CN1159204C

CN1159204C - 一种pwm可逆软传动电梯门机

Info

Publication number: CN1159204C
Application number: CNB021002762A
Authority: CN
Inventors: 万健如; 刘洪池
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: CN1359845A

Abstract

本发明公开了一种PWM可逆软传动电梯门机，包括由电机、带齿皮带轮、有齿皮带、驱动大小轮、连接块、左右轿门构成的门机机械部份。本发明将控制系统的控制器模块电路分别与驱动电路一故障检测保护电路、显示器、键盘、串行通信电路、电压检测电路、电流检测电路驱动电路二速度位置检测电路连接；驱动电路一与整流/能量回馈模块电路连接，驱动电路二与双极式H型PWM变换模块电路连接；速度位置检测电路与设置在电机处的旋转编码器连接，电机与双极式H型PWM变换模块电路连接；电压检测器件和电流检测器件分别并联及串联在整流/能量回馈模块电路与双极式H型PWM变换模块电路的连接电路中，用于电梯门机的无触点等多种控制。

Description

一种PWM可逆软传动电梯门机

技术领域

本发明属于建筑楼梯设备类，尤其涉及电梯门机设备。

背景技术

我国年产电梯4万部，目前在用电梯40万部。电梯门是在电梯平层停梯后，乘客进、出电梯轿厢的通道。电梯门系统由门机、轿门、厅门和安全保护装置等组成。门电机在调速装置接到控制开、关门信号后驱动机械传动机构，轿门作为主动门通过门刀、门轮等装置带动厅门同步运动，带动轿门作开、关门运动。

近年来，我国电梯的机械制造和控制水平有了较大提高，但由于门机采用机械传动机构，电机经齿轮和大小轮变速后，由曲柄连杆连接带动轿门运行。此时，门刀、门轮等装置带动厅门同步运动进行开、关门，其机械结构复杂磨损大，噪声高维修难，质量也不尽人意，电梯故障75％出在门处。其次，门机的控制系统中多采用单片机，控制精度低，功能较少；控制电路中采用的整流电路模块不具有能量回馈功能，当泵升电压过高时，需要能耗电阻耗能以保护功率器件，因而造成电路体积庞大，噪声高。再者，双极式H型PWM变换模块电路输出的是直流电流只能适用于直流电机，不能选用价廉的普通交流电机。因此，提高门机质量、性能和控制方式已成为电梯行业急待攻关的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种PWM可逆软传动电梯门机，以解决上述难题。

本发明的目的是这样实现的：一种PWM可逆软传动电梯门机，包括由电机、带齿皮带轮、有齿皮带、主驱动大轮、小轮、同步皮带、被动轮、连接块、左轿门、右轿门构成的门机机械部份，以及由控制器模块电路、整流/能量回馈模块电路、双极式H型PWM变换模块电路、驱动电路一、故障检测保护电路、显示器、键盘、串行通信电路、电压检测电路、电流检测电路、驱动电路二、速度位置检测电路构成的电气控制器件组成。本发明将所述的控制器模块电路分别与驱动电路一、故障检测保护电路、显示器、键盘、串行通信电路、电压检测电路、电流检测电路、驱动电路二、速度位置检测电路连接。驱动电路一与整流/能量回馈模块电路连接；驱动电路二与双极式H型PWM变换模块电路连接；速度位置检测电路与设置在电机同轴处的旋转编码器连接，电机与双极式H型PWM变换模块电路连接；电压检测器件并联在整流/能量回馈模块电路与双极式H型PWM变换模块电路的连接电路中，电流检测器件串联在整流/能量回馈模块电路与双极式H型PWM变换模块电路的连接电路中，用于电梯门机的多种控制。

由于本发明采用了以上的技术方案，具有以下特点：

1，电机经驱动轮由有齿皮带直接带动电梯轿门作开关门运行，改变以往由齿轮通过机械连杆硬连接传动方式的弊病，具有传输效率高，故障率低，运行噪音低，开关门动作柔和，机械结构简单。

2，主电路化结构，通过采用不同的控制方式，可方便适用不同的交、直流电机。

3，数字信号处理器DSP控制，实现直流PWM，交流变频多种控制方式；并可与上位机串行通信和信号监测，提高系统的可靠性和灵活多样性。

4，有源逆变制动方式，取消耗能大电阻，提高调速性能，降低能耗和发热，门机装置小型化。

5，主电路功率器件采用软开关驱动技术，降低管耗和发热，驱动装置微型化。

6，全数字控制，取消有触点位置开关，实现速度和位置闭环。

附图说明

图1是本发明的一种电梯门机机械结构的原理示意图；

图2是本发明的一种PWM可逆软传动电梯门机的电路结构原理示意图；

图3是图2的一种PWM可逆软传动电梯门机的一电路实施例示意图。

图中：

1—电机 2—带齿皮带轮 3—有齿皮带

4—主驱动大轮 5—小轮 6—同步皮带

7—被动轮 8—连接块 9—左轿门

10—右轿门 11—旋转编码器 12—控制器模块电路

13—整流/能量回馈电路 14—双极式H型PWM变换模块电路 15—驱动电路一

16—故障检测保护电路 17—显示器 18—键盘

19—串行通信电路 20—电压检测电路 21—电流检测电路

22—驱动电路 23—速度位置检测电路 24—上位机

25—电流检测器件 26—电压检测器件

实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下说明。

在图1中，本发明的机械传动结构及工作过程说明如下：

电机1可采用交流或直流电机；其旋转时，通过同轴安装的带齿皮带轮2经有齿皮带3带动主驱动大轮4转动。主驱动轮由两个同轴而不同直径的大小轮组成，其中主驱动大轮4与带齿皮带轮2的直径之比即为机械减速比；小轮5通过同步皮带6带动被动轮7转动，二者直径相同，使同步皮带6沿水平方向运动。同步皮带6的下部经连接块8与左轿门9相连；同步皮带6的上部经连接块8与右轿门10相连。电机1顺时针旋转时，轿门9和10沿水平方向作开门运动；电机1逆时针旋转时，轿门9和10沿水平方向作关门运动。由于本发明采用无机械连杆式，直接经主驱动大轮4由有齿皮带3带动电梯轿门作开、关门运行，是一种先进的软传动方式，改变了以往由齿轮再通过机械连杆连接传动方式的弊病，因而具有传输效率高，故障率低，运行噪音低，开关门动作柔和，机械结构简单，磨损小，易于安装维护。采用有齿皮带3，还可避免打滑现象，确保准确定位。

在图2中，门机的电气控制部份由控制器模块电路12、整流/能量回馈模块电路13、双极式H型PWM变换模块电路14、驱动电路一15、故障检测保护电路16、显示器17、键盘18、串行通信电路19、电压检测电路20、电流检测电路21、驱动电路二22、速度位置检测电路23构成。其中，所述的控制器模块电路12分别与驱动电路一、故障检测保护电路16、显示器17、键盘18、串行通信电路19、电压检测电路20、电流检测电路21、驱动电路二22、速度位置检测电路23连接。驱动电路一15与整流/能量回馈模块电路13连接；驱动电路二22与双极式H型PWM变换模块电路14连接。电机1的同轴处设置有旋转编码器PG11，速度位置检测电路23与设置在电机1处的旋转编码器11连接，用于测取电机1的速度和位置信号。电机1与双极式H型PWM变换模块电路14连接，受其驱动开、关电梯门。电压检测器件26并联在整流/能量回馈模块电路13与双极式H型PWM变换模块电路14的连接电路中，电流检测器件25串联在整流/能量回馈模块电路13与双极式H型PWM变换模块电路14的连接电路中。为实现对电梯门机的远程监控，电梯门机控制电路中设置有串行通信电路19，其分别与控制器模块电路12及上位机24连接，用于电梯中央控制系统对门机的远程监控。

由上所述，其中：

1，整流/能量回馈电路13，用于交流端经a、b、c接入三相交流电源，直流端由电阻R1，经滤波和能量吸收电容Cd输出直流电压，经A、B两端接双极式H型PWM变换模块电路14。逆变桥中的功率器件VT11～VT16由驱动电路一15控制其通断。

2，双极式H型PWM变换模块电路14，经电流检测器件(HL1)25接A、B两端与整流/能量回馈电路13相连，输出接电机(M)1。电路中由于采用软开关驱动技术，减少了高频开关损耗，功率器件VT21～VT24由驱动电路二23控制其通断。

3，控制器模块电路12，以DSP芯片TMS320F240为核心构成门机控制器，接收各种反馈、检测信号和运行指令，控制电机运行，实现了全数字控制。

4，驱动电路一15，用于接收控制器模块电路12的D0～D7端的信号，驱动整流/能量回馈电路13中的VT11～VT16。

5，故障检测保护电路16，用于外部电路检测到故障信号经PDPINT口输入控制器模块电路12。

6，显示器17，用于接收控制器模块电路12的D8～D15端的信号，显示运行状态及故障信号。

7，键盘18，经控制器模块电路12的ADC3、ADC4口，输入数据和操作命令。

8，串行通信电路19，经控制器模块电路12的SCI口，完成与上位机24的信号通信。

9，电压检测电路20，经电压检测器件(HL2)26和R2接在A、B两端采集直流电压信号，输入到控制器模块电路12的ADCIN2口。

10，电流检测电路21，经电流检测器件(HL1)25串接在B端和双极式H型PWM变换模块电路14之间，采集直流回路电流信号，输入到控制器模块电路12的ADCIN1口。

11，驱动电路二电路，用于接收控制器模块电路12的PWM口的信号，驱动双极式H型PWM变换模块电路14中的VT21～VT24。

12，速度位置检测电路23，经与电机同轴安装的旋转编码器11(PG)，测取速度和位置信号，经QEP1、QEP2口输入控制器模块电路12，构成速度、位置反馈。

13，上位机24，其由串行通信电路19与控制器模块电路12连接，用于电梯中央控制系统对电梯门机的监控。

在图3中，本发明的控制电路原理图以控制器模块电路12的DSP为核心构成门机控制器。当电机1制动或减速时，电压检测器件(HL2)26随时监测直流侧电压数值。当电压升高至设定值时，电压检测器件(HL2)26将信号送至控制器模块电路12的TMS320F240的ADCIN2口产生中断，由制器模块电路12的ADCIN2口读入电压信号U，计算逆变角β及相关的8253定时器延时时间T_a；为保证逆变时不至于引起回馈电流过大，开中断IR2，检测同步脉冲中断信号XINT1。同步检测电路在图3上部，它由电源线电压过零检测和边沿检测两部分组成，电路过零检测由LM 339比较器将正弦电压变成180°方波，作为电源选择脉冲送至8255 PB口。边沿检测由74LS 86和74LS04等组成，获得认相脉冲，再经逻辑组合在电源电压过零时产生同步中断脉冲，送至控制器模块电路12(PMS320F240)的XINT1外部中断口，控制器模块电路12的DSP响应同步脉冲中断信号XINT1，启动定时器8253延时，在延时时间T_a结束时，8253的OUT₀口输出高电平，上升沿选通74LS273，输出相应的脉冲控制信号驱动EXB841开启反并联逆变桥VT₁₁-VT₁₆，直到T1定时器中断结束；下一个T1定时器延时过程中，再次检测同步脉冲中断信号XINTl，对不同的泵升电压，实现逆变角β的定时，且与电网同步。

双极式H型PWM变换模块电路14中的功率器件IGBT采用软开关驱动技术，使功率器件在零电压时导通，零电流关断，降低管耗和发热，提高功率器件的开关频率和使用效率，使驱动装置微型化。

本发明采用全数字控制，实现速度和位置闭环调速控制，和电机同轴安装脉冲编码器反馈位置速度信号至控制器模块电路12(TMS320F240)的QEP口，构成速度环。电流检测器件(HL1)25检测电流值，反馈至ADCIN1，构成电流环。利用速度和电流反馈信号，根据控制算法计算调节电机的转速，进而控制开、关门速度时，通过测定脉冲数检测运行速度和轿门位置，取代常用的位置、减速、限位等行程开关，实现无触点控制。

利用控制器模块电路12(TMS320F240)的PDPIN1外部中断口连接的故障检测保护电路16构成功率器件保护的控制电路，保护信号经过光电隔离经入PDPIN1口，当PDPINI引脚为低电平时，控制器模块电路12的DSP内部计数器立即停止计数，PWM输出口呈高阻状态，同时产生中断信号，并通过串行通信电路19送到上位机24。此外控制器模块电路12(TMS320F240)通过ADC3、ADC4等I/O口接收键盘18信号，完成控制方法选择及输入轿门运行距离等信息。显示器17其电路由D8～D12接两片译码驱动器MC14495与七段码显示器相连，用以显示电机1转速和其它状态的信息。

在上述说明及图示中，本发明还具有以下特点：

1，主电路模块化结构。整流/能量回馈模块电路13，构成整流/能量回馈电路；双极式H型PWM变换模块电路14构成双极式H型PWM变换电路或变频调速电路。利用整流/能量回馈模块电路13中的二极管VD11～VD16构成三相不可控整流桥，经滤波和能量吸收电容Cd输出直流电压，给由VT21～VT24组成的双极式H型PWM变换电路供电。当电机1减速制动时，直流母线上的电压升高至设定值时，电压检测器件(HL2)26将信号送至门机控制器，开启整流/能量回馈模块电路13中的功率器件VT11～VT16，形成回馈制动，将电能回馈电网。可通过改换电路方便适用不同电机，交直流两用，既可用于与新电梯配套，又可用于旧电梯改造。

2，控制器模块电路12中DSP控制，通过调用不同算法，可实现直流PWM，交流变频多种控制方式；采用串口中断可以使上位机24与TMS320F240进行串行通信，接受上位机24的指令信号并将状态信号回传上位机24。电机1减速制动时，电压检测器件(HL2)26检测直流母线上的泵升电压，当泵升电压升至设定值时，将信号送至主控制器12，开启整流/能量回馈模块电路13中的功率器件VT11～VT16，形成回馈制动，并将电能回馈电网，实现有源逆变制动方式，取消耗能大电阻，提高调速性能，降低能耗和发热，使门机装置小型化。

3，主电路中的双极式H型PWM变换模块电路14的功率器件采用软开关驱动技术，使功率器件零电压导通，零电流关断，降低管耗和发热，提高功率器件的开关频率，使驱动装置微型化。

4，取消所有触点位置开关，电流检测器件(HL1)25检测电流值，反馈至控制器模块电路12的ADCIN1，构成电流环；由脉冲编码器11(PG)测定速度和位置信号送至控制器模块电路12的TMS320F240的QEP口，实现速和位置全数字闭环控制。

Claims

1.一种PWM可逆软传动电梯门机，包括由电机、带齿皮带轮、有齿皮带、主驱动大轮、小轮、同步皮带、被动轮、连接块、左轿门、右轿门构成的门机机械部份，以及由控制器模块电路、整流/能量回馈模块电路、双极式H型PWM变换模块电路、驱动电路一、故障检测保护电路、显示器、键盘、串行通信电路、电压检测电路、电流检测电路、驱动电路二、速度位置检测电路构成的电气控制器件组成，其特征在于，所述的控制器模块电路分别与驱动电路一、故障检测保护电路、显示器、键盘、串行通信电路、电压检测电路、电流检测电路、驱动电路二、速度位置检测电路连接；驱动电路一与整流/能量回馈模块电路连接，驱动电路二与双极式H型PWM变换模块电路连接；速度位置检测电路与设置在电机处的旋转编码器连接，电机与双极式H型PWM变换模块电路连接；电压检测器件并联在整流/能量回馈模块电路与双极式H型PWM变换模块电路的连接电路中，电流检测器件串联在整流/能量回馈模块电路与双极式H型PWM变换模块电路的连接电路中，用于电梯门机的多种控制。

2.根据权利要求1所述的一种PWM可逆软传动电梯门机，其特征在于，电梯门机的电气控制电路中设置有串行通信电路，其分别与控制器模块电路及上位机连接，用于电梯中央控制系统对门机的远程监控。