CN1215962C - 变频驱动液压电梯控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种变频驱动电梯液压控制系统及控制方法，它为解决传统阀控液压电梯的能耗问题、温升问题提供了有效途径。变频驱动的液压电梯是采用变压变频技术来控制三相交流异步电动机的转速，从而控制定量液压泵的输出流量，驱动液压柱塞缸顶升轿厢向上运行的速度；或者通过提供制动力矩来控制定量液压马达的转速，从而控制轿厢下行的速度，采用具有回馈功能的变频器或专门的变频调速再生电能回馈装置，可以将能量回馈电网，一方面可达到节能的目的，另一方面由于其能量吸收可以无穷大，制动效果相当稳定。并且还提供了一种利用传感器检测液控单向阀进、出油口压力差值，并在二者差值减小到设定值时加载预置的速度曲线运行的控制方法。

Description

变频驱动液压电梯控制系统及控制方法

技术领域

一种变频驱动液压电梯控制系统及控制方法，其属于电梯制造领域。

背景技术

从液压电梯产生到现今，经历了阀控液压系统发展到变频控制液压系统的发展历程。阀控节流调速系统在目前电梯液压控制系统中技术最成熟、应用最广泛，它主要是应用液压技术中的节流调速技术来控制液压电梯的运行速度，其最大的优势就是系统简洁，控制方便。但其上升旁路节流负载适应，自重下降能量转化为热能散失的本质特点决定了它的如下缺陷：

1)采用节流调速系统溢流损失较大，特别是电梯下行的全部势能都损失在节流阀口。导致系统效率较低，能耗大；

2)启动电流大，对电网冲击影响严重；

3)油液温升很快导致频繁运行时需要使用昂贵的冷却系统来降低温度的升高；而且油温的升高也使得电梯的速度控制性能不稳定，必须采用比较复杂的控制方法来取得良好的控制性能；

4)集成控制阀块结构复杂，加工难度高。

而变频驱动的液压电梯是通过采用变压变频技术来控制三相交流异步电动机的转速，从而控制定量液压泵/马达的输出/输入流量，达到按一定规律控制液压缸顶升轿厢向上运行速度，或者控制轿厢下行速度的目的。变频调速能按系统的需要来提供流量，从而将系统溢流的损失降到最低限度，与阀控液压电梯系统相比，这种变频调速液压电梯系统无论负载如何变化，输入功率都能适应负载需求的变化，它的负载适应、流量适应以及下行能量回收的特点克服了前述阀控节流调速系统的缺点，具有如下特点：

1)能耗小，节能效果显著。电梯上行时无阀口的节流和溢流损失，若采用回馈制动单元，电梯下行时还能将能量反馈回电网

2)启动电流平稳，对电网冲击小；电机的启动电流可以大为减小，从而延长了电机和液压泵的寿命；

3)解决了液压系统的温升问题。电梯上行时没有了溢流损失产生的热量，电梯下行时能量大多数被反馈回电网(回馈制动方式)或消耗在制动电阻上(电阻制动方式)，所以进入油液的热量很少，油温上升不明显，不仅可以省去一套昂贵的冷却系统，而且油箱的体积和用油量都可以减小。

4)简单的液控单向阀块取代复杂的集成调速阀块。

目前液压电梯变频调速控制系统的技术发展状况：

如美国专利US6142259采用变频和阀控技术相结合，采用动态双向流量传感器作为反馈元器件，上升的运行全部阶段的速度完全由泵和马达通过变频器控制；在下降运行全部阶段中，启动加速到一半左右的过程，以及减速段的后半段一直到轿厢停止都是由电子阀来控制，在运行过程的其他阶段则由变频器控制液压泵和马达的转速来控制。此方案的缺点是需要高精度的动态双向流量传感器和电液比例控制阀，成本高，没有完全利用变频调速系统的节能作用；且系统结构不紧凑。

鉴于已有技术中阀控调速与变频驱动技术，在电梯控制系统中都存在如上的缺点，因此，本发明人针对如上不足，设计了这种变频驱动电梯液压控制系统。

发明内容

本发明的发明目的是使电梯控制系统更加精确化，并由资源丰富的软硬件支持，达到系统控制灵活、调试方便、变频调速的使用，使液化电梯垂直提升设备降低能源消耗，并能提高电梯启动的舒适感。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种变频驱动液压电梯控制系统，其主要由变频调速电机加定量泵的电梯上升液压容积控制装置和由液压泵/马达、交流异步电动机、能量回馈制动单元构成的电梯下降能量回收容积调速控制装置二部分构成，其特征在于：微机控制单元连接一个交流矢量变频器与交流异步电动机，交流交流异步电动机通过联轴器与液压泵/马达同轴相连，在交流异步电动机轴侧设有光电编码器，由其检测的转速信号反馈给交流矢量变频器，构成闭环矢量控制，在液压泵/马达两端分别连接有压力脉动抑制器、过滤器，在液压泵/马达与压力脉动抑制器之间还接有防吸空单向阀、安全阀，压力脉动抑制器的另一端则与液控单向阀、压力传感器连接，在轿厢侧的柱塞及柱塞缸，通过管路H与限速切断阀相接，管路F连接有手动下降阀和手动泵，并与液控单向阀一端的压力传感器相连，交流异步电动机通过联轴器与液压泵/马达刚性同轴连接，液压泵/马达经管路B、压力脉动抑制器、管路A与液控单向阀相连接，液控单向阀通过管路G与管路F相连接，管路F与限速切断阀相连，限速切断阀通过管路H与柱塞缸相连接；安全阀经管路D与管路B相连，以保证液压泵/马达的出油/进油口压力安全，防止液压泵/马达吸空的防吸空单向阀经管路C、管路D与管路B相连，压力传感器接于管路G上以检测液控单向阀进油口压力；手动泵通过管路G、管路F、管路H与柱塞缸相连。

本发明还提供了一种变频驱动液压电梯的控制方法，首先采用两路压力传感器分别检测液控单向阀进油口压力P1和液控单向阀出油口压力P2，然后将检测到的检测信号输送到微机控制单元中进行数据处理和变换后，进行差值计算，当二者差值减小到设定值时，加载预置的速度曲线运行。

与现有技术相比，本发明具有显著的技术效果是使电梯控制系统更加精确化，并由资源丰富的软硬件支持，达到系统控制灵活、调试方便、变频调速的使用，使液化电梯垂直提升设备降低能源消耗，并能提高电梯启动的舒适感。

附图说明

图1为本发明变频驱动电梯液压控制系统原理

图中元件名称与符号对照：

1  交流矢量变频器

2  液压泵/马达

3  交流异步电动机

4  光电编码器

5  微机控制单元

6  能量回馈制动单元

7  柱塞缸

8  柱塞

9  轿厢

10   压力脉动抑制器

11  管路A

12  防吸空单向阀

13  安全阀

14  液控单向阀

15  限速切断阀

16  手动泵

17  手动下降阀

18  过滤器

19、20  分别为液控单向阀14两端的压力传感器

21  油箱

22  电源信号

23  转速信号

24、25  分别是压力传感器19、20输出到微机控制单元5的信号

26  控制信号

27  交流异步电动机3与液压泵/马达2的联轴器

28  控制信号

29、30  管路B、管路C

31、32  管路D、管路E

33、34、35  管路F、管路G、管路H

36  控制信号

具体实施方式

请参阅图1所示，图中，交流异步电动机3通过联轴器27与液压泵/马达2刚性同轴连接，液压泵/马达2经管路B29、压力脉动抑制器10、管路A11与液控单向阀14相连接，液控单向阀14通过管路G34与管路F33相连接，管路F33与限速切断阀15相连，限速切断阀15通过管路H35与柱塞缸7相连接。安全阀13经管路D31与管路B29相连，以保证液压泵/马达2的出油/进油口压力安全，防液压泵/马达2吸空的防吸空单向阀12经管路C30、管路D31与管路B29相连，压力传感器20接于管路G34上以检测液控单向阀14出油口压力。手动泵16通过管路G34、管路F33、管路H35与柱塞缸7相连。

轿厢速度直接反馈变频控制电梯系统的工作原理如下：

a)上行接到层站或轿厢9的上行召唤信号后，微机控制单元5发出两路信号，一路是控制变频器的控制信号36；一路是电机的控制信号26；交流矢量变频器1根据输入的控制信号36产生相应频率和电压的电源信号22驱动交流异步电动机3带动液压泵/马达2旋转输出压力油，经管路B29、管路A11顶开液控单向阀14中的单向阀，从而推动轿厢9向上运行；同时，电动机轴侧的光电编码器4检测电机的转速并把转速信号23反馈给变频器，构成闭环矢量控制。在该电梯系统整个上行工作过程中，微机根据电梯理想曲线和实际电梯速度曲线的差值，不断校正控制信号36控制电梯轿厢按预定速度运行曲线的运行。当电梯靠站时，微机控制单元5给交流矢量变频器1发出停车信号，交流异步电动机3转速降为零，液压泵/马达2的出口压力也迅速降低，靠轿厢9的自重使液控单向阀14中的单向阀关断，电梯停站。

b)下行接到层站或轿厢9的下行召唤信号后，微机控制单元5首先根据压力传感器19、20传送的检测信号24、25来判断液控单向阀14两端的压力，若压力不等，微机控制单元5首先输出控制信号26使变频器驱动交流异步电动机3正向低速运转，给系统补油，使液压泵/马达2出口管路A11的压力迅速升高，当使液控单向阀14两端的压力基本平衡，这时，微机控制单元5发出三路信号：一路是控制信号28，用于控制液控单向阀14中的电磁阀的电磁铁通电，使液控单向阀14打开；一路是电动机的旋转方向的控制信号26，驱动交流异步电动机3从正向低速运转过渡到反向运转；一路是交流矢量变频器1的转速的控制信号36，交流矢量变频器1根据输入的控制信号36向交流异步电动机3提供相应的制动力矩来控制柱塞下降的速度，此时电机由电动机状态转变为发电机状态运行，所产生的能量经能量回馈制动单元6返回电网；当电梯靠站时，微机控制单元5使液控单向阀14中的电磁阀的电磁铁断电，液控单向阀14关闭。为避免冲击，其间交流矢量变频器1带动交流异步电动机3低速反转，等轿厢9完全停止不动时让交流矢量变频器1停车；交流异步电动机3反转过程中液压泵/马达2经由防吸空单向阀12、管路C30和管路D31吸油以维持运转。

液压电梯在下降过程中较为复杂，电梯下降主要是利用负载自重的势能做功，外界基本上无需再给予能量。一般阀控液压电梯下降系统为节流调速系统，即通过调节节流阀开口的大小来控制液压电梯轿厢9的下行速度；而对于变频调速液压电梯，其下行速度控制是利用三相交流异步电动机的发电工作状态来工作的，在电梯下降过程中，柱塞缸7起到的是液压泵的作用，液压泵作为液压马达来使用，而三相交流异步电动机3则作为发电机来使用。

系统其它组成部件中，限速切断阀15安装在靠近柱塞缸7底部，当液控单向阀14至限速切断阀15之间的管路G34、管路F33破裂导致突然失压时，限速切断阀15快速进入工作状态，切断柱塞缸7回油路，使电梯轿厢9安全制动。和限速切断阀15一样，安全阀13和手动泵16在系统处于正常状态时，不参与工作。当系统压力因某种原因达到超常值，安全阀13迅速打开，将压力保持在工作压力上限，防止其继续上升。当系统失电或变频器-电机-泵动力环节出现故障时，手动泵16能将电梯轿厢9上升至期望位置。

当电梯运行过程中液压电梯下行轿厢9蹲底，或由于某些意外原因使液控单向阀14关断，而交流异步电动机3仍在反向运转，则和液压泵/马达2并联的防吸空单向阀12将打开，防止液压泵/马达2吸空而损坏；另外，在冬季液压电梯运行前，油箱21中温度较低，可利用此防吸空单向阀12构成的回路使液压泵/马达2反转对油箱21加温。

该系统配置了压力脉动抑制器10，稳定液压泵/马达2出口压力，抑制压力动态变化时的脉动现象；使压力检测信号稳定，增加系统在压力检测和控制时的稳定性，能够在系统负载压力的油液温度变化的情况下，仍然能够保证电梯启动的平衡性和一致性。

另外，本发明为了提高电梯启动的舒适感，采用了压力比较平衡方法：即把液压泵/马达2出口端实际压力值升高到负载(轿厢9)端实际压力值，作为判断电梯已处于起动临界状态的标志。使用这种方法，要采用两路压力传感器分别检测液控单向阀14进口(即油泵出口)压力P1和液控单向阀14出口(负载侧)的压力P2，两路信号输送到微机控制单元5中进行数据处理和变换后，进行差值计算，当二者差值减小到设定值时，就认为电梯已处于起动的临界状态，可以加载预置的理想曲线运行了。这种方法的突出优点是无论电梯负载如何变化，微机控制单元5都会找到二者压力达到平衡的理想时刻，并从此刻起控制电梯平稳起动。

综上所述，本发明通过如上技术方案的实施，达到了本发明人的发明目的。

Claims (4)

1、一种变频驱动液压电梯控制系统，其主要由变频调速电机加定量泵的电梯上升液压容积控制装置和由液压泵/马达(2)、交流异步电动机(3)、能量回馈制动单元(6)构成的电梯下降能量回收容积调速控制装置二部分构成，其特征在于：微机控制单元(5)连接一个交流矢量变频器(1)与交流异步电动机(3)，交流异步电动机(3)通过联轴器(27)与液压泵/马达(2)同轴相连，在交流异步电动机(3)轴侧设有光电编码器(4)，由其检测的转速信号反馈给交流矢量变频器(1)，构成闭环矢量控制，在液压泵/马达(2)两端分别连接有压力脉动抑制器(10)、过滤器(18)，在液压泵/马达(2)与压力脉动抑制器(10)之间还接有防吸空单向阀(12)、安全阀(13)，压力脉动抑制器(10)的另一端则与液控单向阀(14)、压力传感器(20)连接，在轿厢(9)侧的柱塞(8)及柱塞缸(7)，通过管路H(35)与限速切断阀(15)相接，管路F(33)连接有手动下降阀(17)和手动泵(16)，并与液控单向阀(14)一端的压力传感器(20)相连，交流异步电动机(3)通过联轴器(27)与液压泵/马达(2)刚性同轴连接，液压泵/马达(2)经管路B(29)、压力脉动抑制器(10)、管路A(11)与液控单向阀(14)相连接，液控单向阀(14)通过管路G(34)与管路F(33)相连接，管路F(33)与限速切断阀(15)相连，限速切断阀(15)通过管路H(35)与柱塞缸(7)相连接；安全阀(13)经管路D(31)与管路B(29)相连，以保证液压泵/马达(2)的出油/进油口压力安全，防止液压泵/马达(2)吸空的防吸空单向阀(12)经管路C(30)、管路D(31)与管路B(29)相连，压力传感器(20)接于管路G(34)上以检测液控单向阀(14)出油口压力；手动泵(16)通过管路G(34)、管路F(33)、管路H(35)与柱塞缸(7)相连。

2、如权利要求1所述的变频驱动液压电梯控制系统，其特征在于：所述的柱塞缸(7)和液压泵/马达(2)之间的控制阀及管路连通。

3、如权利要求1所述的变频驱动液压电梯控制系统，其特征在于：所述的微机控制单元(5)用于产生控制信号(26)、(28)、(36)控制液控单向阀(14)和交流矢量变频器(2)、接受检测信号(24)、(25)作为反馈量。

4、一种采用权利要求1所述的变频驱动液压电梯控制系统的控制方法，其特征在于：首先采用两路压力传感器(19)、(20)分别检测液控单向阀(14)进油口压力P1和液控单向阀(14)出油口压力P2，然后将检测到的检测信号(24)、(25)输送到微机控制单元(5)中进行数据处理和变换后，进行差值计算，当二者差值减小到设定值时，加载预置的速度曲线运行。

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