CN2576690Y

CN2576690Y - 圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置

Info

Publication number: CN2576690Y
Application number: CN 02275476
Authority: CN
Inventors: 杨天夫
Original assignee: Harbin Tech Full Industry Co ltd
Current assignee: Harbin Tech Full Industry Co ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2003-10-01
Anticipated expiration: 2012-09-25

Abstract

本实用新型涉及一种圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置重量传感器P输出端、测速传感器V输出端、位置反馈信号L输出端均与主控器MLC输入端电连接，主控器MLC分别与副控器SLC－1和副控器SLC－2电连接，主控器MLC输出端分别与变频调速器FU、交流接触器KM电连接，副控器SLC－2的输出端与轿厢外围显示器的输入端连接，厢位及运行信息由主控上位机那里传给轿厢及门控制单元，完成显示或执行动作，门厅及轿厢的状态及呼叫指令传向上位主控机，形成统一的集中控制电路。本实用新型以直接负载信号为主的新三环控制是直线电机的独有的制动装置，采用变频及反向制动，控制稳定、安全可靠。

Description

圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置

所属领域：本实用新型涉及一种电路控制装置，圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置。

背景技术：一、电梯技术现状：目前广泛应用的旋转电机驱动的电梯，控制装置及其运行质量，已近如人意，它的硬件系统构成均以通用(或专用)编程控器和通用(或专用)变频调速器为主，并辅之以其他驱动，反馈指令及显示器件。而软件—控制程序虽各有千秋，但大致的模式皆为以电流、速度、位置为物理量的闭环控制系统。然而高新技术的发展极富有挑战性，随着直线电机及其控制技术的发展，它也步入了电梯应用领域，而且直接逼近传统电梯的弱点，即直线电机电梯可以实现“无绳、无噪声、无机房”，开创了电梯动力结构及控制方法的新局面。二、新型直线电机电梯的结构及其控制特点：基于新型圆筒型直线感应电机在电梯轿厢两侧打造新颖的双引擎复合动力结构，根据载荷量以多档推力、合理选择组合层次，通过新型控制机制完成新型电梯使用运行。其控制系统继续保留业已成熟的传统电梯硬件控制结构，但在控制机理和软件结构上，必须作较大的方向性及方法性修正。

1、电机次级结构简单，形成弱耦合特性，使控制难度增加。

新型圆筒型直线感应电机，其长次级(兼作初级导轨)为铜套实芯钢柱，由于电机气隙较大，推力特性较软，这种“弱耦合”情况使直线电机的“滑差”增大，即存在较大的滑差性“丢转”现象，这种现象的进一步解释是，传统电机所具有的工作频率与转速的对应规则被打破，以调频进行速度跟踪的一般方法将失去作用。

2、直线电机电梯受承载量影响严重

对传统的旋转电机电梯可以忽略重力加速度的影响，但对直线感应电机电梯却不容忽视，特别是在重载情况下，上与下的控制方法，将截然不同：上则必须动用机组的最大推力；下则以零推力加反向制动方可维持其匀速运行。

3、负载特性在控制应用上作用降低

由于直线感应电机的弱耦合性，导致负载与电机工作电流的相关性减弱，从而使传统的以电机电流来测量负载的观点在很大程度上失去意义，从控制角度而言，依赖以负载—电流特性为核心的控制模式，即广泛应用的电流、速度、位置为参数的三环控制，将无法在直线电机电梯的控制上继续被采用。

发明内容：本实用新型的目的是提供一种载荷不同，能够达到匀速稳定，可靠的控制目的圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：本实用新型为一种圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置，井道WE内安装着两根金属立柱作为次级，金属立柱上安装着圆筒直线电机，轿厢PA下部带有重量感应器P，井道WE底部安装着减震器S3，重量传感器P输出端、测速传感器V输出端、位置反馈信号L输出端均与主控器MLC输入端电连接，主控器MLC分别与副控器SLC-1和副控器SLC-2电连接，主控器MLC输出端分别与变频调速器FU、交流接触器KM电连接，两个副控制器的芯片SLC-1和SLC-2通过RS-485接口与主控芯片F240完成较为经济的通讯联接，箱内选层按钮A5的输出端与副控器SLC-1的输入端电连接，副控器SLC-2的输出端与轿厢外围显示器的输入端连接，厢位及运行信息由主控上位机那里传给轿厢及门控制单元，完成显视或执行动作，门厅及轿厢的状态及呼叫指令传向上位主控机，形成统一的集中控制电路。

本实用新型对直线电机电梯控制方式的特点：

1、以直接负载信号为主的(负载—速度—位置)新三环控制。

在传统电梯轿厢下隐埋的重量传感器，通常只作为超载报警信号源，而新三环控制除了继续保留原有的功能外还以它为第一模拟量输入，作为优先采集与处理的重要物理量，然后才能启动后续程序，这是作为控制实用新型的本装置与其它控制模式之区别所在。

2、直线电机的独有的制动方法

还是根据直线感应电机的弱耦合特性，它不仅可以在最大工作电流状态下运行，甚至可以在相当时间内运行在堵动状态而不会产生不良后果。正是由于这种特性，可以延伸为反向制动，以“电磁磨擦”形式，代替常规旋转电机需要额外附加的“能耗”制动装置。在电梯运行中，尤其在重载下落过程中，必须伴随反向制动，以消除由于重力加速度带来的速度剧增，而保证不致于导致速度失控，维持控制稳定。

3、直线电机的梯级性应用

与旋转电机不同，直线电机电梯可以梯级使用，即可在单台电机内绕组分段并联使用，也可以多台串排列，分级分时使用，根据负载的变化，在控制过程中合理地选择段级(工作台数或组别)，依工作程序有取有舍“量出为入”，节约能源。直线电机应用于的电梯，在额定载荷范围确定之后，可以分级设计多台配置，在控制中灵活地编制多种组合选配程序，达到虽然载荷不同，上下有别，但是能够达到匀速稳定，可靠的控制目的。另外还可以在多台梯级使用中选择固定的反向制动电机(或绕组)执行的制动功能，也可以在允许的时间间隔内驱动正向工作电机(绕组)执行反向制动任务。

4、直线电机电梯新控制模型概述

仍然依托常规旋转电机电梯硬件系统，即包含编程控制器和变频调速器为基本构成的集成化模块组合，或上述两种通用性机型。在编制程序过程中，优先采集负载信号其次采集方向信号共同进入一个综合比较程序模型，使主程序首先经过一个选择程序模型，进而确定一组适合的电机(绕组)工作组别及其与之对应的工作频率范围。然后再进入速度稳定性控制程序及其他和常规电梯相同的一般化控制程序。

5、控制装置基本结构及控制程序简述。

作为新型电梯的实用新型控制装置中的硬件系统仍然采用可编程序控制器及变频调速器，可用专用或通用设备(如PLC)也可用分布式功能化集成模块组合，变频调速的同样也有这两种结构形式。本实用新型控制系统主要体现在由于新的控制理念及其特有的与传统相异的运行模式，而这种差异的具体表现就在于控制软件的应用程序设计方面。直线电机双引擎无绳电梯运行程序与传统电梯差异较大的部分程序是双引擎多台电机的动力实时运行管理及与负载输入相关的诸多子程序，再加上变频及反向制动，便形成了比传统电梯控制复杂的多种动力组合需要判断与选择等管理程序。

6、关于具体应用电路的选择

直线电机双引擎无绳电梯的控制并不依赖于某种特殊功能电路或器件的应用，完全可以依托市场现有的通用的产品为开发平台实现其控制功能。

附图说明：

图1为本实用新型控制电路原理图

具体实施方式：

图1所列标记注解为：WE—井道 PA—轿厢 PLC—编程控制器 PU—变频调速器 MLC—主控制板 SLC-1—副控制器1 SLC-2—副控制器2 FU—变频调速器 P—重量反馈信号 w-门厅轿厢指令 v-速度反馈信号 S-厢位显示信号 L—位置反馈信号 GD—直流电源 FS—保护断路器 KM—交流接触器 M1，2—圆筒型直线电机 C1，2—长次级钢柱 B1，2—电磁制动抱闸 v—测速传感器 P—重量传感器 L1-4—厢外层位显示牌 L5—厢内层位显示牌 A1-4—厢外叫停按钮 A5—厢内选层按钮 H1-6—井道定位接近开关 s1，2—机组复位弹簧 S3—轿厢缓冲弹簧

如图1所示的本实用新型为一种圆筒式直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置，井道WE内安装着两根金属立柱作为次级，金属立柱上安装着圆筒直线电机，轿厢PA下部带有重量感应器P，井道WE底部安装着减震器S3，重量传感器P输出端、测速传感器V输出端、位置反馈信号L输出端均与主控器MLC输入端电连接，主控器MLC分别与副控器SLC-1和副控器SLC-2电连接，主控器MLC输出端分别与变频调速器FU、交流接触器KM电连接，两个副控制器的芯片SLC-1和SLC-2通过RS-485接口与主控芯片F240完成较为经济的通讯联接，箱内选层按钮A5的输出端与副控器SLC-1的输入端电连接，副控器SLC-2的输出端与轿厢外围显示器的输入端连接，厢位及运行信息由主控上位机那里传给轿厢及门控制单元，完成显视或执行动作，门厅及轿厢的状态及呼叫指令传向上位主控机，形成统一的集中控制电路。圆筒式直线电机的驱动方式为：双引擎工作制式与承载量相对应关系分别是：空载WZ与轻载W1时左右各一台电机运行；中载W2时左右各两台电机运行；重载W3时左右各三台电机运行；超载WS时给出警报声响信号表示拒载，直到撤载到重载线以下，按重载接受再运行，六台套三梯级动力组合将以正向运行、反向制动、多台正反间或等组合运行方式使电梯可承载限额以内的输送任务。

本实施例以浙江大学开发的直线感应电机电梯控制系统所选择的TI系列中的TMS320F240(美国德州仪器公司1997年推出)主控制板以及日本三菱公司的逆变器模块共同组合而成。

1.主控制器TMS320F240(CPU System)是面向新型交流电机的高性能、高速度集成主电路板，具有DSP内核及下述功能部件：指令周期50ns，运算能力20MIPS；16K字节只读存储器ROM/Flash，544K字节随机存储器RAM；16×16位并行乘法器；具有独立的数据总线及地址总线；支持32位运算的算术/逻辑累加器；八个十六位辅助寄存器；双八路十位ADC；二十八个独立的可编程的输入输出接口(I/O)；看门狗，定时器，SPI、SCI串行接口；专用于电机控制的事件管理器(event manager)。

另外，该主板内还备有为设计者提供了可给出高性能电机控制方案的片内优化事件管理器，其中包括如下五个部分：(1)12个比较脉冲宽度(PWM)通道；(2)三个十六位通用定时器，可用于六种模式，包括连续启动及启/停计数；(3)三个带死区的全比较单元；(4)三个十六位简单比较单元；(5)四个事件捕获单元。不能不说该芯片所特有的这些功能对开发新型电梯的控制系统提供了极为有利的软件环境。

主控制器F240作为控制核心将由它直接完成直线电机动力组合的启停及维持匀速运行等电梯主要状态的控制。

2.副控制器由单片机MCS51组成，它们将以较多的通道分担一般性轿厢及门厅控制，两个副控制芯片MCS51通过RS-485接口与主控芯片F240完成较为经济的通讯联接，一方面把厢位及运行信息从主控上位机那里传给轿厢及门控制单元完成显视或执行动作，另一方面将门厅及轿厢的状态及呼叫指令传向上位主控机因而形成了统一的集中控制系统。

3.关于I/O接口的分配。由于控制系统的主副结构分明也是接口分工显得格外明朗，即主要输入与输出信号处理皆由主控制器承担，而一些辅助性控制虽然数量较大但由于其处理难度较小就由副控制器承担。

具体地说，最为重要的输入信号：即电梯净载重量模拟量输入信号、标志电梯速度的高密度窄脉冲输入信号以及轿厢位置等信号必须由F240主芯片接受并处理；最为重要的动力组合-双引擎直线电机的启停及其工作频率的给定也必须由主芯片F240来输出。而门厅和轿厢的呼叫输入信号以及轿厢门厅的位显示输出信号则皆由副控制器MCS51给出。

4.净载划分与动力工作制式。根据直线电机的运行特性并考虑到动力组合的经济性使用原则，必须制订一套按着净载重量差别来合理配置动力资源的调度方案，并将其量化以后成为程序运行的基础数据。

(a)由INPUT1——I0000输入接口给出的模拟信号将确切地与电梯承载重量相对应，且将其划分为如下等级：超载级WS、重载级W3、中载级W2、轻载级W1及空载级WZ共五个级别(它们都各自对应于具体的数字区域内)，即任意载荷必属于上述集合。

(b)上升与下降——直线电机电梯必须考虑重力加速度的严重影响，即在有载下降时电机应作反向制动。而这一升降信号则来自于运行前的轿厢与门厅呼叫。

(c)双引擎工作制式与承载量相对应关系分别是：空载WZ与轻载W1时左右各一台电机运行；中载W2时左右各两台电机运行；重载W3时左右各三台电机运行；超载WS时给出警报声响信号表示拒载，直到撤载到重载线以下，按重载接受再运行。六台套三梯级动力组合将以正向运行、反向制动、多台正反间或等组合运行方式使电梯可承载限额以内的输送任务。当电梯启用时一俟承载物进入轿厢，便依据(a)(b)输入所给予的条件由控制程序迅即决定在(c)中选择一种相应的动力组合并完成电梯的预定运行。

3.程序执行基本逻辑过程及其物理解释

(a)给电后控制程序开始运行并使监控系统进入初始化状态，此时系统开始快速周期地访问全部外部接口，不断记录、更新各输入接口的状态数据，并且随即进入电梯的使用呼叫指令等待状态。

(b)如轿厢在一层位已接受某一负荷W，它将被置于厢底的重量传感器所测定并迅即通过INPUT1——I0000输入接口传给主控器F240并进入一个比较子程序进行比较运算，将其所属重量级确定(比如为中载W2)下来并继续等待厢内的去向信号。

一旦由轿厢给出三层位去向及执行指令(关门)后，程序将重量信号和去向信号相与共同选择中载正转运行方式，随即形成输出指令直接驱动相应终端功率输出器，并由它们接通交流接触器使四台直线电机将中载向上输送。

(C)在电机把承载物向上输送的过程中电路仍然连续访问输入接口INPUT2——I0001并将电梯升速脉冲的单位时间数量不断地与(确定的匀速度所对应的)标准量进行比较而且还不断地由速度控制子程序启用调节数学模型通过对变频器输出接口：OUT7——Q1006、OUT8——Q1007、OUT9——Q1008连续进行速度矫正，使电梯保持匀速上升直到三层位信号接受为止。

应该指出的是电梯匀速控制是比较重要且为复杂的典型控制课题。但直线电机电梯更有较大的难度，这是由于很多在旋转电机应用中的线性化或近似线性化数学模型变成了非线性化，进而形成了数学分析方法及数值化过程的增加。当然由于现代控制技术已经计算机化，无论硬件还是软件功能都以达到相当丰富与完善的地步，所以几乎不存在无法解决的控制难题。

Claims

1、一种圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置，其特征是：井道WE内安装着两根金属立柱作为次级，金属立柱上安装着圆筒直线电机，轿厢PA下部带有重量感应器P，井道WE底部安装着减震器S3，重量传感器P输出端、测速传感器V输出端、位置反馈信号L输出端均与主控器MLC输入端电连接，主控器MLC分别与副控器SLC-1和副控器SLC-2电连接，主控器MLC输出端分别与变频调速器FU、交流接触器KM电连接，两个副控制器的芯片SLC-1和SLC-2通过RS-485接口与主控芯片F240完成较为经济的通讯联接，箱内选层按钮A5的输出端与副控器SLC-1的输入端电连接，副控器SLC-2的输出端与轿厢外围显示器的输入端连接，厢位及运行信息由主控上位机那里传给轿厢及门控制单元，完成显视或执行动作，门厅及轿厢的状态及呼叫指令传向上位主控机，形成统一的集中控制电路。

2、根据权利要求1所述的一种圆筒型直线电机驱动的双引擎无绳电梯控制装置，其特征是：圆筒型直线电机的驱动方式为：双引擎工作制式与承载量相对应关系分别是：空载WZ与轻载W1时左右各一台电机运行；中载W2时左右各两台电机运行；重载W3时左右各三台电机运行；超载WS时给出警报声响信号表示拒载，直到撤载到重载线以下，按重载接受再运行，六台套三梯级动力组合将以正向运行、反向制动、多台正反间或等组合运行方式使电梯可承载限额以内的输送任务。