靜磁柵位移傳感器在電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 電梯控制簡(jiǎn)介

電梯是現(xiàn)代建筑內(nèi)關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要交通工具。如何提高電梯的運(yùn)行效率、降低電梯能耗以及減少機(jī)械磨損、延長(zhǎng)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(shè)備，具有安全可靠、乘坐舒適、停層準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)輸效率高等特點(diǎn)。它由提升曳引系統(tǒng)、引導(dǎo)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(jī)作為信號(hào)控制單元，完成電梯信號(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)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(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(qū)別。國(guó)內(nèi)廠家大多選擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活。本設(shè)計(jì)在用三菱 FX2系列PLC控制靜磁柵位移傳感器實(shí)現(xiàn)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(diào)整，電控系統(tǒng)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(yī)用梯都講究乘坐舒適，而舒適感與運(yùn)行時(shí)間有關(guān)。要想乘坐舒適，就要延長(zhǎng)加、減速時(shí)間，因而使運(yùn)行時(shí)間隨之延長(zhǎng)，電梯運(yùn)行效率降低。所以，為了使電梯具有較高的運(yùn)行效率，加減速度應(yīng)該有一個(gè)合適的限度，而且變化要平穩(wěn)，這就對(duì)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(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(jié)構(gòu)件要有足夠剛度，且有防松措施。
能適應(yīng)頻繁起動(dòng)、停止、調(diào)整及換向的工作要求，調(diào)速性能好，工作方式易于轉(zhuǎn)換。加、減速和等速要平穩(wěn)，速度曲線平滑，到站前無(wú)微動(dòng)。
能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層，且平層必須準(zhǔn)確。
能適應(yīng)在較大范圍內(nèi)變動(dòng)地提升載荷，能重載起動(dòng)。
根據(jù)電梯運(yùn)行的特點(diǎn)及以上要求，電梯的運(yùn)行速度應(yīng)當(dāng)符合圖1所示曲線。平層誤差應(yīng)符合表1規(guī)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(jié)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(nèi)藏嵌入式微處理器系統(tǒng)的特制高強(qiáng)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”軸線作無(wú)接觸（相對(duì)間隙寬容度和相對(duì)姿態(tài)寬容度達(dá)50mm）相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由“靜磁柵尺”解析出數(shù)字化位移信息，直接產(chǎn)生高于毫米數(shù)量級(jí)的位移量數(shù)字信號(hào)。充分發(fā)掘嵌入式微處理器的資源，將數(shù)據(jù)更新速度提高到毫秒數(shù)量級(jí)，以便能適應(yīng)5m/S以下運(yùn)動(dòng)速度的位移響應(yīng)。

3 產(chǎn)品綜合特點(diǎn)

使用壽命長(zhǎng):無(wú)接觸檢測(cè)位置及角度，避免了機(jī)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(xù)高粉塵、泥漿、水下及高撞擊、 強(qiáng)振動(dòng)工作環(huán)境;
直接絕對(duì)型測(cè)量:直接指示位移毫米數(shù)或旋轉(zhuǎn)角度數(shù)，無(wú)需換算，不怕掉電，任意定位控制;
量程極長(zhǎng)，分辨率適中:260毫米-2000米長(zhǎng)度量程，分辨率0.2mm-1mm;
極豐富的數(shù)據(jù)接口:4-20mA、1-5V等模擬量輸出，各類串并行數(shù)據(jù)接口以及 PROFIBUS等各種現(xiàn)場(chǎng)總線;
安裝維護(hù)方便:在保持適度間隙的條件下,無(wú)約束安裝運(yùn)行。
4 PLC控制靜磁柵位移傳感器實(shí)現(xiàn)電梯平層控制

要使電梯到達(dá)平層區(qū)域后能自動(dòng)平層，必須有一套自動(dòng)控制系統(tǒng)，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(zhǎng)度為1.2米，地下層安裝兩個(gè)靜磁柵源，用于檢測(cè)轎廂是否到底位和運(yùn)動(dòng)方向。

由于電梯的運(yùn)行是根據(jù)樓層和轎廂的呼叫信號(hào)、行程信號(hào)進(jìn)行控制，而樓層和轎廂的呼叫是隨機(jī)的，因此，系統(tǒng)控制采用隨機(jī)邏輯控制。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時(shí)的控制電梯的運(yùn)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(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行控制。同時(shí)，每層樓設(shè)置一個(gè)靜磁柵源用于檢測(cè)系統(tǒng)的樓層信號(hào)。

a. 當(dāng)電梯定向上行時(shí)，靜磁柵尺上行方向檢測(cè)到靜磁柵源，抱閘打開(kāi)，電梯上行。當(dāng)轎廂碰到上強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)時(shí)，PLC內(nèi)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(zhǎng)短可視端站層距和梯速設(shè)定。上強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，電梯由快車運(yùn)行轉(zhuǎn)為慢車運(yùn)行，正常情況下，上行平層時(shí)電梯應(yīng)停車。如果轎廂未停而繼續(xù)上行，當(dāng)Tim10設(shè)定值減到零時(shí)，其常閉點(diǎn)斷開(kāi)，慢車接觸器和上行接觸器失電，電梯停止運(yùn)行。在驕廂碰到上強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)后，由于某些原因電梯未能轉(zhuǎn)為慢車運(yùn)行，及快車運(yùn)行接觸器未能釋放，當(dāng)Tim11　設(shè)定值減到零時(shí)，其常閉點(diǎn)斷開(kāi)，快車運(yùn)行接觸器和上行接觸器均失電，電梯停止運(yùn)行。因此，不管是慢車運(yùn)行還是快車運(yùn)行，只要上強(qiáng)迫換速開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，不論端站其他保護(hù)開(kāi)關(guān)是否動(dòng)作，借助Tim10和Tim11均能使電梯停止運(yùn)行，從而使電梯端站保護(hù)更加可靠。

b. 當(dāng)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(fù)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(zhǔn)備。下端站的保護(hù)原理與上端站保護(hù)類似不再重復(fù)。

c. 樓層計(jì)數(shù)采用相對(duì)計(jì)數(shù)方式。運(yùn)行前通過(guò)自學(xué)習(xí)方式，測(cè)出相應(yīng)樓層高度脈沖數(shù)，對(duì)應(yīng)30層電梯分別存入30個(gè)內(nèi)存單元DM06～DM21。樓層計(jì)數(shù)器（CNT46）為一雙向計(jì)數(shù)器，當(dāng)?shù)竭_(dá)各層的樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)運(yùn)行方向進(jìn)行加1或減1計(jì)數(shù)。運(yùn)行中，高速計(jì)數(shù)器累計(jì)值實(shí)時(shí)與樓層計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，相等時(shí)發(fā)出樓層計(jì)數(shù)信號(hào)，上行加1，下行減1。為防止計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖高電平期間重復(fù)計(jì)數(shù)，采用樓層計(jì)數(shù)信號(hào)上沿觸發(fā)樓層計(jì)數(shù)。

d. 當(dāng)高速計(jì)數(shù)器值與快速換速點(diǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)相等時(shí)，若電梯處于快速運(yùn)行且本層有選層信號(hào)，發(fā)快速換速信號(hào)。若電梯中速運(yùn)行或雖快速運(yùn)行但本層無(wú)選層信號(hào)，則不發(fā)換速信號(hào)。

e. 門區(qū)信號(hào)；當(dāng)高速計(jì)數(shù)器CNT47數(shù)值在門區(qū)所對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)范圍內(nèi)時(shí)，發(fā)門區(qū)信號(hào)。　

5 軟件設(shè)計(jì)特點(diǎn)

根據(jù)電梯所處的位置和運(yùn)行方向，在編程中，采用了四個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，即上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、下行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。其中，上行優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以上樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層靜磁柵源存放的寄存器所構(gòu)成的陣列。上行次優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為電梯向上運(yùn)行時(shí)，在電梯所處位置以下樓層所發(fā)出的向上運(yùn)行的呼叫信號(hào)，該呼叫信號(hào)所對(duì)應(yīng)的樓層靜磁柵源存放的寄存器所構(gòu)成的隊(duì)列。控制系統(tǒng)在電梯運(yùn)行中實(shí)時(shí)排列的四個(gè)優(yōu)先級(jí)陳列，為實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制提供了基礎(chǔ)。

采用先進(jìn)先出隊(duì)列，根據(jù)電梯的運(yùn)行方向，將同向的優(yōu)先級(jí)隊(duì)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(duì)列（先進(jìn)先出隊(duì)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(shù)據(jù)送入比較寄存器。

采用隨機(jī)邏輯控制，當(dāng)電梯以某一運(yùn)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(hào)（上行呼叫標(biāo)志寄存器、下行呼叫標(biāo)志寄存器、有呼叫請(qǐng)求時(shí)，相應(yīng)寄存器為l，否則為0），如有，將相應(yīng)的寄存器的脈沖數(shù)與比較寄存器進(jìn)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(shù)據(jù)送入比較寄存器，并將原比較寄存器數(shù)據(jù)保存，執(zhí)行該樓層的減速停車。該動(dòng)作完畢后，將被保存的數(shù)據(jù)重新送入比較寄存器，以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)邏輯控制。

6 結(jié)束語(yǔ)

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