CN1074744C - 液压电梯速度反馈计算机控制装置 - Google Patents

Abstract

一种液压电梯速度反馈计算机控制装置，包括一套具有数据采集和处理的计算机系统，速度传感器反馈接口电路，键盘与显示电路，脉宽调制D/A输出电路，脉宽调制功率输出及保护电路。利用装在轿箱上的速度传感器输出与轿箱位移相对应的脉冲信号，控制比例阀电磁铁线圈，使轿箱按预定的曲线运行。采用轿箱速度反馈，提高电梯控制系统动静态性能，消除由于油温等因素对电梯运行参数的影响，降低对比例阀的制造难度，电梯启动和平层时平稳。

Description

液压电梯速度反馈计算机控制装置

本发明涉及一种采用液压的电梯控制系统。

在背景技术领域中，国内外液压电梯控制装置都采用电液比例流量反馈控制，是通过比例阀流量反馈，控制流过电液比例阀的流量而控制液压电梯的运行。由于该控制属局部闭环控制，控制系统忽略了液压电梯轿箱与导轨的摩擦和钢丝绳的弹性环节以及液压油温的影响。因此这种以流量-电反馈控制的液压电梯运行的效果不理想，特别是在起动和平层时效果较差，另外由于采用流量-电反馈的电液比例阀制造难度大，特别是流量反馈部分制造精度尤其高，目前国内还无能力生产该类电液比例阀。并且目前国内外液压电梯流量-电反馈控制的电子控制系统都采用常规的模拟PID控制器，对比例阀的中位死区无先进的控制方法，这也是造成现有液压电梯软启动和软平层效果不佳的主要原因之一。采用流量-电反馈的液压电梯控制装置如图1所示，图中油泵电机7为油泵1的动力源，二通电液比例流量阀2、3分别控制上行、下行时装在电梯轿箱11上柱塞油缸5的流量，单向阀8防止油缸油直接回油池，快速切断阀9可在油管路破裂时快速关断，防止油缸内油液流失造成事故，安装在主油路中的双向流量传感器4对主油路中流量进行检测并将流量q转化为相应的电信号u，该电信号输入配套的控制电路，与设定的运行曲线作比较，将该误差信号通过PID控制器12控制脉宽调制PWM电路，使PWM电路输出PWM信号控制流量阀2、3上的电磁铁以控制阀芯开口大小，从而保证柱塞油缸5的流量随设定的运行曲线运行，图中13为PLC电梯可编器控制器，10为过滤器，6为溢流阀。由于该装置采用了流量-电反馈局部闭环控制方式，忽略了轿箱与导轨的摩擦，钢丝绳、液压油温等因素，在直顶式液压电梯系统效果较好，而在其他方式如四比二和二比一液压电梯系统效果不尽理想。

本发明的目的在于：采用液压电梯轿箱的速度反馈控制，把安装在液压电梯轿箱上的速度传感器输出的脉冲信号通过光电隔离整形后，经单片机控制装置，控制二通电液比例流量阀(下面简称比例阀)阀芯开口流量大小，以达到控制液压电梯的运行。

本发明所采用的技术方案是：如图2所示，它包括油泵1，比例阀2、3，装在电梯轿箱11上的柱塞油缸5，溢流阀6，单向阀8，快速切断阀9,PLC液压电梯可编程逻辑控制器13。在轿箱11上装有速度传感器14，钢丝绳穿过速度传感器的滑轮组，钢丝绳的两端分别固定在电梯井道的顶部和底部。

如图3所示，计算机控制器15是由带扩展系统的单片机以及外围接口电路组成。计算机系统采用带扩展系统的单片机28，扩展RAM数据寄存器17、扩展EPROM程序存储器18和EEPROM动态数据保持寄存器19的数据线，通过数据总线与单片机系统的数据总线相连，地址总线与单片机系统的扩展地址总线相连；外围接口电路中的速度传感器14的输出信号输到速度传感器反馈接口电路27，由接口输出电路输到8155扩展芯片25的计数器输入端TIN口，8155扩展芯片25的定时器输出端与单片机28的高速输入口HS1连接，键盘26和LED显示器24电路通过8155扩展芯片25与单片机系统的数据总线相连，控制系统的数据输出采用PWM脉宽调制D/A电路20与示波器21连接，输出电梯运行模拟信号，采用RS232通讯接口电路22与个人计算机23相连，由单片机28的HSO高速输出口输出PWM脉宽调制控制信号，经PWM-POWER脉宽调制功率放大器29的脉宽调制功率输出及保护电路放大后，输到比例阀2向上(UP)和比例阀3向下(DOWN)电磁铁线圈30，控制比例阀的流量，在单片机28的输入端HS1口上还接有PLC液压电梯可编程逻辑控制器13。

采用安装在液压电梯轿箱11上的速度传感器14代替了图1中的的流量传感器4，轿箱上升时为液压旁路节流调速的方案，比例阀2受计算机的控制，可实现对上升理想曲线的跟踪，下降时利用轿箱自重通过比例阀3实现回油路节流调速方案，反馈信号是速度传感器14的脉冲信号与轿箱的位移成正比，每个脉冲对应轿箱的位移。

采用计算机控制器代替普通PID电子控制器，计算机控制器将速度反馈信号的脉冲宽度进行周期或频率测量，计算出轿箱运行速度加速度和位移等数据，采用现代控制方法对速度进行优化控制，通过计算机输出的PWM控制信号和调节控制比例阀2、3阀芯开口的大小，精确控制柱塞油缸流量的变化，使得液压电梯轿箱以最佳运行曲线运行。

本发明与背景技术相比，所具有的有益的效果是：

1)采用速度反馈、电补偿技术取代传统的流量电反馈，减少了机械部分的复杂性，进一步提高液压电梯控制系统动静态性能；

2)液压驱动采用电梯上升为旁路节流调速，流过比例阀的流量较大，具有很好的流量稳定性，低速运行时不发生爬行现象；电梯下降时，采用回油路节流调速，可有效地平衡轿箱载荷，避免发生冲击，使电梯下行时运行平稳；

3)速度反馈代替流量反馈，可有效地抑制如油温变化，载荷变化等干扰，减少比例阀等元件中非线性因素(诸如死区、零漂等)的影响，所以可降低比例阀的制造难度；

4)采用直接轿箱速度反馈，不仅可以检测轿箱的运行速度，也可以检测其位置，方便地实现按位置原则控制，使电梯以最佳曲线运行；

5)以计算机为核心的控制装置，具有集成度高、功能强的特点，可实现液压电梯控制的智能化。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1、流量-电反馈的液压电梯控制装置；

图2、本发明的控制装置；

图3、单片机控制系统结构框图；

图4、扩展单片机系统图；

图5、速度传感器反馈接口电路图；

图6、键盘与显示电路图；

图7、PWM脉宽调制D/A输出电路图；

图8、RS232通讯接口电路图；

图9、脉宽调制功率输出及保护电路图；

图10、液压电梯控制系统速度传感器安装图。

如图4所示为扩展单片机系统图，该系统具有16K程序存储空间，且其中8K为可电擦除在线写空间，使用更加方便，数据存储器外部外展为8K，与片内RAM阵列一起作为系统的数据存取空间，该系统微处理器采用8098单片机28，其8位数据总线分别为EPROM程序存储器18、EEPROM动态数据保持寄存器19、RAM外部数据寄存器17以及74LS373地址锁存器31的数据口相连接构成系统数据总线，74LS37331用作低8位地址总线锁存器，为EPROM18、EEPROM19和RAM17提供低8位地址，高位地址线由8098单片机28的A8～A15地址线提供，A14、A15通过74LS138译码器32译码输出分别作为EEPROM19、RAM17和8155扩展芯片25的片选信号线。8155扩展芯片的PA、PB和PC口输至键盘和显示电路，来自图5的N35:A的速度反馈信号输至8155芯片的TIN口，经8155芯片内部分频后由TOUT口输出至8098单片机28的HS1高速输入口，8098单片机28的TXD、RXD口用于与个人计算机23通讯，后接RS232接口电路(如图8所示)，PWM口用于输出电梯运行曲线，后接PWM脉宽调制D/A输出电路(如图6所示)，HSO口的两个口用于输出PWM信号经功率放大后输出PWM功率信号控制比例阀2、3电磁铁线圈，后接图9脉宽调制功率输出及保护电路。控制系统操作指令由PLC液压电梯可编程逻辑控制器13给出。电源电路16用市电供电，经变压器变压，整流稳压后为控制系统提供直流电源。

如图5所示为速度传感器反馈接口电路图，速度传感器14的脉冲信号A、B分别输至光电耦合器01、02输入口，电阻R1、R2为速度脉冲信号的负载电阻，光电耦合器01、02的输出口经异或门电路N35:A(如4070)将A、B脉冲信号合成为一组脉冲信号输至8155扩展芯片25的计数器输入端TIN口，电阻R3、R4分别为光电耦合器01、02输出端负载电阻。8155单片机28的高速输出口HSO和PWM口，输出脉宽调制(D/A)信号，经反相器反相驱动经滤波电路滤波后，输出模拟信号供示波器观察波形用。

如图6所示为键盘和显示电路图，键盘26由2×6键盘组成，键盘26的两个公共端输至8155扩展芯片25的PB口、PC口，输出经驱动器33驱动后与显示器24的位选端相连，键盘其它口分别也与之相连，8155扩展芯片25的PA口信号经驱动器33与显示器24的段选信号线相连，8155扩展芯片25的数据线与单片机系统的数据总线相连。

如图7所示为PWM脉宽调制D/A输出电路图，图中画出了由PWM输出的脉宽调制滤波电路。反相器N6:A(如7406)的1脚接8098单片机28的PWM输出口，反相器N6:A的2脚输出口接由电阻R5和电容C1组成的积分电路，积分后再输至由N2:B(如LF353)、电阻R6、R7、电容C2组成的低通滤波放大器，经滤波放大后输出电梯运行模拟信号。

如图8所示为RS232接口电路图，8098单片机28的串行通讯口TXD、RXD用于发射和接收数据，分别与MC1488集成电路34和MC1489集成电路35相连，其输出口分别接个人计算机23的RXD口、TXD口。

图如9所示为脉宽调制功率输出及保护电路图，来自8098单片机28 HS02、HS03口的脉宽调制信号经电阻R8、R9分别连接光电耦合器03、04，该回路使得8098单片机28与外部电路隔离，光电耦合器03的输出端经二极管V124、电阻R11与三极管V213的基极相连，电阻R12为三极管V213的分压电阻，三极管V213的发射极接地，集电极经电阻R10接电源并与三极管V216的基极相连，三极管V216集电极接电源，发射极输出至比例阀3向下电磁铁线圈；光电耦合器04的输出端经二极管V121、电阻R14与三极管V214的基极相连，电阻R15为三极管V214的分压电阻，三极管V214的发射极接地，集电极经电阻R13接电源并与三极管V215的基极相连，三极管V215集电极接电源，发射极输至比例阀2向上电磁铁线圈；二极管V104、V105分别为向上电磁铁线圈和向下电磁铁线圈的续流二极管。电阻R16是电磁铁线圈回路的电流采样电阻，其一端接地，另一端与向上、向下电磁铁线圈公共端相连，电阻R17、R19串联分压后接运算放大器N2:A(如LF353)的反相输入端2脚用作参考比较电压，电阻R18、电容C3构成滤波电路，输出与运算放大器N2:A同相端3脚相连，输入与向下、向上电磁铁线圈公共端相连，运算放大器N2:A通过电阻R20输至集成电路NN3(如NEC555)的2脚，4脚经电阻R21接7脚、6脚并经电容C5接地，5脚接电容C4接地并经二极管V127与电阻R20相连，3脚接二极管V123、V122。当采样电阻R16上的电压大于运算放大器N2:A的比较电压时，N2:A输出端电平由低变高，触发由集成电路NN3等组成的单稳态电路，单稳态时间由电阻R21、电容C5值决定，集成电路NN3的3脚输出高电平，通过二极管V123、V122控制三极管V213、V214的基极，使V213、V214集电极输出为低电平，从而使得三极管V215、V216截止。

如图10所示为液压电梯控制系统速度传感器安装图，本发明所采用的速度传感器为高精度脉冲式远距离位移传感器，并已于95年9月1日申请实用新型专利。图中(a)与(b)为两种安装方法。图10(a)是把速度传感器14固定在地基上；(b)是把速度传感器14固定在轿箱11上。以图10(b)为例说明：工作时柱塞5′作上下运动时带动柱塞顶上的滑轮36运动，并通过一端固定而另一端与轿箱11连接的钢丝绳37带动轿箱11上下运动。钢丝绳38穿过速度传感器14的滑轮组，两端分别固定在电梯井道的顶部和底部，当轿箱带动速度传感器14上下运动时，速度传感器滑轮组与钢丝绳产生相对运动，从而带动滑轮组转动速度传感器输出与轿箱位移相对应的脉冲数。输出的脉冲数与位移有作对应的线性关系，测出每个脉冲的周期即可计算出液压电梯的运行速度、加速度，累计脉冲数(液压电梯的实际位移)，将以上的数据经单片机控制算法运算后从HSO高速输出口输出PWM脉冲调制信号，经功率放大后控制比例阀2、3电磁铁线圈，控制轿箱按照预定的曲线运行。

Claims (2)

1．一种液压电梯速度反馈计算机控制装置，它包括油泵[1]，比例阀[2]、[3]，装在电梯轿箱[11]上的柱塞油缸[5]，溢流阀[6]，单向阀[8]，快速切断阀[9],PLC液压电梯可编程逻辑控制器[13]，其特征是：

1)在轿箱[11]上装有速度传感器[14]，钢丝绳[38]穿过速度传感器[14]的滑轮组，钢丝绳[38]的两端分别固定在电梯井道的顶都和底部；

2)计算机控制器[15]是由带扩展系统的单片机以及外围接口电路组成，计算机系统采用带扩展系统的单片机[28]，扩展RAM数据寄存器[17]、扩展EPROM程序存储器[18]和EEPROM动态数据保持寄存器[19]的数据线，通过数据总线与单片机系统的数据总线相连，地址总线与单片机系统的扩展地址总线相连；外围接口电路中的速度传感器[14]的输出信号输到速度传感器反馈接口电路[27]，由接口输出电路输到8155扩展芯片[25]的计数器输入端TIN口，8155扩展芯片[25]的定时器输出端与单片机[28]的高速输入口HSI连接，键盘[26]和LED显示器[24]电路通过8155扩展芯片[25]与单片机系统的数据总线相连，控制系统的数据输出采用PWM脉宽调制D/A输出电路[20]输出电梯运行模拟信号，采用RS232通讯接口电路[22]与个人计算机[23]相连，由单片机[28]的HSO高速输出口输出PWM脉宽调制控制信号，经PWM-POWER脉宽调制功率放大器[29]的脉宽调制功率输出及保护电路放大后，输到比例阀2向上和比例阀3向下电磁铁线圈[30]，控制比例阀的流量，在单片机[28]的输入端HSI口上还接有PLC液压电梯可编程逻辑控制器[13]。

2．根据权利要求1所述的液压电梯速度反馈计算机控制装置，其特征是：

1)速度传感器反馈接口电路[27]：速度传感器[14]的脉冲信号A、B分别输至光电耦合器01、02输入口，电阻R1、R2为速度脉冲信号的负载电阻，光电耦合器01、02的输出口经异或门电路N35:A将A、B脉冲信号合成为一组脉冲信号输至8155扩展芯片[25]的计数器输入端TIN口，电阻R3、R4分别为光电耦合器01、02输出端负载电阻；

2)键盘与显示电路：键盘[26]的两个公共端输至8155扩展芯片[25]的PB口、PC口，经驱动器[33]与显示器[24]的位选端相连，8155扩展芯片[25]的PA口经驱动器[33]与显示器[24]的段选信号线相连，8155扩展芯片[25]的数据线与单片机系统的数据总线相连；

3)PWM脉宽调制D/A输出电路[20]：反相器N5:A的1脚接单片机[28]的PWM输出口，反相器N6:A的2脚接由电阻R5和电容C1组成的积分电路，再输至由N2:B、电阻R6、R7、电容C2组成的低通滤波放大器，输出电梯运行模拟信号；

4)RS232通讯接口电路[22]：单片机[28]的串行通讯口TXD、RXD分别与MC1488集成电路[34]和MC1489集成电路[35]相连，其输出口分别接个人计算机[23]的RXD口、TXD口；

5)脉宽调制功率输出及保护电路：单片机[28]HS02、HS03口的脉宽调制信号经电阻R8、R9分别连接光电耦合器03、04，光电耦合器03的输出端经二极管V124、电阻R11与三极管V213的基极相连，电阻R12为三极管V213的分压电阻，三极管V213的发射极接地，集电极经电阻R10接电源并与三极管V216的基极相连，三极管V216集电极接电源，发射极输至比例阀[3]向下电磁铁线圈；光电耦合器04的输出端经二极管V121、电阻R14与三极管V214的基极相连，电阻R15为三极管V214的分压电阻，三极管V214的发射极接地，集电极经电阻R13接电源并与三极管V215的基极相连，三极管V215集电极接电源，发射极输至比例阀[2]向上电磁铁线圈；二极管V104、V105分别为向上电磁铁线圈和向下电磁铁线圈的续流二极管；电阻R16一端接地，另一端与向上、向下电磁铁线圈公共端相连，电阻R17、R19串联分压后接运算放大器N2:A的反相输入端2脚，电阻R18、电容C3构成滤波电路，输出与运算放大器N2:A同相端3脚相连，输入与向下、向上电磁铁线圈公共端相连，运算放大器N2:A通过电阻R20输至集成电路NN3的2脚，4脚经电阻R21接7脚、6脚并经电容C5接地，5脚接电容C4接地并经二极管V127与电阻R20相连，3脚接二极管V123、V122。

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