西门子模块6ES7223-1PL22-0XA8技据

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电梯驱动控制一体化系统，ECS3100，电梯控制器，变频器，给定停车请求的距离控制模式，CAN，集成操作界面，加密，SFC程序设计，并梯，。

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）微机控制板+变频器；（2）通用PLC+变频器。

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基本上没有电梯的操作界面设计和调试工具；常见的PLC程序防护强度低，易被破解和破坏；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）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、和可维护性确保了电梯维保的可持续性，了，客户可牢牢掌握自主知识产权。（5）专门配置的电梯变频驱动单元，集成了艾默生在电梯行业应用上的技术，地结合在一起，性能。（6）整体系统经过严格地开发测试，稳定。

2 ECS3100系统组成

图图1-1 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。

I/O和其它输入输出

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

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。

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。

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。

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。

(1) 部件名称(2) 功能说明

LED数码管l 3个7段数码管。
小键盘指示灯l 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l 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。

这两种操作界面是可编程和可配置的。其功能为：
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。
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。
故障显示代码、记录时间、记录内容可编程、可配置。
楼层显示符号可编程、可配置。
调试模式可用于开关门、呼梯操作。
操作密码有3级（查询密码、调试密码、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。
元件参数掉电后均保存。
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、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。

图CAN通讯接口

共有2个CAN通讯接口。应用方法：

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。

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、

并梯、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，适用于并梯、功能。功能可选择艾默生设备。

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电梯控制器编程软件进行电梯应用程序设计。如下图1-6为软件界面。

图1-6 ControlStar电梯控制器编程软件界面

ControlStar电梯控制器编程软件的功能特点是：

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。

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；

强大的指令系统和电梯功能——功能非常丰富，200多条指令；包括电梯指令组、软元件和接口。

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，易用。

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。

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。

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。采用的优化的电梯变频器，达到以下性能：

闭环矢量同步、异步驱动，优异的性能——性、过载能力、环境适应性、电磁兼容性、舒适性。

适应多种编码器。
距离控制直接停靠。
智能化生成加减速曲线和运行。
电机自动参数辨识，井道学习。
内置抱闸控制、接触器控制、可编程输入输出端子功能、反馈信号功能。
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，实现率的运行，能够动态而充分地响应内外呼梯指令。

6 程序防保护

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； 　　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。

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。

保存功能——程序、数据、故障记录可保存于系统中，，不受掉电影响。

防破解功能1——通过加密编程协议、错误密码锁死机制、禁止格式化等功能来防止非授权人员破解和破坏电梯功能。

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。

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。

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。

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。

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、上下限开关、检测信号、门回路检测信号等等。参照国家和各企业标准进行设计。

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，参照电梯行业规范、标准和国家法规的要求。

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正确。

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。

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。

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，以达到低速度。通过慢车试运行检查各种信号和动作是否正确。

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，并保存在相应的存储器中。初次安装电梯或维修井道信号装置后进行自学习。

六步：快车调试

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。

图图1-8 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

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，系统加稳定。

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、功能。远程监控为便利。

电梯开发平台

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，大地缩短了开发周期。

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，又能确保客户的利益。

优异的驱动性能

实用证明采用ECS3100可得到率的距离控制模式、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，达到了工艺要求，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。

1  引言

我国目前的电梯保有量已近100万台，电梯生产量达到约21.6万台，成为世界上主要的电梯使用国和生产国。电梯行业重要的基础标准《电梯制造与安装规范》(gb7588-2003：转化于欧盟标准：en81-1升降机的建造和安装的规则.电梯)于2004年正式颁布实施。近年来，新技术、新工艺、新材料的发展，使得电梯行业不断出现突破我国现行试验和检验的技术规范与强制性规定要求的电梯(含自动扶梯和自动人行道)或者部件。电梯在我国属于特种设备监察条例管理的特种设备对象。电梯检验技术是乘员生命和承载货物的守护神。

2  电梯检验技术案例

2.1 浅谈上行速保护装置及其检验

gb7588-2003新标准9.10项及9.10.1至9.10.11项对轿厢上行速保护装置做出了明确的要求。其中9.10.4项规定“该装置应作用于a)轿厢；或b)对重；或c)钢丝绳系统(悬挂绳或补偿绳)；或d)曳引轮(例如直接作用在曳引轮，或作用于靠近曳引轮的曳引轮轴上)。根据该项规定，电梯制造企业采用了不同形式的轿厢上行速保护装置，常见的有

(1) 双向钳；

(2) 对重钳；

(3) 夹绳器；

(4) 直接利用电梯制动器作为轿厢上行速保护装置。

为描述方便，在本文中笔者把减速元件为执行机构，把使轿厢上行速保护装置动作的速度监控部件称为触发机构。上述四种不同的轿厢上行速保护装置，其实只是执行机构作用的部位及形式不同，其触发机构大都是相同的限速器。双向钳是作用在轿厢上的，其触发机构大都采用双向限速器；对重钳是作用在对重上的，其触发机构大都采用对重限速器；夹绳器是作用在钢丝绳上的，其触发机构一般是限速器；制动器是作用在靠近曳引轮的曳引轮轴上，其其触发机构就是是限速器。制动器作为上行速保护装置初曾有争议，笔者认为是符合要求的。9.10.2项规定：该装置应能在没有那些在电梯正常运行时控制速度、减速或停车的部件参与下，达到9.10.1的要求，除非这些部件存在内部的冗余度。该装置在动作时，可以由与轿厢连接的机械装置协助完成，无论此机械装置是否有其他用途。又据12.4.2.1所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分两组装设。如果一组部件不起作用，应仍有足够的制动力使载有额定载荷以额定速度下行的轿厢减速下行。所以说符合gb7588-2003《电梯制造与安装规范》要求的制动器是存在内部冗余的，从而是符合9.10.2项的，故制动器是可以作为上行速保护装置的执行机构(减速元件)的。

不论何种形式的轿厢上行速保护装置，其动作原理都是相同的。当速度监控元件到轿厢速度失控(9.10.1规定：速度下限是电梯额定速度的115%，上限是9.9.3(对重(或平衡重)钳的限速器的动作速度应大于9.9.1规定的轿厢钳的限速器动作速度，但不得过10%)规定的速度)时，执行机构(即减速元件)动作，使轿厢制停或至少使其速度降低至对重缓冲器的设计范围。

根据动作原理，可采用如下检验方法：人为使电梯轿厢上行速(切断主电源，把空载轿厢停在合适的位置，松开抱闸，使电梯轿厢向上溜车至速)，检查触发装置能否动作，检查执行机构能动作。但对提升高度较低的电梯来讲，溜车可能并不能速，这种情况笔者建议分两步来进行检验，一检验触发机构(速度监控元件)能否有效动作，检验方法参见《电梯监督检验规程》限速器的检验。二是检验执行机构能否动作。这又分两种情况，双向钳、对重钳、夹绳器的检验可参考《电梯监督检验规程》轿厢钳的检验方法；制动器的检验可采用如下方法：轿厢空载上行至合适位置切断主电源，检查轿厢是否置停。这里说明一下，目前市场上采用永磁同步主机的电梯，部分厂家通过简单的线路设计使电梯在溜车时发电制动，从而实现上行速保护功能。检验时切断主电源，把空载轿厢停在合适的位置，松开抱闸，使电梯轿厢向上溜车，检查轿厢是否以低速向上移动。

2.2 杂物电梯时间控制器及其检验

《杂物电梯监督检验规程》3.6项规定：对于曳引驱动的杂物电梯，应设置一个在杂物电梯运行时间大于正常运行时间10s以前，使电梯驱动主机停止运转，并使其保持停止状态的装置。

大部分的杂物电梯是通过控制器内部的时间继电器(如plc内部时间继电器)来计时，达到设定值时，控制器输出指令，使抱闸接触器动作，抱闸线圈失电制停驱动主机并使其保持停止状态。也有外加时间继电器来实现上述功能的，但其原理都是相同的。笔者在本文把实现上述功能的装置通称为时间控制器。

《杂物电梯监督检验规程》对3.6项给出的检验方法是：短接下限开关，轿厢下行并压缩缓冲器，在限定时间前，查验主机电源是否被切断。笔者具体操作分3个步骤。1：先检测电梯全程运行t1；2：再短下接限开关，检测电梯全程下行至停止的时间t2；3：比较：若t2-t1＜10s，则该项合格。笔者认为短接上限上行与短接下限下行效果相同。

在实际工作中，笔者曾用另外两种方法与上述方法比对，结果相同。1步与2步同上，区别在2步。其一是：轿厢停在层，切断主电源，拆掉电机三相电源线或拆掉与电机相连的运行接触器的线圈电源，然后给底楼指令，从给指令开始计时，至抱闸接触器失电止测得时间t2；其二是拆去轿平层感应器接线，轿厢停在一层， 给楼指令，从给指令开始至抱闸动作失电止测得时间t2，欢迎业内读者进行方法比对。

3 开门走梯事故分析

3.1 事故描述

某年某月某日某电缆厂。当搬运工乘电梯到达目的层站后，在从轿厢里面走出电梯门口轿厅门间层的瞬间，轿门和厅门突然关闭电梯启动，搬运工情急之下想飞身跨出电梯却被卡在门下。

3.2 事故分析

开门走梯的原因，值得怀疑的是电梯门锁回路人为短接。经现场认真检查，人为短接门锁回路的的可能性被排除。经调查，该工厂生产的产品是非常细的漆包线。进一步的检查发现，电梯井道内、轿、门头缠绕了很多头发丝一样的铜线，还发现时不时有铜丝飘落.终认定，罪魁祸是该公司的半成品：裸铜丝。

图1  双门锁闭锁信号电路

如图1所示，如c点与f点均有铜丝搭接到门头上而接地，此时只要其他层门(图中c点之前)是闭合的，那电流将从c点沿虚线流向f点，c点与f点之间所有的厅门锁与轿门锁将不再起作用。也就是说，只要有内指令或呼梯信号，在c点之后的任一层均可造成开门走梯情况出现。当然还有另外一种可能：铜丝搭接在了ms3这对触点上，同时jms触点也被铜丝搭接，也就是图1中c、d两点与e、f两点分别被飘落的铜丝短接，则轿厢在三楼时很容易发生开门走梯的情况。

3.3 纠正预防

为避免类似事故的发生，该工厂采取措施尽量防止铜丝飘入电梯井道；同时维保单位也把检查清理铜丝作为专项维保内容，作检查。另外，从图1可看出，门锁回路图有改进的空间，改进的电控设计如图2所示。图2与图1不同之处有两点：一是轿门锁与厅门锁不再串在同一回路，而是分别用两个接触器检测闭合情况；二是门锁回路电源负端p110接地，参见图2所示。若c点因铜丝搭接到门头而接地，则c点与g点等电位，msj将不吸合；f点因铜丝搭接到门头而接地，则f点与g点等电位，jmsj将不吸合。因此门锁回路由图1改为图2，可大大降低类似事故发生的机率。