CN101336203B - 电梯驱动系统中编码器故障的管理 - Google Patents

Abstract

电梯驱动系统中的编码器故障被检测和管理。该电梯驱动系统的速率由编码器信号提供(60)，并与最小速率阈值进行比较(62)。当该速率低于最小速率阈值时，编码器故障计时器递增(64)。当编码器故障计时器达到故障阈值时间时，所述电梯驱动系统被禁止使用(66)。

Description

电梯驱动系统中编码器故障的管理

技术领域

本发明涉及电梯和电梯系统。特别是本发明涉及电梯驱动系统中编码器故障的管理。

背景技术

利用同步电动机电梯设备的电梯系统，需要检测相对于定子绕阻磁极位置的转子的绝对角位置，以提供最大转矩。一编码器，例如增量式编码器，连接到电动机上来跟踪转子中磁体的位置，并且将表示该位置和速率的反馈信号提供给电梯系统中的信号处理器。如果来自编码器的该反馈信号丢失了，例如由于电源故障，电梯驱动系统就不再掌握转子的位置。由于这限制了电梯驱动系统对电动机的控制，电梯制动器被啮合将电梯轿厢保持在适当的位置，而且该驱动系统被禁止使用。尽管如此，从丢失编码反馈信号到检测到此状态之间的时间是实际存在的，且由此导致电梯轿厢失控移动多达两米。

发明内容

本发明是针对于检测和管理电梯驱动系统中的编码器故障，通过编码器信号提供电梯驱动系统的速率，并且该速率与最小速率阈值进行比较。当该速率低于该最小速率阈值时，编码器故障计时器增量。当编码器故障计时器达到故障阈值时间时，电梯驱动系统禁止使用。

附图说明

图1是电梯驱动系统的示意图，该电梯驱动系统包括可运转地连接到电梯提升电动机的编码器。

图2是示例性增量式编码器的功能图，该编码器与图1中的电梯动力系统一起使用。

图3是根据本发明的管理编码器故障的过程流程图。

具体实施方式

图1是用于驱动电梯14的提升电动机12的电梯驱动系统10的示意图，该电梯由可连接到电力设施的交流电源线16供电，例如来自于商业电源的电力设施。电梯驱动系统10包括控制器18、转换器20和逆变器22。直流总线24与转换器20和逆变器22连接。电梯14包括电梯轿厢26和对重28，该电梯轿厢26和对重28通过越过滑轮32的绳索30连接。制动器34与滑轮32啮合，以防止电梯轿厢26和对重28运动。编码器36与滑轮32共轴安装，控制器18与转换器20、逆变器22和编码器36连接。

电源线16给转换器20提供三相交流功率，转换器20是三相功率转换器，其能将来自电源16的三相交流功率转换成直流功率，并且将直流功率提供给直流总线24。另外，转换器20能将直流总线24上的功率转换后返回给电源16，需要注意的是，尽管电源16为所示的三相交流电源，电梯驱动系统10适合于接收来自任何类型电源的功率，包括单相交流电源和直流电源。

逆变器22是一个三相功率逆变器，其能将直流总线24上的直流功率转换成三相交流功率。逆变器22输出处的三相交流功率被提供给提升电动机12。另外，逆变器22能对来自提升电动机12的功率整流给总线24，该来自提升电动机12的功率产生于电梯14驱动提升电动机时。

电梯14包括电梯轿厢26和对重28，电梯轿厢26和对重28通过绳索30连接以在电梯井道内以相反的方向同时移动。对重28平衡电梯轿厢26的负载并促进电梯轿厢26的移动。提升电动机12驱动滑轮32，使电梯轿厢26和对重26线性运动。电动机12基于驱动信号驱动滑轮32，该驱动信号来自由控制器18控制的逆变器22。由电动机12提供的作用于绳索30的力(即转矩)的大小和方向控制电梯轿厢26的速度和方向，同时控制电梯轿厢26的加速与减速。编码器36与滑轮32共轴连接以提供控制器18有关电梯轿厢26的移动方向、速度、加速度和移动距离等信号。

图2为示例性编码器36的功能图，该编码器与电梯驱动系统10一起使用。编码器36包括具有由相等大小的掩蔽区44隔开的相等大小的开口42的外部轨迹40。编码器36还包括具有交替的开口48和掩蔽区50的内部轨迹46。开口42和48分别与掩蔽区44和50具有基本相似的角面积。内部轨迹48上的掩蔽区50相对于外部轨迹40的开口42存在偏移。

编码器36包括与外部轨迹40和内部轨迹46的每一个相关联的光源和光检测器(未示出)。该光源和光检测器在编码器轨迹相对侧设置，使得当编码器旋转通过并切割来自于光源的光束时，光检测器产生电信号。外部轨迹40和内部轨迹46的光检测器产生的这些信号传送到控制器18来提供关于电梯轿厢26的移动反馈。更明确地，编码器36旋转的量可通过对由光检测器产生的脉冲信号计数确定。这些信号可以被转换以确定电梯轿厢26行进的线性距离。另外，从光检测器接收电信号的顺序可以用于确定电梯轿厢26的移动方向。更进一步的，从光检测器接收信号的频率，可以被转换以确定电梯轿厢26的速度和加速度。值得注意的是，图2中所示的编码器仅是示例性的，有能力提供与电梯14的移动相关的信号的多种类型的编码器，都可以与电梯动力系统10结合使用。

由编码器36提供给控制器18的移动信息用于驱动提升电动机12。即，控制器18将从编码器36得到的信号提供的速率和移动反馈与电梯14的指令速率和移动方向进行比较。该电梯14移动的指令速率和方向是基于电梯需求的基于电梯轿厢26的高效率的迅速分配。然后控制器18控制逆变器22以驱动提升电动机12，以使电梯14的实际速率和移动方向与指令速率和移动方向相匹配。

如果编码器36发生故障，例如由于电源断电或部件故障，由编码器36提供的速率反馈降为0或接近于0。当这种情况发生时，电梯轿厢26的失控地或非意图的移动可能发生。例如，对于一永磁体提升电动机，需要知道其N极磁体位置(其由编码器产生)的位置以适当地控制提升电动机12和电梯轿厢26。如果来自编码器36的信号丢失，电梯驱动系统10可能暂时失去对提升电动机12的控制，直到检测到电梯轿厢26的移动并且制动器34啮合以阻止滑轮32的运动。在制动器34啮合前，该失控移动的幅度可能会有2米或更多。

图3是本发明中管理编码器36故障的过程流程图。控制器18处理由编码器36提供的反馈信号，以对提升电动机12的速率采样(步骤60)。如果指令速度大于0，但是来自编码器36的速率反馈小于最小阈值速度(步骤62)，控制器18中设置故障位。在一个实施例中，该最小阈值速度大约为1mm/s。如果来自于编码器36的速率反馈大于或等于最小速率阈值，该故障位被清除。

控制器18周期性地对故障位采样(例如，每10毫秒一次)，并且在故障位被设置后，故障计时器增量(步骤64)。如果当控制器18对故障位采样时故障位被清除，则故障计时器清零。如果故障位被设置故障阈值时段(例如，300ms)，控制器18立即禁止使用逆变器22，且啮合制动器34以阻止电梯轿厢26的非意图的移动(步骤66)。本发明用于检测和最小化以正常速度、低于和高于正常速度运行的电梯轿厢26的非意图的移动。

该故障阈值时间被设置成足够低以快速检测编码器36的故障，以最小化电梯轿厢14非意图的移动。这样，在制动器34啮合前，电梯轿厢14的非意图的移动可以被限制在约2或3cm。另外，该故障阈值时段被设置成足够高以避免损伤性故障事件。例如，对于一静止的电梯，当指令速率变为非零后大约200ms，编码器36的速率反馈变为大于1mm/s。因此，通过将故障阈值时段时间设置为300ms，当电梯14起动时可能产生的损伤性故障被避免。

另外，在编码器36故障时，可能不再知道提升电动机12的位置。例如，对于一个永磁体电动机，N极磁体位置可能不知道。如果故障阈值时间到了，控制器18可设置一与电机14的磁极位置未知相关的属性。当编码器36的操作被重置时，控制器18可以立即确定提升电动机12的位置，以确保当制动器34脱离情况下，能对电梯14提供适当的控制。

总之，本发明针对于检测和管理电梯驱动系统中的编码器故障。电梯驱动系统的速率由编码器信号提供，并与最小速率阈值进行比较。当该速率低于该最小速率阈值时，编码器故障计时器递增。当编码器故障计时器达到故障阈值时间时，电梯驱动系统禁止使用。故障阈值时间被设置成足够高以避免损伤性故障事件，但也要足够低以快速检测编码器的故障来最小化电梯轿厢的非意图的移动。

尽管本发明以相关的例子和优选的实施例进行了描述，但本领域技术人员可以认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式上和细节上对本发明作出改进。

Claims (20)

1.一种检测和管理电梯驱动系统中编码器故障的方法，所述方法包括：

提供与所述电梯驱动系统的速率相关的编码器信号；

将感测到的速率与最小速率阈值进行比较；

当感测到的速率小于所述最小速率阈值时，递增编码器故障计时器；以及

当所述编码器故障计时器达到故障阈值时间之后，直接立即禁止使用所述电梯驱动系统。

2.如权利要求1所述的方法，其中禁止使用电梯驱动系统包括禁止使用所述电梯驱动系统中的驱动逆变器。

3.如权利要求1所述的方法，其中禁止使用电梯驱动系统包括啮合制动器，以阻止所述电梯驱动系统中的驱动轮的运动。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述最小速率阈值大约为1毫米每秒。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述故障阈值时间大约为300毫秒。

6.如权利要求1所述的方法，其中比较步骤包括：

当感测到的速率低于所述最小速率阈值时，在电梯驱动处理器中设置故障位；以及

当感测到的速率至少是所述最小速率阈值时，清除所述电梯驱动处理器中的所述故障位。

7.如权利要求6所述的方法，其中递增步骤包括当设置了故障位时，递增所述编码器故障计时器。

8.如权利要求6所述的方法，还包括：

当感测到的速率至少是最小速率阈值时，重置所述编码器故障计时器。

9.一种控制电梯驱动系统的方法，所述方法包括：

监控所述电梯驱动系统的速率；

在该速率保持低于速率阈值达到故障阈值时间后，直接立即禁止使用所述电梯驱动系统中的驱动逆变器；以及

啮合滑轮制动器，以阻止所述电梯驱动系统中驱动轮的运动。

10.如权利要求9所述的方法，其中监控步骤包括：

感测所述电梯驱动系统的速率；

将所述速率与所述速率阈值进行比较；以及

当所述速率低于所述速率阈值时，递增编码器故障计时器。

11.如权利要求10所述的方法，其中比较步骤包括：

当所述速率低于所述速率阈值时，在电梯驱动处理器中设置一故障位；以及

当所述速率至少是所述速率阈值时，清除电梯驱动处理器中的所述故障位。

12.如权利要求11所述的方法，其中递增步骤包括：

当故障位被设置时，递增所述编码器故障计时器。

13.如权利要求10所述的方法，还包括：

当所述速率至少是所述速率阈值时，重置所述编码器故障计时器。

14.如权利要求9所述的方法，其中所述速率阈值大约为1毫米每秒。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述故障阈值时间大约为300毫秒。

16.一种系统，包括：

电梯提升机，其包括电动机，被所述电动机驱动用于致动连接电梯轿厢和对重的绳索的旋转部件，以及用于阻上所述旋转部件旋转的制动器；

可操作地连接到电动机的编码器，用于提供与所述电动机的位置和速率相关的信号；以及

驱动控制器，用于接收来自于所述编码器的信号，以及在所述电动机的速率保持低于速率阈值达到故障阈值时间后，直接立即禁止使用电动机并啮合制动器。

17.如权利要求16所述的系统，其中当所述电动机的速率低于所述速率阈值时，所述驱动控制器递增编码器故障计时器，以及当所述速率至少是所述速率阈值时，重置所述编码器故障计时器。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述驱动控制器包括寄存器，当所述电动机的速率低于所述速率阈值时，在所述寄存器中设置故障位；当所述电动机的速率至少是所述速率阈值时，清除所述故障位。

19.如权利要求18所述的系统，其中，当设置了所述故障位时，所述驱动控制器递增所述编码器故障计时器；当所述故障位被清除时，所述驱动控制器重置所述编码器故障计时器。

20.如权利要求16所述的系统，其中所述速率阈值大约为1毫米每秒。

Images