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；谧冾l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：
(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？烧{(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
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。
參考文獻
[1] 臺達VL系列變頻器說明書， 臺達內(nèi)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
作者簡介
張 碩 男，中達電通股份有限公司工程師（我國職稱序列中沒有高級應用工程師這一職稱級別），專注于變頻器的研發(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分公司工程師（2007年畢業(yè)于江西科技師范學院主修機械電子工程專業(yè)。目前在中達電通股份有限公司擔任應用工程師，從事自動化控制行業(yè)3年。）
Name：He Guojing
Company：Delta Greentech (China) Co.,Ltd
Summary：XXXXXXXXXXXXXXX
Key Word / Tag：Delta，VFD，inverter，VL，elevator，in-phase,asynchronous
Author Introduction：He Guojing graduated from Jiangxi Technology Normal College, major in Mechanical and Electrical Engineering. Now, He is a Field Assistant Engineer of Delta Greentech (China) Co.,Ltd with 3 years experience in Automation Industry.