靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統(tǒng)中的應用

1 電梯控制簡介

電梯是現代建筑內關系到人民生命財產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、操作簡便、運輸效率高等特點。它由提升曳引系統(tǒng)、引導系統(tǒng)、安全裝置和電控系統(tǒng)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，實現電梯的自動調度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現信號集選控制。從控制方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產規(guī)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現電梯平層控制。

靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統(tǒng)中的作用為電梯平層控制的調整，電控系統(tǒng)是電梯的“中樞神經”，其質量的好與壞直接影響電梯質量?？吞莺歪t(yī)用梯都講究乘坐舒適，而舒適感與運行時間有關。要想乘坐舒適，就要延長加、減速時間，因而使運行時間隨之延長，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合適的限度，而且變化要平穩(wěn)，這就對電控系統(tǒng)提出了如下要求：

安全可靠，排除故障方便，在滿足使用要求前提下，線路越簡單越好。
噪聲和振動小，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、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(wěn)，速度曲線平滑，到站前無微動。
能實現自動平層，且平層必須準確。
能適應在較大范圍內變動地提升載荷，能重載起動。
根據電梯運行的特點及以上要求，電梯的運行速度應當符合圖1所示曲線。平層誤差應符合表1規(guī)定。

2 靜磁柵位移傳感器簡介

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(tǒng)的特制高強度鋁合金管材封裝，使用開關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”軸線作無接觸（相對間隙寬容度和相對姿態(tài)寬容度達50mm）相對運動時，由“靜磁柵尺”解析出數字化位移信息，直接產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以下運動速度的位移響應。

3 產品綜合特點

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

要使電梯到達平層區(qū)域后能自動平層，必須有一套自動控制系統(tǒng)，即電梯的自動控制裝置。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，靜磁柵尺安裝于轎廂上，長度為1.2米，地下層安裝兩個靜磁柵源，用于檢測轎廂是否到底位和運動方向。

由于電梯的運行是根據樓層和轎廂的呼叫信號、行程信號進行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機邏輯控制。即在以順序邏輯控制實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的計數器來進行控制。同時，每層樓設置一個靜磁柵源用于檢測系統(tǒng)的樓層信號。

a. 當電梯定向上行時，靜磁柵尺上行方向檢測到靜磁柵源，抱閘打開，電梯上行。當轎廂碰到上強迫換速開關時，PLC內部鎖存繼電器得電吸合，定時器Tim10、Tim11開始定時，其定時的時間長短可視端站層距和梯速設定。上強迫換速開關動作后，電梯由快車運行轉為慢車運行，正常情況下，上行平層時電梯應停車。如果轎廂未停而繼續(xù)上行，當Tim10設定值減到零時，其常閉點斷開，慢車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關后，由于某些原因電梯未能轉為慢車運行，及快車運行接觸器未能釋放，當Tim11　設定值減到零時，其常閉點斷開，快車運行接觸器和上行接觸器均失電，電梯停止運行。因此，不管是慢車運行還是快車運行，只要上強迫換速開關發(fā)出信號，不論端站其他保護開關是否動作，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點閉合，鎖存繼電器被復位，Tim10和Tim11均失電，其常閉點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似不再重復。

c. 樓層計數采用相對計數方式。運行前通過自學習方式，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時，根據運行方向進行加1或減1計數。運行中，高速計數器累計值實時與樓層計數點對應的脈沖數進行比較，相等時發(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對應的脈沖數相等時，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選層信號，則不發(fā)換速信號。

e. 門區(qū)信號；當高速計數器CNT47數值在門區(qū)所對應脈沖數范圍內時，發(fā)門區(qū)信號。　

5 軟件設計特點

根據電梯所處的位置和運行方向，在編程中，采用了四個優(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，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，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。控制系統(tǒng)在電梯運行中實時排列的四個優(yōu)先級陳列，為實現隨機邏輯控制提供了基礎。

采用先進先出隊列，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（有呼叫時此單元為七零單元，無呼叫時則此單元為零）送入寄存器隊列（先進先出隊列FIFO），利用先進先出讀出指令SFRDP指令，將FIFO第一個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，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，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行比較，如相同，則在該樓層減速停車：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(zhí)行該樓層的減速停車。該動作完畢后，將被保存的數據重新送入比較寄存器，以實現隨機邏輯控制。

6 結束語

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