變頻器初始化，并把初始化的結果通過GZ節(jié)點輸出給主控制板，而運行接觸器KMY平時是斷開的，在電梯需要啟動時在啟動KMY使曳引機帶電。

　　在曳引機的驅動軸上安裝有旋轉編碼器，經(jīng)過屏蔽線接到變頻器的信號輸入端PGP、PGM、PFA、PFB構成閉環(huán)控制，同時也把輸出信號也經(jīng)過屏蔽線接到主控制板APCR的型號輸入端，以便主控制板控制電梯的正常運行。

　　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，計算出要去的目的樓層，此時首先閉合KMY，根據(jù)上行或者下行命令接通FWD或者REV，使變頻器建立勵磁，輸出轉矩。變頻器輸出運行信號RUN，之后經(jīng)過一定的時間打開抱閘YB。再根據(jù)啟動設置不同的段速輸出到多段速端子SS1、SS2、SS3。變頻器就會按照預先設定的速度曲線控制曳引機運行。

　　停止時主控制板APCR首先在預定的減速距離把運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，變頻器就會按設定的速度曲線控制曳引機到爬行速度，到將要平層時首先去掉多段速信號，然后下閘，最后去掉方向信號，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。　　三、MM440變頻器的設置和應用

　　根據(jù)電梯的速度、曳引比以及電梯的載重來確定曳引機的轉速和功率，當曳引機的功率和電壓確定之后，變頻器的選型要和曳引機想匹配，一般是選取大于曳引機功率的上一個檔次的數(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，而且導致控制精度的降低。使整個系統(tǒng)的性能下降。

　　直接按圖1接好線后，變頻器是不能運行的，必須對變頻器進行正確的設置。首先是變頻器的快速調(diào)試，這是變頻器“能轉起來”的基本步驟。快速調(diào)試的目的是完成變頻器最基本的設置，決定變頻器的基本工作方式的選擇，對曳引機的參數(shù)進行“學習”，使變頻器和曳引機匹配起來，更加精確的完成控制控制任務。在快速調(diào)試中，要輸入曳引機的基本參數(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)手冊要求按曳引機名牌上的數(shù)據(jù)輸入，其他的幾個重要參數(shù)P0300要選擇異步電機，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設置為17，各個數(shù)字量輸入按照設定功能進行參數(shù)化。P1300控制方式選擇23，帶傳感器的矢量轉矩控制，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)試結束并進行電動機的數(shù)據(jù)計算。

　　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行還要進行多段速的設置，RUN信號的輸出設置，以及閉環(huán)控制的PI制設置、S速度曲線的各個時間的設置等等。

　　變頻器每次上電后要進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備好，可以工作的信號，這時若有呼梯信號主板就會輸出給變頻器信號驅動電梯運行，這就造成系統(tǒng)的不正常工作，給安全運行帶來危害。為確保變頻器完全初始化好，對信號經(jīng)過一個定時器延時輸出，同時主板要求變頻器輸出的信號為保持型的，為此在把信號經(jīng)一個RS觸發(fā)器保持，如圖2所示。此時，真正的“Ready”信號就是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所示當把P701~P703設置為17后，變頻器會自動把圖3種的參數(shù)設置為如下的值：P1020=722.0，P1021=722.1，P1022=722.2。當輸入狀態(tài)變化時，會選擇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。

　　當主控制板通過端子輸入給變頻器，變頻器就會按設定的速度控制曳引機運行，電梯的一次啟動和停止曲線如圖4所示。在啟動過程中，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，加速度結束段曲線由參數(shù)P1131來確定。之后進入勻速運行階段。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，減速結束段曲線由參數(shù)1133來確定。上述參數(shù)的單位為時間，要根據(jù)速度時間換算成速度和加速值，并根據(jù)電梯技術條件和規(guī)范的要求來調(diào)整，滿足舒適感和效率的要求。

　　圖4：電梯運動速度曲線。

　　除了上述參數(shù)外，還有倆個參數(shù)對電梯的未定運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，B、C、D、E、F為反饋信號，B為P1460和P1462都偏小，C為1460偏小，但高速事震動小，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，但高速時會有一些振動。F為嚴重超調(diào)P1460太大，P1462偏小。D的效果最好，調(diào)整時先進可能的加大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、應用前景以及問題

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