基于ADCM絕對(duì)剩余距離原則的電梯速度控制

　　引言

　　目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)電梯都是采用以時(shí)間方式或者基于增量編碼器的相對(duì)距離方式來(lái)控制電梯運(yùn)行的。這種傳統(tǒng)的速度控制方式不可避免的存在以相對(duì)極低爬行速度運(yùn)行的過(guò)程，這就極大的影響了電梯運(yùn)行的性能。為了提高電梯運(yùn)行的舒適性和快速性，應(yīng)該盡量消除電梯平層時(shí)的爬行?？?。本文介紹了基于絕對(duì)剩余距離原則的速度控制方法,該方法以正弦曲線作為理想速度曲線,消除了電梯制停時(shí)的爬行?？浚^好地解決了快速性與舒適性問(wèn)題。

　　傳統(tǒng)的電梯速度控制方式

　　以時(shí)間為原則的電梯速度運(yùn)行方式

　　以時(shí)間為原則的運(yùn)行方式依據(jù)理想給定曲線利用多段速指令對(duì)變頻器控制。給定速度曲線是由存儲(chǔ)在E2PROM中的速度控制點(diǎn)和存儲(chǔ)在變頻器中的速度頻率值及加減速時(shí)間和S字特性時(shí)間構(gòu)成。以時(shí)間為原則的運(yùn)行方式，其實(shí)并不能算是一個(gè)閉環(huán)控制，它根據(jù)電梯的特點(diǎn)控制的輸入來(lái)確定電梯的運(yùn)行階段， 并在確定運(yùn)行階段之后對(duì)照存儲(chǔ)在E2PROM中的速度曲線以一種開(kāi)環(huán)的方式運(yùn)行。因此，它的運(yùn)行時(shí)間是一個(gè)估計(jì)值，這導(dǎo)致了該運(yùn)行方式的平層精度不高，舒適性也不好。而且，為了找到適當(dāng)?shù)目刂泣c(diǎn)位置，電梯調(diào)試人員要做大量的工作。

　　基于旋轉(zhuǎn)編碼器的以相對(duì)距離為原則運(yùn)行方式

　　這種方式的理想曲線是按照時(shí)間原則設(shè)計(jì)的，但電梯運(yùn)行的速度曲線與位移曲線是相互對(duì)應(yīng)的。由于電梯需要?？康奈恢靡呀?jīng)知道了，并且可以通過(guò)增量編碼器較為精確地測(cè)量出轎廂的位置，所以可以按照相對(duì)距離為原則對(duì)電梯進(jìn)行較為精確的控制。相對(duì)以時(shí)間為原則的運(yùn)行方式來(lái)說(shuō)，該方式有了很大的改進(jìn)，有較高的平層精度和較好的乘坐舒適性。

　　圖1為此種速度控制方式的原理圖。這種方式是通過(guò)安裝在電動(dòng)機(jī)上的旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)算轉(zhuǎn)速間接獲得轎廂位置，由于實(shí)際必然存在的曳引輪槽與鋼絲繩之間的打滑，控制器極易失去轎廂當(dāng)前的準(zhǔn)確位置，因此它不得不通過(guò)井道磁開(kāi)關(guān)給出電梯減速點(diǎn)位置，以此來(lái)不斷校正電梯轎廂的位置。所以此種方式的減速距離是固定的，由于旋轉(zhuǎn)編碼器獲得實(shí)時(shí)位置是有誤差的，造成了電梯在進(jìn)入減速點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)計(jì)算的速度不盡相同，從而產(chǎn)生了平層時(shí)的爬行?？?。如果鋼絲繩打滑嚴(yán)重的話，還會(huì)形成嚴(yán)重的電梯事故。同時(shí)，由于干擾的存在，增量編碼器的丟失脈沖也可使電梯失去自身正確的位置。另一方面，從圖1 中可以了解，這種控制方式其實(shí)只是單閉環(huán)系統(tǒng)，它的絕對(duì)位置反饋只有減速、門區(qū)位置等幾個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)速度控制的實(shí)時(shí)性和精確性有待提高。

　　以絕對(duì)剩余距離為原則的電梯運(yùn)行方式

　　ADCM絕對(duì)剩余距離的速度控制基本原理

　　ADCM絕對(duì)剩余距離控制原則，是以絕對(duì)值編碼器作為電梯轎廂絕對(duì)位置反饋的控制方法。絕對(duì)位置就是轎廂的位置是連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)得的實(shí)際位置，絕對(duì)剩余距離是實(shí)時(shí)的電梯轎廂至欲平層位置的距離。這是一種較為理想的電梯的速度給定方式，它根據(jù)測(cè)得的絕對(duì)剩余距離實(shí)時(shí)計(jì)算電梯運(yùn)行速度， 給變頻器發(fā)出速度控制指令，控制電梯的運(yùn)行。圖2是絕對(duì)剩余距離ADCM絕對(duì)剩余距離控制原則，是以絕對(duì)值編碼器作為電梯轎廂絕對(duì)位置反饋的控制方法。絕對(duì)位置就是轎廂的位置是連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)得的實(shí)際位置，絕對(duì)剩余距離是實(shí)時(shí)的電梯轎廂至欲平層位置的距離。這是一種較為理想的電梯的速度給定方式，它根據(jù)測(cè)得的絕對(duì)剩余距離實(shí)時(shí)計(jì)算電梯運(yùn)行速度， 給變頻器發(fā)出速度控制指令，控制電梯的運(yùn)行。圖2是絕對(duì)剩余距離為原則的電梯系統(tǒng)原理圖。在電梯平層時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)電梯的實(shí)時(shí)位置值計(jì)算出剩余距離，在足夠短的距離內(nèi)給出減速信號(hào)，并給出相應(yīng)的速度，達(dá)到減速點(diǎn)到平層位置速度的平滑過(guò)渡。系統(tǒng)依據(jù)絕對(duì)值編碼器直接獲得的轎廂位置反饋給電梯主控制器的同時(shí)，又把電梯速度反饋給變頻器，以便系統(tǒng)依據(jù)電梯的實(shí)時(shí)速度來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給出速度，提高電梯速度控制的實(shí)時(shí)性。通過(guò)以上措施，系統(tǒng)形成了電梯速度雙閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)依據(jù)電梯的準(zhǔn)確位置控制電梯的運(yùn)行速度，消除電梯的制停?？繒r(shí)的爬行?？俊Ｋ^好的解決了電梯平層?？繒r(shí)的爬行?？繂?wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電梯的直接平層，提高了平層精度。

　　基于ADCM的電梯直接平層控制過(guò)程

　　* 加速段

　　微機(jī)控制電梯起動(dòng)時(shí)，由增量編碼器產(chǎn)生的轎廂位置脈沖反饋至微機(jī)，微機(jī)內(nèi)部的位移計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖數(shù)累加，形成電梯已運(yùn)行的距離S。在微機(jī)內(nèi)的E2PROM中存儲(chǔ)了不同額定速度的2條電梯運(yùn)行曲線，即多層運(yùn)行和單層運(yùn)行時(shí)的曲線。微處理器先判別電梯是否單層運(yùn)行，選擇一條速度曲線，再以已運(yùn)行的距離S作為E2PROM中運(yùn)行的地址，查表得到相應(yīng)的曲線值，再轉(zhuǎn)化成頻率值送給變頻器。

　　* 勻速段

　　在電梯的勻速段，微處理器始終發(fā)送恒定速度ν對(duì)應(yīng)的頻率值給變頻器，并始終監(jiān)控轎廂的位置，看是否達(dá)到減速點(diǎn)。

　　* 減速段

　　當(dāng)轎廂運(yùn)行到減速點(diǎn)時(shí)，微處理器以電梯轎廂距運(yùn)行終點(diǎn)的脈沖數(shù)為基準(zhǔn)，形成電梯距運(yùn)行終點(diǎn)的距離L。微處理器以待運(yùn)行的距離L作為E2PROM中運(yùn)行曲線的地址，再查表得到相應(yīng)的曲線值，再轉(zhuǎn)化成頻率值送給變頻器。

　　* 平層結(jié)束段

　　當(dāng)L=0時(shí)，制動(dòng)器及時(shí)動(dòng)作抱閘吸合，以實(shí)現(xiàn)減速無(wú)爬行段準(zhǔn)確?？?。電梯單層運(yùn)行和多層運(yùn)行時(shí)的控制模式

　　* 電梯單層運(yùn)行控制模式

　　當(dāng)控制板收到呼梯信號(hào)時(shí)，將收到的絕對(duì)值編碼器的位置值與下一樓層的絕對(duì)位置值相減，得到電梯轎廂與目標(biāo)樓層的距離值。隨著電梯的運(yùn)行，電梯轎廂與目標(biāo)樓層的距離在不斷地接近。同時(shí)，主控制器也不斷地通過(guò)絕對(duì)值編碼器不斷地采樣電梯轎廂的實(shí)時(shí)位置，并計(jì)算出電梯運(yùn)行所需的“剩余距離”值。

　　* 電梯多層運(yùn)行控制模式

　　電梯運(yùn)行多層時(shí)，“剩余距離”分段給出。首先，控制器給出到下一樓層的“剩余距離”，隨著電梯的運(yùn)行，“剩余距離”的值不斷減小，如“剩余距離”值減至“減速距離”值時(shí)，還沒(méi)有該層的外召出現(xiàn)，則“剩余距離”為該層的“減速距離”與下一樓層的“樓層間距”之和：“剩余距離”在此時(shí)有一個(gè)階躍。但是“剩余距離”的遞減隨電梯的運(yùn)行是連續(xù)的。如上圖3所示。

　　實(shí)驗(yàn)仿真

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：電梯主控制器－德國(guó)Infineon公司仿真器C167CS，THPLC-3型電梯模型，嵌入式絕對(duì)剩余距離速度控制模塊，絕對(duì)值編碼器一個(gè)，旋轉(zhuǎn)編碼器一個(gè)及其它設(shè)備。測(cè)得在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下電梯的速度運(yùn)行曲線如圖4。由圖4可以看出，實(shí)際曲線與理想曲線較為吻合，改善了電梯的速度控制特性。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文在對(duì)現(xiàn)有電梯速度控制系統(tǒng)的研究分析的基礎(chǔ)上，引入絕對(duì)值編碼器作為新的位置反饋裝置，提出了一種全新的ADCM電梯速度控制系統(tǒng)構(gòu)架。該構(gòu)架采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，較好的滿足了舒適性與快速性要求。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1.  李秧耕、何喬治、何峰峰，電梯基本原理及安裝維修全書(shū)，機(jī)械工業(yè)出版社