靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統中的應用

1 電梯控制簡(jiǎn)介

電梯是現代建筑內關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的重要交通工具。如何提高電梯的運行效率、降低電梯能耗以及減少機械磨損、延長(cháng)電梯的使用壽命，都是非常重要的研究課題。電梯是樓層用以固定提升的成套設備，具有安全可靠、乘坐舒適、停層準確、操作簡(jiǎn)便、運輸效率高等特點(diǎn)。它由提升曳引系統、引導系統、安全裝置和電控系統組成。

目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運行狀態(tài)和功能的設定，實(shí)現電梯的自動(dòng)調度和集選運行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來(lái)完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實(shí)現信號集選控制。從控制方式和性能上來(lái)說(shuō)，這兩種方法并沒(méi)有太大的區別。國內廠(chǎng)家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規模較小，自己設計和制造微機控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設計方便靈活。本設計在用三菱 FX2系列PLC控制靜磁柵位移傳感器實(shí)現電梯平層控制。

靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統中的作用為電梯平層控制的調整，電控系統是電梯的“中樞神經(jīng)”，其質(zhì)量的好與壞直接影響電梯質(zhì)量?？吞莺歪t用梯都講究乘坐舒適，而舒適感與運行時(shí)間有關(guān)。要想乘坐舒適，就要延長(cháng)加、減速時(shí)間，因而使運行時(shí)間隨之延長(cháng)，電梯運行效率降低。所以，為了使電梯具有較高的運行效率，加減速度應該有一個(gè)合適的限度，而且變化要平穩，這就對電控系統提出了如下要求：

安全可靠，排除故障方便，在滿(mǎn)足使用要求前提下，線(xiàn)路越簡(jiǎn)單越好。
噪聲和振動(dòng)小，選擇元件要合理，電磁聲不能大，安裝零件的結構件要有足夠剛度，且有防松措施。
能適應頻繁起動(dòng)、停止、調整及換向的工作要求，調速性能好，工作方式易于轉換。加、減速和等速要平穩，速度曲線(xiàn)平滑，到站前無(wú)微動(dòng)。
能實(shí)現自動(dòng)平層，且平層必須準確。
能適應在較大范圍內變動(dòng)地提升載荷，能重載起動(dòng)。
根據電梯運行的特點(diǎn)及以上要求，電梯的運行速度應當符合圖1所示曲線(xiàn)。平層誤差應符合表1規定。

2 靜磁柵位移傳感器簡(jiǎn)介

靜磁柵位移傳感器由“靜磁柵源”和“靜磁柵尺”兩部分結合使用。“靜磁柵源”使用鋁合金壓封無(wú)源釹鐵硼磁柵組成磁柵編碼陣列；“靜磁柵尺”用內藏嵌入式微處理器系統的特制高強度鋁合金管材封裝，使用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器件組成霍爾編碼陣列，鋁合金管材外部使用防氧化鍍塑處理。“靜磁柵源”沿“靜磁柵尺”軸線(xiàn)作無(wú)接觸（相對間隙寬容度和相對姿態(tài)寬容度達50mm）相對運動(dòng)時(shí)，由“靜磁柵尺”解析出數字化位移信息，直接產(chǎn)生高于毫米數量級的位移量數字信號。充分發(fā)掘嵌入式微處理器的資源，將數據更新速度提高到毫秒數量級，以便能適應5m/S以下運動(dòng)速度的位移響應。

3 產(chǎn)品綜合特點(diǎn)

使用壽命長(cháng):無(wú)接觸檢測位置及角度，避免了機械損傷，理論上無(wú)壽命極限;
抗惡劣環(huán)境:－40℃至＋100℃工作溫度范圍，連續高粉塵、泥漿、水下及高撞擊、 強振動(dòng)工作環(huán)境;
直接絕對型測量:直接指示位移毫米數或旋轉角度數，無(wú)需換算，不怕掉電，任意定位控制;
量程極長(cháng)，分辨率適中:260毫米-2000米長(cháng)度量程，分辨率0.2mm-1mm;
極豐富的數據接口:4-20mA、1-5V等模擬量輸出，各類(lèi)串并行數據接口以及 PROFIBUS等各種現場(chǎng)總線(xiàn);
安裝維護方便:在保持適度間隙的條件下,無(wú)約束安裝運行。
4 PLC控制靜磁柵位移傳感器實(shí)現電梯平層控制

要使電梯到達平層區域后能自動(dòng)平層，必須有一套自動(dòng)控制系統，即電梯的自動(dòng)控制裝置。該裝置的控制部分是靜磁柵位移傳感器，以30層電梯為例，安裝圖如下圖所示。


上圖所示轎廂處于地下層上面的第一層，靜磁柵源安裝于電梯井道和室外層平行，每層一個(gè)，靜磁柵尺安裝于轎廂上，長(cháng)度為1.2米，地下層安裝兩個(gè)靜磁柵源，用于檢測轎廂是否到底位和運動(dòng)方向。

由于電梯的運行是根據樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機的，因此，系統控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現電梯的基本控制要求的基礎上，根據隨機的輸入信號，以及電梯的相應狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運行。另外，轎廂的位置是由靜磁柵位移傳感器確定，并送 PLC的計數器來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設置一個(gè)靜磁柵源用于檢測系統的樓層信號。

a. 當電梯定向上行時(shí)，靜磁柵尺上行方向檢測到靜磁柵源，抱閘打開(kāi)，電梯上行。當轎廂碰到上強迫換速開(kāi)關(guān)時(shí)，PLC內部鎖存繼電器得電吸合，定時(shí)器Tim10、Tim11開(kāi)始定時(shí)，其定時(shí)的時(shí)間長(cháng)短可視端站層距和梯速設定。上強迫換速開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，電梯由快車(chē)運行轉為慢車(chē)運行，正常情況下，上行平層時(shí)電梯應停車(chē)。如果轎廂未停而繼續上行，當Tim10設定值減到零時(shí)，其常閉點(diǎn)斷開(kāi)，慢車(chē)接觸器和上行接觸器失電，電梯停止運行。在驕廂碰到上強迫換速開(kāi)關(guān)后，由于某些原因電梯未能轉為慢車(chē)運行，及快車(chē)運行接觸器未能釋放，當Tim11　設定值減到零時(shí)，其常閉點(diǎn)斷開(kāi)，快車(chē)運行接觸器和上行接觸器均失電，電梯停止運行。因此，不管是慢車(chē)運行還是快車(chē)運行，只要上強迫換速開(kāi)關(guān)發(fā)出信號，不論端站其他保護開(kāi)關(guān)是否動(dòng)作，借助Tim10和Tim11均能使電梯停止運行，從而使電梯端站保護更加可靠。

b. 當電梯需要下行，只要有了選梯指令，下行方向繼電器得電其常開(kāi)點(diǎn)閉合，鎖存繼電器被復位，Tim10和Tim11均失電，其常閉點(diǎn)閉合為電梯正常下行做好了準備。下端站的保護原理與上端站保護類(lèi)似不再重復。

c. 樓層計數采用相對計數方式。運行前通過(guò)自學(xué)習方式，測出相應樓層高度脈沖數，對應30層電梯分別存入30個(gè)內存單元DM06～DM21。樓層計數器（CNT46）為一雙向計數器，當到達各層的樓層計數點(diǎn)時(shí)，根據運行方向進(jìn)行加1或減1計數。運行中，高速計數器累計值實(shí)時(shí)與樓層計數點(diǎn)對應的脈沖數進(jìn)行比較，相等時(shí)發(fā)出樓層計數信號，上行加1，下行減1。為防止計數器在計數脈沖高電平期間重復計數，采用樓層計數信號上沿觸發(fā)樓層計數。

d. 當高速計數器值與快速換速點(diǎn)對應的脈沖數相等時(shí)，若電梯處于快速運行且本層有選層信號，發(fā)快速換速信號。若電梯中速運行或雖快速運行但本層無(wú)選層信號，則不發(fā)換速信號。

e. 門(mén)區信號；當高速計數器CNT47數值在門(mén)區所對應脈沖數范圍內時(shí)，發(fā)門(mén)區信號?！?/span>

5 軟件設計特點(diǎn)

根據電梯所處的位置和運行方向，在編程中，采用了四個(gè)優(yōu)先級隊列，即上行優(yōu)先級隊列、上行次優(yōu)先級隊列、下行優(yōu)先級隊列、下行次優(yōu)先級隊列。其中，上行優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應的樓層靜磁柵源存放的寄存器所構成的陣列。上行次優(yōu)先級隊列為電梯向上運行時(shí)，在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運行的呼叫信號，該呼叫信號所對應的樓層靜磁柵源存放的寄存器所構成的隊列?？刂葡到y在電梯運行中實(shí)時(shí)排列的四個(gè)優(yōu)先級陳列，為實(shí)現隨機邏輯控制提供了基礎。

采用先進(jìn)先出隊列，根據電梯的運行方向，將同向的優(yōu)先級隊列中的非零單元（有呼叫時(shí)此單元為七零單元，無(wú)呼叫時(shí)則此單元為零）送入寄存器隊列（先進(jìn)先出隊列FIFO），利用先進(jìn)先出讀出指令SFRDP指令，將FIFO第一個(gè)單元中的數據送入比較寄存器。

采用隨機邏輯控制，當電梯以某一運行方向接近某樓層的減速位置時(shí)，判別該樓層是否有同向的呼叫信號（上行呼叫標志寄存器、下行呼叫標志寄存器、有呼叫請求時(shí)，相應寄存器為l，否則為0），如有，將相應的寄存器的脈沖數與比較寄存器進(jìn)行比較，如相同，則在該樓層減速停車(chē)：如果不相同，則將該寄存器數據送入比較寄存器，并將原比較寄存器數據保存，執行該樓層的減速停車(chē)。該動(dòng)作完畢后，將被保存的數據重新送入比較寄存器，以實(shí)現隨機邏輯控制。

6 結束語(yǔ)

采用三菱FX2系列PLC控制靜磁柵位移傳感器實(shí)現電梯平層控制?？蓪?shí)現電梯控制的智能化，電梯運行舒適感好，啟動(dòng)、減速、平層的舒適感不因轎廂負載的變化而變化，取得了令人滿(mǎn)意的效果。