基于PLR的工业升降梯变频改造

专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘要：工业升降梯广泛应用于工业物料传输现场、大型商场、超市、机场、地铁、宾馆等场合。大多数扶梯在客流量大的时候，工作于额定的运行状态，在没有乘客时仍以额定速度运行，具有耗能大、机械磨损严重、使用寿命低等缺点。采用PLR与变频控制相结合的节能控制系统，已成为自动扶梯控制技术的发展方向。关键词：PLR；变频器；工业升降梯0引言传统的自动扶梯都是定速运行的，在节省增效的大背景下，新型扶梯在出厂时有些己经设置有变频器，而现有扶梯也有一部份进行了节能改造，根据使用的控制器和能量回馈方式的不同产生了不同的方案，本文讨论的是使用PLR做控制器、变频器旁路的回馈方案。1扶梯节能原理变频扶梯在载客时全速运行，空载时减速运行，扶梯的功率需求P=FV，F是运行阻力，V是扶梯的运行速度，因为运行速度降低，空载时的功率将会减少，这就是变频扶梯能够节能的基本原理。2节能改造方案2.1扶梯的电气原理扶梯由主电机的链轮带动链条运行，扶梯的一个台阶称为一个梯级，梯级由链条带动，扶梯的运行速度一般为0.5m/s，扶梯主回路可以抽像为互锁的正反转电路，通过上行接触器和下行接触器来控制扶梯的运行方向。2.2工作时序变频扶梯的工作时序采用“快慢”方案。基本的原则是，有人时高速，高速状态下一段时间内无人时转入低速，低速状态下有人进入时转高速运行。“快慢停”。有人时高速，高速状态下一段时间内无人时转入低速，低速状态下一段时间内还是无人则停机，低速或停机状态下有人进入时转高速运行。2.3方案介绍自动扶梯节能方案大致如下。在电梯的两端安装红外传感器用于感知乘客，扶梯在无人乘坐时低速运行，乘客进入扶梯时开始全速运行，乘客离开扶梯后延时一段时间，扶梯转为低速运行。低速15~20Hz，全速为工频的50Hz。专业知识分享版使命：加速中国职业化进程改造的基本要求：保留原来的工频方式，增加变频方式，两种方式的切换用一个转换开关来实现，目的是在变频器检修时能减少停机时间。主回路增加两个接触器用于工频/变频方式的切换，变频器的正反转从原来的正反转接触器取信号，设高速和低速两档，由端子给定。扶梯电控箱一般放在扶梯桁架上平行段的下部。3设计和实施3.1人员检测开关的选择系统设计的关键是人员检测开关的选择，一般来说可选择的开关有触点踏板、微波开关和红外光电开关，触点踏板施工时不方便，而微波开关成本较高，现在使用较多的是漫反射型红外光电开关。漫反射式光电开关工作原理：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。漫反射式光电开关的特点：非接触式检测：检测是无接触式的，所以不会损伤检测物体，也不受检测物体的影响。不受材质的影响：由于是采用对检测对象的表面进行反射及光透过方式，可以对金属、玻璃、塑料、木制物体、液体等各种物质进行检测。响应速度快：由于无机械运动，所以能对高速运动的物体进行检测，响应时间为毫秒级，作为检测开关使用时可以达到很小的延时。3.2回馈能量的处理电梯下行时电机处于发电状态，电机发出的电能聚集在变频器直流回路中，引起直流母线电压升高，如果不释放这些能量，变频器的保护回路会起动跳闸，使变频器停机。处理电机回馈至直流母线的电能有三种方法。全变频方案：在直流母线加装制动电阻，采用能耗制动的方法消耗回馈能量。旁路变频方案：将电机直接与电网连接，能量直接回馈至电网，同时切除变频器。逆变回馈方案：用回馈单元把直流母线中的电能逆变成交流电后送回电网。由于需要加装逆变单元，成本比较高。三种方案中旁路变频成本最低，节能效果与逆变回馈相当，是目前应用最多的方案。旁路变频方案在扶梯上行时全变频运行，扶梯下行且全速运行时工频运行，扶梯下行的其它时段变频低速运行。综合比较后，旁路变频的经济效益最好，我们决定采用旁路变频方案。3.3控制器的选择在以往的改造方案中使用最多的控制器是PLC，ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器。早期的PLC主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，随着功能的增加，价格也相应的提高。专业知识分享版使命：加速中国职业化进程现在市场上出现了一种比PLC更简单的控制器PLR，ProgrammableLogicRelay，可编程逻辑继电器，在国内俗称万控器，PLR又回归到早期PLC的道路上来，功能有所缩减，运算速度也降低了，价格比PLC更便宜，相当于简化版的PLC。PLR保留了PLC与逻辑控制有关的大部份功能，正如其名称所说，是一台智能的继电器。PLR在代替传统继电器系统时功能与PLC相当，但性价比更好。市场上比较有名的PLR有西门子的LOGO系列，罗克韦尔的PICO系列。本次设计采用台湾东元电机的SG2系列PLR，产品主要特点如下。1）机种齐全：10/12/20点交、直流主机，模拟量输入、继电器或晶体管输出皆可选择。2）I/O点数最大可扩充达44点。继电器输出电流容量最高可达8A，晶体管输出电流达0.5A。3）中文液晶显示屏和操作按键，方便调试和检修。4）可选择梯形图命令(Ladder)或功能块(FBD)编辑模式。5）主机内建MODBUS（RTU格式）通讯接口。便于设备联网，实现远程监控。选择SG2微型控制器在保证功能和可靠性的前提下可以进一步降低成本，具体型号选择如下。型号：SG2-12HR-D，DI：6，DO：4（relay），POWER：DC24V3.4变频器的选择变频器选用深圳英威腾电气的CHE100系列开环矢量型变频器，可以使用开环矢量控制方式，开环矢量控制可以提供比传统的V/F方式更好的静态调速精度、更大的低频出力，相比闭环矢量来说，开环矢量不需要给电机加装测速编码器，因而使用起来更方便。CHE100还内置MODBUS-RTU通信接口，为将来系统升级，实现远程监控提供了基础。3.5系统设计3.5.1主电路采用旁路变频方案，用两个接触器KM1和KM2在变频和工频两种方式间切换。因为变频器的输出不能直接连接到电网，否则会引起变频器保护电路动作而停机，所以KM1和KM2之间要求严格互锁，设计时应有电气、机械和软件互锁。3.5.2控制电路光电开关SQ1和SQ2是一对，分别装在扶梯的上下平行段的入口处，扶梯上行时，下部光电开关有专业知识分享版使命：加速中国职业化进程效，扶梯下行时，上部光电开关有效，就是说PLR的程序只检测乘客进入扶梯的信号，并不检测乘客走出扶梯的信号。工频/变频的切换用一个转换开关来进行，开关安装在电梯运行开关附近，为了防止误动作，转换开关带有钥匙锁。控制电路的原理图如图4所示，光电开关输出类型为PNP型。3.6程序设计扶梯有变频和工频两种运行模式，工频/变频状态用一个转换开关来切换，变频方式下扶梯有上行和下行两个运行方向，扶梯下行时工频运行，扶梯上行时变频运行。3.6.1IO表控制器的IO表如表1所示。3.6.2梯形图程序梯形图程序如图5所示。专业知识分享版使命：加速中国职业化进程定时器工作在模式3，延时时间15秒，定时器工作时序如图6所示。3.7变频器调试因为采用开环矢量控制方式，在开始调试时要进行电机参数识别，参数识别由变频器自动完成。变频器的主要参数取值和含义如表2所示。专业知识分享版使命：加速中国职业化进程4结束语自动扶梯节能改造后的优点：1）采用PLR与变频器控制组合，功能强，改造成本小。2）节能明显，自动扶梯节能改造后，使得原来扶梯运行时“有人没人一个样”变成“有人没人不一样”，同时采用旁路变频方案，将电机直接与电网连接，能量直接回馈至电网，实现了节能，具有显著的经济效益。3）减少机械磨损，由于转速下降，机械部件磨损明显减少，降低了易损件的维护费用，相对延长了的扶梯使用寿命。