CN102674121A - 电梯门电机控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电梯门电机控制系统及控制方法，该控制系统包括微控制器及磁电编码器，微控制器设有门宽检测模块、开门控制模块及关门控制模块，门宽检测模块在接收到门宽检测信号后，读取磁电编码器的初始信号，计算转子轴转动圈数，并在接收到开门限位信号后再读取磁电编码器的实时信号，计算电梯门的门宽值并保存至存储器中，开门控制模块控制电梯门开启并计算电梯门的第一实时门宽数据，绘制开门速度曲线，关门控制模块在满足关门条件下控制电梯门关闭并计算电梯门的第二实时门宽数据，绘制关门速度曲线。该方法是应用上述的控制系统对电机进行控制。本发明能够对电梯门进行门宽检测，并实时描绘速度曲线，对电机的控制更为精确。

Description

电梯门电机控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及电机的控制领域，尤其是涉及一种应用在电梯门的电机控制系统以及电梯门电机的控制方法。

背景技术

电梯的轿厢门通常是使用伺服电机带动其开闭的，因此需要对电梯门电机进行精确控制，以实现电梯门的快速、准确的开闭。以往对电梯门的控制是通过行程开关或测速机来实现，但由于其运行参数单一且机械动作较多，运行可靠性低，已经无法满足现代电机的控制要求。因此，现在的电梯门电机控制通常是使用电力电子技术，通过使用单片机等微控制器对电机的运行进行控制。

对电梯门电机进行控制，主要是对电机转子轴的转动进行控制，控制转子轴的转动圈数、转动速度，从而控制电梯门的开闭距离以及开闭速度。因此需要在电机上安装位置传感器，以对转子轴的转动位置进行检测。

现在常见的位置传感器是码盘、旋转编码器、光电编码器等，这些位置传感器将检测转子轴的角度信号，并将检测的角度信号传送至微控制器。但是上述的位置传感器存在生产成本较高的缺陷，导致电机的生产成本过高。

因此，公告号为CN202019277U的实用新型专利公开了一种名为“立式永磁变频三相同步电机”的发明创造，该电机上安装有磁电编码器，通过磁电编码器来检测转子轴的转动位置。

磁电编码器是通过检测磁场信号并将检测的磁场信号转换为电信号输出的一种位置传感器，因此使用磁电编码器的电机需要在转子轴的轴端上安装一块磁体以产生磁电编码器工作所需要的磁场。电机工作时，转子轴旋转，安装在转子轴轴端的磁体也随之旋转，磁电编码器检测到的磁场信号也发生周期性的变化，并根据磁场信号的变化输出相应的电信号。

磁电编码器输出的电信号是经过编码的脉冲信号，当转子轴正向旋转一圈时，磁电编码器根据磁场信号的变化输出编码值为0至4095的脉冲信号。当转子轴继续旋转时，磁电编码器会重复地输出编码值为0至4095的脉冲信号。当转子轴反向旋转时，磁电编码器输出的脉冲信号从4095向0单向递减，并且在递减到0后，再从4095开始递减。因此，通过检测磁电编码器输出的脉冲信号的编码值，即可检测到转子轴正向旋转还是反向旋转，并可以检测出转子轴的位置。

电梯门开闭时，微控制器发出初始的PWM控制信号以驱动电梯门工作，磁电编码器即检测转子轴的转动位置，并将检测的信号反馈至微控制器，由微控制器判断转子轴的转动方向、速度是否合适，并通过改变PWM控制信号来实现对电机工作的控制。

然而，现有的电机控制技术仅是对电梯门的简单开闭控制，并没有对电梯门的门宽进行检测，在电梯门的控制时无法根据门宽值进行合适的调节。

此外，由于电梯门开门过程是经过从快速到慢速的过程，而关门过程是经过从慢速到快速的过程，这往往需要通过绘制开门速度曲线、关门速度曲线来反映开门、关门的速度。但现有的电梯门控制技术往往是通过描绘转子轴的力矩曲线或者分时段来计算开门速度曲线或关门速度曲线，这样绘制的速度曲线并不精确，导致控制不精确。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能自动检测门宽且精确绘制速度曲线的电梯门电机控制系统。

本发明的另一目的是提供一种提高控制精确性的电梯门电机控制方法。

为实现本发明的主要目的，本发明提供的电梯门电机控制系统包括向电机发出控制信号的微控制器以及安装在电机内的磁电编码器，磁电编码器检测电机转子轴的位置并向微控制器输出信号，其中，微控制器设有门宽检测模块，在接收到门宽检测信号后，读取磁电编码器的第一初始信号，在电梯门开门运行过程中计算转子轴转动圈数，并在接收到开门限位信号后再次读取磁电编码器的实时信号，根据第一初始信号、转动圈数以及实时信号计算电梯门的门宽值，将门宽值数据保存至存储器中，微控制器还设有开门控制模块，在接收到开门控制信号后，读取磁电编码器的第二初始信号以及保存在存储器中的门宽值数据，在开门运行过程中计算转子轴的转动圈数并计算电梯门的第一实时门宽数据，绘制开门速度曲线，微控制器还设有关门控制模块，在满足关门条件下，读取磁电编码器的第三初始信号以及保存在存储器中的门宽值数据，在关门运行过程中计算转子轴的转动圈数并计算电梯门的第二实时门宽数据，绘制关门速度曲线。

由上述方案可见，微控制器设置了门宽检测模块，能够对电梯门的门宽进行自动检测，通过检测转子轴的圈数以及磁电编码器检测的编码值可以计算出转子轴的转动距离，从而计算出电梯门打开时的行程距离。此外，开门控制模块以及关门控制模块均根据实时的门宽数据绘制开门速度曲线以及关门速度曲线，绘制的速度曲线更加精确，也有利于对电梯门的后续控制。

为实现本发明的另一目的，本发明提供的电梯门电机控制方法中，电机接收微控制器发出的控制信号，且电机内安装有磁电编码器，磁电编码器检测电机转子轴的位置并向微控制器输出信号，该方法包括门宽检测步骤，在接收到门宽检测信号后，读取磁电编码器的第一初始信号，在电梯门开门运行过程中计算转子轴转动圈数，并在接收到开门限位信号后再次读取磁电编码器的实时信号，根据第一初始信号、转动圈数以及实时信号计算电梯门的门宽值，将门宽值数据保存至存储器中；开门控制步骤，在接收到开门控制信号后，读取磁电编码器的第二初始信号以及保存在存储器中的门宽值数据，在开门运行过程中计算转子轴的转动圈数并计算电梯门的第一实时门宽数据，绘制开门速度曲线；关门控制步骤，在满足关门条件下，读取磁电编码器的第三初始信号以及保存在存储器中的门宽值数据，在关门运行过程中计算转子轴的转动圈数并计算电梯门的第二实时门宽数据，绘制关门速度曲线。

由上述方案可见，对电机控制过程中会对电梯门实现自动的门宽检测，并将计算的门宽值数据存储到存储器中，以便在开门过程或关门过程使用。此外，在开门控制过程以及关门控制过程中将根据实时的门宽数据绘制开门速度曲线以及关门速度曲线，这样绘制的速度曲线更加精确，对电机的控制精确度更高。

一个优选的方案是，开门控制步骤中，微控制器计算第一实时门宽数据后，将第一实时门宽数据写入存储器中。

由此可见，每一开门过程中微控制器均将第一实时门宽数据写入存储器以更新门宽值数据，确保下一次关门控制时能够使用最新的数据进行控制。

进一步的方案是，关门控制步骤中，微控制器计算第二实时门宽数据后，将第二实时门宽数据写入存储器中。

可见，每一次关门过程中，微控制器计算第二实时门宽数据并写入到存储器以更新门宽值数据，有利于下一次开门时微控制器使用最新的门宽值数据进行控制。

附图说明

图1是本发明电梯门电机控制系统实施例与电机的结构框图。

图2是本发明电梯门电机控制系统实施例的电路图。

图3（a）是本发明电梯门控制方法实施例中门宽检测步骤的流程图。

图3（b）是本发明电梯门控制方法实施例中开门控制步骤的流程图。

图3（c）是本发明电梯门控制方法实施例中关门控制步骤的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的电梯门电机控制系统是对电梯门的电机进行控制，参见图1，控制系统具有微控制器10，其可以是单片机或者DSP（数字信号处理器）等器件。控制系统还设有存储器16，用于存储电梯门相关的数据，例如计算的电梯门的门宽值数据，或者描绘的开门速度曲线以及关门速度曲线等。当然，存储器16不一定是外置的存储器，也可以是微控制器10的内置存储器。

电机15接收微控制器10输出的PWM控制信号，在PWM控制信号的驱动下工作。电机15具有定子以及转子，转子位于定子内，在磁场力的推动下旋转。转子具有转子轴，转子轴的轴端上安装有一块磁体，优选地，该磁体为永磁体，永磁体随转子轴的旋转而旋转。在电机15上还安装有作为位置传感器的磁电编码器17，磁电编码器17根据电机转子轴上的永磁体产生的磁场检测转子轴的转动位置，并产生相应的脉冲信号给微控制器10，微控制器10根据接收的信号判断转子轴的转动时合适，并调节输出的PWM控制信号。控制系统中微控制器10、存储器16以及磁电编码器17的电路图如图2所示。

在微控制器10内设有门宽检测模块11、开门控制模块12以及关门控制模块13，门宽控制模块11用于自动检测电梯门的门宽，开门控制模块12在接收到开门控制信号后控制电梯门的开启，关门控制模块13在判断关门条件满足后控制电梯门的关闭。下面结合图3来说明门宽检测模块11、开门控制模块12以及关门控制模块13的工作流程。

微控制器开始工作后，判断是否接收到电梯主体发出的控制信号，如果接收到信号，则判断该信号是否为门宽检测信号，即执行步骤S1，在判断是门宽检测信号后，由门宽检测模块执行门宽检测步骤。执行门宽检测步骤时，首先判断电梯门是否处于打开状态，即执行步骤S2，若电梯门处于打开状态，则控制电梯门慢速关闭，即执行步骤S10。若电梯门并不是处于打开状态，则判断是否接收到关门限位信号，即执行步骤S3，若没有接收到关门限位信号，则执行步骤S10，控制电梯门慢速关闭。

在电梯门上将安装有多个行程开关，当电梯门完全关闭后，将触动行程开关并产生一个关门限位信号。相同地，当电梯门完全打开后，也会触动另一组的行程开关，这一组行程开关也会向微控制器产生一个开门限位信号。因此，微控制器接收到关门限位信号，表示电梯门完全关闭，若接收到开门限位信号，表示电梯门完全打开。

步骤S3中，若判断接收到关门限位信号，表示电梯门已经完全关闭，则微控制器读取此时磁电编码器的位置信号，该信号即为初始信号，即执行步骤S4。同时，微控制器将存储在存储器内的门宽值数据清零，即执行步骤S5。

接着，微控制器执行步骤S6，微控制器向电机输出PWM控制信号，驱动电机旋转，并通过传动机构带动电梯门执行开门操作。由于电机的转子轴通过固定的传动机构带动电梯门开闭，因此转子轴转动一圈带动电梯门所走的行程是固定的，通过计算转子轴转动的角度即可计算出电梯门的行程。

在电梯门开启过程中，微控制器执行步骤S7，计算转子轴的转动圈数，例如通过计算磁电编码器输出的脉冲信号的周期数量，即可计算出转子轴转动的圈数。或者，通过计算输出PWM信号的数量，也可以计算出转子轴的转动圈数。

然后，微控制器执行步骤S8，判断是否接收到开门限位信号，若没有接收到开门限位信号，表示电梯门没有开启到最大位置，继续执行开门操作。若接收到开门限位信号，则执行步骤S9，读取磁电编码器此时的实时信号，并根据已经读取的初始信号、电机转子轴转动的圈数、实时信号计算电梯门的门宽值，将门宽值数据写入到存储器中。本实施例中，存储器为非易失性存储器，在断电以后，数据仍能保存在存储器内，以避免数据在断电后消失。

在步骤S1中，若微控制器判断接收的信号不是门宽检测信号，则执行步骤S11，判断接收的信号是否为开门控制信号，若是开门控制信号，则由开门控制模块执行开门控制步骤。首先，微控制器执行步骤S12，读取磁电编码器当前的信号，也就是脉冲信号的编码值，该信号即为初始信号。同时，微控制器读取存储器中所存储的门宽值数据。然后，微控制器将存储器所存储的门宽值数据进行清零操作，执行步骤S13。

接着，微控制器向电机输出PWM控制信号，控制电机的转子轴旋转并带动电梯门开启，即执行步骤S14。在电梯门开启过程中，微控制器计算转子轴转动的圈数，同时实时地读取磁电编码器的实时信号，从而计算出实时门宽的数据，将实时门宽的数据写入到存储器中，也就是执行步骤S15以及S16。由于微控制器不断计算实时门宽数据，也就是在电梯门开启过程中，微控制器将随着时间推移计算出对应于多个时间点下的门宽值数据，形成一组离散数据，这些数据是不断增大的数据。根据每一时间点下的门宽值数据，可以计算出每一时间点下的开门速度，进而绘制处开门速度曲线，即执行步骤S17。

微控制器在开门过程中将判断是否接收到关门限位信号，即执行步骤S18，若没有接收到关门限位信号，则继续执行开门操作，若接收到开门限位信号，则执行步骤S19，设定的定时时间开始计时。设定的定时时间是预先设定的，其是电梯门完全开启后的等待时间，可以根据实际情况进行设置，例如设置30秒或者20秒等。

微控制器判断设定的定时时间是否到，即执行步骤S20，若定时时间未到，继续等待，若定时时间到，则执行步骤S22，开门控制步骤结束。

开门控制流程步骤后，微控制器进入关门控制步骤，由关门控制模块控制执行。步骤S21中，微控制器判断是否接收到关门控制信号，若没有接收到，则执行步骤S29，控制电梯门慢速关闭。若判断接收到关门控制信号，则执行步骤S22，读取磁电编码器当前的信号，也就是初始信号，同时读取上次存储在存储器的门宽值数据。接着，执行步骤S23，将存储器所存储的门宽值数据清零。

然后，微控制器执行步骤S24，向电机输出PWM控制信号，控制电机旋转并带动电梯门执行关门操作。同时，微控制器计算转子轴的转动圈数，即执行步骤S25，同时通过读取磁电编码器的实时信号来计算电梯的实时门宽数据，即执行步骤S26，将计算的实时门宽数据写入到存储器中。并且，微控制器根据实时的门宽数据绘制关门速度曲线，即执行步骤S27。

最后，微控制器判断是否接收到关门限位信号，即执行步骤S28，若接收到关门限位信号，则表示电梯门已经完全关闭，返回等待接收下一次的信号。若没有接收电梯门的关门限位信号，表示电梯门没有完全关闭，继续执行关闭电梯门的操作。

从上述方法可见，关门控制步骤的启发条件是微控制器接收到关门控制信号或者是接收到开门限位信号后设定的定时时间到，只要满足上述两个条件中的一个，关门控制模块即控制执行关门控制步骤。

由于在开门控制过程以及关门控制过程中，微控制器将记录实时的门宽数据，将记录的实时门宽数据写入存储器中。这样，开门过程中最后一次写入的实时门宽数据将替换掉已经写入的门宽值数据，最后下一次关门控制的参考数据，有利于关门的控制。

并且，由于通过计算实时的门宽值数据来描绘开门速度曲线以及关门速度曲线，开门速度曲线以及关门速度曲线的绘制更为精确。同时，由于控制系统能够实现对电梯门宽的自动检测，有利于在开门控制过程中对电梯门的开门控制。

同时，微控制器在开门或关门过程中，可以对比正在描绘的速度曲线与之前描绘的速度曲线，判断当前的开门速度或关门速度是否过快或过慢，并进行及时的调节。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如计算转子轴转动圈数方法的改变、存储器类型的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.电梯门电机控制系统，包括

向电机发出控制信号的微控制器；

安装在所述电机内的磁电编码器，所述磁电编码器检测所述电机转子轴的位置并向所述微控制器输出信号；

其特征在于：

所述微控制器设有

门宽检测模块，在接收到门宽检测信号后，读取所述磁电编码器的第一初始信号，在电梯门开门运行过程中计算所述转子轴转动圈数，并在接收到开门限位信号后再次读取所述磁电编码器的实时信号，根据所述第一初始信号、所述转动圈数以及所述实时信号计算所述电梯门的门宽值，将所述门宽值数据保存至存储器中；

开门控制模块，在接收到开门控制信号后，读取所述磁电编码器的第二初始信号以及保存在所述存储器中的门宽值数据，在开门运行过程中计算所述转子轴的转动圈数并计算所述电梯门的第一实时门宽数据，绘制开门速度曲线；

关门控制模块，在满足关门条件下，读取所述磁电编码器的第三初始信号以及保存在所述存储器中的门宽值数据，在关门运行过程中计算所述转子轴的转动圈数并计算所述电梯门的第二实时门宽数据，绘制关门速度曲线。

2.根据权利要求1所述的电梯门电机控制系统，其特征在于：

所述关门条件是所述微控制器接收到开门限位信号后达到预定时间或者接收到关门控制信号。

3.电梯门电机控制方法，所述电机接收微控制器发出的控制信号，且所述电机内安装有磁电编码器，所述磁电编码器检测所述电机转子轴的位置并向所述微控制器输出信号；

其特征在于：该方法包括

门宽检测步骤，在接收到门宽检测信号后，读取所述磁电编码器的第一初始信号，在电梯门开门运行过程中计算所述转子轴转动圈数，并在接收到开门限位信号后再次读取所述磁电编码器的实时信号，根据所述第一初始信号、所述转动圈数以及所述实时信号计算所述电梯门的门宽值，将所述门宽值数据保存至存储器中；

开门控制步骤，在接收到开门控制信号后，读取所述磁电编码器的第二初始信号以及保存在所述存储器中的门宽值数据，在开门运行过程中计算所述转子轴的转动圈数并计算所述电梯门的第一实时门宽数据，绘制开门速度曲线；

关门控制步骤，在满足关门条件下，读取所述磁电编码器的第三初始信号以及保存在所述存储器中的门宽值数据，在关门运行过程中计算所述转子轴的转动圈数并计算所述电梯门的第二实时门宽数据，绘制关门速度曲线。

4.根据权利要求3所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述关门条件是所述微控制器接收到开门限位信号后达到预定时间或者接收到关门控制信号。

5.根据权利要求3或4所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述门宽检测步骤中，读取所述第一初始信号以后，所述微控制器将所述存储器保存的门宽值数据清零。

6.根据权利要求3或4所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述开门控制步骤中，所述微控制器读取保存在所述存储器中的门宽值数据后，将所述存储器所保存的门宽值数据清零。

7.根据权利要求3或4所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述关门控制步骤中，所述微控制器读取保存在所述存储器中的门宽值数据后，将所述存储器所保存的门宽值数据清零。

8.根据权利要求3或4所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述开门控制步骤中，所述微控制器计算所述第一实时门宽数据后，将所述第一实时门宽数据写入所述存储器中。

9.根据权利要求3或4所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述关门控制步骤中，所述微控制器计算所述第二实时门宽数据后，将所述第二实时门宽数据写入所述存储器中。

10.根据权利要求3或4所述的电梯门电机控制方法，其特征在于：

所述门宽检测步骤中，读取所述第一初始信号前，所述微控制器判断所述电梯门是否处于打开状态，若所述电梯门处于打开状态，则控制所述电梯门慢速关闭。

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