浅析基于变频技术的电梯PLC控制系统设计

浅析基于变频技术的电梯PLC控制系统设计

蔡起衡

浙江省特种设备科学研究院  浙江杭州 310020

摘要：随着科技的不断进步，电梯已经成为现代城市中不可或缺的交通工具。为了提高电梯的运行效率和乘客的舒适度，越来越多的电梯采用了基于变频技术的PLC控制系统。变频技术能够实现电机转速的精确调节，而PLC控制系统可以实现对电梯运行的全面控制和监测。本文将介绍基于变频技术的电梯PLC控制系统设计，有助于提高电梯的运行效率和乘客的舒适度，实现电梯的智能化和可持续发展。

关键词：变频技术；电梯；PLC控制

引言

电梯是高层建筑中常见的运输工具，其主要功能为人员和货物的运输。电梯系统的逻辑控制比较复杂，所以电梯控制器的选择对其性能的影响就显得尤为重要。传统电梯的控制器大多数为继电器。由于继电器存在控制点多、接线复杂、故障多、不稳定等问题，逐步被可靠性强、性价比高、编程及维护方便的PLC所取代。

1变频技术概述

变频技术是一种通过改变电机供电频率和电压来实现电机转速调节的技术，通过变频器将电源的固定频率和电压转换为可调的频率和电压，从而控制电机的转速。传统的电机控制方法是通过改变电源的电压来调节电机的转速，但这种方法效果有限，且能耗较高。而变频技术通过改变电源的频率和电压，可以实现更精确的电机转速调节，提高电机的效率和控制精度。在电梯领域，变频技术被用于控制电梯的电机转速，实现平稳启停和调速运行，提高电梯的运行效率和乘客的舒适度。变频技术是一种通过改变电机供电频率和电压来实现电机转速调节的技术，在电梯控制中起到了重要的作用。

2电梯结构及工作原理

电梯是一种用于垂直或近垂直运输人员和货物的交通工具，它由电动机、钢丝绳、导轨、控制系统和安全装置等组成。电梯的工作是通过电动机驱动钢丝绳的运动，从而使电梯的升降舱体上下移动。电梯的升降舱体通过导轨固定在电梯井道内，同时通过钢丝绳与电动机相连。当电动机启动时，它会转动驱动轮，钢丝绳则会卷绕在驱动轮上，使升降舱体上升或下降。

电梯的控制系统起到了控制、监测和保护电梯运行的作用。控制系统包括电梯按钮、控制面板和PLC控制器等，乘客可以通过按钮选择所需的楼层。控制系统会根据乘客的指令和电梯的运行状态来控制电梯的运行方向和停靠楼层。为了保证乘客的安全，电梯还配备了多种安全装置，如电梯门锁、限速器、紧急制动器和安全触边等。电梯门锁用于控制电梯门的开启和关闭，限速器用于监测电梯的运行速度，紧急制动器用于在紧急情况下停止电梯的运行，安全触边则用于检测电梯门是否有障碍物。电梯是一种通过电动机、钢丝绳、导轨、控制系统和安全装置等组成的交通工具，通过电动机驱动钢丝绳的运动，使升降舱体上下移动。控制系统和安全装置起到了控制和保护电梯运行的作用。

3基于变频技术的电梯PLC控制系统设计

电梯电气控制系统主要包括PLC、人机界面、传感器、执行器、电源模块及通信模块等硬件组件。这些组件相互配合，共同实现电梯的安全、可靠运行。在设计基于PLC的电梯电气控制系统时，对这些硬件组成部分的选型和设计至关重要。

3.1PLC选型

PLC是电梯电气控制系统的核心部分，负责接收外部信号，处理逻辑并输出控制信号。S7-200是一款可编程的微型控制器，能够在各种行业和场合中实现自动化控制、检测和监测，为用户提供高效、精准的控制体验。本次设计选择西门子公司的CPU22X系列中的S7-200CPU226控制器负责控制一部5层电梯的电气控制系统。该型号控制器可以用于多种复杂工况下的运行状态监控及故障诊断。

3.2传感器选型

在电梯的运行过程中，必须实时捕捉电机的旋转速度和位置，只有准确了解电机的运行速度，才能对其进行速度闭环控制，从而提高电梯的运行性能和乘客的乘坐舒适度。同时，实时监测电机速度对于保障人员安全至关重要，可以有效监控安全状态并提前预防事故的发生。在当前的技术水平下，电机的速度和位置传感器的探测主要涉及光电编码器、旋转变压器、电磁式编码器3种类型。虽然旋转编码器和光电编码器的功能相似，但旋转编码器在极端恶劣的工作环境下表现出卓越的适应性。通过采用磁感应装置，磁性编码器的光学编码器实现了转子绝对位置的产生，从而替代传统的光编码器码盘的磁性装置，弥补了光电编码器的缺陷。电磁式编码器价格高，安装维护也不方便，而光电式编码器成本低，易于推广。考虑到传感器的操作环境和成本因素，最终决定选用U型光电编码器。

3.3控制器的输入、输出特性

S7-200控制器对数字量输入信号要求24V的直流电压。在PLC中，经过光电耦合器隔离后，输入电压范围为15～35V和0～5V的I信号和O信号。对CPU226型的输入信号需滤波处理，滤波时间在0.2～12.8ms。中断输入的速率为10.0～10.3kb·s-1，计数器输入速率为10.0～10.5kb·s-1。S7-200的输出信号分为继电器输出型和晶体管输出型两种。在CPU22X系列中，选择继电器输出方式，CPU226的继电器所输出的容量为2A，而晶体管所输出的容量则为0.75A。输入电流可由外部供电装置供给。晶体管型电源的电压为直流24V，而机电器型电源的电压范围在交流85～264V，其输出电压则取决于用户所提供的负载工作电压。

3.4电梯控制系统

电梯的控制由PLC实现，控制系统采用变频调压调速的全闭环控制，PLC将信号输送到变频器相应的信号中，同时将变频器的状态输送到PLC中。电梯的完整运行过程是电机从启动、运行到停止的整个过程，PLC接收操作面板的信号和轿厢及门系统的信号。电在设计过程中，首先需要确定电梯的运行需求和性能要求。然后，选择合适的变频器和PLC控制器，并进行相应的参数设置和编程。变频器的参数设置包括电机的额定功率、额定电流和转速范围等，而PLC控制器的编程则包括电梯的各种运行逻辑和安全保护措施。通过设置合适的故障检测和报警机制，可以及时发现和解决电梯故障。同时，还需要考虑到电梯的节能性，通过合理的能量管理和优化控制策略，可以降低电梯的能耗。在设计过程中，需要考虑到电梯的运行需求、安全性和节能性等因素，并选择合适的变频器和PLC控制器进行参数设置和编程。在设计过程中，我们需要考虑电梯的运行需求、安全性和节能性等因素，并选择合适的变频器和PLC控制器进行参数设置和编程。这样的设计能够实现电梯的平稳启停和调速运行，减少能源消耗和机械磨损，延长电梯的使用寿命。
结束语

基于变频技术的电梯PLC控制系统设计是现代电梯技术的重要领域之一。通过精确的电机控制和全面的运行监测，这种设计能够提高电梯的运行效率和乘客的舒适度，同时保证电梯的安全性和可靠性。基于变频技术的电梯PLC控制系统设计不仅提高了电梯的运行效率和乘客的舒适度，还能够实现电梯的智能化管理和远程监控。通过实时数据采集和分析，我们可以及时发现和解决电梯故障，提高电梯的可靠性和维护效率。基于变频技术的电梯PLC控制系统设计是电梯技术发展的重要方向之一。通过合理的设计和参数设置，我们可以实现电梯的高效运行和安全运营，为乘客提供更好的出行体验。

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