探讨微机控制变频器在电梯控制系统中的应用

摘要:变频器应用于微机控制电梯，其性能大大优于矢量控制变频器。可以提高电梯的运行质量及效率和节约电能。本文介绍了探讨了ACS600系列变频器原理及对电梯电气部分进行技术改造的应用。提高了电梯乘坐的舒适感。

关键词：变频器应用于微机；控制电梯

中图分类号：TU85 文献标识码：A

引言

随着我国高层建筑的发展，对于电梯的要求也在不断的提高，从安全性到现在智能化的要求。电梯发展初始，电梯电气部分采用的是继电接触器控制系统，故障率高，乘坐舒适感较差，严重影响电梯运行质量。但是随着计算机技术的发展，控制变频器弥补了继电器控制的缺点。

零速满转矩――由ACS600带动的电动机能够获得在零时电动机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。这一特点应用在电梯行业优于其他品牌变频器。DTC提供的精确的转矩控制使得ACS600能够提供可控且平稳的最大起动转矩(最大起动转矩能达到200％的电动机额定转矩)。

精确速度控制――ACS600的动态转速误差在开环应用为0．4％，在闭环应用时为0．1％。而矢量控制变频器在开环时大于0．8％，闭环时为0．3％。ACS600变频器的静态精度为0.01％。

ACs600变频器的应用使产品具有很宽的功率范围、优良的速度控制和转矩控制特性、完整的保护功能以及灵活的编程能力、结合上位机系统，构成一个适用于各种类型的应用产品，有6向位控制起升设备特殊需求的用户，可采用ACC600系列专用位势变频器。

系统总体构成及原理

1微机控制的电梯已逐渐取代老式的继电器控制的电梯，它适用于数字调速系统便于应用变频器，而且功能灵活多变，结构紧凑，免去了许多复杂的接线，提高了系统的可靠性。本系统主要由微机、变频器和拖动系统组成，系统结构如图1所示。

图l微机控制电梯控制框图

一般交流调速电梯速度不超过1.75m/s，采用ACS600系列变频器，电梯操作系统控制模块由工业控制计算机及接口组成，它是电梯逻辑运行的控制核心。采集电梯运行状态信号，以决定电梯运行方式，包括有／无司机、运行、检修、门锁保护、急停保护、消防运行及故障慢车运行等。它也采集各楼层的高速模型相结合使电机的呼梯信号及轿厢内选层信号，根据电梯所在位置决定电梯运行方向；它向ACS600变频器发出控制命令信号，包括速度信号和速上下行驶信号，保证电梯安全可靠运行。由变频器构成拖动模块，采用ABB生产的ACS600系列变频器。从控制模块接收速度信号和上下行驶信号，按内部设定运行曲线对电梯拖动系统实现速度控制，完成电梯的灵活调速、控制、高精度平层和提高乘坐舒适感等功能。

2．控制系统的硬件组成

控制模块采用总线结构。根据电梯运行原理及实现的功能，设计系统硬件，图2为模块结构图。它由CPU板，输入输出板，开关电源以及总线基架组成。其中CPU板由单片机、64K程序存储器、64K数据存储器、2路16位定时/计数器、2路RS-232接口、8路并行I／0接口组成。

该模块可通过RS-232接口实现与上序的离线或在线编辑、汇编、监控和调试，给程序的编写及现场调试带来很大的方便。微机的输入、输出信号的电平、传递速度、传递方式通常都有要求，这就需要接口电路来协调，以使接收控制信号可靠地控制继电器和接触器的工作。我们采用的是光电隔离32路开关输入、输出板，可以消除公共地线和电源的干扰，从而使工业设备和微机系统可靠工作。输入板是光电隔离32路开关量。

图2工作模块结构图

输入板STD5372板，它是一种带光电耦合器件的开关量输入板，可以实现总线与被测工业设备或数字仪器之间的光电隔离，32个开关量输入，占用4个连接的口地址，采用单端输入，工作模式为CPU扫描输入。输入板实现对各楼层上(下)行外呼梯信号的采集；实现对轿厢内选信号及电梯运行状态信号的采集；实现对电梯井道信号和保护信号的采集；及相应的输出信号；接口与总线的连接(见图3)。

图3接口与数据总线的连接

电梯的运行方向，楼层的信号，都由指示灯输出显示，我们使用的是发光三极管，因为它耗电少无需太大的驱动接口，配合矩阵方式可以减少元器件的个数。微机控制系统产生速度指令曲线比一般电梯要灵活的多。它采用数模转换器D/A，将微机送来的数字量转变为模拟量，构成速度指令曲线。只要微机给出的数字不同就可以得到不同的指令曲线，因此微机根据运行距离长短，速度快慢给出不同的数字就可以得到不同的指令曲线。控制电梯缓起、加速、缓停，

使乘梯人没有不舒适的感觉。

电脑电梯大多省去选层器，而电梯在运行中必须知道自己所处的位置，才能正确指层，正确选择减速点，正确平层。为此需要一个装置，能计算电梯行走的距离，再与内存中每一层的高度相比较就知道现在是在第几层，需要向什么方向行驶，要在第几层停止，以便发出相应命令。计算电梯运行距离的方法很多，较为简单的方法是采用光电码盘。这样只要用计数器计算出光码盘的脉冲数，就可知道电梯运行的距离。

3．制动单元的选择

在变频器应用中，当轿厢空载上升或重载下降时，拖动系统都存在位能负荷下放，电动机将处于再生发电制动运行状态，使从电动机回馈的能量通过逆变环节中并联的二极管流向直流环节充电，当回馈的能量较大时，会引起直流环节电压升高，对变频器逆变桥构成危险，发生故障；电动机急剧减速也会造成上述现象。解决的办法是在变频器直流环节上并接制动单元和制动电阻。

(1)制动单元

制动单元是变频器的一个可选组件，其内设有检测和控制电路，其工作时对变频器的直流回路电压在线检测，当电压值超过设定允许值时，滞环比较器翻转，经逻辑转换后触发制动晶体管导通，经过电阻释放能量使电压降低，维持变频器正常工作。一个制动单元并接几个制动电阻，需根据实际工况计算选择。

(2)制动电阻的选择

变频器在采用制动单元时，必须做到不同功率的制动单元与其相应功率的制动电阻相配合，以达到扩展制动功率的目的，在外接制动电阻进行制动的情况下，电阻应能在系统再生时吸取负载回馈电能的80％，其余20％可通过电动机以热能耗散。此时制动电阻值

R=U/CD21.047(TB一0.2TM)n1

式中UCD-----直流电压，对400V变频器取值760（V）；

TM-----电动机的额定转矩(N・m)；

TB一制动转矩(N・m)。

制动转矩TB可按下式计算

TB=(GD+GD)(n1―n2)／375tS-TL