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臺達VL系列變頻器電梯行業(yè)應(yīng)用

時間:2010-09-16 10:19:49來源:xuliyuan

導(dǎo)語:?工程實踐證明,臺達VL系列變頻器應(yīng)用在電梯控制上能體現(xiàn)出良好的調(diào)速性能和穩(wěn)定性,值得行業(yè)推廣。

要:本文主要介紹臺達VL系列變頻器在電梯行業(yè)中的應(yīng)用,詳細描述了電梯的機械結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)和控制原理以及蘇州某電梯廠的電梯控制系統(tǒng)調(diào)試過程。工程實踐證明,臺達VL系列變頻器應(yīng)用在電梯控制上能體現(xiàn)出良好的調(diào)速性能和穩(wěn)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(tǒng);編碼器;電動機參數(shù)

中圖分類號:         文獻標識碼:B

1 引言 

      電梯是一種機電結(jié)合,為高層建筑提供運輸服務(wù)的復(fù)雜的特種設(shè)備。隨著城市建設(shè)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。

 

1 中國內(nèi)地市場電梯品牌所占比重圖 

      電梯驅(qū)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(qū)動對變頻器工程運行能力有全面高等級技術(shù)要求。電梯可以說是要求最高變頻器應(yīng)用領(lǐng)域?;谧冾l器進行電梯系統(tǒng)的控制和驅(qū)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(qū)動器、伺服驅(qū)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(yīng)用,實現(xiàn)了電梯的良好驅(qū)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(xí)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(yīng)電機)及同步電梯(永磁同步電機) 

(1)異步電機(感應(yīng)電機)的工作原理是通過定子的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流,產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子中并不直接產(chǎn)生磁場。因此,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定是小于同步轉(zhuǎn)速(旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速)的,故稱異步電機,也稱感應(yīng)電機(induction motor)。

其優(yōu)缺點如下:

優(yōu)點:結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動,因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定等于同步轉(zhuǎn)速, 故稱同步電機。

其優(yōu)缺點如下:

優(yōu)點:同步電動機結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好。能夠?qū)崿F(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

VL系列變頻器如圖2所示。

 

                                   2  VL系列變頻器 

3.1特色 

         具有高效能磁束向量控制(FOC);

         使用于感應(yīng)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(xué)習(xí)功能;

         薄型模組化設(shè)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

         自動修正啟動轉(zhuǎn)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

         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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩150%60秒,200%額定電流3秒;

         頻率設(shè)定分辨率:12bits。

4 電梯設(shè)備及控制系統(tǒng)的構(gòu)成

4.1 設(shè)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。

永磁同步無齒輪曳引機規(guī)格表

型號

 

額定功率

13.3kw

額定電壓

380V

額定轉(zhuǎn)速

191r/min

極數(shù)

20

額定載重量

1000kg

額定梯數(shù)

2.0m/s

額定電流

30A

防護等級

IP54

額定頻率

31.83HZ

曳引輪節(jié)徑

400mm

曳引比

2:1

4.2 電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)

電梯的電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

 

3 電梯的電氣控制系統(tǒng)架構(gòu)

4.3 系統(tǒng)接線

      現(xiàn)場主機箱接線圖如圖4所示。

     

主機箱現(xiàn)場接線圖

    系統(tǒng)的接線圖如圖5所示。

 

5   系統(tǒng)接線圖

配線說明如表2所示。

配線說明表

 功     能

上位機信號

某歐洲品牌

VFD-VL

VL參數(shù)

上行

à

13

FWD

數(shù)字輸入接點(參考參數(shù)第2群組)

下行

à

14

REV

多段速指令1

à

36

MI1

多段速指令2

à

37

MI2

多段速指令3

à

38

MI3

使能

à

12

MI8

輸入公共端

à

18

DCM

 

 

 

 

電磁閥控制輸出

ß

80

RA

數(shù)字輸出接點(參考參數(shù)第2群組)

公共端

ß

82

RC

機械抱閘控制輸出

ß

83

MRA

公共端

ß

85

MRC

故障報警輸出

ß

41

MO1

設(shè)定頻率到達輸出

ß

42

MO2

公共端(見接線圖)

ß

46

MCM

 

 

 

 

 

 

 

 

編碼器接線圖如圖6所示。

編碼器接線圖

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

運轉(zhuǎn)時外部輸入端子狀態(tài)表

功能名稱

多三

多二

多一

REV

FWD

VL端子

MI3

MI2

MI1

REV

FWD

高速UP

停機

0

0

0

0

0

零速

0

0

0

0

1

全速

0

1

1

0

1

中速

1

1

0

0

1

低速

1

0

1

0

1

爬行

0

1

0

0

1

零速

0

0

0

0

1

停機

0

0

0

0

0

高速DOWN

停機

0

0

0

0

0

零速

0

0

0

1

0

全速

0

1

1

1

0

中速

1

1

0

1

0

低速

1

0

1

1

0

爬行

0

1

0

1

0

零速

0

0

0

1

0

停機

0

0

0

0

0

檢修下

檢修

1

0

0

1

0

井道自學(xué)習(xí)

自學(xué)習(xí)

1

0

0

1

0

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(shè)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(shè)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(shè)定1(基底頻率/電機額定頻率)

01-02=380V第一輸出電壓設(shè)定1(基底電壓/電機額定電壓)

(4)請選擇參數(shù)08群設(shè)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(zhuǎn)速

  08-04=20電機極數(shù)

(5)請選擇參數(shù)10群設(shè)定編碼器參數(shù)

  10-00=3 編碼器種類

  10-01=2048 編碼器每轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)定為”40 驅(qū)動器致能”。在未與上位機訊號配合前,請于按Run運轉(zhuǎn)前將此端子出廠設(shè)定改為2-08=“0“。此時,方可執(zhí)行運轉(zhuǎn)。待正式試運轉(zhuǎn)時,若需”驅(qū)動器致能”輸入功能,請再將MI8設(shè)定為40。)

      此自動量測不需釋放煞車。但若于驅(qū)動器與馬達之間有加裝電磁閥時,需將此電磁閥導(dǎo)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(jié)束并已將結(jié)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(shè)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(xué)習(xí),以獲得最精準結(jié)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(xué)習(xí)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(fù)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(shè)定頻率到達(MO2)

(3)確認04-00----04-15為零

(4)11-00 = 81Hex(設(shè)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(zhuǎn)矩輸出(可調(diào)整10-19得到較好的零速位置轉(zhuǎn)矩輸出)。另外和2-29、2-31的配合有關(guān)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(shè)定08-00=3,利用上位時執(zhí)行檢修向上進行自學(xué)習(xí)(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(jié)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(jié)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(jié)果相差3度以上,請停止運作并與我們聯(lián)絡(luò)) 。

      請注意,執(zhí)行此學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)。

      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(shè)定10-02,若原先設(shè)定為A相領(lǐng)先B相,請變更成B相領(lǐng)先A相,反之亦然。

      請依實際現(xiàn)場數(shù)據(jù)設(shè)定參數(shù)11-01(電梯速度)、11-02(轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速度曲線設(shè)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(xí))

多段速設(shè)定 04-00 ~ 04-15

確認各段速之設(shè)定與多功能輸入指令對應(yīng)之端子的動作時序(MI1、MI2、MI3)

加減速時間設(shè)定 01-12 ~ 01-19(建議在試運轉(zhuǎn)時將減速時間設(shè)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(zhuǎn)時將S曲線時間設(shè)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(zhuǎn)

      以檢修速度試運行,觀察電機運轉(zhuǎn)是否運作正常。同時亦觀察驅(qū)動器多功能輸出入端子動作如煞車釋放,電磁閥導(dǎo)通等是否與上位機的時序相符。

      第一次運轉(zhuǎn)請先行將原本的速度設(shè)定先行降低。待觀察幾次運轉(zhuǎn)后再將轉(zhuǎn)速設(shè)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(zhuǎn)狀況直到驅(qū)動器的轉(zhuǎn)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(shè)定S5致能切換頻率)、01-30( S減速到達時間設(shè)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。

 

7  速度控制基本曲線圖

(2)基本參數(shù)設(shè)定如表4所示。

  基本參數(shù)設(shè)定

Pr. No

MODBUS

Description

Unit

Data

Default

Min

Max

Attribute

01-00

0100H

Max Output Freq.

Hz 

31.83

60.00

10.00

400.00

Writable

01-01

0101H

Motor1 Fbase   

Hz 

31.83

60.00

0.00

400.00

Writable

01-02

0102H

Max Out-Volt 1 

V  

380.0

440.0

0.0

510.0

Writable

01-03

0103H

Mid Out-Freq.1-1

Hz 

0.50

0.50

0.00

400.00

Writable

01-04

0104H

Mid Out-Volt 1-1

V  

10.0

10.0

0.0

480.0

Writable

01-05

0105H

Mid Out-Freq.1-2

Hz 

0.50

0.50

0.00

400.00

Writable

01-06

0106H

Mid Out-Volt 1-2

V  

10.0

10.0

0.0

480.0

Writable

01-07

0107H

Min Out-Freq.1 

Hz 

0.00

0.00

0.00

400.00

Writable

01-08

0108H

Min Out-Volt 1 

V  

0.0

0.0

0.0

480.0

Writable

01-09

0109H

Start Frequency

Hz 

0.50

0.50

0.00

400.00

Writable

01-10

010AH

Upper Bound Freq

Hz 

400.00

400.00

0.00

400.00

Writable

01-11

010BH

Lower Bound Freq

Hz 

0.00

0.00

0.00

400.00

Writable

01-12

010CH

1st Accel Time 

sec

2.00

3.00

0.00

600.00

Writable

01-13

010DH

1st Decel Time 

sec

2.90

2.00

0.00

600.00

Writable

01-14

010EH

2nd Accel Time 

sec

3.00

3.00

0.00

600.00

Writable

01-15

010FH

2nd Decel Time 

sec

2.00

2.00

0.00

600.00

Writable

01-16

0110H

3rd Accel Time 

sec

3.00

3.00

0.00

600.00

Writable

01-17

0111H

3rd Decel Time 

sec

2.00

2.00

0.00

600.00

Writable

01-18

0112H

4th Accel Time 

sec

3.00

3.00

0.00

600.00

Writable

01-19

0113H

4th Decel Time 

sec

2.00

2.00

0.00

600.00

Writable

01-20

0114H

JOG Accel Time 

sec

1.00

1.00

0.00

600.00

Writable

01-21

0115H

JOG Decel Time 

sec

1.00

1.00

0.00

600.00

Writable

01-22

0116H

JOG Frequency  

Hz 

6.00

6.00

0.00

400.00

Writable

01-23

0117H

Trans ACC/DEC1-4

Hz 

0.00

0.00

0.00

400.00

Writable

01-24

0118H

S Curve Time 1 

sec

2.00

1.00

0.00

25.00

Writable

01-25

0119H

S Curve Time 2 

sec

1.00

1.00

0.00

25.00

Writable

01-26

011AH

S Curve Time 3 

sec

1.00

1.00

0.00

25.00

Writable

01-27

011BH

S Curve Time 4 

sec

1.40

1.00

0.00

25.00

Writable

01-28

011CH

Select Zero Spd

   

0

0

0

2

Writable

01-29

011DH

Landing Speed  

Hz 

8.00

0.00

0.00

400.00

Writable

01-30

011EH

S Curve Time 5 

sec

1.00

1.00

0.00

25.00

Writable

01-31

011FH

Stop Decel Time

sec

2.00

2.00

0.00

600.00

Writable

6.2 運行效果

(1)上行圖如圖8所示。 

系統(tǒng)運行上行圖

(2)下行圖如圖9所示。 

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。

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(jié)語

      該電梯企業(yè)集產(chǎn)品設(shè)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用 劉繼黨等 科技信息    2009年 第23期

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