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    1 引言

    電梯是一種機電結合，為高層建筑提供運輸服務的復雜的特種設備。隨著城市建設的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟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、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、日立、東芝、富士達等13家大型外商投資公司，占據(jù)中國內(nèi)地市場高達到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

    電梯驅動最顯著特點是位能拖動負載，位能拖動負載要求電機四象限運行。電梯頻繁啟動類負載，要求滿足重負載條件啟動、換速、換向平穩(wěn)無沖擊（舒適感好），平層精度高（定位準確）和低速力矩大。換言之，電梯驅動對變頻器工程運行能力有全面高等級技術要求。電梯可以說是要求最高變頻器應用領域。基于變頻器進行電梯系統(tǒng)的控制和驅動是業(yè)界共同研究和面對的重要課題。

    臺達機電至今已經(jīng)能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計數(shù)器、人機界面、變頻驅動器、伺服驅動器、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電一體化解決方案。本文基于臺達VL系列變頻器在電梯行業(yè)應用，實現(xiàn)了電梯的良好驅動控制，效果良好，得到業(yè)界同行認可。

    2 電梯的分類

    2.1按速度我國習慣上分為以下4類：

    低速梯——速度低于1.009m/s速度的電梯；
    中速梯——速度在1.00～2.00m/s的電梯；
    高速梯——速度大于2.00m/s的電梯；
    超高速——速度超過5.00m/s的電梯。

    2.2 按電機分類可分為：異步電梯（感應電機）及同步電梯（永磁同步電機）

    （1）異步電機(感應電機)的工作原理是通過定子的旋轉磁場在轉子中產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生電磁轉矩，轉子中并不直接產(chǎn)生磁場。因此，轉子的轉速一定是小于同步轉速(旋轉磁場的轉速)的,故稱異步電機，也稱感應電機（induction motor）。
其優(yōu)缺點如下：
    優(yōu)點：結構簡單，制造方便，價格便宜，運行方便。
    缺點：功率因素滯后，輕載功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差。

    （2）同步電機轉子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(用永磁鐵或直流電流產(chǎn)生)，定子旋轉磁場“拖著”轉子磁場(轉子)轉動，因此轉子的轉速一定等于同步轉速, 故稱同步電機。

    其優(yōu)缺點如下：
    優(yōu)點：同步電動機結構簡單、體積小、重量輕、損耗小、效率高；與異步電動機相比，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，且轉子參數(shù)可測、控制性能好。能夠實現(xiàn)高精度、高動態(tài)性能、大范圍的調(diào)速或定位控制。
    缺點：成本高。

    3 VL系列變頻器的功能特點

    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)；
    使用于感應馬達及永磁同步馬達；
    IM/PM馬達參數(shù)自動偵測；
    磁極位置檢測及自學習功能；
    薄型模組化設計，易安裝易維護；
    內(nèi)建制動剎車單元(至22kW)；
    支持緊急用DC48/96V電源(EPS)；
    無需稱重補償；

    3.2特色二：

    自動修正啟動轉矩及手動微調(diào)功能；
    內(nèi)建電梯機械剎車輸出接點；
    內(nèi)建電梯啟動/停止程序；
    采用RS-485通訊界面，標準的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；
    啟動轉矩0Hz時可達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：定/轉矩150%60秒，200%額定電流3秒；
    頻率設定分辨率：12bits。

    4　電梯設備及控制系統(tǒng)的構成

    4.1 設備簡介

    該電梯樓層數(shù)為17層，系統(tǒng)的現(xiàn)場配置如下：
    機種：VFD-185VL43A(34A)
    軟件版本：1.06
   上位機：無錫中秀WP-CAN3200
    編碼器：海德漢1387
    曳引機的規(guī)格如表1所示。

                      

                            表1 永磁同步無齒輪曳引機規(guī)格表

    4.2 電氣控制系統(tǒng)架構

    電梯的電氣控制系統(tǒng)架構如圖3所示。

                       

                                 圖3 電梯的電氣控制系統(tǒng)架構

    4.3 系統(tǒng)接線

    現(xiàn)場主機箱接線圖如圖4所示。

                       

                                   圖4 主機箱現(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

    運轉時外部輸入端子狀態(tài)如表3所示。(其中1表示導通閉合；0表示開路)

                        
                         

                               表3 運轉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)機步驟如下：

    5.1 步驟一：基本設定與馬達參數(shù)

    （1）確認機種代碼與銘牌相符
    （2）控制模式00-09選擇8，F(xiàn)OC PM控制模式
    （3）請設定基本參數(shù)
    01-00=31.83HZ 最大輸出頻率
    01-01=31.83HZ第一輸出頻率設定1（基底頻率/電機額定頻率）
    01-02=380V第一輸出電壓設定1（基底電壓/電機額定電壓）
    （4）請選擇參數(shù)08群設定馬達參數(shù)
    08-01=30A電機滿載電流(額定電流)
    08-02=13.3kw電機額定功率
    08-03=191r/min電機額定轉速
    08-04=20電機極數(shù)
    （5）請選擇參數(shù)10群設定編碼器參數(shù)
    10-00=3 編碼器種類
    10-01=2048 編碼器每轉產(chǎn)生的脈波數(shù)
    10-02=1 編碼器輸入型式

    5.2 步驟二：馬達參數(shù)自動量測

    （1）按PU鍵此時PU燈亮起
    （2）進入?yún)?shù)08-00設定為2，按RUN執(zhí)行馬達參數(shù)自動量測。(請注意，多功能輸入端子MI8 的出廠設定為”40 驅動器致能”。在未與上位機訊號配合前，請于按Run運轉前將此端子出廠設定改為2-08=“0“。此時，方可執(zhí)行運轉。待正式試運轉時，若需”驅動器致能”輸入功能，請再將MI8設定為40。）
    此自動量測不需釋放煞車。但若于驅動器與馬達之間有加裝電磁閥時，需將此電磁閥導通。
自動量測過程中操作面板會顯示Auto tuning警告，當警告訊息消失后，表示參數(shù)已經(jīng)量測結束并已將結果存入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：編碼器原點自動偵測

    進入?yún)?shù)08-00設定為1，按RUN執(zhí)行編碼器原點自動偵測
    請注意，執(zhí)行此項測試前確認電磁閥與機械煞車已松開。
    在條件允許下請在馬達空載下執(zhí)行此項學習，以獲得最精準結果。
    若條件不允許，車廂需擺平衡負載后再執(zhí)行此項測試。
    如果這些條件都不允許，請將參數(shù)08-00=3，按RUN運行，電機可以在滿載的情況下自學習編碼器偏移角，但此時電機要運行3圈。省去吊較箱、擺平衡載的復雜工作具體步驟：

    （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)、機械抱閘輸出(MRA)、故障報警（MO1）、設定頻率到達（MO2）
    （3）確認04-00----04-15為零
    （4）11-00 = 81Hex（設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償功能調(diào)整電梯起動時的轉矩輸出(可調(diào)整10-19得到較好的零速位置轉矩輸出)。另外和2-29、2-31的配合有關聯(lián)，此虛擬的時序要和上位機的時序一致，如果每層樓有差異。可調(diào)節(jié)10-22的寬度，要正好落在機械抱匝打開瞬間，但此時間不能過長。
    （5）設定08-00=3，利用上位時執(zhí)行檢修向上進行自學習（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，當警告訊息消失后表示量測結束，請立即釋放掉外部檢修按鈕，否則可能有飛車危險。并已將結果存入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。若每次結果相差3度以上，請停止運作并與我們聯(lián)絡) 。
    請注意，執(zhí)行此學習時，馬達運作方向為FWD，若方向運作與客戶定義之上下行方向相反，請變更馬達配線，如UVW變更為UWV，變更后再次學習。
    當操作器顯示”Auto Tuning Err”，表示偵測失敗，請檢查PG配線是否連接妥當。
    當顯示”PG Fbk Error”，請變更設定10-02，若原先設定為A相領先B相，請變更成B相領先A相，反之亦然。
    請依實際現(xiàn)場數(shù)據(jù)設定參數(shù)11-01(電梯速度)、11-02(轉盤直徑)、11-04(懸掛比)等。
    7-00=700，制動電壓準位

    5.4 步驟四：運轉速度曲線設定

    確認總共有幾段速(高速、中速、低速、爬行、檢修、樓層自學習)
    多段速設定 04-00 ~ 04-15
    確認各段速之設定與多功能輸入指令對應之端子的動作時序(MI1、MI2、MI3)
    加減速時間設定 01-12 ~ 01-19(建議在試運轉時將減速時間設為較小值，待所有時序確定后再做舒適感調(diào)試)
    S 曲線 01-24 ~ 01-30(建議在試運轉時將S曲線時間設為0，待所有時序確定后再做舒適感調(diào)試)

    5.5 步驟五：試運轉

    以檢修速度試運行，觀察電機運轉是否運作正常。同時亦觀察驅動器多功能輸出入端子動作如煞車釋放，電磁閥導通等是否與上位機的時序相符。
    第一次運轉請先行將原本的速度設定先行降低。待觀察幾次運轉后再將轉速設定為正常速度。

    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轉狀況直到驅動器的轉矩輸出符合系統(tǒng)需要；微調(diào)參數(shù)11-06、11-07、11-08等速度頻寬以達到較好之速度跟隨；
    調(diào)整參數(shù)01-29( S減速到達時間設定S5致能切換頻率)、01-30( S減速到達時間設定S5)以得到較好之停車舒適感及準確的平層位置。
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)設定如表4所示。

                       

                                         表4 基本參數(shù)設定

    6.2 運行效果

（1）上行圖如圖8所示。

                       

                                  圖8 系統(tǒng)運行上行圖

    （2）下行圖如圖9所示。

                       

                          圖9 系統(tǒng)運行下行圖

    調(diào)試成功后，電梯舒適度的各項指標與某歐洲品牌產(chǎn)品的對比表如表5所示。

                          

                        表5 電梯舒適度的各項指標與某歐洲品牌產(chǎn)品的對比表

    下行Pk/Pk(gals) 啟動振幅（gals） 上行Pk/Pk（gals） 電氣頻率振幅

    某歐洲品牌產(chǎn)品 39.6 14.910 47.6 0.406

    VFD-VL 29.6 6.805 37.6 0.257

    從表中可見，調(diào)試后的系統(tǒng)運行舒適度各項指標已經(jīng)超過該歐洲名牌產(chǎn)品。

    7 結語

    該電梯企業(yè)集產(chǎn)品設計開發(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備，解決了經(jīng)常死機的故障問題，并且提高了乘坐舒適度，各項性能指標均達到客戶的要求。臺達VL系列變頻器在電梯行業(yè)中的成功應用，實現(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。