可变速电梯控制系统的设计梁永

可变速电梯控制系统的设计梁永

梁永

西子电梯科技有限公司浙江杭州311300

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，传统曳引式电梯一般通过提高额定运行速度来满足人们对运行速度和等候时间的需求，成本高。考虑到曳引式电梯实际运行工况中存在大量的功率设计余量，可以在电梯运行于轻载情况时提高电梯运行速度，在不提高电梯的功率的情况下提高电梯运行速度。设计了一种可变速电梯的速度方案，并以现有常规电梯参数为依据，计算了将现有电梯直接改造为可变速电梯的可能性和效益。通过分析可以看出，可变速电梯能够有效提高电梯运行效率。

关键词：可变速电梯；曳引；ＶＶＶＦ调速；运行速度

引言

电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具，是比较复杂的机电结合体的大型工业产品。目前，电梯的控制方式主要有继电器控制系统、微机控制系统和PLC控制系统。本文将可编程序控制器（PLC）应用于三层电梯进行逻辑控制，设计了一套完整的电梯控制系统方案并通过三层电梯模型实现了其基本功能，大大提高了电梯可靠性、可维护性以及灵活性，延长了使用寿命。

1电梯控制系统功能研究

1）楼层选择模块在楼层的选择中，主要是利用4×4键盘矩阵电路，一共有16个按键。其中，利用S1-S6，分别代表在电梯中的不同楼层的选择，S7-S16主要是在不同楼层中的上下选择键盘。矩阵电路主要是连接在主控芯片中的口P1.0-P1.3上。如果有人按了下时，那么其引脚就会检测到低电平，进而判断出呼叫楼层，进行相应的开关控制。2）楼层显示模块在楼层显示电路中，主要是利用了8位数码管，在电梯所处的楼层数，主要是利用单片机来控制这8位数码管形成。当点亮的是数码管中的8脚（dp）时，那么就说明电梯是正在向上运行的，如果8脚不亮时，那么就说明电梯是在向下运行的。3）电梯上下行控制在电梯构造中，轿厢主要是确保电梯进行上行和下行，在电梯的控制系统中，当收到需要上行的指令之后，单片机就会发射出相应的上行信号，电梯便会执行上行任务。在电梯控制系统收到需要下行的任务之后，单片机发出信号，电梯执行下行的任务。在电梯控制系统中，主要是靠按钮来收集上行和下行的信号。4）应急语音通信应急语音通信是在电梯遇到故障时才使用的，它的线路是独立的。如果电梯产生故障，那么在里边的人就可以使用按下语音按钮，或者利用话筒，这样便能够和控制中心展开语音通话。随着科技的不断发展，电梯控制系统也变得更加便捷和人性化，并且越来越多的功能正在开发中，添加了很多的附属功能，例如电梯语音播报和播放音乐，以及灯光控制等，这些都显著丰富了电梯的功能，提高了其运行的安全性，使得人们的使用激情也大大提高，对于人们的日常生活和工作有着重要的作用。

2可变速电梯控制系统的设计

2.1信号采集模块

电梯可变速的实现是通过对载荷的检测来实现的，而系统运行的安全性和可靠性依赖于系统对电梯运行状态的实时监控，因此信号采集模块是必不可少的。信号采集模块采集电梯运行过程中的电流Ｉ、载重Ｇ、轿厢位置Ｓ和速度ｖ、曳引机和变频器温升Ｔ１及Ｔ２、曳引机转速ω等。可变速电梯的运行速度将根据载重进行调节，因此对称重装置就提出了更高的要求，可采用有自检功能或双称重装置互检的方式来提高可靠性。轿厢位置和速度应采用绝对式传感器进行监控，可采用磁开关加磁条方式（ＰＤＡ）来实现。曳引机转速采用编码器来采集，曳引机和变频器温度可使用热敏电阻采集，电流可使用互感器来监控。

2.2电机的控制

电梯控制系统对电机的控制作用主要可以概括为以下几个方面：首先，对其电机的速度进行控制，电梯控制系统为单片机的速度值进行设定，使得输出的PWM可以满足现实的需要，进而实现对其电机运行速度的有效控制。其次，对电机的运行方向进行有效地控制。电梯控制系统为单片机提供相应的输入信号，并且根据相应地逻辑分析实现对电机的上升、下降运行状态进行控制。再次，对电梯轿厢的惯性进行有效地控制。当电梯上升或者下降的过程之中，如果其供电被突然地切断，这时电梯会由于其惯性的原因导致平层出现不准确。因此，为了避免此种现象的出现，应该在其系统之中增加反向电压制动系统，这样能够在一定程度上提高电梯平层的稳定性与准确度。

2.3梯形图设计

电梯控制系统的软件设计是PLC电梯控制系统设计的关键环节。在其软件设计过程中，一要坚持功能完善、面面俱到的原则，保证电梯安全有效地运行；二要遵循结构简练、易读易改的原则，尽量减少程序量，采用模块化设计，充分利用PLC中的各种指令优化程序，缩短PLC程序扫描时间，保证电梯的精度。

2.4系统保护模块

考虑到运行速度的提升可能导致温升提高、撞击风险，应为系统设置完善的安全防护系统。当系统运行失常或故障时启动保护，将速度强制限定在低速下，如果故障仍未排除则按正常电梯的方式进行保护（如切断安全回路）。系统采取两级防护措施：一级防护为针对高速运行工况的安全防护，当出现异常时系统强制进入低速运行模式；二级防护为低速运行工况的安全防护，与现有常规曳引电梯相同。系统一级防护应有以下保护：（１）过温保护。变频器或曳引机达到一定温度时强制低速运行，待温度降低到一定程度时恢复正常模式。（２）过流保护。即过载保护，当系统过载时强制降速。（３）荷速失配保护。当系统检测到的速度和载重不匹配时强制低速运行，多次出现该情况时报故障。（４）数据异常。当双称重装置采集的数据差异大、编码器与井道数据采集的速度差异大等其他数据异常时强制低速。系统出现异常时进入一级防护模式，运行于低速工况，这时电梯就和常规电梯一样，一旦出现异常可直接切断安全回路，保证用户安全。

2.5对重量的检测

在电梯控制系统的设计之中，对重量的检测是其中的一项重要与关键的内容。进行重量检测主要是通过利用相关高精度的仪器设备对电梯重量进行检测，基于单片机的电梯控制系统主要是通过利用重量传感器来实现的。这种传感器不仅具有精确度较高的优势，而且其价格较为便宜，可以有效地控制其支出的成本，与此同时，在1kg的压力范围之内，可以保障20mV的电压信号。因此，为了对其电压信号进行有效的测量，可以在重量传感器的一端连接仪表的放大器，这样便可以实现测量的电压信号的可视化，以便于观察、研究。在此基础之上，再将其转换成为数字信号，最后由单片机对其进行信号显示。

2.6限速器

《ＤＢ３４１７９９—２０１２曳引驱动可变速电梯安装验收技术条件》对安全钳有如下要求：（１）操纵轿厢安全钳的限速器动作速度至少等于最高速度的１１５％，但不小于下列各值：ａ．轿厢下行采用除不可脱落滚柱式以外的瞬时式安全钳时，为０．８０ｍ／ｓ；ｂ．轿厢下行采用不可脱落滚柱式瞬时式安全钳时，为１．０ｍ／ｓ；ｃ．额定速度不超过１．０ｍ／ｓ，轿厢下行采用渐进式安全钳时，为１．５０ｍ／ｓ；ｄ．对于额定速度超过１ｍ／ｓ的渐进式安全钳，为１．２５ｖ＋０．２５／ｖ。（２）操纵对重安全钳的限速器动作速度应大于上一条规定的轿厢安全钳的限速器动作速度，但不得超过１０％。

2.7对位置显示的调整

基于单片机电梯控制系统的设计之中的一项关键内容是对电梯轿厢位置进行显示，对其位置进行显示的方式主要有两种，一种是非接触的方式，一种是接触的方式。一般而言，出于对其安全性与准确性的考虑通常是选择非接触的方式，在这种方式之中主要是使用广电反射传感器，这种传感器不仅可以有效地抗干扰，还具有准确度较高、便于远距离操作等优点。这种传感器一般是安装于电梯的极限位置和每一层楼，传感器的信号是由电梯控制系统电路对其进行处理，在经过转换之后在输入到单片机之中。

2.8对电源进行控制

基于单片机的电梯控制系统的电源可以进行多种选择。但是，因为系统不同模块之间输出的电压值之间具有较大的差异，为了使其不受到较为严重的干扰，应该采取较为恰当的隔离措施。根据控制系统的实际操作情况，其电源的选择可以大致划分为以下几种类型：当电源为+/-15V的电源时可以选择放大电路供电；当其为+/-5V时可以选择单片机逻辑电路供电，而+3．3V则应该向单片机供电。

结语

通过对电梯运行工况进行分析，提出了一种可变速电梯控制系统设计方案，方案由信号采集模块、速度控制模块、安全防护模块和输出模块组成，充分利用现有电梯轻载工况下的设计余量，在提高电梯实际运行速度的同时，能够有效保证电梯运行的安全性。通过实例分析可以看出，额定速度１．５ｍ／ｓ、载员１５人的电梯，当所载人数为３～１３人时均可按１．９６ｍ／ｓ的实际运行速度快速运行，有效提高了电梯运行效率和使用率，减少用户候梯、乘梯时间。

参考文献：

［１］杨蕾璟．可变速电梯的检验方法分析［Ｊ］．技术与市场，２０１５（７）：１０５－１０６．

［２］曾杰，范林静，徐强，等．一种验证可变速电梯变速功能安全性的检验方法［Ｊ］．工业安全与环保，２０１２，３８（１２）：２４－２７．