CN101044079B

CN101044079B - 用于限制功率消耗的提升运动轨迹控制

Info

Publication number: CN101044079B
Application number: CN2004800442285A
Authority: CN
Inventors: G·福施尼; S·邦费格利奥利; L·洛尔宽多; R·特博; S·马霍尼
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-10-14
Also published as: US9022178B2; WO2006043926A1; CN101044079A; JP2008516867A; HK1113779A1; US20100126809A1

Abstract

一种电梯系统(20)，包括推进功率组件(38)，推进功率组件(38)具有低于利用约定或设计运动轨迹移动满载电梯轿厢(22)所要求的额定功率。一个示范性推进功率组件(38)利用一个以上的基于现有负载条件的运动轨迹。一个实例利用包括第一功率参数极限的第一运动轨迹，第一功率参数极限用于在选定负载阈值或低于选定负载阈值的负载条件，选定负载阈值小于轿厢(22)的最大负载量。推进功率组件(38)利用具有用于其它负载条件的较低功率参数极限的第二运动轨迹。在一个实例中，电流是选择作为判定参数的功率参数，这种功率参数在现有负载的基础上控制选择哪种轨迹。另一种示范性推进功率组件(38)在现有负载的基础上选择速度极限或电流极限中的至少一种并将速度保持在所选择的极限之内。

Description

用于限制功率消耗的提升运动轨迹控制

技术领域

本发明总体上涉及电梯系统。更具体地来讲，本发明涉及控制电梯运动轨迹。

背景技术

电梯系统包括用于移动电梯轿厢以提供如所希望的乘客服务的机器。某些电梯系统以牵引为基础并包括马达，这种马达旋转牵引滑轮来以导致电梯轿厢的所希望的移动的方式移动承重构件。以液压传动为基础的系统包括马达和泵，马达和泵确立适当量的液压以导致电梯轿厢的所希望的移动。

典型地对具有额定功率的电梯系统进行选择，这种额定功率足以在电梯轿厢以最大容量满载时以约定速度或设计速度移动电梯轿厢。大多数电梯系统利用单一运动轨迹运行，而并不考虑轿厢的负载条件。这种运动轨迹典型地包括基于马达尺寸的运行参数，这些运行参数实现所希望的轿厢移动速度。

现已提出了利用一种以上的运动轨迹以适应电梯系统中的不同负载情况。例如，美国专利No.5,241,141在移动空的电梯轿厢时采用较快的移动和较高的加速率。这种布置具有速度和加速率较高的优点，当轿厢空的时候，这种较高的速度和加速率是可能的，因为马达额定值设计用于移动满载轿厢。

美国专利No.6,619,434提出了另一种方法。该专利提出在高负载条件下以约定或设计速度移动电梯并在较低负载条件下更快地移动轿厢。这种布置要求能够在满载条件下达到设计速度的马达额定值。

已知系统的一个方面是所选择的马达尺寸能够处理在正常的电梯系统运行期间很少遇到的负载。利用满载条件下的约定轨迹确定马达的尺寸以达到约定速度导致产生大于大多数运行条件所需的马达。电梯轿厢典型地负载最大负载量的20％至80％。确定轿厢的尺寸以应对最大负载时的全速会给这种系统带来耗费，大多数电梯系统运行并不需要这种耗费。此外，典型地，较大的马达和相关的驱动器件消耗更多的功率，在某些情形中认为这样做效率并不高。

本发明部分地通过利用较小的推进功率组件来提供一种为电梯系统带来经济性的替代布置并消耗较少的功率，这种推进功率组件包括马达、驱动器和相关的用于移动电梯轿厢的电子装置或电气器件。

发明内容

一种用在电梯系统中的示范性装置，其包括用于移动电梯轿厢的推进功率组件(PPA)。这种PPA具有与移动电梯系统相对应的额定功率，利用可达选定负载阈值的约定轨迹来移动电梯系统，这种选定负载阈值小于电梯轿厢的最大负载量。

在一个实例中，在具有选定负载阈值时或低于选定负载阈值的第一负载条件时，PPA利用第一运动轨迹移动电梯轿厢，第一运动轨迹包括第一电流极限。在具有高于选定负载阈值的第二负载条件时，PPA利用第二运动轨迹移动电梯轿厢，第二运动轨迹包括第二较低电流极限。

在一个实例中，PPA利用第二运动轨迹以向下方向移动空的轿厢。

在另一个实例中，通过将速度保持在以现有负载为基础所选择的极限以下而将PPA保持在选定功率极限之内。例如，在液压电梯系统中具有这种PPA的情况下，就有可能具有消耗较少功率而达到较高平均速度的较小马达，以实现改进的输送容量。

利用PPA控制电梯轿厢的示范性方法包括利用第一运动轨迹，这种PPA具有与移动电梯系统相对应的额定功率，利用可达选定负载阈值的约定轨迹来移动电梯系统，这种选定负载阈值小于电梯轿厢的最大负载量，该第一运动轨迹包括对选定负载阈值时或低于选定负载阈值的负载的第一功率极限。在有高于选定负载阈值的第二负载条件时，这种方法还包括利用第二运动轨迹，第二运动轨迹包括第二较低功率极限。

在一个实例中，预先确定第二运动轨迹并将其用于高于选定负载阈值的所有负载条件。在另一个实例中，在电流负载条件的基础上自动确定第二运动轨迹。

在一个实例中，通过选择运动轨迹以满足选定最大电流消耗来控制功率消耗。在另一个实例中，在保持选定速度极限的基础上选择运动轨迹，该选定速度极限对应于现有的负载条件。

通过下面的对目前所优选的实施例进行的详细描述，本领域技术人员就会明白本发明的不同特征和优点。伴随这些详细描述的附图可简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了利用多个运动轨迹的一个示范性电梯系统的选定部分。

图2是概括一种控制运动轨迹的示范性方法的流程图。

图3A至3C用图形示出了一个示范性实施例的性能特征。

图4用图形示出了另一个示范性实施例的性能特征。

具体实施方式

图1示意性地示出了电梯系统20的选定部分。电梯轿厢22由承重构件26以已知方式与配重24连接。马达30致使牵引滑轮32的转动，牵引滑轮32导致电梯轿厢22和配重24的移动。为了说明的目的，图中示出了以牵引为基础的电梯系统。本发明并不仅限于这种布置，并且，例如，可用于液压电梯系统。正如人们所熟知的那样，液压电梯系统包括马达和泵以产生足够的液压来实现所希望的电梯轿厢的移动。

电梯系统控制器34包括驱动部分36，驱动部分36控制马达30的运行。在一个实例中，控制器34包括软件、硬件、固件或它们的组合，以在例如负载条件和移动方向的基础上有选择地利用运动轨迹来移动电梯轿厢22。

所示出的实例示意性地示出了马达30和驱动部分36，马达30和驱动部分36均为推进功率组件(PPA)38的部件。在一个实例中，PPA包括与提供推进功率以移动电梯轿厢22相关的其它电子装置或电气器件(未示出)。

在一个实例中，PPA 38具有小于指定电梯系统的尺寸或容量的额定功率的额定功率。在所希望的功率消耗水平和可得到的扭矩的基础上来选择PPA 38，以利用约定或设计运动轨迹来实现所希望的最大约定速度或设计速度，而移动可达选定负载阈值的负载，这种选定负载阈值小于系统20的最大负载量。

一种选择PPA 38的额定功率的示范性方式包括选择马达30的尺寸以具有特定的额定功率。在一个示范性液压电梯系统中，选择6千瓦的马达额定值以用于最大负载量，这种最大负载量要求7.7千瓦的马达额定值来利用约定运动轨迹以最大约定速度移动最大负载。在一个示范性牵引电梯系统中，采用2千瓦的马达额定值，而不是4千瓦的马达额定值。

具有额定值仅能够实现低于最大负载量的负载的设计速度的马达降低所要求的马达的尺寸和耗费。利用较小的马达还降低功率消耗并避免通过将过多的功率提供给大多数电梯系统运行条件而典型地导致的耗费。在许多实例中，在选定阈值与最大负载量之间传递负载时在速度或飞行时间有某些损失。较小的马达额定值要求利用用于这些情况的较低速度或较小的加速度。即使使用较小的马达并将较低的速度或较小的加速度用于超过选定负载阈值的负载条件，这些条件也不会频繁地出现而足以使整个电梯系统运行不会明显地受到损害的程度。任何这样的损失出现得不频繁并且在重要性上被与使用较小的马达相关的改进的经济性所超过。

同样的考虑和优点也适用于选择其它的PPA器件(如驱动部分36)，以达到这种较低的额定功率。

在一个实例中，选定负载阈值约为电梯系统最大负载量的80％。在另一个实例中，选定负载阈值约为最大负载量的95％。在提供了这种描述之后，本领域技术人员就能够选择适当的负载阈值，这种适当的负载阈值会控制PPA额定功率的选择以满足它们的特定需求。

在一个实例中，选择选定阈值以使PPA 38使用电梯系统的大多数运行条件的第一运动轨迹。换言之，运行马达30的驱动部分36使用电梯系统的大多数运行条件的第一运动轨迹。在此实例中的第一运动轨迹包括利用约定运动轨迹以设计或约定速度使电梯轿厢22移动，无论何时负载在选定负载阈值或低于负载阈值。

在选定条件下，如当负载超过选定阈值并且如果以全约定或全设计速度推进轿厢负载会超过PPA 38的容量时，PPA 38采用第二运动轨迹。在一个实例中，第二运动轨迹包括在电流负载条件的基础上移动电梯轿厢22的第二较低速度。在另一个实例中，第二运动轨迹包括第二较低加速度极限，可在现有负载的基础上定制这种第二较低加速度极限。

参看图2，流程图50概括了一种在任何特定时间选择使用何种运动轨迹的示范性方法。假定必须将轿厢22移动以响应于通过使用轿厢操作板40或厅堂呼叫按钮42以已知的方式发出的呼叫，例如，控制器34确定用于控制马达30的运动轨迹，以移动电梯轿厢22。

在图2中，这个过程通过确定与使用第一运动轨迹相关的判定参数的预期值而在52开始。在此实例中，在52的确定包括考虑关于现有的负载条件和响应呼叫的移动方向的信息54。一个实例包括利用已知的确定这种信息的技术。例如，利用已知的传感器可确定这种负载。一个实例包括利用与轿厢有关的负载传感器。另一个实例包括利用监控马达运行或输入和输出值的传感器，这些输入和输出值可用已知的方式进行探测。另一个实例利用与承重组件相关的张力监控器。再一个实例利用这些传感器的组合。

判定参数可根据具体情况的需要而变化。示范性判定参数包括在马达30的电流消耗、马达加速度、轿厢加速度、马达电压、马达速度或轿厢速度。一个实例利用一个以上的判定参数。当判定参数包括如加速度或最大电流消耗时，设计具有一种驱动器的PPA，对这种驱动器进行选择以满足所选定的功率消耗准则。当判定参数包括如速度时，设计具有一种马达的PPA，对这种马达进行选择以满足所选定的功率消耗准则。

在给出了马达额定值和关于负载和移动方向的信息时，控制器34确定在利用第一运动轨迹来移动轿厢的情况下判定参数会是什么值。

控制器34在56确定判定参数是否超过设定极限。如果负载和PPA额定功率是判定参数不超过设定极限的负载和PPA额定功率，那么就可用利用第一运动轨迹。在一个实例中，第一运动轨迹会用于大多数电梯系统运行条件。

在一个实例中，可定制第一运动轨迹以在选定极限内改变第一运动轨迹中的一个或多个参数。在另一个实例中，根据系统设计或安装重新设定第一运动轨迹。示范性第一运动轨迹包括在任何可能的时候利用约定或设计运动轨迹。

在判定参数超过选定极限的情况下，示于图2中的实例在60中继续，并确定第二运动轨迹的轨迹约束。在所示出的实例中，利用已知的用于确定第二运动轨迹的约束的技术(至少部分地基于选定PPA额定功率)来考虑来自查询表格62的轨迹参数信息和来自54的负载和方向信息。在64确定第二运动轨迹。在所示出的实例中，控制器34自动并动态地确定第二运动轨迹，以在现有负载条件的基础上定制这种轨迹。例如，可对用于超过选定负载阈值的不同负载的不同速度或不同加速度极限进行选择。在一个实例中，根据电梯轿厢22移动时的要求定制和调节运动轨迹。

在另一个实例中，将预先设定的第二运动轨迹用于第一运动轨迹不会起作用或不希望第一运动轨迹的所有情况。另一个实例包括多个预先存储的第二运动轨迹。控制器34在后一个实例中在现有条件的基础上选择可提供的第二运动轨迹之一。在给出了这种描述的情况下，本领域技术人员就能够适当地编制控制34的程序来选择至少一个适当的第二运动轨迹，以满足他们的特定情况的需要。

一旦选择了适当的运动轨迹，PPA 38就利用所选择的在66的运动轨迹来响应呼叫。在响应每个呼叫时，控制器34重复这种选择运动轨迹的过程。

图3A至3C用图形示出了一个示范实施例的性能特征。在此实施例中，最大电流消耗是用于选择第一或第二运动轨迹的判定参数。用于特定第二运动轨迹的电流消耗的水平还可选自不同的可能的结果，且这种选择会至少部分地支配这种运动轨迹的参数。

在图3A中，加速度-时间曲线图70包括第一曲线72，第一曲线72与加速度相对应，这种加速度与使用第一运动轨迹以在现有的负载在选定阈值或低于选定阈值时响应呼叫相关，选定阈值在设计PPA 38时使用。正如可从附图中理解的那样，加速度率在响应该呼叫时在适当的时间达到最大加速度值(即100％)。另一条曲线74示出了与如更重的负载条件下的第二运动轨迹相关的加速度。正如可从附图中理解的那样，与利用在72示出的第一运动轨迹所实现的最大加速度相比，利用第二运动轨迹所实现的最大加速度被降低。

图3B包括与示于图3A的曲线图70相对应的速率-时间曲线图80。第一曲线76示出了轿厢速率，该轿厢速率对应于示于图3A的曲线72中的加速度。另一条曲线78示出了与加速度曲线74相关的第二运动轨迹的轿厢速率。从图中可明显地看出，尽管相同的最大速度与每个轨迹一起使用，但利用第二运动轨迹的整个飞行时间仍较长。这种额外的飞行时间是利用较低的加速度极限(即取代曲线74的曲线74)所导致的结果。在此实例中，最大电流消耗极限支配加速度极限。

图3C包括驱动电流-时间曲线图82。已知驱动电流与扭矩成比例，扭矩与加速度成比例。因此，示于图3C中的曲线通常与示于图3A中的曲线成比例。

第一驱动电流-时间曲线84示出了利用第一运动轨迹的电流消耗。最大电流消耗极限86与曲线72上的最大加速度同时出现。这种基于PPA额定功率的最大电流消耗极限86适用于在选定负载阈值或低于选定负载阈值的负载条件，这种选定负载阈值小于电梯系统20的最大承重量。

由于选定PPA额定功率，所以较高的负载条件要求较低的电流极限88。较低的电流水平极限88利用由曲线90所示出的第二运动轨迹在这种电流消耗上设置极限。这与示于图3A中的较低的总加速率74相对应。

由于电流消耗、扭矩和加速度都有关联，所以可将利用示于图3A至图3C中的实例的技术的PPA 38适当地布置或编排，以根据可提供给PPA 38的输入使用这些参数中的任何一种。在给出了这种描述的情况下，本领域技术人员就能够选择适当的控制参数并适当地设计PPA或将PPA编排，以满足他们的特定情况的需要。

在一个实例中，第二运动轨迹在轿厢是空的时候还可用于向下移动电梯轿厢22。与在轿厢是空的时候向上移动配重24相关的不平衡负载移动给具有按照前面的描述而选择的额定功率的PPA加上负担。在从顶层平台(即轿厢可能的最高位置)将电梯轿厢22向下移动到大厅或最低层平台时尤其会发生这种情况。在这些情况下，配重必须得从最低的可能位置行进到非常高的位置且配重典型地比无载轿厢重。对于这些情况来讲，可以使用第二运动轨迹。一个实例包括在轿厢高于选定建筑水平时确定电梯轿厢22的位置并使用第二运动轨迹。

在另一个实例中，与电压成比例的速度是重要的选定控制参数。图4用图形示出了将速度用作控制参数的示范性技术。在此实例中，控制器34有效地确定现有的负载、在这种负载的基础上选择最大速度并然后将马达30加速，直到达到最大速度。驱动部分36控制马达30不超过现有负载条件下的所希望的速度。

曲线图100示出了电梯速度-时间图。第一速度曲线102达到最大轿厢速度104。例如，速度曲线102可用于将空的轿厢向上移动。在轿厢接近于目的地时，PPA 38降低速度。

另一条曲线106并不达到相同的速度但使用可提供的最大PPA功率来运载较重的负载。另一条曲线108具有较低的最大速度但使用相同的最大PPA功率以用于更重的负载。在所示出的实例中，由于最大速度不同，所以每条曲线的行进距离不同，但总的飞行时间是相同的。如果所示出的最大速度用于输送相同距离的三个不同负载，那么沿着时轴的长度(即图中从左至右)对于曲线108来讲会是最长的。

利用示于图4中的技术就有可能达到高于用于如液压电梯系统的约定或设计速度的速度。假定约定速度为0.6m/s，速度曲线108低于约定速度。曲线102(最大速度0.7m/s)和曲线106(最大速度1m/s)超过约定速度。在一个实例中，当轿厢满载时，这种轿厢满载相当于在泵的36巴的压力，对应于曲线108的运动轨迹要求全PPA功率以低于约定速度的速度向上移动轿厢。当轿厢负载仅为容量的50％时，在此实例中，这种50％的负载相当于在泵的28巴的压力，对应于曲线106的运动轨迹提供最大功率(即6KW)时的0.7m/s的速度。空的轿厢，相当于在泵的20巴的压力，可在最大PPA功率时以1m/s的速度(曲线102)移动。利用这种技术，即便是在选择了与用于指定系统负载量(即6KW的马达而不是7KW的马达)的典型的额定功率相比的较小PPA额定功率且消耗较少的功率的情况下也不会有性能方面的损失。在此实例中，平均速度(对于所示出的实例来讲是0.75m/s)超过约定速度，这样，即便是功率消耗较低，系统性能也会提高。

对于示范牵引电梯系统来讲，包括具有4KW额定值的马达36的PPA 38可以以1m/s的约定速度移动最大容量负载。图4中所示出的曲线图100与具有额定值为2KW的马达的相同的牵引电梯系统相对应。在此实例中，在PPA 38的选定额定功率给定的情况下，曲线108与在最大功率时以最大可能的速度(0.5m/s)向上移动满载轿厢相对应。曲线106具有向上移动80％的容量负载的0.7m/s的最大速度。曲线102示出了对于50％的容量负载(即完全平衡的轿厢和配重)可达到1m/s的约定速度。对于这个实例来讲，最大PPA功率允许以0.5m/s的速度向下移动空的轿厢、以0.8m/s的速度向下移动30％的容量负载以及以1m/s的约定速度向下移动50％的容量负载。对于这个实例来讲，出于较小的马达的原因，平均速度降低25％，但这是可以接受的，只要功率消耗低于前面所提及的较大马达的功率消耗的50％。

在另一个实例中，电流消耗是重要的选定控制参数。在此实例中，驱动部分36确定用于指定负载条件的最大允许电流消耗。驱动部分36监控电流消耗并在达到最大允许电流极限的基础上控制速度。驱动部分36以递增加速率将马达加速，直到电流消耗达到基于PPA额定功率的最大值。驱动部分36在这一点停止改变加速率以避免较高的电流消耗，但可利用等加速度继续将马达加速，直到轿厢达到用于现有负载条件的所希望的速度。

另一个示范性驱动部分36将速度和电流消耗用作如在前面的五个段落所描述的控制参数。在此实例中，如果达到两个阈值(即速度或电流)中的任何一个，那么驱动部分36就起作用，以保持所希望的功率消耗水平。

本发明公开了利用PPA额定功率控制运动轨迹的多种技术，这种PPA额定功率低于利用满载容量时的约定或设计运动轨迹达到约定或设计速度所要求的PPA额定功率。本领域技术人员会理解，所公开的技术中的一个或多个部分可结合在另一种技术之中或相互并行使用。

从本质上来讲，前面所进行的描述是示范性的而不是进行限制。本领域技术人员会明白所公开的实例的变化和修改，而且这些变化和修改并不一定背离本发明的实质。本发明的法律保护范围仅可通过研究下面的权利要求书来确定。

Claims

1.一种电梯系统，包括：

电梯轿厢；

推进功率组件，所述推进功率组件用于移动所述电梯轿厢，所述推进功率组件具有额定功率，所述额定功率与利用设计运动轨迹以能够达到选定负载阈值的负载来移动所述电梯轿厢相对应，所述选定负载阈值小于所述电梯轿厢的最大负载量，

当有在所述选定负载阈值或低于所述选定负载阈值的第一负载条件时，所述推进功率组件利用包括第一功率参数极限的第一运动轨迹，且在有高于所述选定负载阈值的第二负载条件时，所述推进功率组件利用包括较低的第二功率参数极限的第二运动轨迹，

所述推进功率组件在所述负载低于第二选定阈值时利用所述第二运动轨迹来以向下方向移动所述轿厢。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一和第二功率参数极限分别包括第一和第二电流极限。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一运动轨迹与利用所述设计运动轨迹移动所述电梯轿厢相对应。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述推进功率组件在所述轿厢空的时候利用所述第二运动轨迹向下移动所述轿厢。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述推进功率组件在至少一种现有负载条件的基础上自动确定所述第二运动轨迹的至少一个参数。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述推进功率组件在现有负载的基础上选择速度极限并加速到所选速度。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于：所述推进功率组件选择超过用于至少一种负载条件的设计速度的速度极限。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述推进功率组件在现有负载的基础上选择电流消耗极限并以不超过所述电流消耗极限的方式加速。

9.一种控制具有相关最大负载量的电梯轿厢的移动的方法，所述方法包括：

选择具有额定功率的推进功率组件，所述推进功率组件能够利用设计运动轨迹以能够达到选定负载阈值的负载来移动所述电梯轿厢，所述选定负载阈值小于所述电梯轿厢的最大负载量，

当有在所述选定负载阈值或低于所述选定负载阈值的第一负载条件时，利用包括第一功率参数极限的第一运动轨迹；以及

在有低于第二较低负载阈值的第二负载条件时，利用包括较低的第二功率参数极限的第二运动轨迹向下移动所述电梯轿厢。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述第一和第二功率参数极限分别包括第一和第二电流极限。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：包括至少部分地在现有负载条件的基础上自动确定所述第二运动轨迹的至少一个参数。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述第一运动轨迹包括利用所述设计运动轨迹移动所述电梯轿厢。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述方法包括：

确定现有负载；

至少部分地在所确定的现有负载的基础上选择速度极限；以及

将速度保持在所选择的速度极限或低于所选择的速度极限。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：包括选择所述速度极限以超过用于至少一种负载条件的设计运动轨迹的设计速度。

15.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述方法包括：

确定现有负载；

至少部分地在所确定的现有负载的基础上选择电流极限；以及

将电流消耗保持在所选择的电流极限或低于所选择的电流极限。