CN107720473B - 一种电梯运行速度检测的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电梯运行速度检测的方法及系统，包其方法包括：根据计算频率所对应的计算时刻采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号，并利用clark变换转换为两相静止坐标系的实时值；根据两相静止坐标系的实时值计算旋转矢量角所对应的正弦值和余弦值；根据旋转矢量角的正弦值和余弦值，计算当前计算时刻电流矢量的矢量角和上一次计算时刻电流矢量的矢量角的相角差；把相角差乘以计算频率得到旋转矢量的角速度；计算得到电梯的运行速度。本发明能够针对在不改变电梯系统主功率结构的情况下，以比较简单的方法实现对电梯运行速度的实时检测，而且本发明的算法具有抗干扰能力强，计算简单且精度高的优点。

Description

一种电梯运行速度检测的方法及系统

技术领域

本发明涉及电梯技术领域，尤其涉及一种电梯运行速度检测的方法及系统。

背景技术

随着社会经济的发展，高层建筑日益增多，电梯需求量也越来越大，同时，人们对电梯的性能要求越来越高。在保证电梯运行效率的前提下，电梯运行的安全性也不容小觑。在现有技术中，电梯速度的控制方式主要有以时间原则，以相对距离为原则及以绝对距离为原则三种方式。

以时间为原则的速度控制方式是通过在制停阶段设定一个低速爬行来消除累计误差，这种方式本质上为开环控制方式，不仅运行效率低，平层精度也很低。以相对距离为原则的速度控制方式是通过在曳引机上设置增量式编码器间接获得轿厢位置，然而由于曳引轮和钢丝绳之间存在打滑现象，因此增量式编码器的脉冲计数不能准确反映电梯轿厢的实际位置。

以绝对距离为原则的速度控制方式一般是在电梯轿厢顶设置绝对值编码器，从而可避免曳引轮和钢丝绳之间存在打滑现象。这种方式看似是以绝对距离为原则，但是由于钢丝绳的弹性因素的影响，绝对值编码器采集的信号并不能消除钢丝绳在运行过程中发生形变所带来的误差。

现有技术中电梯运行速度检测大多采用编码器，成本较高。而电梯速度的检测，关键是检测电梯曳引机的旋转速度，现有技术中检测曳引机速度的方法也很多，但大多需要较多的检测器件或复杂的机械部件实现。而现有检测交流电频率的技术中，算法都比较复杂，需要查表或者需要象限判断。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种电梯运行速度检测的方法及系统，通过采用一种检测交流电频率的算法，计算曳引机的旋转频率，最终折算出电梯的运行速度。

本发明提供了一种电梯运行速度检测的方法，包括如下步骤：

根据计算频率采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号 I₁和I₂，并利用clark变换将I₁和I₂转换为两相静止坐标系的实时值I_α和I_β；

根据两相静止坐标系的实时值I_α、I_β，计算旋转矢量角θ所对应的正弦值 sinθ和余弦值cosθ；

根据旋转矢量角的正弦值和余弦值，计算当前时刻电流矢量的矢量角θ₂和上一次计算时刻电流矢量的矢量角θ₁的相角差△θ；

把相角差△θ乘以计算频率f_c得到旋转矢量的角速度ω；

根据公式计算得到电梯的运行速度s，其中f表示曳引机的旋转频率，L表示曳引机所带曳引轮的周长所述两相静止坐标系的实时值 I_α、I_β的计算公式如下：

所述△θ＝θ₂-θ₁≈sin(θ₂-θ₁)＝sinθ₂cosθ₁-cosθ₂sinθ₁，所述正弦值和余弦值的计算公式为：

所述计算频率f_c在50f至180f间任意取值。

所述方法还包括：根据采集的两相电流相序关系及电流旋转矢量的角速度ω的正负，判断出电梯的运行方向。

所述方法还包括：

在判断出电梯的运行方向之后，以速度方向电路指示当前电梯运行速度和方向。

所述根据计算频率采集某一时刻上电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号I₁和I₂包括：

通过非接触方式采集三相电流中的任意两相电流。

所述通过非接触方式采集三相电流中的任意两相电流包括：

通过电流互感器采集三相电流中的任意两相电流；或者

通过霍尔电流互感器采集三相电流中的任意两相电流。

所述通过霍尔电流互感器采集三相电流中的任意两相电流包括：

所述霍尔电流互感器有两个，并固定在三相电流上的任意两相电流上，通过固定在三相电流上的任意两相电流上的霍尔电流传感器采集电流；或者

所述霍尔电流互感器有三个，三相电流上的每一相电流上固定有一霍尔电流互感器，通过控制三个霍尔电流互感器中的两个霍尔电流互感器采集三相电流上的任意两相电流；或者

所述霍尔电流互感器有三个，三相电流上的每一相电流上固定有一霍尔电流互感器，在三个霍尔电流互感器采用到三相电流上的每一相电流后，选择所采取的三相电流中的任意两相电流。

相应的，本发明还提供了一种电梯运行速度检测的系统，所述系统位于电梯控制系统中，所述系统包括处理器，适于实现各指令；以及存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以上任一项所述的方法。

本发明实施例中在不改变电梯系统主功率结构的情况下，通过采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号，通过相应的计算方式，以比较简单的方法实现对电梯运行速度的实时检测，而且本发明的算法具有抗干扰能力强，计算简单且精度高的优点。整个实施过程，只需要增加相应的电流采集及运算模块即可实现，整个电路布局不会对电梯整体运行产生不良影响，更高效率的实现速度计算，还可以配合电梯手动松闸装置、电梯运行状态监控系统等一起使用，保证电梯系统的可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明中的电梯运行速度检测的方法流程图；

图2是本发明中的电流旋转矢量在α，β坐标系上的示意图；

图3是本发明中的应用这种电梯运行速度检测方法的装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所涉及的电梯运行速度检测的方法，其根据计算频率所对应的计算时刻采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号I₁和I₂，并利用 clark变换将I₁和I₂转换为两相静止坐标系的实时值I_α和I_β；根据两相静止坐标系的实时值I_α、I_β，计算旋转矢量角θ的正弦值sinθ和余弦值cosθ；根据旋转矢量角的正弦值和余弦值，计算前后两次旋转矢量的相角差△θ；把相角差△θ乘以计算频率f_c得到旋转矢量的角速度ω；根据公式计算得到电梯的运行速度s，其中f表示曳引机的旋转频率，L表示曳引机所带曳引轮的周长。

具体的，图1示出了本发明实施例中的电梯运行速度检测的方法流程图，包括如下步骤：

S101、根据计算频率所对应的计算时刻采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号；

具体实施过程中，根据计算频率所对应的计算时刻采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号I₁和I₂，计算频率所对应的f_c设置在50f至 180f之间，根据所设置的计算频率，在电梯不断运行过程中可以根据所设置的计算频率来采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号I₁和 I₂。

本发明所涉及的计算频率是在起始采集以后，其按照计算频率来实现下一个计算时刻对任意两相电流信号的采集，在具体实现过程中，前后两个所用以计算的两相电流采集点时相同的，比如abc三相中，前后两次所采集都是ab 相、或者ac相、或者bc相。

S102、利用clark变换将两相电流信号转换为两相静止坐标系的实时值；

并利用clark变换将I₁和I₂转换为两相静止坐标系的实时值I_α和I_β，其所对应的计算公式为：

S103、根据两相静止坐标系的实时值，计算旋转矢量角所对应的正弦值和余弦值；

计算旋转矢量角θ的正弦值sinθ和余弦值cosθ，其所对应的计算公式为：

S104、计算当前计算时刻电流矢量的矢量角和上一次计算时刻电流矢量的矢量角的相角差；

根据旋转矢量角的正弦值和余弦值，计算前后两次旋转矢量的相角差△θ，计算公式为：

△θ＝θ₂-θ₁≈sin(θ₂-θ₁)＝sinθ₂cosθ₁-cosθ₂sinθ₁，其中θ₂为当前计算时刻电流矢量的矢量角，θ₁上一次计算时刻电流矢量的矢量角。

图2示出了本发明实施例中的电流旋转矢量在α，β坐标系上的示意图，当前后两次计算的时间差足够小时，计算△θ使用的计算公式将有较高的计算精度，因此本发明实施例设计了计算频率f_c满足f_c>50f的关系式。另外，在本发明实施例中，计算频率f_c会根据f实时调整，为了减少微处理器的计算误差，保证f_c>50f的同时，也限制了f_c的最大值为180f，即50f<f_c<180f。具体实施过程中，f_c的上限可以根据所使用微处理器的数据处理能力来设定。

本发明实施例中的计算频率就是微处理器计算电机角速度ω的频率(即多长时间计算一次ω)，是作为初始值进行设定的。根据所要检测的电梯速度来确定，一般牵引电梯的电机旋转频率f为0.1Hz～100Hz；因此可以根据计算频率要大于50f的要求，设置计算频率。而微处理器在计算时，受到所能处理的数据长度约束(例如64位的电脑比32位的电脑计算更快精度更高，微处理器也同样)。因此如果微处理器性能较好，就可以设定计算频率更快一点。

设定计算频率时，首先微处理器会配置一个频率很快的周期性时钟；每次该时钟周期到就计算一次正弦值sinθ和余弦值cosθ(计算sinθ和cosθ的频率和计算ω的频率不一定是一样的)；为了实现f_c不超过上限设置，就是前后两次计算的时间差t＝1/f_c要足够大，对应的△θ就比较大，因此可以判断△θ大于某个值时，才去计算角速度ω。而f_c<180f即对应△θ>2°(电机旋转一周为360°)。软件处理的时候是这样的：上次计算得到sinθ₁和cosθ₁；本次计算得到sinθ₂和cosθ₂；但是△θ＝sinθ₂cosθ₁-cosθ₂sinθ₁<2°；则舍弃本次计算的 sinθ₂和cosθ₂；然后再经过一个时钟周期，再计算一次sinθ₂和cosθ₂；如此循环，直到△θ>2°；这个过程中会记录经过的总时间t。满足△θ>2°条件后再计算ω＝△θ/t。

S105、把相角差乘以计算频率得到旋转矢量的角速度；

具体实施过程中，把相角差△θ乘以计算频率f_c得到旋转矢量的角速度ω，再根据公式计算得到电梯的运行速度s，其中：f表示曳引机的旋转频率，L表示曳引机所带曳引轮的周长，f和L都是以已知量存储在系统上。

S106、计算得到电梯的运行速度。

具体实施过程中，根据旋转矢量的角速度ω的正负及所采样的两相电流相序关系判断电梯的运行方向，例如：当采样的两相电流为I₁＝I_a、I₂＝I_b，则ω为正时，电梯为上行；ω为负时，电梯为下行。当采集的两相电流为 I₁＝I_a、I₂＝I_b，则ω为正时，电梯为上行；ω为负时，电梯为下行。当采集的两相电流为I₁＝I_b、I₂＝I_c，则ω为正时，电梯为上行；ω为负时，电梯为下行。若两相电流相序关系调换，则电梯运行方向判断也调换。

因此整个电梯运行中不光可以计算出相应的速度，也可以计算出相应的运行方向供电路输出单元进行状态显示等。因此在判断出电梯的运行方向之后，可以以速度方向电路指示当前电梯运行速度和方向。

图3示出了本发明实施例中的应用这种电梯运行速度检测方法的装置结构示意图，其包括包括霍尔电流互感器A1及相关运放电路A2、微处理器 A3、电梯速度及方向输出模块A4。霍尔电流互感器及相关运放电路采集电梯曳引机A5上的电流信号并送到微处理器的AD转换口，微处理器把电流模拟信号转换为数字信号，并运用本发明的算法计算出电梯运行速度及运行方向，同时把电梯运行速度及运行方向等信息通过模拟编码器电路、串行通讯等不同的方式输出。

具体实施过程中，具体实施过程中，采用霍尔电流互感器采集两相电流，然后把互感器输出的电流信号经过运发电路送至微处理器。微处理器计算出电梯速度和方向后，通过输出模块以模拟编码器电路、串行通讯等方式输出电梯速度和方向信息。

具体实施过程中，通过非接触方式采集三相电流中的任意两相电流，比如通过电流互感器采集三相电流中的任意两相电流；也可以通过霍尔电流互感器采集三相电流中的任意两相电流，即可以采用两个霍尔电流互感器固定在三相电流上的任意两相电流上实现数据采集，如图3所示中，其在I_a和I_b上设置相应的霍尔电流互感器，其可以固定在三相电流上的任意两相电流上，通过固定在三相电流上的任意两相电流上的霍尔电流传感器采集电流。这种采集模式下，两个霍尔电流互感器固定在三相电流上的两相电流时，其采集计算的模式只能是固定相位点的电流，即如图3中所示，只能采集到I_a和I_b的电流来实现计算过程，若霍尔电流互感器固定在I_b和I_c上时，那么只能采集到I_b和I_c的电流来实现计算过程。

具体实施过程中，可以采用三个霍尔电流互感器固定在三相电流上，即霍尔电流互感器有三个，三相电流上的每一相电流上固定有一霍尔电流互感器，通过控制三个霍尔电流互感器中的两个霍尔电流互感器采集三相电流上的任意两相电流。比如系统启动之后，可以通过固定在I_a和I_b上的霍尔电流互感器来实现电流数据采集，也可以通过固定在I_a和I_c上的霍尔电流互感器来实现电流数据采集，也可以通过固定在I_b和I_c上的霍尔电流互感器来实现电流数据采集，这种可以通过软件实现数据采集的控制过程，只需要三相电流上的两相电流实现采集，并用于计算即可。在前后采集过程中，其所对应的相电流相同，比如第一次采集的是I_a和I_b，那么下一次采集的仍然是I_a和I_b，通过这两次的数据实现整个图1中的方法流程。

具体实施过程中，可以采用三个霍尔电流互感器固定在三相电流上，即霍尔电流互感器有三个，三相电流上的每一相电流上固定有一霍尔电流互感器，在三个霍尔电流互感器采用到三相电流上的每一相电流后，选择所采取的三相电流中的任意两相电流，即每个霍尔电流互感器都在计算频率下对所在相电流上进行电流采集，然后控制系统只需要其中的两个相电流数据，比如对I_a、I_b、 I_c实现数据采集之后，处理器或者计算模块只需选择I_a和I_b来用于计算，在计算频率的控制下，选择前后两次I_a和I_b所对应的相电流来用于计算过程。

具体实施过程中，本发明还可以配合电梯手动松闸装置实现电梯运行速度检测，在手动松闸时电机是没有外电驱动的，永磁同步电机短接线圈绕组，因外力(电梯的不平衡特性)会切割永磁体在线圈上产生电流，通过该电流的大小、频率的检测计算才获得电机运转的速度。通过电机磁极数、电机的曳引轮来计算电梯的移动速度。以上图中所示的I_a、I_b、I_c是三相电流。外电正常时是由变频器输出到电机，无外电时只有短接线圈，才能产生电流。

本发明实施所涉及的电梯运行速度检测的系统，其位于电梯控制系统中，该系统包括处理器，适于实现各指令；以及存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行以上实现的方法流程，具体方法流程见图1 及相关内容说明。

综上，本发明实施例在不改变电梯系统主功率结构的情况下，通过采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号，通过相应的计算方式，以比较简单的方法实现对电梯运行速度的实时检测，而且本发明的算法具有抗干扰能力强，计算简单且精度高的优点。整个实施过程，只需要增加相应的电流采集及运算模块即可实现，整个电路布局不会对电梯整体运行产生不良影响，更高效率的实现速度计算，还可以配合电梯手动松闸装置、电梯运行状态监控系统等一起使用，保证电梯系统的可靠运行。

以上对本发明实施例所提供的电梯运行速度检测的方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

Claims (10)

1.一种电梯运行速度检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据计算频率所对应的计算时刻采集电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号I₁和I₂，并利用clark变换将I₁和I₂转换为两相静止坐标系的实时值I_α和I_β；

根据两相静止坐标系的实时值I_α、I_β，计算旋转矢量角θ所对应的正弦值sinθ和余弦值cosθ；

根据旋转矢量角的正弦值和余弦值，计算当前计算时刻电流矢量的矢量角θ₂和上一次计算时刻电流矢量的矢量角θ₁的相角差△θ；

把相角差△θ乘以计算频率f_c得到旋转矢量的角速度ω；

根据公式计算得到电梯的运行速度s，其中f表示曳引机的旋转频率，L表示曳引机所带曳引轮的周长。

2.如权利要求1所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述两相静止坐标系的实时值I_α、I_β的计算公式如下：

3.如权利要求1所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述△θ＝θ₂-θ₁≈sin(θ₂-θ₁)＝sinθ₂cosθ₁-cosθ₂sinθ₁，所述正弦值sinθ和余弦值cosθ的计算公式为：

4.如权利要求1所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述计算频率f_c在50f至180f间任意取值。

5.如权利要求1所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据采集的两相电流相序关系及电流旋转矢量的角速度ω的正负，判断出电梯的运行方向。

6.如权利要求5所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在判断出电梯的运行方向之后，以速度方向电路指示当前电梯运行速度和方向。

7.如权利要求1所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述根据计算频率采集某一时刻上电梯曳引机三相感应电流信号中的任意两相电流信号I₁和I₂包括：

通过非接触式方式采集三相电流中的任意两相电流。

8.如权利要求7所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述通过非接触式方式采集三相电流中的任意两相电流包括：

通过电流互感器采集三相电流中的任意两相电流；或者

通过霍尔电流互感器采集三相电流中的任意两相电流。

9.如权利要求8所述的电梯运行速度检测的方法，其特征在于，所述通过霍尔电流互感器采集三相电流中的任意两相电流包括：

所述霍尔电流互感器有两个，并固定在三相电流上的任意两相电流上，通过固定在三相电流上的任意两相电流上的霍尔电流传感器采集电流；或者

所述霍尔电流互感器有三个，三相电流上的每一相电流上固定有一霍尔电流互感器，通过控制三个霍尔电流互感器中的两个霍尔电流互感器采集三相电流上的任意两相电流；或者

所述霍尔电流互感器有三个，三相电流上的每一相电流上固定有一霍尔电流互感器，在三个霍尔电流互感器采用到三相电流上的每一相电流后，选择所采取的三相电流中的任意两相电流。

10.一种电梯运行速度检测的系统，其特征在于，所述系统位于电梯控制系统中，所述系统包括处理器，适于实现各指令；以及存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-9任一项所述的方法。