CN113336031A - 利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电梯技术领域，提供了利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，利用曳引机的旋转编码器作为电梯在井道内的位置识别之后，减少很多井道中的机械安装，而且电梯的调试也很方便。如换速距离或大或小，平层位置不准确，通过改变处理组件内部存储器存储的脉冲数即可，再不用去井道中实际改变感应器的位置，也可避免由于干簧感应以及其余感应设备的机械损坏造成系统的停机事故等，由可编程门阵列FPGA和ARM芯片组成的处理组件，使可编程门阵列FPGA和ARM芯片的内部资源和功能得到了充分的利用，使硬件线路得到了简化，从另一方面来说也就是提高了电梯运行的可靠性，同时也给维修带来很大的方便，并且在电梯的调试中有很大的灵活性。

Description

利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法

技术领域

本发明属于电梯技术领域，尤其涉及利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法。

背景技术

电梯主要由曳引绳、轿相、对重、导向轮、电动机、减速器、制动器以及电气系统等组成。通过曳引绳将对重和轿厢连接起来，分别缠绕在导向轮和曳引轮上，电动机通过减速器变速带动曳引轮转动，通过曳引轮与曳引绳的摩擦力实现对重和轿厢的升降运动，以实现运输目的。

轿厢上的导靴根据安装在井道墙体上的固定导轨实现轿厢的往复升降运动，避免轿厢在升降运动中岀现摆动或偏斜的情况。

制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在电梯失电情况下制动，停止轿厢的升降，并在指定层维持静止状态，保证人员和货物的正常岀入。作为运载乘客的箱体轿厢需要使用对重来平衡荷载、减少电机功率。电梯的补偿装置通过补偿曳引绳运动中的重量和张力变化，来保证电动机负载稳定，保证轿厢能够准确停靠。

如图1所示：电气系统中的平层及位置系统。所谓平层和位置系统就指：UCMP意外移动(门区两个光电传感器)、“平层感应器”、“门区开关”、“上强迫换速”、“下强迫换速”、“上限位”、“下限位”。其中：平层感应器安装在电梯轿顶，应可靠牢固；平层感应器的动作是配合隔磁板完成的；平层感应器的动作是有规律的；平层感应器的动作信号是反馈到主板的；门区开关同上；“上强迫换速”、“下强迫换速”、“上限位”、“下限位”安装在电梯井道的上下端站。平层感应器是电梯的平层功能与楼层计算器，在电梯安装好后，需要给主板做一遍“井道自学习”，井道自学习，就是对每层楼的间距和楼层的数量与终端层的减速位置做一遍记忆和校正。在电梯正常运行时，两个平层感应器通过动作(配合隔磁板)的时间来反馈给主板，主板通过计算和对比自学习数据后来控制电梯的楼层数据，以便正常停到平层区。一旦主板反映的数据与之前自学习的数据不正常电梯便会就近停止，进入保护状态，有的电梯还会自动寻址，校正到到终端层压到强迫换速和限位开关，通过限位的位置数据来校正楼层。在电梯正常停车后，通过门区开关反映给主板的数据，来发出开门信号。每当我们调整平层感应器，门区开关、或强迫换速、限位开关后，必须对电梯做一遍“井道自学习”。

现有的在电梯运行中关于如何检测电梯在井道中的相对位置，采用在井道中不同的位置设置上限位、上减速(包括一级减速、二级减速、三级减速、四级减速)、楼层平层隔离板(一个楼层、一个隔离板、包括假楼层)、门区感应器、意外移动UCMP感应器、平层感应器、下减速(包括一级减速、二级减速、三级减速、四级减速)下限位来检测减速、平层位置，这样零部件不但容易受到灰尘的影响，还有机械寿命的限制，从而需要定期更换，同时由于经常使用，还容易导致安装该零部件的支架容易晃动产生为位移导致电梯轿厢测量不准，最关键安装这个零部件增加了在井道中的安装作业强度以及线缆和零部件的数量。

发明内容

本发明提供利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，旨在解决上述技术的问题。

本发明是这样实现的，利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，包括如下步骤：

步骤一、安装在曳引机上的旋转编码器采用相对计数方式进行位置测量，并将如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置所对应的脉冲数记录后发送给处理组件；

步骤二、所述处理组件对所述旋转编码器发送的各个位置数据分别存入自身相应的寄存单元；

步骤三、在电梯运行过程中，

步骤A：所述处理组件根据所述旋转编码器发送的实时数据，实时计算以下数据：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置；

步骤B：所述处理组件进行楼层计数、并通过所述旋转编码器模拟换速信号和平层信号给曳引机；

步骤C：所述曳引机根据所述旋转编码器模拟的信号，带动电梯轿厢沿着井道内轨道进行对应位置的操作；

步骤四、当电梯轿厢运行到一层时，设置在井道一层处的位置传感器用于对所述旋转编码器进行数据的归零校准。

优选的，所述处理组件包括光电耦合器、可编程门阵列FPGA、ARM芯片，所述光电耦合器用于接收所述旋转编码器输出的AB两相脉冲信号并对其放大后输出至可编程门阵列FPGA，所述可编程门阵列FPGA根据接收到的脉冲信号进行计算得到所述旋转编码器的旋转方向、旋转角度及脉冲个数，并将计算结果传送至所述ARM芯片中进行存储。

优选的，在步骤三中，所述ARM芯片将所述可编程门阵列FPGA实时传回的位置脉冲数据与原有存储在内部作为标准的位置脉冲数据进行比对，当与其中任一个位置脉冲数据比对相同时，执行该位置脉冲数据对应的指令，所述ARM芯片模拟对应位置信号发送该所述曳引机的控制柜，提示该曳引机进行对应位置处的操作。

优选的，在步骤一中：所述旋转编码器安装在所述曳引机转动轴上，用于更好的从所述旋转编码器的脉冲输出端获得正比于电梯运行距离的脉冲个数。

优选的，所述步骤四中，所述处理组件接收到所述位置传感器的指令后，通过上电控制所述旋转编码器进行归零。

优选的，所述曳引机的控制柜自带学习系统，用于闲时控制电梯轿厢自动运行在整个井道中，对每个位置点均进行测试。

优选的，所述曳引机的控制柜与所述处理组件之间电性连接，所述处理组件用于模拟各个位置点光电开关信号给所述控制柜，提示所述曳引机运行。

优选的，所述处理组件还可集成在所述曳引机的控制柜中，用于集中处理，优化设备结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，利用曳引机的旋转编码器作为电梯在井道内的位置识别之后，减少很多井道中的机械安装，而且电梯的调试也很方便。如换速距离或大或小，平层位置不准确，通过改变处理组件内部存储器存储的脉冲数即可，再不用去井道中实际改变感应器的位置，同时，也可避免由于干簧感应以及其余感应设备的机械损坏造成系统的停机事故等。另外，值得一提的是旋转编码器的硬件接线应采用屏蔽线，以防止外界干扰而产生误差。

总之由可编程门阵列FPGA和ARM芯片组成的处理组件，现场可编程门阵列FPGA作为处理核心不需要大量外围电路驱动，能够节约硬件成本，并且可移植性和可拓展性较高，此外，算法简单明了，移植性好，通用性强，可以更快、更好的进行脉冲数据的读取和写入，整个的处理速度更快速，使可编程门阵列FPGA和ARM芯片的内部资源和功能得到了充分的利用，使硬件线路得到了简化，从另一方面来说也就是提高了电梯运行的可靠性，同时也给维修带来很大的方便，并且在电梯的调试中有很大的灵活性。

附图说明

图1为本发明的电梯井道位置信号开关示意图；

图2为本发明中步骤三的运行示意图；

图3为本发明中整体逻辑运行示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2-3，本发明提供一种技术方案：利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，包括如下步骤：

步骤一、安装在曳引机上的旋转编码器采用相对计数方式进行位置测量，并将如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置所对应的脉冲数记录后发送给处理组件；

步骤二、处理组件对旋转编码器发送的各个位置数据分别存入自身相应的寄存单元；

步骤三、在电梯运行过程中，

步骤A：处理组件根据旋转编码器发送的实时数据，实时计算以下数据：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置；

步骤B：处理组件进行楼层计数、并通过旋转编码器模拟换速信号和平层信号给曳引机；

步骤C：曳引机根据旋转编码器模拟的信号，带动电梯轿厢沿着井道内轨道进行对应位置的操作；

步骤四、当电梯轿厢运行到一层时，设置在井道一层处的位置传感器用于对旋转编码器进行数据的归零校准。

在电梯运行中钢丝绳打滑或其他原因都会引起误差，因此，在井道中需要设置位置传感器用于归零校正，其主要可以设置在顶层或基站以及一层，本申请之所以将之选定在一层，因为电梯轿厢到达一楼的次数远远高于到达其余楼层的次数，从而通过该楼层处设置位置传感器进行归零校正，使得归零校正的次数最多，最适合运行，只要利用位置感应器或其他开关元件，在电梯到达校正点时，将旋转编码器计速器清零，以免再运行时出现误差。

其中处理组件接收到位置传感器的指令后，通过上电控制旋转编码器进行归零，由于采用上电自动复位减少器件操作，在上电过程中会产生一个脉冲，对器件进行误操作，导致初始值不对，所以在算法中采用延时复位，消除错误脉冲的影响，即FPGA上电后进行1ms的延时复位。

曳引机的控制柜的逻辑模块自带学习系统，用于闲时控制电梯轿厢自动运行在整个井道中，对每个位置点均进行测试。

控制柜中的电梯系统在设定的空闲时间开始检测；空闲时间包括凌晨2点到5点中，半个小时以上没有出现厅门召唤的时间开始，进入空闲时间，即可运行检测方法，首先电梯系统将电梯轿厢运行至最高层，待其停在最高层后，开始让电梯轿厢快车往下运行到底层，到达最底层后，不间断匀速往上运行到顶层；若此时电梯系统出现厅门召唤，停止检测，电梯轿厢正常工作。在这期间旋转编码器的脉冲数被记录，ARM芯片对新的脉冲数据与原有的电梯在标准层高的脉冲数据对比，超出正负250mm范围值，证明钢丝绳打滑测试结果不合格，否则为合格，标准层高是电梯自学习的过程，是电梯调试时的一个必备步骤，其主要目的是获取电梯运行所需的楼层信息，作为电梯运行曲线的参数，电梯自学习一般是从底层开始，到顶层结束，整个过程中慢速运行，同理处理组件还用于旋转编码器的自学习，目的是使曳引机，旋转编码器和变频器匹配，标准层高的脉冲数就是旋转编码器自学习过程中所记录的作为参考的脉冲数。

曳引机的控制柜与处理组件之间电性连接，所述处理组件用于模拟各个位置点光电开关信号给所述控制柜，提示所述曳引机运行。

通过处理组件中的ARM芯片模拟原有各个位置的开关信号，对控制柜进行信号的提供，保证在不改动控制柜以及内部系统的情况下，使得控制柜自动按照原有的程序对电梯轿厢进行变速、停靠的控制，方便对老旧电梯进行改造，避免加装许多新的设备和程序，优化了整个电梯运行的器件和结构。

处理组件除了对电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置这几个位置信息进行模拟发送外，处理组件加上UPS(不间断电源)，还对UCMP意外移动侦测数据以及超速侦测数据也进行发送给电梯控制柜，用于防止电梯轿厢的意外移动和超速。

旋转编码器在电梯应用中的原理及分析：

电梯采用旋转编码器的原因：电梯绝对值编码器需要额外安装且电梯位置偏移后还需要重新学习，旋转编码器学习后以后就不要重新学习了，工作人员自己设置基准位置参数、校对基准位置后，永久不需要学习了，即便以后电梯钢丝绳长了需要割掉，不然会导致电梯轿厢位置偏移不要紧，电梯轿厢直接开到校验基准位置就自动重新校验位置，同时旋转编码器加上UPS(不间断电源)就起到了绝对值编码器的作用。

采用变频器调速双闭环控制可基本满足要求，在不增加硬件电路的基础上，利用现有的旋转编码器在构成速度闭环的同时，也可构成位置闭环控制。曳引机的变频器还可以集成在控制柜的驱动模块上，使之形成一体机控制。

异步曳引机编码器A B Z，同步曳引机旋转编码器(正余弦编码器A+,A-B+B-C+C-D+D-，增量型编码器A+,A-B+B-C+C-Z+Z-等)的输出一般为A和A-、B和B-两对差动信号，可用于位置和速度测量，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲，将其引入处理组件高速计数端，进行位置读取。

处理组件包括光电耦合器、可编程门阵列FPGA、ARM芯片，光电耦合器用于接收旋转编码器输出的AB两相脉冲信号并对其放大后输出至可编程门阵列FPGA，可编程门阵列FPGA根据接收到的脉冲信号进行计算得到旋转编码器的旋转方向、旋转角度及脉冲个数，并将计算结果传送至ARM芯片中进行存储。

可编程门阵列FPGA包括相位关系判断模块和脉冲计数模块；相位关系判断模块根据AB两相脉冲信号之间的相位关系判断旋转编码器的旋转方向，B相滞后为正转、B相超前为反转；脉冲计数模块用于对旋转编码器的旋转脉冲进行计数，在正转情况下，A相为上升沿，计数器加1，开始脉冲计数，在反转情况下，A相为上升沿，计数器减1，脉冲计数。

在可编程门阵列FPGA还包括旋转角度计算模块，旋转角度计算模块用于计算旋转编码器的旋转角度，使得本装置不仅可以记录脉冲计数，还可以记录旋转角度，即旋转角度计算模块根据旋转圈数对应角度要求，对脉冲计数分频，脉冲个数/分频数＝旋转角度。

采用相对计数方式进行位置测量。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入处理组件相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、可编程门阵列FPGA实时计算以下信号：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。

电梯运行中位移的计算如下：H＝SI

式中：S：脉冲当量；

I：累计脉冲数；

H：电梯位移S＝πλD/Pρ；其中D：曳引轮直径；ρ：分频比；λ：减速器的减速比；P：旋转编码器每转对应的脉冲数本系统中。

例：当λ＝1/32D＝580mmNed＝1450r/minP＝1024ρ＝1/18代入S＝πλD/Pρ得S＝1.00mm/脉冲。

设楼层的高度为4m，则各楼层平层点的脉冲数为：1楼为0；2楼为4000；3楼为8000；4楼为12000。

设换速点距楼层为1.6米，则各楼层换速点的脉冲数为：上升：1楼至2楼为2400，2楼至3楼为6400，3楼至4楼为10400；下降：4楼至3楼为9600，3楼至2楼为5600，2楼至1楼为1600。

本发明的工作原理及使用流程：

设定标准参数时：工作人员安装或者检修后，通过将电梯轿厢逐个的开到每一平层处，并对途中经过的每一个位置点进行记录设定，从而对旋转编码器各个位置点脉冲数标准值进行设定，用于后续的比对参考。

当使用者在楼层按动时：首先使用者按动楼层层门处的外呼按钮，该外呼按钮通过有线或者无线方式将数据信息发送给控制柜，控制柜通过内部的处理器对该楼层数据与电梯上一步执行步骤所在楼层数据进行比对；

当使用者在电梯轿厢内部时：首先使用者按动电梯轿厢内部的内呼按钮，内呼按钮通过有线或者无线的方式将对应的数据信息发送给控制柜，控制柜通过内部的处理器对内呼按钮中的楼层数据与现在电梯轿厢所在楼层数据进行比对。

当得出电梯上行或者下行，以及对应的上行或者下行层数以及高度时，根据电梯的上行或者下行，控制柜控制曳引机进行正转上行或者反转下行操作，电梯轿厢进行对应的上行或者下行操作，在电梯轿厢上下移动的过程中，曳引机上的旋转编码器一直对曳引机的转动进行脉冲计数，当曳引机转动的圈数使电梯轿厢移动到对应的换速点位置或者平层点位置，该曳引机转动的圈数被旋转编码器实时记录，该旋转编码器将实时记录的脉冲数与ARM芯片中存储的该换速点位置或者平层点位置脉冲数相比，当数量相同时，ARM芯片输出该位置点对应的光电开关模拟信号给曳引机的控制柜，模拟该位置处原有的光电开关信号，提示曳引轮进行换速或者停止；反之若数量不相同时，ARM芯片不作出反应，直至数量相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、安装在曳引机上的旋转编码器采用相对计数方式进行位置测量，并将如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置所对应的脉冲数记录后发送给处理组件；

步骤二、所述处理组件对所述旋转编码器发送的各个位置数据分别存入自身相应的寄存单元；

步骤三、在电梯运行过程中，

步骤A：所述处理组件根据所述旋转编码器发送的实时数据，实时计算以下数据：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置；

步骤B：所述处理组件进行楼层计数、并通过所述旋转编码器模拟换速信号和平层信号给曳引机；

步骤C：所述曳引机根据所述旋转编码器模拟的信号，带动电梯轿厢沿着井道内轨道进行对应位置的操作；

步骤四、当电梯轿厢运行到一层时，设置在井道一层处的位置传感器用于对所述旋转编码器进行数据的归零校准。

2.如权利要求1所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：所述处理组件包括光电耦合器、可编程门阵列FPGA、ARM芯片，所述光电耦合器用于接收所述旋转编码器输出的AB两相脉冲信号并对其放大后输出至可编程门阵列FPGA，所述可编程门阵列FPGA根据接收到的脉冲信号进行计算得到所述旋转编码器的旋转方向、旋转角度及脉冲个数，并将计算结果传送至所述ARM芯片中进行存储。

3.如权利要求2所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：在步骤三中，所述ARM芯片将所述可编程门阵列FPGA实时传回的位置脉冲数据与原有存储在内部作为标准的位置脉冲数据进行比对，当与其中任一个位置脉冲数据比对相同时，执行该位置脉冲数据对应的指令，所述ARM芯片模拟对应位置信号发送该所述曳引机的控制柜，提示该曳引机进行对应位置处的操作。

4.如权利要求1所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：在步骤一中：所述旋转编码器安装在所述曳引机转动轴上，用于更好的从所述旋转编码器的脉冲输出端获得正比于电梯运行距离的脉冲个数。

5.如权利要求1所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：所述步骤四中，所述处理组件接收到所述位置传感器的指令后，通过上电控制所述旋转编码器进行归零。

6.如权利要求1所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：所述曳引机的控制柜自带学习系统，用于闲时控制电梯轿厢自动运行在整个井道中，对每个位置点均进行测试。

7.如权利要求1所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：所述曳引机的控制柜与所述处理组件之间电性连接，所述处理组件用于模拟各个位置点光电开关信号给所述控制柜，提示所述曳引机运行。

8.如权利要求2所述的利用曳引机编码器对井道内电梯位置进行识别的方法，其特征在于：所述处理组件还可集成在所述曳引机的控制柜中，用于集中处理优化整个平层及位置系统架构。

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