電梯變頻門(mén)機的運動(dòng)控制分析

1 電梯變頻門(mén)機概述

電梯是現代生活中不可缺少的工具，而電梯門(mén)機系統又是整梯系統中動(dòng)作最頻繁的部件，其性能直接影響到整梯的性能。電梯門(mén)機分為直流門(mén)機、交流異步變頻門(mén)機、永磁同步門(mén)機[1(] 至于這三種門(mén)機的區別，因篇幅所限，不在本文分析)。在這三種門(mén)機中，交流異步變頻門(mén)機是目前使用量最大的電梯門(mén)機，本文所分析的就是這種門(mén)機。

交流異步變頻門(mén)機通常簡(jiǎn)稱(chēng)為變頻門(mén)機，其構成主要分為三部分：變頻門(mén)機控制系統、交流異步變頻電機、變頻門(mén)機機械系統[2]，三部分的關(guān)系如圖1所示。

圖1可知，控制系統用于控制變頻電機運行，變頻電機又拖動(dòng)機械系統運行。

對于不同廠(chǎng)家的電梯，變頻門(mén)機控制系統的具體設計會(huì )有所不同，但結構原理是基本一樣的，圖2 即為變頻門(mén)機控制系統的硬件結構原理框圖。

在圖2 中，高壓直流驅動(dòng)電源為310 V 左右，用作驅動(dòng)模塊的逆變工作電源，低壓直流控制電源的電壓等級包括5 V、15 V、24 V等，不同廠(chǎng)家的系統會(huì )有所不同;參數存儲器一般使用EEPROM;電流傳感器一般設有兩個(gè)，接在兩相電機線(xiàn)上，第三相電機線(xiàn)的電流通過(guò)程序中的數學(xué)運算得到;編碼器及其反饋信號接口電路在“編碼器控制方式”下需要，在“速度開(kāi)關(guān)控制方式”下不需要，關(guān)于控制方式(即運動(dòng)控制方式)，將在下文分析。

與變頻門(mén)機控制系統的情況類(lèi)似，對于不同廠(chǎng)家的電梯，變頻門(mén)機機械系統的具體設計也會(huì )有所不同，但結構原理是基本一樣。變頻門(mén)機的機械系統分為兩大部分：轎門(mén)側機械部分和廳門(mén)側機械部分，轎門(mén)和廳門(mén)通過(guò)一種稱(chēng)為“系合裝置”的機械部件聯(lián)接在一起，電機拖動(dòng)轎門(mén)運動(dòng)，轎門(mén)通過(guò)“系合裝置”帶動(dòng)廳門(mén)一起運動(dòng)。廳門(mén)側機械部分除沒(méi)有電機及其減速機構外，其余跟轎門(mén)側機械部分相似，為節省篇幅，本文僅介紹轎門(mén)側機械部分。變頻門(mén)機轎門(mén)側機械部分的結構示意圖如圖3 所示。

從圖3可看出，轎門(mén)側機械結構由兩扇轎門(mén)和轎門(mén)上坎兩大部分組成，上坎上分布著(zhù)各種部件，圖中所畫(huà)為主要部件。其中滑輪組(兩組)聯(lián)接轎門(mén)與上坎，將轎門(mén)吊掛在上坎導軌上，滑輪組的皮帶夾板卡住皮帶，使得皮帶可以拖動(dòng)滑輪組在導軌上運動(dòng)，從而拖動(dòng)轎門(mén)運動(dòng)。上坎上的開(kāi)門(mén)極限開(kāi)關(guān)和關(guān)門(mén)極限開(kāi)關(guān)，用于檢測轎門(mén)是否運動(dòng)到開(kāi)門(mén)極限位置或關(guān)門(mén)極限位置。電機尾部的編碼器和上坎上的速度開(kāi)關(guān)并不是同時(shí)都需要，這取決于不同的運動(dòng)控制方式。

2 變頻門(mén)機的運動(dòng)控制方式及控制信號構成

變頻門(mén)機的運動(dòng)控制方式分為“編碼器控制方式”和“速度開(kāi)關(guān)控制方式”。在使用“編碼器控制方式”時(shí)，電機尾部安裝有編碼器，但上坎上不安裝速度開(kāi)關(guān)。在這種控制方式下，通過(guò)編碼器既能檢測轎門(mén)位置，又能檢測轎門(mén)速度，因此可以使用位置和速度閉環(huán)控制，“編碼器控制方式”下的控制信號構成如圖4所示。

圖4 中的開(kāi)門(mén)信號、關(guān)門(mén)信號、平層信號由電梯整梯控制系統發(fā)出，其中平層信號是指電梯到達每一樓層平面位置時(shí)產(chǎn)生的信號;開(kāi)門(mén)極限信號與關(guān)門(mén)極限信號是指轎門(mén)運動(dòng)到開(kāi)門(mén)極限位置和關(guān)門(mén)極限位置時(shí)，由開(kāi)門(mén)極限開(kāi)關(guān)和關(guān)門(mén)極限開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號;安全觸板和光電光幕是檢測障礙物的裝置[3][4]，安裝在轎門(mén)的門(mén)沿上(圖3 中未畫(huà)出)，這兩個(gè)裝置只有在關(guān)門(mén)過(guò)程中才有效，當有障礙物時(shí)，會(huì )產(chǎn)生安全觸板信號和光電光幕信號，以便整梯控制系統和門(mén)機控制系統實(shí)施保護;編碼器用來(lái)反饋轎門(mén)運動(dòng)速度、檢測轎門(mén)位置和運動(dòng)方向。“編碼器控制方式”下的速度切換點(diǎn)通過(guò)檢測轎門(mén)位置來(lái)確定。

在使用“速度開(kāi)關(guān)控制方式”時(shí)，電機不帶編碼器，而是依據上坎的速度開(kāi)關(guān)來(lái)檢測速度切換點(diǎn)。在這種控制方式下，沒(méi)有位置檢測，也沒(méi)有速度檢測，因此只能使用位置和速度開(kāi)環(huán)控制，“速度開(kāi)關(guān)控制方式”下的控制信號構成如圖5 所示。

圖5跟圖4相比，只是編碼器信號用速度開(kāi)關(guān)信號替代，其余控制信號二者完全一樣。兩個(gè)速度開(kāi)關(guān)僅用作變頻門(mén)機運動(dòng)過(guò)程中的速度切換點(diǎn)。