CN101007607A - 电梯用一体化变频控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电梯用一体化变频控制器。除了电机驱动电路、电源电路和制动单元以外，它还包含控制电路，具体设有：运行控制模块、曲线计算模块、电梯位置监控模块、电梯逻辑模块、时钟模块、参数存储模块、Canbus模块、Modbus模块、调试工具模块、电机状态采集模块、矢量控制模块、速度反馈模块、电梯及电机参数处理模块、PWM波形发生模块、DPRAM数据交换模块以及SPI数据交换模块等。该控制电路将变频控制器“外设”信号处理后输出给电机驱动电路，从而将绝大部分电梯功能整合起来，使电梯的变频调速与运行控制有机结合，既便于电梯的安装调试，又能保障电梯在更为高效、稳定、安全的状况下运行。

Description

电梯用一体化变频控制器
技术领域
本发明涉及电梯，尤其涉及电梯曳引机的变频控制和逻辑控制系统，属于电梯制造加工与运行控制技术领域。
背景技术
电梯是日常生活中常见的垂直交通工具，现代变频电梯核心的控制主要涉及两个部分，即电梯曳引机的变频控制和电梯逻辑控制。在电梯的使用过程中，为了实现电梯运行过程中速度的平滑过渡，提高乘客的舒适感，技术人员使用变频器，采用变压变频技术(VVVF)实行对电梯运行速度的控制。变频器一般采用“交-直-交”方案，能够将日常使用的380V/50Hz交流电源转换成频率与电压可以变化的交流电源，从而实现电梯曳引机速度的平滑变化。
为了更方便地实现电梯控制，部分变频器厂家推出了电梯专用变频器。这类变频器或多或少地将一些电梯相关的功能整合到变频器中，并且针对电梯的应用特点，对通用变频器的相关功能进行优化。电梯专用变频器的出现在一定程度上增强了变频器与电梯结合能力，使电梯技术人员能够更方便地完成电梯设计方案。
但是，无论是电梯专用变频器还是通用变频器，都只是将部分电梯功能与变频器功能进行整合，而没有实现两个部分的统一，变频器与电梯逻辑控制仍是两个独立的部分。因此，电梯调试人员必须进行分别调试，让两个部分配合工作，增加了调试难度；其次，使两个独立的部分协调工作，需要进行相互的信息交换，无论采用何种方式，部可能出现信号干扰以及信号连接问题，增加了潜在的故障点；另外，电梯控制系统具有功能丰富、安全性能要求高等特点，而对于这种相对独立的构成来讲，电梯控制系统很难实现高层次的客户需求，例如，由于电梯逻辑控制部分不能及时收集电机的电流、转速等信息，无法实现电机的故障预诊断等。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提出一种电梯用一体化变频控制器，该一体化变频控制器将电梯功能整合进来，使电梯的变频调速与运行控制有机结合，既便于电梯的安装调试，又能保障电梯在更为高效、稳定、安全的状况下运行。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
电梯用一体化变频控制器，包括电机驱动电路、电源电路和制动单元，变频控制器的电源从外部引入，电机驱动电路既向制动单元输出信号，又向外部输出信号对电梯曳引机进行控制，其特征在于：该变频驱动器还包含控制电路，所述控制电路接受来自该变频控制器“外设”的信号，控制电路处理后的信号输出给电机驱动电路。
进一步地，上述的电梯用一体化变频控制器，其中，所述控制电路包括：运行控制模块、曲线计算模块、电梯位置监控模块、电梯逻辑模块、时钟模块、参数存储模块、区域网络控制总线(Canbus)模块、Mod总线(Modbus)模块、调试工具模块、电机状态采集模块、矢量控制模块、速度反馈模块、电梯及电机参数处理模块、脉宽调制(PWM)波形发生模块、双端口随机存储器(DPRAM)数据交换模块以及串行外设接口(SPI)数据交换模块。
再进一步地，上述的电梯用一体化变频控制器，其中，所述控制电路包含CPU1、CPU2和CPU3三个中央处理器，它们之间通过DPRAM或者SPI方式进行信息交换：CPU1包括运行控制模块、曲线计算模块、电梯位置监控模块、电梯逻辑模块、DPRAM数据交换模块以及SPI数据交换模块；CPU2包括时钟模块、参数存储模块、Canbus模块、Modbus模块、调试工具模块以及DPRAM数据交换模块；CPU3包括电机状态采集模块、矢量控制模块、速度反馈模块、电梯及电机参数处理模块、PWM波形发生模块以及SPI数据交换模块。CPU2与CPU1之间通过DPRAM方式进行信息交换，CPU3与CPU1之间则通过SPI进行信息交换。
更进一步地，上述的电梯用一体化变频控制器，其中，所述变频控制器“外设”包括轿顶板、轿内显示板、轿内指令板和厅外显示板，轿内显示板和轿内指令板均与轿顶板相连，轿顶板和厅外显示板分别与控制电路的Canbus模块和Modbus模块相连。
这样，本发明将电梯控制与变频控制有机的结合在一起，大大提高了系统的工作效率。首先，实现了电梯控制中旋转编码器信号的共享，彻底改变了以前电梯逻辑控制与变频控制间需要信号分频的模式，能够更快速、准确地辨别电梯位置以及曳引机转速，增强了电梯系统的可靠性；其次，电梯的运行接触器、抱闸接触器的信号状态可以直接反映到变频控制中，使系统能够以最快的方式进行系统保护，以及实现更好的电梯时序配合；第三，本发明将以前电梯控制系统中相互独立的电梯逻辑控制参数与变频控制参数整理在一起，方便了电梯控制系统的调试，改变了以前分别调试的格局，在提高效率的同时，也避免了参数不匹配的问题；第四，由于大大增加了电梯逻辑控制与变频控制信息交换，使高层次的电梯功能需求变成轻而易举的事情，例如，电梯的时间管理、电机过载预报警等。
此外，在本发明中由于采用了电梯运行速度自动计算功能，改变了以前电梯控制系统需要设定运行速度的使用方法，这种自动计算功能能够在保证乘客舒适感的前提下，最大限度地提高了电梯的运行效率。而且，本发明采用了新的电梯位置识别方法，改变了以前电梯控制系统中电梯位置识别以及强迫减速功能的不足，大大增强了电梯的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明。
图1：电梯一体化变频控制器的应用构成；
图2：控制部分主体框图；
图3：自动计算运行速度流程图；
图4：本发明在使用过程中典型的运行曲线。
具体实施方式
本发明在通用变频器的基础之上，设计电梯特有的信号处理功能、以距离为原则的曲线计算与生成功能、电梯层高数据记录、电梯并联逻辑、电梯厅外召唤信息收集与处理功能、电梯轿厢信号处理功能、电梯预转矩功能、轿厢负荷自学习功能、电梯时间管理功能、电梯调试测试功能、电梯专用的工况处理功能等，这些功能有机结合起来形成电梯用一体化变频控制系统。
本发明电梯用一体化变频控制器，与变频控制器“外设”、曳引电机、称重装置、调试器等组合在一起，便可形成一套完整的电梯运行控制系统。该控制系统中，变频控制器及“外设”是主体部分，图1是这两者结合的一种典型范例：一体化变频器1主要具体包括：电机驱动电路13、电源电路14、制动单元12和控制电路11；“外设”2主要有轿顶板21、轿内显示板22、轿内指令板23和厅外显示板24a/b/c.../x。其中，轿内显示板22以及轿内指令板23与轿顶板21相连，轿顶板21和厅外显示板24a/b/c.../x直接与控制电路11相连。
控制部分是本发明技术关键，其主体结构框图如图2所示：控制电路包括CPU1、CPU2和CPU3三个中央处理器，它们之间通过DPRAM或者SPI方式进行快速信息交换，实现信息共享。CPU1包括运行控制模块、曲线计算模块、电梯位置监控模块、电梯逻辑模块、DPRAM数据交换模块以及SPI数据交换模块；CPU2包括时钟模块、参数存储模块、Canbus模块、Modbus模块、调试工具模块以及DPRAM数据交换模块；CPU3包括电机状态采集模块、矢量控制模块、速度反馈模块、电梯及电机参数处理模块、PWM波形发生模块以及SPI数据交换模块。轿顶板21和厅外显示板24a/b/c.../x分别与CPU2上面的Canbus模块和Modbus模块相连。
具体实施本发明时，厅外显示板用于收集电梯每个楼层的乘客信息，并且显示当前电梯轿厢所在楼层；称重装置一般安装在轿厢的底部，可以及时反映电梯轿厢内负载情况；曳引电机可以选择同步电机或者异步电机，它是电梯主要动力来源，通过电梯一体化变频驱动器的控制实现电梯上下运行；专用调试器可以与一体化变频驱动器进行通讯，调整配置参数，实时反映电梯一体化变频驱动器的各种状态信息；轿顶板安放在电梯轿厢的顶部，可以收集电梯轿厢内的各种状态信息，反馈给一体化驱动器；指令板安装在轿厢内，可以将轿厢内的开关门、楼层按钮信号传递给轿顶板；而一体化控制器则是电梯控制的核心，除了协调上述各个部分的工作之外，还能够及时采集电梯井道内的各种开关信号，控制电梯的运行，实现多种功能。本应用由于变频控制与电梯逻辑控制的结合在一起，结构紧凑，使用方便。
电梯曳引机上安装的旋转编码器信号是电梯运行速度以及电梯位置的判断依据。在本发明中，采用了一种新的方法，以旋转编码器的反馈信号为基础，司以在电梯运行前自动计算出本次运行的最大运行速度。这个方法能够保证电梯运行过渡平滑、效率高，结合了电梯控制特征与变频速度的S曲线生成方法。在电梯运行前，根据S曲线的各个相关参数计算额定电梯速度的最小运行距离，然后与本次运行的距离相比较。如果小于本次准备运行的距离，则采用额定电梯速度为本次运行的最高速度；反之，则计算1/2额定电梯速度的运行距离，用于下次比较。以此类推，经过多次迭代运算，当计算速度的运行距离与理想距离误差足够小时，结束此运算，从而得到本次电梯的运行速度。这个方法的流程图参见图3。
在本发明中，电梯一体化变频控制器能够及时采集到电梯井道中的开关信号，而且也可以快速地根据旋转编码器、电梯平层信号等定位当前电梯的准确位置。以这些信号为基础，采用了一种新的电梯位置判别方法，时刻监控电梯的状态是否正常，一旦异常，则立即减速，防止电梯冲顶或者蹲底，保证乘客安全。在电梯使用前，首先进行电梯井道自学习，完成对电梯井道中各个信号的位置记录；然后在正常使用过程中，时刻依据旋转编码器、电梯平层信号反馈的信号进行位置识别；当电梯一体化控制器检测到井道信号与当前位置有差别后，表明当前电梯位置异常；此后，电梯将立刻减速停车，防止意外发生；当电梯减速到平层位置停车后，电梯一体化变频控制器则根据实际的井道信号进行电梯位置复位。
在这种使用方案中，调试主要分为三个步骤：调试前准备，检查外围开关信号以及参数设置；电梯井道自学习；正常运行，实现附加功能。可以通过专用调试器或者监控电脑按照实际的电梯使用情况进行参数设置，检查电梯外围各开关信号；由于电梯一体化驱动器不同于其他电梯控制器，是变频控制与电梯逻辑的有机结合，因此，参数设置相对简单，而且不会出现参数不匹配的问题。接下来需要进行电梯井道自学习操作，在这个过程中，电梯一体化驱动器可以记录下电梯井道中各个平层信号位置以及各个强迫减速位置，为电梯的正常运行提供依据。
至此，电梯一体化驱动器就可以进行电梯的正常运行了，每当厅外召唤或者轿厢内召唤指令有效后，电梯一体化驱动器将自动计算出当前运行最合适的速度，保证电梯平滑运行前提下，大大提高电梯的运行效率。图4是本发明在使用过程中典型的运行曲线，图中F3-00代表“启动速度”，F3-01代表“启动速度保持时间”，F3-02代表“曲线加速度”，F3-03代表“曲线加速低速拐点时间”，F3-04代表“曲线加速高速拐点时间”，F3-05代表“曲线减速度”，F3-06代表“曲线减速低速拐点时间”，F3-07代表“曲线减速高速拐点时间”，F3-09代表“曲线减速裕量”，这些参数是本发明的可调参数。在电梯运行过程中，本发明将监控电梯的各种信号状态和旋转编码器反馈信号等，能够及时准确地判断出电梯的潜在安全隐患，提高系统可靠性。
表1列出了应用本发明技术方案可以实现的一些电梯功能。从表中可以看出，本发明与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步。
表1
    序号 功能 备注     序号 功能 备注
    1 检修运行     29 开门再平层
    2 直接停靠     30 满载直驶
    3 自救平层     31 防捣乱功能
    4 紧急救援运行     32 超载保护
    5 电机参数自学习     33 司机操作
    6 井道参数自学习     34 司机换向
    7 锁梯功能     35 消防返基站
    8 自动返基站     36 消防员运行 消防梯
    9 关灯节电功能     37 并联运行
    10 前后门服务楼层     38 群控调度
    11 服务楼层设置     39 独立运行
    12 轿厢位置的自动修正     40 逆向运行保护
    13 运行方向滚动显示     41 防打滑保扩
    14 电梯状态点阵显示     42 防溜车保护
    15 跳跃层楼显示     43 终端越程保护
    16 到站提示     44 接触器触点粘联保护
    序号 功能 备注     序号 功能 备注
    17 语音报站     45 电机过电流保护
    18 错误指令取消     46 电源过电压保护
    19 反向消号     47 电机过载保护
    20 自动开关门     48 编码器故障保护
    21 保持开门时间分类设定     49 故障记录
    22 关门信号到位提前关门     50 称重信号补偿
    23 同层双厅外召唤     51 预转矩设置
    24 门故障保护     52 全集选
    25 重复开门     53 最佳曲线自动生成
    26 开门信号门区开门     54 上集选
    27 厅外开门     55 下集选
    28 提前开门     56 分时管理

Claims (8)

1.电梯用一体化变频控制器，包括电机驱动电路、电源电路和制动单元，变频控制器的电源从外部引入，电机驱动电路既向制动单元输出信号，又向外部输出信号对电梯曳引机进行控制，其特征在于：该变频驱动器还包含控制电路，所述控制电路接受来自该变频控制器“外设”的信号，控制电路处理后的信号输出给电机驱动电路。
2.根据权利要求1所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述控制电路包括：运行控制模块、曲线计算模块、电梯位置监控模块、电梯逻辑模块、时钟模块、参数存储模块、区域网络控制总线Canbus模块、Mod总线Modbus模块、调试工具模块、电机状态采集模块、矢量控制模块、速度反馈模块、电梯及电机参数处理模块、PWM波形发生模块、DPRAM数据交换模块以及SPI数据交换模块。
3.根据权利要求2所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述控制电路包含CPU1、CPU2和CPU3三个中央处理器，它们之间通过DPRAM或者SPI方式进行信息交换。
4.根据权利要求3所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述CPU1包括运行控制模块、曲线计算模块、电梯位置监控模块、电梯逻辑模块、DPRAM数据交换模块以及SPI数据交换模块。
5.根据权利要求3所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述CPU2包括时钟模块、参数存储模块、Canbus模块、Modbus模块、调试工具模块以及DPRAM数据交换模块，CPU2与CPU1之间通过DPRAM方式进行信息交换。
6.根据权利要求3所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述CPU3包括电机状态采集模块、矢量控制模块、速度反馈模块、电梯及电机参数处理模块、PWM波形发生模块以及SPI数据交换模块，CPU3与CPU1之间通过SPI方式进行信息交换。
7.根据权利要求1所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述变频控制器“外设”包括轿顶板、轿内显示板、轿内指令板和厅外显示板，轿内显示板和轿内指令板均与轿顶板相连，轿顶板和厅外显示板直接与控制电路相连。
8.根据权利要求7所述的电梯用一体化变频控制器，其特征在于：所述轿顶板和厅外显示板线路分别与控制电路的Canbus模块和Modbus模块相连。
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Address after: 215006 Jiangsu Suzhou Industrial Park Tong Tak Industrial Park Road No. 25 Huichuan 3 floor

Co-patentee after: Shenzhen Inovance Technology Co., Ltd.

Patentee after: Suzhou Monarch Control Technology Co., Ltd.

Address before: 215122 Jiangsu Province, Suzhou City Industrial Park (Lou Jiang Lu Feng Ting Road No. 88)

Co-patentee before: Suzhou Monarch Control Technology Co., Ltd.

Patentee before: Suzhou Jiangnan Jiajie Elevator Co., Ltd.

Co-patentee before: Jiangnan Elevator(Group)Co., Ltd.

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Address after: Wuzhong District Wuzhong Economic Development Zone, Suzhou City, Jiangsu province 215000 Wang Xiang Shan Industrial Park Road on the north side of friends

Patentee after: Suzhou Huichuan Technology Co.,Ltd.

Patentee after: Shenzhen Inovance Technology Co., Ltd.

Address before: Suzhou 215006, Jiangsu Province Industrial Park Road No. 25 Tak Industrial Park Building 3 Huichuan

Patentee before: Suzhou Monarch Control Technology Co., Ltd.

Patentee before: Shenzhen Inovance Technology Co., Ltd.