摘 要：本文主要介紹臺達(dá)VL系列變頻器在電梯行業(yè)中的應(yīng)用，詳細(xì)描述了電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)和控制原理以及蘇州某電梯廠的電梯控制系統(tǒng)調(diào)試過程。工程實(shí)踐證明，臺達(dá)VL系列變頻器應(yīng)用在電梯控制上能體現(xiàn)出良好的調(diào)速性能和穩(wěn)定性，值得行業(yè)推廣。
關(guān)鍵詞：VL系列變頻器；電梯；電氣控制系統(tǒng)；編碼器；電動機(jī)參數(shù)
中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
1 引言
電梯是一種機(jī)電結(jié)合，為高層建筑提供運(yùn)輸服務(wù)的復(fù)雜的特種設(shè)備。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟(jì)和生活中需求不斷增長，人們對電梯的要求也越來越高。如運(yùn)行平穩(wěn)性、外觀完美性、安全性及環(huán)保節(jié)能性。
目前電梯業(yè)界的主要制造廠商有美國奧的斯、瑞士迅達(dá)、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、日立、東芝、富士達(dá)等13家大型外商投資公司，占據(jù)中國內(nèi)地市場高達(dá)到76% 以上。比重如圖1所示。
圖1 中國內(nèi)地市場電梯品牌所占比重圖
電梯驅(qū)動最顯著特點(diǎn)是位能拖動負(fù)載，位能拖動負(fù)載要求電機(jī)四象限運(yùn)行。電梯頻繁啟動類負(fù)載，要求滿足重負(fù)載條件啟動、換速、換向平穩(wěn)無沖擊（舒適感好），平層精度高（定位準(zhǔn)確）和低速力矩大。換言之，電梯驅(qū)動對變頻器工程運(yùn)行能力有全面高等級技術(shù)要求。電梯可以說是要求最高變頻器應(yīng)用領(lǐng)域。基于變頻器進(jìn)行電梯系統(tǒng)的控制和驅(qū)動是業(yè)界共同研究和面對的重要課題。
臺達(dá)機(jī)電至今已經(jīng)能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計(jì)數(shù)器、人機(jī)界面、變頻驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器、數(shù)控系統(tǒng)等一系列產(chǎn)品，可以向客戶提供完善可靠的機(jī)電一體化解決方案。本文基于臺達(dá)VL系列變頻器在電梯行業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了電梯的良好驅(qū)動控制，效果良好，得到業(yè)界同行認(rèn)可。
2 電梯的分類
2.1按速度我國習(xí)慣上分為以下4類：
(1)低速梯——速度低于1.009m/s速度的電梯；
(2)中速梯——速度在1.00～2.00m/s的電梯；
(3)高速梯——速度大于2.00m/s的電梯；
(4)超高速——速度超過5.00m/s的電梯。
2.2 按電機(jī)分類可分為：異步電梯（感應(yīng)電機(jī)）及同步電梯（永磁同步電機(jī)）
（1）異步電機(jī)(感應(yīng)電機(jī))的工作原理是通過定子的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子中并不直接產(chǎn)生磁場。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定是小于同步轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速)的,故稱異步電機(jī)，也稱感應(yīng)電機(jī)（induction motor）。
其優(yōu)缺點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價(jià)格便宜，運(yùn)行方便。
缺點(diǎn)：功率因素滯后，輕載功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差。
（2）同步電機(jī)轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生)，定子旋轉(zhuǎn)磁場“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步轉(zhuǎn)速, 故稱同步電機(jī)。
其優(yōu)缺點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：同步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高；與異步電動機(jī)相比，它由于不需要無功勵磁電流，因而效率高，功率因數(shù)高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好。能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制。
缺點(diǎn)：成本高。
3 VL系列變頻器的功能特點(diǎn)
VL系列變頻器如圖2所示。
圖2 VL系列變頻器
3.1特色一：
具有高效能磁束向量控制(FOC)；
使用于感應(yīng)馬達(dá)及永磁同步馬達(dá)；
IM/PM馬達(dá)參數(shù)自動偵測；
磁極位置檢測及自學(xué)習(xí)功能；
薄型模組化設(shè)計(jì)，易安裝易維護(hù)；
內(nèi)建制動剎車單元(至22kW)；
支持緊急用DC48/96V電源(EPS)；
無需稱重補(bǔ)償；
3.2特色二：
自動修正啟動轉(zhuǎn)矩及手動微調(diào)功能；
內(nèi)建電梯機(jī)械剎車輸出接點(diǎn)；
內(nèi)建電梯啟動/停止程序；
采用RS-485通訊界面，標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS通訊協(xié)議；
可選購買操作面板；
可選購多種型式PG回授卡；
3.3特色三：
多種控制模式選擇，有V/F、V/F+PG、SVC、FOC+PG、TQR+PG及FOC+PG(PM)控制模式；
啟動轉(zhuǎn)矩0Hz時可達(dá)150%以上(+PG)；
速度控制范圍 1:1000(+PG)；
速度控制精度 ±0.02%(+PG)；
過載保護(hù)：定/轉(zhuǎn)矩150%60秒，200%額定電流3秒；
頻率設(shè)定分辨率：12bits。
4 電梯設(shè)備及控制系統(tǒng)的構(gòu)成
4.1 設(shè)備簡介
該電梯樓層數(shù)為17層，系統(tǒng)的現(xiàn)場配置如下：
機(jī)種：VFD-185VL43A(34A)
軟件版本：1.06
上位機(jī)：無錫中秀WP-CAN3200
編碼器：海德漢1387
曳引機(jī)的規(guī)格如表1所示。
表1 永磁同步無齒輪曳引機(jī)規(guī)格表
4.2 電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)
電梯的電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。
圖3 電梯的電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)
4.3 系統(tǒng)接線
現(xiàn)場主機(jī)箱接線圖如圖4所示。
圖4 主機(jī)箱現(xiàn)場接線圖
系統(tǒng)的接線圖如圖5所示。
圖5 系統(tǒng)接線圖
配線說明如表2所示。
表2 配線說明表
編碼器接線圖如圖6所示。
圖6 編碼器接線圖
運(yùn)轉(zhuǎn)時外部輸入端子狀態(tài)如表3所示。(其中1表示導(dǎo)通閉合；0表示開路)
表3 運(yùn)轉(zhuǎn)時外部輸入端子狀態(tài)表
5 系統(tǒng)調(diào)試
注意：在拆除原有變頻器前，請先把電梯停到中間樓層。
VL變頻器調(diào)機(jī)步驟如下：
5.1 步驟一：基本設(shè)定與馬達(dá)參數(shù)
（1）確認(rèn)機(jī)種代碼與銘牌相符
（2）控制模式00-09選擇8，F(xiàn)OC PM控制模式
（3）請?jiān)O(shè)定基本參數(shù)
01-00=31.83HZ 最大輸出頻率
01-01=31.83HZ第一輸出頻率設(shè)定1（基底頻率/電機(jī)額定頻率）
01-02=380V第一輸出電壓設(shè)定1（基底電壓/電機(jī)額定電壓）
（4）請選擇參數(shù)08群設(shè)定馬達(dá)參數(shù)
08-01=30A電機(jī)滿載電流(額定電流)
08-02=13.3kw電機(jī)額定功率
08-03=191r/min電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
08-04=20電機(jī)極數(shù)
（5）請選擇參數(shù)10群設(shè)定編碼器參數(shù)
10-00=3 編碼器種類
10-01=2048 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈波數(shù)
10-02=1 編碼器輸入型式
5.2 步驟二：馬達(dá)參數(shù)自動量測
（1）按PU鍵此時PU燈亮起
（2）進(jìn)入?yún)?shù)08-00設(shè)定為2，按RUN執(zhí)行馬達(dá)參數(shù)自動量測。(請注意，多功能輸入端子MI8 的出廠設(shè)定為”40 驅(qū)動器致能”。在未與上位機(jī)訊號配合前，請于按Run運(yùn)轉(zhuǎn)前將此端子出廠設(shè)定改為2-08=“0“。此時，方可執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)。待正式試運(yùn)轉(zhuǎn)時，若需”驅(qū)動器致能”輸入功能，請?jiān)賹I8設(shè)定為40。）
此自動量測不需釋放煞車。但若于驅(qū)動器與馬達(dá)之間有加裝電磁閥時，需將此電磁閥導(dǎo)通。
自動量測過程中操作面板會顯示Auto tuning警告，當(dāng)警告訊息消失后，表示參數(shù)已經(jīng)量測結(jié)束并已將結(jié)果存入08-05與08-07，其中08-05為定子電阻，08-07為定子電感。
5.3 步驟三：編碼器原點(diǎn)自動偵測
進(jìn)入?yún)?shù)08-00設(shè)定為1，按RUN執(zhí)行編碼器原點(diǎn)自動偵測
請注意，執(zhí)行此項(xiàng)測試前確認(rèn)電磁閥與機(jī)械煞車已松開。
在條件允許下請?jiān)隈R達(dá)空載下執(zhí)行此項(xiàng)學(xué)習(xí)，以獲得最精準(zhǔn)結(jié)果。
若條件不允許，車廂需擺平衡負(fù)載后再執(zhí)行此項(xiàng)測試。
如果這些條件都不允許，請將參數(shù)08-00=3，按RUN運(yùn)行，電機(jī)可以在滿載的情況下自學(xué)習(xí)編碼器偏移角，但此時電機(jī)要運(yùn)行3圈。省去吊較箱、擺平衡載的復(fù)雜工作具體步驟：
（1）00-14=3
（2）輸入端子：多段速一MI1，多段速二MI2，多段速三MI3，使能MI8
輸出：電磁閥輸出(RA)、機(jī)械抱閘輸出(MRA)、故障報(bào)警（MO1）、設(shè)定頻率到達(dá)（MO2）
（3）確認(rèn)04-00----04-15為零
（4）11-00 = 81Hex（設(shè)定為自動頻寬和零速伺服功能）先以零速位置控制取代秤重補(bǔ)償功能調(diào)整電梯起動時的轉(zhuǎn)矩輸出(可調(diào)整10-19得到較好的零速位置轉(zhuǎn)矩輸出)。另外和2-29、2-31的配合有關(guān)聯(lián)，此虛擬的時序要和上位機(jī)的時序一致，如果每層樓有差異。可調(diào)節(jié)10-22的寬度，要正好落在機(jī)械抱匝打開瞬間，但此時間不能過長。
（5）設(shè)定08-00=3，利用上位時執(zhí)行檢修向上進(jìn)行自學(xué)習(xí)（注意有可能因外部原因引起飛車）
自動量測過程中操作面板會顯示Auto tuning-- Fault Code 25警告，當(dāng)警告訊息消失后表示量測結(jié)束，請立即釋放掉外部檢修按鈕，否則可能有飛車危險(xiǎn)。并已將結(jié)果存入08-09 (建議執(zhí)行至少3次并做比較，若3次的值皆接近，則便可采用第3次的Tuning值。若每次結(jié)果相差3度以上，請停止運(yùn)作并與我們聯(lián)絡(luò)) 。
請注意，執(zhí)行此學(xué)習(xí)時，馬達(dá)運(yùn)作方向?yàn)镕WD，若方向運(yùn)作與客戶定義之上下行方向相反，請變更馬達(dá)配線，如UVW變更為UWV，變更后再次學(xué)習(xí)。
當(dāng)操作器顯示”Auto Tuning Err”，表示偵測失敗，請檢查PG配線是否連接妥當(dāng)。
當(dāng)顯示”PG Fbk Error”，請變更設(shè)定10-02，若原先設(shè)定為A相領(lǐng)先B相，請變更成B相領(lǐng)先A相，反之亦然。
請依實(shí)際現(xiàn)場數(shù)據(jù)設(shè)定參數(shù)11-01(電梯速度)、11-02(轉(zhuǎn)盤直徑)、11-04(懸掛比)等。
7-00=700，制動電壓準(zhǔn)位
5.4 步驟四：運(yùn)轉(zhuǎn)速度曲線設(shè)定
確認(rèn)總共有幾段速(高速、中速、低速、爬行、檢修、樓層自學(xué)習(xí))
多段速設(shè)定 04-00 ~ 04-15
確認(rèn)各段速之設(shè)定與多功能輸入指令對應(yīng)之端子的動作時序(MI1、MI2、MI3)
加減速時間設(shè)定 01-12 ~ 01-19(建議在試運(yùn)轉(zhuǎn)時將減速時間設(shè)為較小值，待所有時序確定后再做舒適感調(diào)試)
S 曲線 01-24 ~ 01-30(建議在試運(yùn)轉(zhuǎn)時將S曲線時間設(shè)為0，待所有時序確定后再做舒適感調(diào)試)
5.5 步驟五：試運(yùn)轉(zhuǎn)
以檢修速度試運(yùn)行，觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是否運(yùn)作正常。同時亦觀察驅(qū)動器多功能輸出入端子動作如煞車釋放，電磁閥導(dǎo)通等是否與上位機(jī)的時序相符。
第一次運(yùn)轉(zhuǎn)請先行將原本的速度設(shè)定先行降低。待觀察幾次運(yùn)轉(zhuǎn)后再將轉(zhuǎn)速設(shè)定為正常速度。
5.6 步驟六：舒適感調(diào)試
將11-05的慣量值微調(diào)整并觀察整體電梯運(yùn)轉(zhuǎn)狀況直到驅(qū)動器的轉(zhuǎn)矩輸出符合系統(tǒng)需要；微調(diào)參數(shù)11-06、11-07、11-08等速度頻寬以達(dá)到較好之速度跟隨；
調(diào)整參數(shù)01-29( S減速到達(dá)時間設(shè)定S5致能切換頻率)、01-30( S減速到達(dá)時間設(shè)定S5)以得到較好之停車舒適感及準(zhǔn)確的平層位置。
平層不好可以通過修改爬行速度來快速解決問題。
6 控制參數(shù)及運(yùn)行效果分析
6.1控制參數(shù)
（1）速度控制基本曲線圖如圖7所示。
圖7 速度控制基本曲線圖
（2）基本參數(shù)設(shè)定如表4所示。
表4 基本參數(shù)設(shè)定
6.2 運(yùn)行效果
（1）上行圖如圖8所示。
圖8 系統(tǒng)運(yùn)行上行圖
（2）下行圖如圖9所示。
圖9 系統(tǒng)運(yùn)行下行圖
調(diào)試成功后，電梯舒適度的各項(xiàng)指標(biāo)與某歐洲品牌產(chǎn)品的對比表如表5所示。
表5 電梯舒適度的各項(xiàng)指標(biāo)與某歐洲品牌產(chǎn)品的對比表
從表中可見，調(diào)試后的系統(tǒng)運(yùn)行舒適度各項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)超過該歐洲名牌產(chǎn)品。
7 結(jié)語
該電梯企業(yè)集產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、制造、銷售、安裝、維修、保養(yǎng)和裝潢于一體，產(chǎn)品涵蓋乘客電梯（4米/秒）、無機(jī)房電梯、觀光電梯、醫(yī)用電梯、汽車電梯、自動扶梯、自動人行道、液壓電梯、載貨電梯等十大系列。
經(jīng)過調(diào)試，成功替代了原來陳舊的設(shè)備，解決了經(jīng)常死機(jī)的故障問題，并且提高了乘坐舒適度，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到客戶的要求。臺達(dá)VL系列變頻器在電梯行業(yè)中的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了較好的速度調(diào)節(jié)，保證了可靠性，值得國內(nèi)同行借鑒。
參考文獻(xiàn)
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[2] 變頻器應(yīng)用中的干擾及其抑制 翟章志 中國科技博覽2009年 第02期
[3] 變頻器在工業(yè)中的選擇與應(yīng)用 劉繼黨等 科技信息 2009年 第23期
作者簡介
張 碩 男，中達(dá)電通股份有限公司工程師（我國職稱序列中沒有高級應(yīng)用工程師這一職稱級別），專注于變頻器的研發(fā)與整合應(yīng)用，具有電梯行業(yè)的豐富應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
何國精 男，中達(dá)電通股份有限公司廈門分公司工程師（2007年畢業(yè)于江西科技師范學(xué)院主修機(jī)械電子工程專業(yè)。目前在中達(dá)電通股份有限公司擔(dān)任應(yīng)用工程師，從事自動化控制行業(yè)3年。）
