電梯變頻門機的運動控制分析

1 電梯變頻門機概述

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

交流異步變頻門機通常簡稱為變頻門機，其構(gòu)成主要分為三部分：變頻門機控制系統(tǒng)、交流異步變頻電機、變頻門機機械系統(tǒng)[2]，三部分的關(guān)系如圖1所示。

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

對于不同廠家的電梯，變頻門機控制系統(tǒng)的具體設(shè)計會有所不同，但結(jié)構(gòu)原理是基本一樣的，圖2 即為變頻門機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理框圖。

在圖2 中，高壓直流驅(qū)動電源為310 V 左右，用作驅(qū)動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，不同廠家的系統(tǒng)會有所不同;參數(shù)存儲器一般使用EEPROM;電流傳感器一般設(shè)有兩個，接在兩相電機線上，第三相電機線的電流通過程序中的數(shù)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“速度開關(guān)控制方式”下不需要，關(guān)于控制方式(即運動控制方式)，將在下文分析。

與變頻門機控制系統(tǒng)的情況類似，對于不同廠家的電梯，變頻門機機械系統(tǒng)的具體設(shè)計也會有所不同，但結(jié)構(gòu)原理是基本一樣。變頻門機的機械系統(tǒng)分為兩大部分：轎門側(cè)機械部分和廳門側(cè)機械部分，轎門和廳門通過一種稱為“系合裝置”的機械部件聯(lián)接在一起，電機拖動轎門運動，轎門通過“系合裝置”帶動廳門一起運動。廳門側(cè)機械部分除沒有電機及其減速機構(gòu)外，其余跟轎門側(cè)機械部分相似，為節(jié)省篇幅，本文僅介紹轎門側(cè)機械部分。變頻門機轎門側(cè)機械部分的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

從圖3可看出，轎門側(cè)機械結(jié)構(gòu)由兩扇轎門和轎門上坎兩大部分組成，上坎上分布著各種部件，圖中所畫為主要部件。其中滑輪組(兩組)聯(lián)接轎門與上坎，將轎門吊掛在上坎導(dǎo)軌上，滑輪組的皮帶夾板卡住皮帶，使得皮帶可以拖動滑輪組在導(dǎo)軌上運動，從而拖動轎門運動。上坎上的開門極限開關(guān)和關(guān)門極限開關(guān)，用于檢測轎門是否運動到開門極限位置或關(guān)門極限位置。電機尾部的編碼器和上坎上的速度開關(guān)并不是同時都需要，這取決于不同的運動控制方式。

2 變頻門機的運動控制方式及控制信號構(gòu)成

變頻門機的運動控制方式分為“編碼器控制方式”和“速度開關(guān)控制方式”。在使用“編碼器控制方式”時，電機尾部安裝有編碼器，但上坎上不安裝速度開關(guān)。在這種控制方式下，通過編碼器既能檢測轎門位置，又能檢測轎門速度，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(gòu)成如圖4所示。

圖4 中的開門信號、關(guān)門信號、平層信號由電梯整梯控制系統(tǒng)發(fā)出，其中平層信號是指電梯到達每一樓層平面位置時產(chǎn)生的信號;開門極限信號與關(guān)門極限信號是指轎門運動到開門極限位置和關(guān)門極限位置時，由開門極限開關(guān)和關(guān)門極限開關(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]，安裝在轎門的門沿上(圖3 中未畫出)，這兩個裝置只有在關(guān)門過程中才有效，當(dāng)有障礙物時，會產(chǎn)生安全觸板信號和光電光幕信號，以便整梯控制系統(tǒng)和門機控制系統(tǒng)實施保護;編碼器用來反饋轎門運動速度、檢測轎門位置和運動方向。“編碼器控制方式”下的速度切換點通過檢測轎門位置來確定。

在使用“速度開關(guān)控制方式”時，電機不帶編碼器，而是依據(jù)上坎的速度開關(guān)來檢測速度切換點。在這種控制方式下，沒有位置檢測，也沒有速度檢測，因此只能使用位置和速度開環(huán)控制，“速度開關(guān)控制方式”下的控制信號構(gòu)成如圖5 所示。

圖5跟圖4相比，只是編碼器信號用速度開關(guān)信號替代，其余控制信號二者完全一樣。兩個速度開關(guān)僅用作變頻門機運動過程中的速度切換點。