臺達VL系列變頻器電梯行業(yè)應用

摘要：本文主要介紹臺達VL系列變頻器在電梯行業(yè)中的應用，詳細描述了電梯的機械結構、電氣控制系統架構和控制原理以及蘇州某電梯廠(chǎng)的電梯控制系統調試過(guò)程。工程實(shí)踐證明，臺達VL系列變頻器應用在電梯控制上能體現出良好的調速性能和穩定性，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；編碼器；電動(dòng)機參數

中圖分類(lèi)號：文獻標識碼：B

1引言

　　電梯是一種機電結合，為高層建筑提供運輸服務(wù)的復雜的特種設備。隨著(zhù)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(cháng)，人們對電梯的要求也越來(lái)越高。如運行平穩性、外觀(guān)完美性、安全性及環(huán)保節能性。

　　目前電梯業(yè)界的主要制造廠(chǎng)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，占據中國內地市場(chǎng)高達到76% 以上。比重如圖1所示。

圖1中國內地市場(chǎng)電梯品牌所占比重圖

　　電梯驅動(dòng)最顯著(zhù)特點(diǎn)是位能拖動(dòng)負載，位能拖動(dòng)負載要求電機四象限運行。電梯頻繁啟動(dòng)類(lèi)負載，要求滿(mǎn)足重負載條件啟動(dòng)、換速、換向平穩無(wú)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(dòng)對變頻器工程運行能力有全面高等級技術(shù)要求。電梯可以說(shuō)是要求最高變頻器應用領(lǐng)域?；谧冾l器進(jìn)行電梯系統的控制和驅動(dòng)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(hù)提供PLC控制器、溫度控制器、計數器、人機界面、變頻驅動(dòng)器、伺服驅動(dòng)器、數控系統等一系列產(chǎn)品，可以向客戶(hù)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(shí)現了電梯的良好驅動(dòng)控制，效果良好，得到業(yè)界同行認可。

2電梯的分類(lèi)

2.1按速度我國習慣上分為以下4類(lèi)：

　　(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(guò)5.00m/s的電梯。

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

　?。?）異步電機(感應電機)的工作原理是通過(guò)定子的旋轉磁場(chǎng)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(chǎng)。因此，轉子的轉速一定是小于同步轉速(旋轉磁場(chǎng)的轉速)的,故稱(chēng)異步電機，也稱(chēng)感應電機（induction motor）。

其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

　　優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格便宜，運行方便。

　　缺點(diǎn)：功率因素滯后，輕載功率因數低，調速性能稍差。

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

其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

　　優(yōu)點(diǎn)：同步電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高；與異步電動(dòng)機相比，它由于不需要無(wú)功勵磁電流，因而效率高，功率因數高，力矩慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉子參數可測、控制性能好。能夠實(shí)現高精度、高動(dòng)態(tài)性能、大范圍的調速或定位控制。

　　缺點(diǎn)：成本高。

3VL系列變頻器的功能特點(diǎn)

　　VL系列變頻器如圖2所示。

圖2VL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馬達參數自動(dòng)偵測；

　　磁極位置檢測及自學(xué)習功能；

　　薄型模組化設計，易安裝易維護；

　　內建制動(dòng)剎車(chē)單元(至22kW)；

　　支持緊急用DC48/96V電源(EPS)；

　　無(wú)需稱(chēng)重補償；

3.2特色二：

　　自動(dòng)修正啟動(dòng)轉矩及手動(dòng)微調功能；

　　內建電梯機械剎車(chē)輸出接點(diǎn)；

　　內建電梯啟動(dòng)/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(mǎi)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(dòng)轉矩0Hz時(shí)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(guò)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的構成

　　4.1設備簡(jiǎn)介

　　該電梯樓層數為17層，系統的現場(chǎng)配置如下：

　　機種：VFD-185VL43A(34A)

　　軟件版本：1.06

　　上位機：無(wú)錫中秀WP-CAN3200

　　編碼器：海德漢1387

　　曳引機的規格如表1所示。

表1永磁同步無(wú)齒輪曳引機規格表

4.2電氣控制系統架構

　　電梯的電氣控制系統架構如圖3所示。

圖3電梯的電氣控制系統架構

4.3系統接線(xiàn)

現場(chǎng)主機箱接線(xiàn)圖如圖4所示。

圖4主機箱現場(chǎng)接線(xiàn)圖

系統的接線(xiàn)圖如圖5所示。

圖5系統接線(xiàn)圖

配線(xiàn)說(shuō)明如表2所示。

表2配線(xiàn)說(shuō)明表

編碼器接線(xiàn)圖如圖6所示。

圖6編碼器接線(xiàn)圖

運轉時(shí)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(kāi)路)

表3運轉時(shí)外部輸入端子狀態(tài)表

5　系統調試

　　注意：在拆除原有變頻器前，請先把電梯停到中間樓層。

VL變頻器調機步驟如下：

5.1步驟一：基本設定與馬達參數

　?。?）確認機種代碼與銘牌相符

　?。?）控制模式00-09選擇8，FOC PM控制模式

　?。?）請設定基本參數

　　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）

　?。?）請選擇參數08群設定馬達參數

　　08-01=30A電機滿(mǎn)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

　?。?）請選擇參數10群設定編碼器參數

　　10-00=3 編碼器種類(lèi)

　　10-01=2048 編碼器每轉產(chǎn)生的脈波數

　　10-02=1 編碼器輸入型式

5.2步驟二：馬達參數自動(dòng)量測

　?。?）按PU鍵此時(shí)PU燈亮起

　?。?）進(jìn)入參數08-00設定為2，按RUN執行馬達參數自動(dòng)量測。(請注意，多功能輸入端子MI8 的出廠(chǎng)設定為”40 驅動(dòng)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(chǎng)設定改為2-08=“0“。此時(shí)，方可執行運轉。待正式試運轉時(shí)，若需”驅動(dòng)器致能”輸入功能，請再將MI8設定為40。）

　　此自動(dòng)量測不需釋放煞車(chē)。但若于驅動(dòng)器與馬達之間有加裝電磁閥時(shí)，需將此電磁閥導通。

　　自動(dòng)量測過(guò)程中操作面板會(huì )顯示Auto tuning警告，當警告訊息消失后，表示參數已經(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(diǎn)自動(dòng)偵測

　　進(jìn)入參數08-00設定為1，按RUN執行編碼器原點(diǎn)自動(dòng)偵測

　　請注意，執行此項測試前確認電磁閥與機械煞車(chē)已松開(kāi)。

　　在條件允許下請在馬達空載下執行此項學(xué)習，以獲得最精準結果。

　　若條件不允許，車(chē)廂需擺平衡負載后再執行此項測試。

　　如果這些條件都不允許，請將參數08-00=3，按RUN運行，電機可以在滿(mǎn)載的情況下自學(xué)習編碼器偏移角，但此時(shí)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：

　?。?）00-14=3

　?。?）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）

　?。?）確認04-00----04-15為零

　?。?）11-00 = 81Hex（設定為自動(dòng)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整電梯起動(dòng)時(shí)的轉矩輸出(可調整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(guān)聯(lián)，此虛擬的時(shí)序要和上位機的時(shí)序一致，如果每層樓有差異?？烧{節10-22的寬度，要正好落在機械抱匝打開(kāi)瞬間，但此時(shí)間不能過(guò)長(cháng)。

　?。?）設定08-00=3，利用上位時(shí)執行檢修向上進(jìn)行自學(xué)習（注意有可能因外部原因引起飛車(chē)）

　　自動(dòng)量測過(guò)程中操作面板會(huì )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(chē)危險。并已將結果存入08-09 (建議執行至少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(luò )) 。

　　請注意，執行此學(xué)習時(shí)，馬達運作方向為FWD，若方向運作與客戶(hù)定義之上下行方向相反，請變更馬達配線(xiàn)，如UVW變更為UWV，變更后再次學(xué)習。

　　當操作器顯示”Auto Tuning Err”，表示偵測失敗，請檢查PG配線(xiàn)是否連接妥當。

　　當顯示”P(pán)G Fbk Error”，請變更設定10-02，若原先設定為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)際現場(chǎng)數據設定參數11-01(電梯速度)、11-02(轉盤(pán)直徑)、11-04(懸掛比)等。

　　7-00=700，制動(dòng)電壓準位

5.4步驟四：運轉速度曲線(xiàn)設定

　　確認總共有幾段速(高速、中速、低速、爬行、檢修、樓層自學(xué)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(dòng)作時(shí)序(MI1、MI2、MI3)

　　加減速時(shí)間設定 01-12 ~ 01-19(建議在試運轉時(shí)將減速時(shí)間設為較小值，待所有時(shí)序確定后再做舒適感調試)

　　S 曲線(xiàn) 01-24 ~ 01-30(建議在試運轉時(shí)將S曲線(xiàn)時(shí)間設為0，待所有時(shí)序確定后再做舒適感調試)

5.5步驟五：試運轉

　　以檢修速度試運行，觀(guān)察電機運轉是否運作正常。同時(shí)亦觀(guān)察驅動(dòng)器多功能輸出入端子動(dòng)作如煞車(chē)釋放，電磁閥導通等是否與上位機的時(shí)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(guān)察幾次運轉后再將轉速設定為正常速度。

5.6步驟六：舒適感調試

　　將11-05的慣量值微調整并觀(guān)察整體電梯運轉狀況直到驅動(dòng)器的轉矩輸出符合系統需要；微調參數11-06、11-07、11-08等速度頻寬以達到較好之速度跟隨；

　　調整參數01-29( S減速到達時(shí)間設定S5致能切換頻率)、01-30( S減速到達時(shí)間設定S5)以得到較好之停車(chē)舒適感及準確的平層位置。

　　平層不好可以通過(guò)修改爬行速度來(lái)快速解決問(wèn)題。

6控制參數及運行效果分析

6.1控制參數

　?。?）速度控制基本曲線(xiàn)圖如圖7所示。

圖7速度控制基本曲線(xiàn)圖

　?。?）基本參數設定如表4所示。

表4基本參數設定

6.2運行效果

　?。?）上行圖如圖8所示。

圖8系統運行上行圖

　?。?）下行圖如圖9所示。

圖9系統運行下行圖

　　調試成功后，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

　　從表中可見(jiàn)，調試后的系統運行舒適度各項指標已經(jīng)超過(guò)該歐洲名牌產(chǎn)品。

7結語(yǔ)

　　該電梯企業(yè)集產(chǎn)品設計開(kāi)發(fā)、制造、銷(xiāo)售、安裝、維修、保養和裝潢于一體，產(chǎn)品涵蓋乘客電梯（4米/秒）、無(wú)機房電梯、觀(guān)光電梯、醫用電梯、汽車(chē)電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)人行道、液壓電梯、載貨電梯等十大系列。

　　經(jīng)過(guò)調試，成功替代了原來(lái)陳舊的設備，解決了經(jīng)常死機的故障問(wèn)題，并且提高了乘坐舒適度，各項性能指標均達到客戶(hù)的要求。臺達VL系列變頻器在電梯行業(yè)中的成功應用，實(shí)現了較好的速度調節，保證了可靠性，值得國內同行借鑒。

參考文獻

　　[1] 臺達VL系列變頻器說(shuō)明書(shū)， 臺達內部資料 2006

　　[2] 變頻器應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)中的選擇與應用 劉繼黨等 科技信息 2009年 第23期

作者簡(jiǎn)介

　　張 碩 男，中達電通股份有限公司工程師（我國職稱(chēng)序列中沒(méi)有高級應用工程師這一職稱(chēng)級別），專(zhuān)注于變頻器的研發(fā)與整合應用，具有電梯行業(yè)的豐富應用經(jīng)驗。

　　何國精 男，中達電通股份有限公司廈門(mén)分公司工程師（2007年畢業(yè)于江西科技師范學(xué)院主修機械電子工程專(zhuān)業(yè)。目前在中達電通股份有限公司擔任應用工程師，從事自動(dòng)化控制行業(yè)3年。）