馮威倫

（日立電梯（中國）有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510627）

引言

隨著我國高層建筑的發(fā)展，對于電梯的要求也在不斷的提高，從安全性到現(xiàn)在智能化的要求。電梯發(fā)展初始，電梯電氣部分采用的是繼電接觸器控制系統(tǒng)，故障率高，乘坐舒適感較差，嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行質(zhì)量。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，控制變頻器彌補(bǔ)了繼電器控制的缺點(diǎn)。

零速滿轉(zhuǎn)矩——由ACS600帶動(dòng)的電動(dòng)機(jī)能夠獲得在零時(shí)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，并且不需要光碼盤或測速電機(jī)的反饋。而矢量控制變頻器只能在接近零速時(shí)實(shí)現(xiàn)滿力矩輸出。這一特點(diǎn)應(yīng)用在電梯行業(yè)優(yōu)于其他品牌變頻器。DTC提供的精確的轉(zhuǎn)矩控制使得ACS600能夠提供可控且平穩(wěn)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能達(dá)到200%的電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩)。

精確速度控制——ACS600的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差在開環(huán)應(yīng)用為0．4%，在閉環(huán)應(yīng)用時(shí)為0．1%。而矢量控制變頻器在開環(huán)時(shí)大于0．8%，閉環(huán)時(shí)為 0．3%。ACS600變頻器的靜態(tài)精度為0.01%。

ACs600變頻器的應(yīng)用使產(chǎn)品具有很寬的功率范圍、優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性、完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力、結(jié)合上位機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)適用于各種類型的應(yīng)用產(chǎn)品，有6向位控制起升設(shè)備特殊需求的用戶，可采用ACC600系列專用位勢變頻器。

系統(tǒng)總體構(gòu)成及原理

1微機(jī)控制的電梯已逐漸取代老式的繼電器控制的電梯，它適用于數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)便于應(yīng)用變頻器，而且功能靈活多變，結(jié)構(gòu)緊湊，免去了許多復(fù)雜的接線，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)主要由微機(jī)、變頻器和拖動(dòng)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖l微機(jī)控制電梯控制框圖

一般交流調(diào)速電梯速度不超過1.75m/s，采用ACS600系列變頻器，電梯操作系統(tǒng)控制模塊由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及外圍接口組成，它是電梯邏輯運(yùn)行的控制核心。采集電梯運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，以決定電梯運(yùn)行方式，包括有／無司機(jī)、運(yùn)行、檢修、門鎖保護(hù)、急停保護(hù)、消防運(yùn)行及故障慢車運(yùn)行等。它也采集各樓層的高速模型相結(jié)合使電機(jī)的呼梯信號(hào)及轎廂內(nèi)選層信號(hào)，根據(jù)電梯所在位置決定電梯運(yùn)行方向；它向ACS600變頻器發(fā)出控制命令信號(hào)，包括速度信號(hào)和速上下行駛信號(hào)，保證電梯安全可靠運(yùn)行。由變頻器構(gòu)成拖動(dòng)模塊，采用ABB生產(chǎn)的ACS600系列變頻器。從控制模塊接收速度信號(hào)和上下行駛信號(hào)，按內(nèi)部設(shè)定運(yùn)行曲線對電梯拖動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)速度控制，完成電梯的靈活調(diào)速、控制、高精度平層和提高乘坐舒適感等功能。

2．控制系統(tǒng)的硬件組成

控制模塊采用總線結(jié)構(gòu)。根據(jù)電梯運(yùn)行原理及實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件，圖2為模塊結(jié)構(gòu)圖。它由CPU板，輸入輸出板，開關(guān)電源以及總線基架組成。其中CPU板由單片機(jī)、64K程序存儲(chǔ)器、64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、2路16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、2路RS-232接口、8路并行 I／0 接口組成。

該模塊可通過RS-232接口實(shí)現(xiàn)與上序的離線或在線編輯、匯編、監(jiān)控和調(diào)試，給程序的編寫及現(xiàn)場調(diào)試帶來很大的方便。微機(jī)的輸入、輸出信號(hào)的電平、傳遞速度、傳遞方式通常都有要求，這就需要接口電路來協(xié)調(diào)，以使接收控制信號(hào)可靠地控制繼電器和接觸器的工作。我們采用的是光電隔離32路開關(guān)輸入、輸出板，可以消除公共地線和電源的干擾，從而使工業(yè)設(shè)備和微機(jī)系統(tǒng)可靠工作。輸入板是光電隔離32路開關(guān)量。

圖2 工作模塊結(jié)構(gòu)圖

輸入板STD5372板，它是一種帶光電耦合器件的開關(guān)量輸入板，可以實(shí)現(xiàn)總線與被測工業(yè)設(shè)備或數(shù)字儀器之間的光電隔離，32個(gè)開關(guān)量輸入，占用4個(gè)連接的口地址，采用單端輸入，工作模式為CPU掃描輸入。輸入板實(shí)現(xiàn)對各樓層上(下)行外呼梯信號(hào)的采集；實(shí)現(xiàn)對轎廂內(nèi)選信號(hào)及電梯運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)的采集；實(shí)現(xiàn)對電梯井道信號(hào)和保護(hù)信號(hào)的采集；及相應(yīng)的輸出信號(hào)；接口與總線的連接(見圖 3)。

圖3 接口與數(shù)據(jù)總線的連接

電梯的運(yùn)行方向，樓層的信號(hào)，都由指示燈輸出顯示，我們使用的是發(fā)光三極管，因?yàn)樗碾娚贌o需太大的驅(qū)動(dòng)接口，配合矩陣方式可以減少元器件的個(gè)數(shù)。微機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生速度指令曲線比一般電梯要靈活的多。它采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，將微機(jī)送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，構(gòu)成速度指令曲線。只要微機(jī)給出的數(shù)字不同就可以得到不同的指令曲線，因此微機(jī)根據(jù)運(yùn)行距離長短，速度快慢給出不同的數(shù)字就可以得到不同的指令曲線?？刂齐娞菥徠?、加速、緩?fù)＃?/p>

使乘梯人沒有不舒適的感覺。

電腦電梯大多省去選層器，而電梯在運(yùn)行中必須知道自己所處的位置，才能正確指層，正確選擇減速點(diǎn)，正確平層。為此需要一個(gè)裝置，能計(jì)算電梯行走的距離，再與內(nèi)存中每一層的高度相比較就知道現(xiàn)在是在第幾層，需要向什么方向行駛，要在第幾層停止，以便發(fā)出相應(yīng)命令。計(jì)算電梯運(yùn)行距離的方法很多，較為簡單的方法是采用光電碼盤。這樣只要用計(jì)數(shù)器計(jì)算出光碼盤的脈沖數(shù)，就可知道電梯運(yùn)行的距離。

3．制動(dòng)單元的選擇

在變頻器應(yīng)用中，當(dāng)轎廂空載上升或重載下降時(shí)，拖動(dòng)系統(tǒng)都存在位能負(fù)荷下放，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，使從電動(dòng)機(jī)回饋的能量通過逆變環(huán)節(jié)中并聯(lián)的二極管流向直流環(huán)節(jié)充電，當(dāng)回饋的能量較大時(shí)，會(huì)引起直流環(huán)節(jié)電壓升高，對變頻器逆變橋構(gòu)成危險(xiǎn)，發(fā)生故障；電動(dòng)機(jī)急劇減速也會(huì)造成上述現(xiàn)象。解決的辦法是在變頻器直流環(huán)節(jié)上并接制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

(1)制動(dòng)單元

制動(dòng)單元是變頻器的一個(gè)可選組件，其內(nèi)設(shè)有檢測和控制電路，其工作時(shí)對變頻器的直流回路電壓在線檢測，當(dāng)電壓值超過設(shè)定允許值時(shí)，滯環(huán)比較器翻轉(zhuǎn)，經(jīng)邏輯轉(zhuǎn)換后觸發(fā)制動(dòng)晶體管導(dǎo)通，經(jīng)過電阻釋放能量使電壓降低，維持變頻器正常工作。一個(gè)制動(dòng)單元并接幾個(gè)制動(dòng)電阻，需根據(jù)實(shí)際工況計(jì)算選擇。

(2)制動(dòng)電阻的選擇

變頻器在采用制動(dòng)單元時(shí)，必須做到不同功率的制動(dòng)單元與其相應(yīng)功率的制動(dòng)電阻相配合，以達(dá)到擴(kuò)展制動(dòng)功率的目的，在外接制動(dòng)電阻進(jìn)行制動(dòng)的情況下，電阻應(yīng)能在系統(tǒng)再生時(shí)吸取負(fù)載回饋電能的80%，其余20%可通過電動(dòng)機(jī)以熱能耗散。此時(shí)制動(dòng)電阻值

R=U/CD21.047(TB一0.2TM)n1

式中UCD-----直流電壓，對400V變頻器取值 760（V）；

TM-----電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩(N·m)；

TB一制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N·m)。

制動(dòng)轉(zhuǎn)矩TB可按下式計(jì)算

TB=(GD+GD)(n1—n2)／375tS-TL

式中GDM2電動(dòng)機(jī)的飛輪力矩(N·m2)；

GDL2一負(fù)載折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩(N·m2)；

TL——負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N·m)；

tS---減速時(shí)間(s)；

n1、n2------減速前、后的速度（r/min）。

制動(dòng)電阻的平均功率可按下式計(jì)算

P=1.047 （TB一 0.2T）【（n1—n2)/2】×10-3(Kw)

再根據(jù)制動(dòng)電阻的平均功率和電阻允許增加系數(shù)計(jì)算出電阻的額定功率。如下式

Pe=P/m

式中Pe一制動(dòng)電阻的額定功率；

m一制動(dòng)電阻的允許增加系數(shù)，根據(jù)制動(dòng)時(shí)間選擇。

結(jié)論

微機(jī)控制電梯，可以改善電梯的運(yùn)行質(zhì)量及效率和節(jié)約電能，使得搭載電梯的人不會(huì)感覺到有不適合的情況發(fā)生，所以最重要的是對于整個(gè)調(diào)速變頻的了解，本文針對我國電梯業(yè)的現(xiàn)狀，將微機(jī)控制變頻器用于電梯控制，使電梯達(dá)到了較為理想的控制效果。

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