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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展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經濟和生活中需求不斷增長，人們對電梯的要求也越來越高。如運行平穩性、外觀完美性、安全性及環保節能性。
目前電梯業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，占據中國內地市場高達到76% 以上。比重如圖1所示。

                        

                         圖1 中國內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的控制和驅動是業界共同研究和面對的重要課題。

    臺達機電至今已經能為客戶提供PLC控制器、溫度控制器、計數器、人機界面、變頻驅動器、伺服驅動器、數控系統等一系列產品，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應用，實現了電梯的良好驅動控制，效果良好，得到業界同行認可。

    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生感應電流，產生電磁轉矩，轉子中并不直接產生磁場。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）。
其優缺點如下：
    優點：結構簡單，制造方便，價格便宜，運行方便。
    缺點：功率因素滯后，輕載功率因數低，調速性能稍差。

    （2）同步電機轉子本身產生固定方向的磁場(用永磁鐵或直流電流產生)，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。

    其優缺點如下：
    優點：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。能夠實現高精度、高動態性能、大范圍的調速或定位控制。
    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功能；
    內建電梯機械剎車輸出接點；
    內建電梯啟動/停止程序；
    采用RS-485通訊界面，標準的MODBUS通訊協議；
    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的構成

    4.1 設備簡介

    該電梯樓層數為17層，系統的現場配置如下：
    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
    曳引機的規格如表1所示。

                      

                            表1 永磁同步無齒輪曳引機規格表

    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

    現場主機箱接線圖如圖4所示。

                       

                                   圖4 主機箱現場接線圖

    系統的接線圖如圖5所示。

                       

                                    圖5 系統接線圖

    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

    （1）確認機種代碼與銘牌相符
    （2）控制模式00-09選擇8，FOC PM控制模式
    （3）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）
    （4）請選擇參數08群設定馬達參數
    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
    （5）請選擇參數10群設定編碼器參數
    10-00=3 編碼器種類
    10-01=2048 編碼器每轉產生的脈波數
    10-02=1 編碼器輸入型式

    5.2 步驟二：馬達參數自動量測

    （1）按PU鍵此時PU燈亮起
    （2）進入參數08-00設定為2，按RUN執行馬達參數自動量測。(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，表示參數已經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

    進入參數08-00設定為1，按RUN執行編碼器原點自動偵測
    請注意，執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整電梯起動時的轉矩輸出(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的配合有關聯，此虛擬的時序要和上位機的時序一致，如果每層樓有差異。可調節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絡) 。
    請注意，執行此學習時，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。
    請依實際現場數據設定參數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：舒適感調試

    將11-05的慣量值微調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 控制參數及運行效果分析

    6.1控制參數

    （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）基本參數設定如表4所示。

                       

                                         表4 基本參數設定

    6.2 運行效果

（1）上行圖如圖8所示。

                       

                                  圖8 系統運行上行圖

    （2）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，調試后的系統運行舒適度各項指標已經超過該歐洲名牌產品。

    7 結語

    該電梯企業集產品設計開發、制造、銷售、安裝、維修、保養和裝潢于一體，產品涵蓋乘客電梯（4米/秒）、無機房電梯、觀光電梯、醫用電梯、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。

    經過調試，成功替代了原來陳舊的設備，解決了經常死機的故障問題，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中的成功應用，實現了較好的速度調節，保證了可靠性，值得國內同行借鑒。