艾默生可编程电梯驱动控制一体化系统的应用

1 引言

当前我国电梯行业主流的电气控制、驱动系统方案有两大类：（1）专用微机控制板+变频器；（2）通用PLC+变频器。
专用微机控制板由若干生产厂家提供；其功能由各自厂家统一配置，客户不可编程；不同客户配置变频器需要大量选型配置工作和长期磨合过程，调试复杂；功能修改和调整（如通讯协议）都需要电脑控制板厂家开发和主导，客户难以自主开发电梯功能；调度、控制上细节问题难以随时调整；相应电梯产品维保市场的竞争较为复杂；安装接线较多。
通用PLC+变频器的系统虽然可编程，但通用PLC基本上没有电梯专用的操作界面设计和调试工具；常见品牌的PLC程序防护强度低，极易被恶意破解和破坏；通用PLC编程开发平台又没有专门面向电梯行业，导致程序开发难度高和维护性较差；安装接线很多，驱动配套调试复杂。
艾默生ECS3100系统突破了上述两种系统的局限：（1）最新驱动-控制一体化设计，安装调试方便；（2）具有可编程能力，可为客户提供优化开发的平台，客户从而可优化产品功能、加强服务竞争力。（3）提供合乎电梯行业惯例的操作界面调试工具。（4）系统加密、专用和可维护性确保了电梯维保的可持续性，保障了安全，客户可牢牢掌握自主知识产权。（5）专门配置的高性能电梯变频驱动单元，集成了艾默生在电梯行业应用上的核心技术，完美地结合在一起，性能卓越。（6）整体系统经过严格地开发测试，稳定可靠。

2 ECS3100系统组成

控制器、PWM控制板和变频器驱动部分的连接
如图1-1所示，ECS3100系统由控制器、PWM控制板、变频器驱动部分组成。控制器与PWM控制板通过配套的扁平电缆、普通双绞线各1根连接，而PWM板与变频器驱动部分通过2根配套的扁平电缆连接。通常安装时将2块电路板置于上方，驱动部分置于下方，并保证通风。如图1-2所示为安装实例。其它方式的安装也可以另行设计，相应的配套连接电缆的长度可调整。

安装实例示意图

I/O和其它输入输出

ECS3100输入输出接线简便，具有高可靠、抗干扰的特性。具体体现在以下三点，如图1-1所示：

1. ECS3100系统的数字I/O点都控制器上。有30个普通数字输入点（24VDC），4个220V高压数字输入点，6个晶体管数字输出点，10个继电器输出点，可满足直梯应用的要求。
2. PWM板上拥有2个模拟量输入、1个模拟量输出、编码器接口等。
3. ECS3100系统的PWM板（变频器）与控制器之间有内部输入输出总线，通过扁平电缆连接，无须接线。

由于有内部输入输出总线，以往专用微机板或PLC与变频器的接线都得到简化。通过编程软件可以很方便地对内部输入输出总线进行端子功能定义。
如下图1-3为I/O实例图。

I/O实例图

集成操作界面

操作界面如下图1-4，分别为控制器板上的小键盘和手持操作器。

小键盘和手持操作器
小键盘包括3个LED数码管、3个指示灯及4个按键，如下表1所示。小键盘用于显示楼层数据、运行方向、故障代码，也可进行其它规定的调试操作。
小键盘的显示和操作有三种模式：正常模式，人工控制模式0和人工控制模式1。
正常模式用于显示电梯状态数据，而人工控制模式0和人工控制模式1均用于调试。
表1小键盘显示操作部件

部件名称	功能说明
LED数码管	3个7段数码管。
小键盘指示灯	上下方向灯UP、DOWN，用于显示上下运行方向；OP指示灯，用于显示操作模式
小键盘按键	MODE、INC、SET、OP。其中OP按键固定用于切换小键盘的显示操作模式，而MODE、INC和SET按键在不同显示操作模式下以及在进行密码输入时具有不同功能。

手持操作器包括4个LED数码管、5个指示灯及9个按键，如下表2所示。
手持操作器主要用于在电梯调试时查询和编辑参数；调试时还能显示楼层数据、运行方向、故障信息，以及进行呼梯、开关门等操作。手持操作器兼容小键盘的功能。
手持操作器的显示和操作有五种模式：正常模式，编辑模式、人工控制模式0、人工控制模式1 、电动机调谐模式。正常模式用于查询参数数据和显示电梯状态，而编辑模式和2种人工控制模式均用于调试。
表2 手持操作器显示操作部件

显示操作部分	功能说明
显示部分（LED）	4个7段数码管
指示灯	上下行方向灯UP、DOWN，OP状态灯，编辑模式状态灯，调试模式状态灯（备用）
操作部分（KEY）	9个按键：MODE/ESC、INC、SET、PROG、DEC、SHIFT、PK1、PK2、PK3

这两种操作界面是可编程和可配置的。其功能为：

1. 通过手持操作器可以对全部控制器、变频驱动参数进行设置。
2. 提供开放的控制器参数组，用户可自行定义各组参数功能，并且均可用于编程。
3. 故障显示代码、记录时间、记录内容可编程、可配置。
4. 楼层显示符号可编程、可配置。
5. 调试模式可用于开关门、呼梯操作。
6. 操作密码有3级（查询密码、调试密码、最高密码），为不同级别的工作人员配置；延时无操作，退出相应状态。
7. 元件参数掉电后均永久保存。

通过上述功能，实现了电梯的调试操作、运行显示功能，界面简洁，使用方便。

3 系统外围接口

ECS3100系统外围连接CAN通讯的设备，包括外呼板、指令板、并联梯、群控板。其它通讯联接设备包括编程、调试时所连接的编程器、手持操作器等。变频器（PWM板）与控制器通过COMM1口连接。

通讯连接示意图

CAN通讯接口

共有2个CAN通讯接口。应用方法：

1. 采用CAN指令：CANXMT发送、CANRCV接收、CANMXMT多帧发送指令，用于对外围设备进行数据发送、确认、响应等操作。
2. 采用CAN口帧接收中断功能，及时处理外呼板等设备发来的数据帧通讯。

CAN0口用于外呼板、轿厢指令板、显示板等外围设备的通讯。由于是自由协议通讯口，可适用于不同厂家及客户自定义协议的CAN总线外围设备。

并梯、群控

并梯、群控通讯采用CAN1口，应用协议可自行定义，是自由口通讯。通讯时控制器的元件地址均可选择用于数据传输，完全适用于并梯、群控功能。群控功能可选择艾默生群控设备。

远程监控

标准的通讯口和协议，可用于对电梯的远程监控、故障报警。

4 应用程序开发平台

采用艾默生ControlStar电梯控制器专用编程软件进行电梯应用程序设计。如下图1-6为软件界面。

ControlStar电梯控制器专用编程软件界面
ControlStar电梯控制器专用编程软件的功能特点是：

1. 全中文窗口图形界面——该软件具有友好的全中文窗口图形界面，采用独立图形对象树形目录管理用户工程，如主程序、子程序、中断子程序、系统块、数据块等等，并拥有易用的快捷输入、操作方式。
2. 强大的3种标准编程语言平台——梯形图、顺序功能图、语句表，3种语言程序可直接相互切换；
3. 强大的指令系统和电梯专用功能——功能非常丰富，200多条指令；包括电梯专用指令组、软元件和接口。
4. 丰富的中断、通讯、高速计数、实时时钟等资源——直接帮助用户解决此类应用问题，可靠易用。
5. 大量方便灵活的开发调试工具——为客户提供开发和调试中需要的诸如加密、程序文件导入导出、监控调试、在线修改、元件和文件注释、时钟设置等等操作。
6. 方便有效的在线帮助系统——集成了在线帮助系统，直接辅助客户的编程，通过1个F1键可以直接查询当前光标所选任何对象的帮助信息。
7. 远程通讯——具有远程通讯等功能。

5 变频驱动性能

电梯运行主模式为给定停车请求的距离控制模式（简称距离控制），还可以配置为多段速等其它模式。采用高性能的优化的电梯专用变频器，达到以下性能：

1. 闭环矢量同步、异步驱动，优异的性能——可靠性、过载能力、环境适应性、电磁兼容性、舒适性。
2. 适应多种编码器。
3. 距离控制直接停靠。
4. 智能化生成加减速曲线和运行。
5. 电机自动参数辨识，井道学习。
6. 内置抱闸控制、接触器控制、可编程输入输出端子功能、反馈信号安全功能。
7. 人性化交互式时序控制策略。

图1-7为距离控制运行速度曲线图。由此可见距离控制运行时，加减速曲线是自动切换的，实现高效率的运行，能够动态而充分地响应内外呼梯指令。

距离控制运行速度曲线图

6 程序防破解保护

ECS3100可通过3类手段对用户程序、数据进行加密和保护，并提供2类防破解功能；

1. 强大的程序密码保护功能——程序有监控、上下载密码等多重保护，以及子程序文件加密保护功能。这些密码可设置为高达8位ASCII字符的任意组合。
2. 加密程序包直接下载功能——用户程序可以编译生成为加密用户程序包，并提供加密用户程序包直接下载安装功能。向控制器下载加密用户程序包、或替换升级程序时，调试人员只能进行程序包下载操作而不能打开程序包查看程序内容，因此既能完成电梯功能调试工作，又无须担心没有足够授权的人员会接触到程序内容。
3. 永久保存功能——程序、数据、故障记录可永久保存于系统中，安全可靠，不受掉电影响。
4. 防破解功能1——通过加密专用编程协议、错误密码锁死机制、禁止格式化等功能来防止非授权人员恶意破解和破坏电梯功能。
5. 防破解功能2——禁止上载程序功能，设置后可禁止一切非授权上载。

7 系统开发调试方法

开发过程简介

电梯控制系统设计工作分为五个步骤。

1. 第一步：根据客户需求来选择电梯运行的模式，即变频器的运行模式。

电梯正常运行可选距离控制运行模式和多段速运行模式。

1. 第二步：根据实际设计电梯内外输入输出信号电路。

注意I/O的分配。控制器与变频器通过内部输入输出总线进行信号交互。

1. 第三步：设计电梯通讯系统，分配通讯口。

有三点设计要做：1）内外召通讯，通常用CAN总线，确定通讯协议是关键；2）并联或群控功能，通常也采用CAN总线，确定通讯协议；3）变频器-控制器的内部通讯接口，采用COMM1口。这是固定做法，只需要连线即可。

1. 第四步：做好井道信号设计。

井道信号包括有：平层开关信号、强迫减速信号等、上下限位开关、上下极限开关、安全检测信号、门回路检测信号等等。必须参照国家和各企业标准进行设计。

1. 第五步：用户程序设计和调试

按照上述步骤确定的输入输出设计、利用ECS3100提供的软硬件编程资源、根据驱动时序模型和控制模型来开发用户程序；利用编程软件的调试工具进行用户程序调试；开发调试好故障记录功能；通过编程软件设置全部缺省参数。

电梯电气安装调试过程简介

电梯电气安装调试过程分为六个步骤（供参考）。检查轿厢、井道信号时，还需要做好相应的操作和安全保障，参照电梯行业规范、标准和国家法规的要求。

1. 第一步：通电前检查

根据作业流程，检查所有的电气元件、线路、设备和容量配置；检查控制器电源、外部I/O，检查驱动输入输出接线。检查完毕，要确保所有的安装接线和配置完全正确。

1. 第二步：通电检查

确认系统电源工作正常、所有的I/O动作准确无误。

1. 第三步：电动机参数自学习和其它参数调整。

有2方面工作要做：1）进行电动机参数自学习；2）通过操作面板修改参数。

1. 第四步：慢车试运行。

进行慢车试运行。采用检修运行模式。可以适当修改驱动参数，以达到更低速度。通过慢车试运行检查各种信号和动作是否正确。

1. 第五步：井道自学习

电梯具有井道信号自学习功能。在自学习运行中，电梯会根据实际的井道信号时序等记录相关信号和井道距离数据，并保存在相应的永久存储器中。初次安装电梯或维修井道信号装置后必须进行自学习。

1. 第六步：快车调试

通过快车调试，进一步调整称重补偿、运行舒适感、外围设备功能等。

8 优化的SFC程序设计语言

艾默生ControlStar电梯控制器专用编程软件提供优化的SFC设计平台，符合IEC61131-3标准。所提供的开发调试工具、元件十分丰富易用，还有电梯行业的特定需求解决方案支持。
采用SFC程序设计语言，用户程序开发过程变成了一种规范的标准化过程；也为系统维护、改进提供了更为便利的工具。与普通梯型图、语句表语言相比，采用SFC程序设计语言设计系统，能够大大提高用户程序的可读性、可描述性、可调试性、可维护性，从而极大地缩短开发周期。
如下图1-8所示为采用SFC程序设计语言开发的直梯用户程序示例图。

SFC语言设计的直梯用户程序示例图

9 采用ECS3100一体化系统所带来的效果

1. 控制器-变频器一体化无缝连接

简化系统的输入输出，一体化的操作界面，安装接线方便，系统更加稳定可靠。

1. 系统构成配置方便

具有自由口协议的CAN通讯等接口，大大方便外围设备的选择配置，以及实现并梯、群控功能。远程监控更为便利。

1. 高性能电梯专用开发平台

采用友好的全中文可编程软件界面，三种编程语言、子程序管理、在线帮助、现场和远程调试诊断功能，面向电梯用户的工具和接口，方便了用户使用。
SFC编程语言提高了开发和维护工作的规范性，极大地缩短了开发周期。

1. 用户程序保护功能完善

通过三种密码（设置高达8位的密码），加密包功能和加强的防破解功能，既方便使用，又能完全确保客户的核心利益。

1. 优异的驱动性能

实用证明采用ECS3100可得到高效率的距离控制模式、舒适地运行过程、易于使用的参数调试功能。

10 总结

由于采用了ECS3100系统作为控制核心，达到了工艺要求，可靠性高，编程简便，密码保护功能完善，通讯功能开发而且易用，客户十分满意。ECS3100已经在电梯行业得到了规模应用。

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