CN216037978U - 一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，系统包括待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置；待验证装置包括电梯控制柜及电梯曳引机，负载模拟装置包括负载控制柜和负载电机；负载控制柜与电流传感器闭环连接；负载电机与电梯曳引机的动力输出端传动连接；验证控制装置分别与所述电梯控制柜和负载控制柜电连接；电梯控制柜向验证控制装置及负载控制柜发出起动或停止指令，负载模拟装置根据此指令同步实现负载的加载及停止；本实用新型可以在地面高精度完成电梯运行工况的模拟，实现开发中控制柜可靠性的匹配验证，特别是其主回路中的功率模块的功率循环及热循环寿命等性能验证，而不占用井道资源，缩短验证周期及减少资源的耗费。

Description

一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统

技术领域

本实用新型涉及电梯技术领域，特别地是一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统。

背景技术

一般电梯控制柜可靠性测试都是在塔上安装完整的电梯样机进行验证，以轿厢满载或自定义轿厢负载按一定的运行模式连续周期性测试，验证电梯极限工况时的主回路部件(如功率模块等)的温升是否满足设计要求的同时，通过加速模拟电梯整个生命设计周期的运行工况进而达到控制柜可靠性验证的目的。由于电梯样梯井道高度不够、上班高峰(满载上行-空载下行)、下班高峰(空载上行-满载下行)难以模拟等限制，目前塔上样梯验证控制柜可靠性还存在不足。

一些现有的电梯等效试验装置主要进行电梯系统功能逻辑上的验证及曳引机的脉动转矩、电机电气特性、制动性能及寿命试验验证等。但是对于控制柜变频驱动的功率模块(IPM、PIM、IGBT及整流桥)的性能及寿命测试则无法满足。主要难点是功率模块为高发热器件，虽然其附加了散热片及风扇等散热设计，但是电梯加速瞬间变频器电流会急速增大进而导致功率模块温度的急速上升，功率模块结温的高低直接影响其寿命，而影响电梯加速电流大小主要是整个电梯的惯量及负载大小，因此用飞轮模拟电梯惯量的试验装置其飞轮要制作得非常精确，目前不可调惯量的飞轮无法做到真实精确模拟，其加速电流曲线会失真，功率模块结温测试不准确，长期以这种工况运行更是无法准确验证其寿命。

同时，我们知道电梯在起动前打开抱闸的瞬间为了防止由于轿厢与对重不平衡产生的重力差导致倒溜的情况，控制柜变频器会给出一个等大反向的补偿力矩，使电机保持零速状态，功率模块在低频开通的状态下温度也会急剧上升，这个状态需要在地面等效装置中真实模拟，即需要在这时进行相应力矩加载。而公告号为CN106986246B的授权专利是根据曳引机转速信号来实现负载加载的动态模拟，这种控制方式无法实现抱闸打开前后瞬间的模拟加载，其要实现零转速加载则会造成负载主机在停梯时的负载电机长期堵转的现象，即造成负载电机的长期短路发热及功率模块的低频开通急剧发热，缩短电机及变频器功率模块的使用寿命甚至烧毁。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统及方法，可以在地面完成电梯开发中控制柜可靠性的匹配验证，而不占用井道资源，缩短验证周期及减少资源的耗费。

本实用新型通过以下技术方案实现的：

一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，包括待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置；所述待验证装置包括电梯控制柜及电梯曳引机，所述电梯控制柜与所述电梯曳引机电连接；所述负载模拟装置包括负载控制柜和负载电机；所述负载控制柜与电流传感器闭环连接；所述负载电机与所述电梯曳引机的动力输出端传动连接；所述验证控制装置分别与所述电梯控制柜和所述负载控制柜电连接。

进一步地，所述验证控制装置包括温度检测及显示模块、负载电流输入模块和层高信息输入模块；所述验证控制装置的急停开关及温度限制继电器串联在所述电梯控制柜的安全回路当中，所述电梯控制柜向所述验证控制装置及所述负载控制柜发出起动或停止指令，所述负载模拟装置根据此指令同步实现负载的加载及停止。

进一步地，所述负载控制柜包含负载力矩电流控制模块；所述负载电流输入模块将指令输送到所述负载力矩电流控制模块，所述负载力矩电流控制模块分别与所述电流传感器及所述负载电机、所述曳引机电机构成闭环连接。

进一步地，所述温度检测模块包含的温度传感器设置在所述电梯控制柜内所需测试的部件中，用于实时监控各测试点的温度，并在设定值温度值以上时输出报警或停止指令。

进一步地，所述温度显示模块用于显示各温度传感器的实时数值及输入温度限制值，同时生成相应时间曲线并自动保存在所述验证控制装置内存或硬盘当中。

进一步地，所述负载电流输入模块根据塔上电梯运行电流曲线数据拾取出电梯上下行运行的关键时间点，用于负载电流闭环控制的前馈时间控制；所述负载电流输入模块将处理后的数据转换成模拟量后传送到所述负载力矩电流控制模块；所述负载力矩电流控制模块按设定曲线驱动负载电机输出负载力矩，再通过所述电流传感器实时监测待验证装置克服此力矩而给出的电梯曳引机电机电流，再将电流数据反馈给到所述负载力矩电流控制模块实现模拟加载的闭环控制。

进一步地，所述层高信息输入模块根据实际的电梯层高及电梯提升高输入相应信息，复用电梯曳引机编码器信号实现楼层平层及限位开关信号的模拟，所述电梯控制柜根据电梯曳引机编码器信号实现距离控制。

进一步地，所述电流传感器装设在所述电梯控制柜与所述电梯曳引机的动力电线上，所述电流传感器用于采集所述电梯曳引机的实时电流。

进一步地，还包括基础及基座和电源设备；所述电梯曳引机和所述负载电机均架设安装在所述基础及基座上；所述电源设备用于所述电梯控制柜、负载控制柜及验证控制装置的供电。

进一步地，一种电梯控制柜可靠性地面等效验证方法，包括以下步骤：

步骤S1：首先确认负载模拟装置的额定输出功率大于等于待验证装置的额定输出功率，并将待验证电梯曳引机安装到安装位，并将所述电梯曳引机的动力输出端与所述负载模拟装置动力连接，将待验证电梯控制柜与所述电梯曳引机及验证控制装置电连接；

步骤S2：将验证控制装置温度检测模块引出的温度传感器设置或预埋在待验证电梯控制柜内所需测试的部件中，将电流传感器磁环套接到电梯控制柜与电梯曳引机的动力电线上；

步骤S3：用示波器获取待验证装置或者与验证装置相同规格的塔上电梯样梯全程上下运行一周期的电机电流有效值曲线；

步骤S4：将步骤S3示波器获取的电流曲线转化为规律采样率的数据文件；

步骤S5：将步骤S4得到的数据文件导入或输入验证控制装置中负载电流输入模块，负载电流输入模块自动识别数据关键起始点，使负载模拟装置可在待验证电梯控制柜起动时同步施加反向的等值转矩负载；同时，负载电流输入模块将处理后的数据传输到负载控制柜中电流曲线生成模块，用以生成负载模拟力矩，此力矩的输出与电流传感器构成闭环控制；

步骤S6：根据待验证的电梯控制柜运行工况对验证控制装置设置电梯运行参数，其中，电梯层高、电梯提升高H，如果步骤S3实测的电流曲线数据对应塔上电梯提升高度小于所需测试的高度，需要进行修正：增加运行时间T＝(H_验证-H_实测)/V_{电梯额定速度},负载模拟力矩曲线自动在中间匀速段增加时间长度为T的匀速力矩模拟量；又如，模拟上班高峰——满载上行、空载下行工况，则步骤S3需要分别测出满载上行全程、空载下行全程的电流曲线，分别输入验证控制装置，负载电流输入模块自动合成整个运行周期曲线，反之，下班高峰——空载上行、满载下行工况也用同样方法实现，同时输入待验证的电梯控制柜所监测主要部件的温升使用限值；

步骤S7：通过验证控制装置读取模拟运行中控制柜主要部件的温升情况、电梯曳引机运行电流和运行次数。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过设置的待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置组成的电梯地面等效验证系统，可以在地面高精度完成电梯运行工况的模拟，实现开发中控制柜可靠性的匹配验证，特别是其主回路中的功率模块的功率循环及热循环寿命等性能验证，而不占用井道资源，缩短验证周期及减少资源的耗费。本实用新型的方法最大程度减少负载主机在停梯时负载电机长期堵转现象及负载控制柜功率模块低频开通时间，进而避免负载电机的长期短路发热烧毁及功率模块零速开通时其结温的超标。

附图说明

图1为本实用新型实施例电梯控制柜可靠性地面等效验证系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例以电梯满载上下运行、上班高峰工况为例进行控制柜可靠性验证流程图。

附图中：1-电梯曳引机；2-电梯控制柜；3-负载电机；4-负载控制柜；5-验证控制装置；6-电流传感器；7-电源设备；8-联轴器；9-基础及基座；10-温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此以本实用新型的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此以本实用新型的示意性实施例及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1所示，一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，包括待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置5；所述待验证装置包括电梯控制柜2及电梯曳引机1，所述电梯控制柜2与所述电梯曳引机1电连接；所述负载模拟装置包括负载控制柜4和负载电机3；所述负载控制柜4与电流传感器6闭环连接；所述负载电机3与所述电梯曳引机1的动力输出端传动连接；所述验证控制装置5分别与所述电梯控制柜2和所述负载控制柜4电连接。需要说明的是，电梯曳引机1与负载电机3的动力输出端连接优选联轴器8；电流传感器6优选电流钳表或霍尔传感器；本实用新型通过设置的待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置5组成的电梯地面等效验证系统，可以在地面完成电梯开发中控制柜可靠性的匹配验证，而不占用井道资源，缩短验证周期及减少资源的耗费。

具体的，本实施例方案中，所述验证控制装置5包括温度检测及显示模块、负载电流输入模块和层高信息输入模块；所述验证控制装置5的急停开关及温度限制继电器串联在所述电梯控制柜2的安全回路当中，所述电梯控制柜2向所述验证控制装置5及所述负载控制柜4发出起动或停止指令，所述负载模拟装置根据此指令同步实现负载的加载及停止。需要说明的是，此控制方法的优点是：最大程度减少负载主机在停梯时负载电机3长期堵转现象及负载控制柜4功率模块低频开通时间，进而避免负载电机3的长期短路发热烧毁及功率模块零速开通时其结温的超标。

具体的，本实施例方案中，所述负载控制柜4包含负载力矩电流控制模块；所述负载电流输入模块将指令输送到所述负载力矩电流控制模块，所述负载力矩电流控制模块分别与所述电流传感器6及所述负载电机3构成闭环连接。

具体的，本实施例方案中，所述温度检测模块包含的温度传感器10设置在所述电梯控制柜2内所需测试的部件中，用于实时监控各测试点的温度，并在设定值温度值以上时输出报警或停止指令。防止试验过程中由于所测部件温度过高引起的相应事故。

具体的，本实施例方案中，所述温度显示模块用于显示各温度传感器10的实时数值及输入温度限制值，同时生成相应时间曲线并自动保存在所述验证控制装置5内存或硬盘当中。

具体的，本实施例方案中，负载电流输入模块，其由外部输入电梯实际塔上电流运行曲线(RMS)的相关数据(优选EXCEL及MATLAB，数字量)；所述负载电流输入模块根据曲线数据拾取出电梯上下行运行的关键时间点(电梯上行起动点、电梯下行起动点)，用于负载电流闭环控制的前馈时间控制；需要说明的是，由于闭环反馈控制滞后的固有特性，需进行前馈校正，使其达到电梯塔上运行电流曲线的一致性，前馈控制的时间介入点必须准确；所述负载电流输入模块将处理后的数据(分为三种模式：①满载周期运行模式、②上班高峰运行模式、③下班高峰运行模式)转换成模拟量后传送到所述负载力矩电流控制模块；所述负载力矩电流控制模块按设定电流曲线驱动负载电机3输出负载力矩，再通过所述电流传感器6实时监测待验证装置克服此力矩而给出的电梯曳引机1电机电流，再将监测电流数据反馈给到所述负载力矩电流控制模块实现模拟加载的闭环控制。同时，由于负载电机3与曳引机电机的性能参数有所差异，如两者的效率η及功率因素PF不同时需等价折算，电流传感器6输出电流需

(其中：负载电机为η、PF，曳引机电机3为η'、PF')。

具体的，本实施例方案中，所述层高信息输入模块根据实际的电梯层高及电梯提升高输入相应信息，复用电梯曳引机1编码器信号实现楼层平层及限位开关信号的模拟，优选PLC实现，所述电梯控制柜2根据电梯曳引机1编码器信号实现距离控制。

具体的，本实施例方案中，所述电流传感器6装设在所述电梯控制柜2与所述电梯曳引机1的动力电线某一相上，优选U相，所述电流传感器6用于采集所述电梯曳引机1的实时电流。

具体的，本实施例方案中，还包括基础及基座9和电源设备7；所述电梯曳引机1和所述负载电机3均架设安装在所述基础及基座9上；所述电源设备7用于所述电梯控制柜2、负载控制柜4及验证控制装置5的供电。

如图2所示，具体的，本实施例方案中，一种电梯控制柜可靠性地面等效验证方法，包括以下步骤：

步骤S1：首先确认负载模拟装置的额定输出功率大于等于待验证装置的额定输出功率，并将待验证电梯曳引机1安装到安装位，并将所述电梯曳引机1的动力输出端与所述负载模拟装置动力连接，将待验证电梯控制柜2与所述电梯曳引机1及验证控制装置5电连接；

步骤S2：将验证控制装置5温度检测模块引出的温度传感器10设置或预埋在待验证电梯控制柜2内所需测试的部件中(如功率模块、母线电容、电抗器等)，将电流传感器6磁环套接到电梯控制柜2与电梯曳引机1的动力电线上；

步骤S3：用示波器获取待验证装置或者与验证装置相同规格的塔上电梯样梯全程上下运行一周期的电机电流有效值曲线；

步骤S4：将步骤S3示波器获取的电流曲线转化为规律采样率的数据文件，优选EXCEL、MATLAB数据；

步骤S5：将步骤S4得到的数据文件导入或输入验证控制装置5中负载电流输入模块，负载电流输入模块自动识别数据关键起始点(电梯上行起动补偿加力点、电梯下行起动补偿加力点)，使负载模拟装置可在待验证电梯控制柜2起动时同步施加反向的等值转矩负载；同时，负载电流输入模块将处理后的数据传输到负载控制柜4中电流曲线(模拟量)生成模块，用以生成负载模拟力矩，此力矩的输出与电流传感器6构成闭环控制；

步骤S6：根据待验证的电梯控制柜2运行工况对验证控制装置5设置电梯运行参数，其中，电梯层高、电梯提升高H，如果步骤S3实测的电流曲线数据对应塔上电梯提升高度小于所需测试的高度，需要进行修正：增加运行时间T＝(H_验证-H_实测)/V_{电梯额定速度}，负载模拟力矩曲线自动在中间匀速段增加时间长度为T的匀速力矩模拟量；又如，模拟上班高峰——满载上行、空载下行工况(反之，下班高峰——空载上行、满载下行)，则步骤S3需要分别测出满载上行全程、空载下行全程的电流曲线，分别输入验证控制装置5，负载电流输入模块自动合成整个运行周期曲线，同时输入待验证的电梯控制柜2所监测主要部件的温升使用限值(如在电机机房布置时，数据折算到环境温度为40℃时的温升值)；

步骤S7：通过验证控制装置5读取模拟运行中控制柜主要部件(功率模块等)的温升情况、电梯曳引机1运行电流和运行次数。

以电梯满载上下运行、上班高峰工况为例进行控制柜可靠性(含主回路部件的性能)验证流程图见图2。

本实用新型通过设置的待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置5组成的电梯地面等效验证系统，可以在地面高精度完成电梯运行工况的模拟，实现开发中控制柜可靠性的匹配验证，特别是其主回路中的功率模块的功率循环及热循环寿命等性能验证，而不占用井道资源，缩短验证周期及减少资源的耗费。本实用新型的方法最大程度减少负载主机在停梯时负载电机3长期堵转现象及负载控制柜4功率模块低频开通时间，进而避免负载电机3的长期短路发热烧毁及功率模块零速开通时其结温的超标。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以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实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：包括待验证装置、负载模拟装置和验证控制装置；所述待验证装置包括电梯控制柜及电梯曳引机，所述电梯控制柜与所述电梯曳引机电连接；所述负载模拟装置包括负载控制柜和负载电机；所述负载控制柜与电流传感器闭环连接；所述负载电机与所述电梯曳引机的动力输出端传动连接；所述验证控制装置分别与所述电梯控制柜和所述负载控制柜电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：所述验证控制装置包括温度检测及显示模块、负载电流输入模块和层高信息输入模块；所述验证控制装置的急停开关及温度限制继电器串联在所述电梯控制柜的安全回路当中，所述电梯控制柜向所述验证控制装置及所述负载控制柜发出起动或停止指令，所述负载模拟装置根据此指令同步实现负载的加载及停止。

3.根据权利要求2所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：所述负载控制柜包含负载力矩电流控制模块；所述负载电流输入模块将指令输送到所述负载力矩电流控制模块，所述负载力矩电流控制模块分别与所述电流传感器及所述负载电机构成闭环连接。

4.根据权利要求2所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：还包括温度检测模块；所述温度检测模块包含的温度传感器设置在所述电梯控制柜内所需测试的部件中，用于实时监控各测试点的温度，并在设定值温度值以上时输出报警或停止指令。

5.根据权利要求2所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：还包括温度显示模块；所述温度显示模块用于显示各温度传感器的实时数值及输入温度限制值，同时生成相应时间曲线并自动保存在所述验证控制装置内存或硬盘当中。

6.根据权利要求3所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：所述负载电流输入模块根据塔上电梯运行电流曲线数据拾取出电梯上下行运行的关键时间点，用于负载电流闭环控制的前馈时间控制；所述负载电流输入模块将处理后的数据转换成模拟量后传送到所述负载力矩电流控制模块；所述负载力矩电流控制模块按设定曲线驱动负载电机输出负载力矩，再通过所述电流传感器实时监测待验证装置克服此力矩而给出的电梯曳引机电机电流，再将电流数据反馈给到所述负载力矩电流控制模块实现模拟加载的闭环控制。

7.根据权利要求2所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：所述层高信息输入模块根据实际的电梯层高及电梯提升高输入相应信息，复用电梯曳引机编码器信号实现楼层平层及限位开关信号的模拟，所述电梯控制柜根据电梯曳引机编码器信号实现距离控制。

8.根据权利要求1所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：所述电流传感器装设在所述电梯控制柜与所述电梯曳引机的动力电线上，所述电流传感器用于采集所述电梯曳引机的实时电流。

9.根据权利要求1所述的一种电梯控制柜可靠性地面等效验证系统，其特征在于：还包括基础及基座和电源设备；所述电梯曳引机和所述负载电机均架设安装在所述基础及基座上；所述电源设备用于所述电梯控制柜、负载控制柜及验证控制装置的供电。

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