現(xiàn)代電梯控制技術(shù)論文

1、電梯控制技術(shù)現(xiàn)代電梯控制技術(shù)的發(fā)展及存在的問題分析 院（系）名稱機械工程學(xué)院 專業(yè)名稱電氣工程及其自動化 學(xué)生姓名王坤 學(xué)生學(xué)號1301052050 指導(dǎo)教師王忠利 2016 年 11 月 15 日前言 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，電梯工業(yè)生產(chǎn)水平得到了不斷提高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也有很大的改進。在電梯控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性得到很大改善以外，設(shè)備的體積大大縮小，功能不斷完善，性能不斷提高，維護更加方便。尤其是從80年代交流變壓變頻控制技術(shù)出現(xiàn)以來，電梯的發(fā)展速度十分驚人，應(yīng)用也相當普及。 電梯控制技術(shù)是指電梯的傳動系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)的電氣自動控制,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯控制技術(shù)也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從單

2、一到集群的變化,控制方式也有了非常大的進步，目前主要的控制方式有繼電器控制、微機控制、可編程邏輯控制器控制等。一、電梯交流調(diào)速方法的發(fā)展交流電梯調(diào)速方法經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由低級到高級的發(fā)展歷程。90年代，變壓變頻調(diào)速電梯（VVVF電梯）開始占據(jù)了世界電梯的市場。VVVF電梯通過調(diào)節(jié)電機定子繞組供電電壓的幅值和頻率來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由于變壓變頻調(diào)速的良好特點，目前新制造的電梯都實現(xiàn)了調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速控制。VVVF電梯以其獨特的先進技術(shù)和性能，實現(xiàn)了節(jié)能、快速、舒適、平層準確、低噪音、安全等目標。由于其優(yōu)越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)能效果，在很多應(yīng)用場合已取代交流調(diào)壓調(diào)速電梯而成為現(xiàn)在電梯市場的主流。 電

3、梯交流調(diào)速技術(shù)是交流雙速電梯發(fā)展的重要技術(shù)之一。并且通過電梯實際運行的數(shù)據(jù)分析來看，使用電梯交流調(diào)速技術(shù)的電梯具有運行成本低、結(jié)構(gòu)簡單、維修快捷等特點，但是由于本身電梯質(zhì)量普遍較低，存在舒適度較差、無法進行準確的平化調(diào)速等問題。近年來，我國電梯行業(yè)不斷發(fā)展，電梯交流調(diào)速技術(shù)也在不斷進步，當前電梯行業(yè)中具有先進技術(shù)，并且乘坐舒適、平層準確、環(huán)保節(jié)能特點的VVVF電梯已經(jīng)投入使用。這種電梯不但提高了電梯的運行調(diào)速性能，并且在實際運營的過程中，可以達到環(huán)保節(jié)能的效果，并且為乘坐者提供了優(yōu)質(zhì)的稱作環(huán)境，提高了乘坐舒適度。現(xiàn)如今，交流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為電梯行業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)，為電梯的制造與控制提供了科學(xué)的

4、技術(shù)保障。二、曳引技術(shù)的發(fā)展1. 永磁同步曳引機 永磁同步曳引機技術(shù)同樣是曳引技術(shù)的重要組成部分，通過永磁材料勵磁磁場，將曳引機中的定子進行繞組。在電梯實際運行，永磁同步曳引機的工作過程中不會出現(xiàn)勵磁消耗。由于永磁同步曳引機內(nèi)部安裝了檢測器可以檢測出轉(zhuǎn)子永磁磁體磁極的位置，從而保持電樞電流可以得到有效的控制，提高磁極的控制效果。當前我國電梯控制及時當中，無齒輪永磁同步曳引機的使用是最為廣泛的，無齒輪永磁同步曳引機的結(jié)構(gòu)形式有徑向磁場結(jié)構(gòu)與軸向磁場結(jié)構(gòu)，由于曳引機的結(jié)構(gòu)形式在不同場合的使用過程中磁場的分布也不相同，并且在徑向磁場結(jié)構(gòu)中的定子與轉(zhuǎn)子位置也不相同，可分為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。當前我

5、國電梯行業(yè)的發(fā)展迅速，并且控制技術(shù)也隨著電梯制造共同發(fā)展，在電梯市場中占據(jù)了主導(dǎo)地位，對電梯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進步起到了引導(dǎo)的作用，確保電梯行業(yè)可以穩(wěn)定高效的發(fā)展。 永磁同步曳引機的原理及結(jié)構(gòu)。永磁同步曳引機的定子繞組采用永磁材料產(chǎn)生勵磁磁場，它不需要勵磁電流，轉(zhuǎn)子中無勵磁損耗。永磁同步曳引機裝有轉(zhuǎn)子永磁體磁極位置檢測器，用來檢測磁極位置，以此對電樞電流進行控制，達到伺服控制。現(xiàn)在應(yīng)用較多的是無齒輪永磁同步曳引機，其結(jié)構(gòu)形式可以分為徑向磁場結(jié)構(gòu)和軸向磁場結(jié)構(gòu)。徑向磁場結(jié)構(gòu)按定子和轉(zhuǎn)子的相對位置不同，又可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。軸向磁場結(jié)構(gòu)又稱盤式結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)形式的曳引機應(yīng)用的場合不同，其磁場分

6、布形式也不同。內(nèi)轉(zhuǎn)子式永磁同步曳引機的永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵中，外轉(zhuǎn)子永磁同步電動機的永磁體貼裝在轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)承載能力強，適于大載重量、高速電梯，一般多用于高層住宅和辦公樓。外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)軸向尺寸相對較小，可用于小機房或無機房電梯應(yīng)用場合，但其載重量受到限制。盤式結(jié)構(gòu)曳引機軸向尺寸更小，可直接安裝于電梯井道中，最適于無機房電梯使用。永磁同步曳引機的發(fā)展趨勢。隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，與之配套的電梯生產(chǎn)制造業(yè)也一路猛進。近年來，電梯行業(yè)許多廠家紛紛開展無齒輪永磁同步曳引機的開發(fā)研制工作。我國不但是全球最大的電梯市場，而且形成了全球最強的電梯生產(chǎn)能力。中國的電梯雖然生產(chǎn)能力第一，甚至出口也第

7、一。電梯產(chǎn)業(yè)的前景和走勢也隨著社會的需求悄然發(fā)生著改變。市場對新一代的電梯的需求越來越旺盛。國內(nèi)外電梯企業(yè)順應(yīng)市場需要，加大研發(fā)投入，都準備在未來新概念電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占得先機。近年來，電梯行業(yè)許多廠家紛紛開展的開發(fā)研制工作，沈陽博林特電梯公司通過自己的技術(shù)研制出我國具有自己知識產(chǎn)權(quán)無齒輪永磁同步曳引機，并在世界市場上得到廣泛應(yīng)用。雖然目前在中國電梯市場上采用無齒輪同步曳引機技術(shù)的電梯只占很少部分（約10%），但其發(fā)展勢頭非常迅猛。伴隨著電梯市場的競爭和技術(shù)競爭，必將進一步促進無齒輪永磁同步曳引機技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展。2. 直線電機技術(shù) 曳引技術(shù)的發(fā)展最重要的組成部分是直線發(fā)電機技術(shù)，同時，直線電

8、動機的驅(qū)動方式也需要直線電機技術(shù)來完成，運行的過程將電能轉(zhuǎn)化為機械能，并且不需要其他的轉(zhuǎn)換設(shè)備或者傳動設(shè)備。經(jīng)過大量的實驗與數(shù)據(jù)分析得出，直線電動機在運行過程中具有啟動時推動力大、快速定位相應(yīng)動態(tài)等特點。并且在實際運營過程中，電梯傳動的剛度較高，使行程的長度不受影響，在定位過程中精確定位數(shù)值。使直線電機設(shè)備成為當前電梯發(fā)展過程中重要的組成部分之一。在電梯實際運營的過程中，由于脫離了離心力的作用，所以直線電機的直線升降技術(shù)不會受到影響，雖然在啟動后短時間內(nèi)無法達到高速，但是直線電機具有很大的加速空間，并且在高速運行的狀態(tài)也可以瞬間準確停止，當直線電機技術(shù)靈活運用到電梯運行中時，不但可以提高電梯的

9、運行效率，并且對電梯的控制性能的提升具有相當重要的作用。 直線驅(qū)動就是直線電動機直接驅(qū)動。直線電動機直接驅(qū)動系統(tǒng)是近15年發(fā)展起來的一種新型進給傳動方式。直線電動機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能、而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置，具有啟動推力大、傳動剛度高、動態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、行程長度不受限制等優(yōu)點。特別是由于直線電動機無離心力作用，故直線移動速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能實現(xiàn)啟動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準停。因此，直線電機特別適合應(yīng)用與高速電梯的驅(qū)動系統(tǒng)。在2008中國國際電梯展覽會上，東芝電梯公司展出了采用直線電機技術(shù)的mags us 非接觸式導(dǎo)靴系統(tǒng)，使電

10、梯在與導(dǎo)軌不發(fā)生接觸的狀態(tài)下運行。隨著現(xiàn)代高層建筑的不斷涌現(xiàn)，對高層及超高層建筑物，通過懸吊鋼絲繩牽引轎箱越來越限制電梯的提升高度和效率，所以采用直線電動機直接驅(qū)動高層及超高層電梯成為現(xiàn)實的可能性會越來越大。三、選擇合適的控制方式3.1繼電器控制電梯傳統(tǒng)的電梯邏輯控制系統(tǒng)由繼電器線路組成，其存在故障率比較高，維護較困難，控制裝置體積大等問題，因此近幾年微機和可編程控制器組成的電梯邏輯控制系統(tǒng)已成為主要的發(fā)展方向，不同的使用場所漸漸都用微機及可編程控制器替代了繼電器成為電梯邏輯控制方式。但是繼電器邏輯控制線路是由觸點互相組合完成邏輯控制功能的，其原理直觀，分析方便，分析這種系統(tǒng)有助于理解電梯的邏

11、輯控制關(guān)系。因為目前電梯已大多采用多微機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，此種控制方式的串行通信，智能化管理，變頻調(diào)速等技術(shù)使電梯的可靠性與舒適感大大提高，所以傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)已逐漸退出了歷史的舞臺。但是電梯的控制邏輯還是從繼電器控制系統(tǒng)逐漸進化而來的，因為可編程邏輯控制器梯形圖結(jié)構(gòu)與繼電器回路圖極為相似，而且在接觸的電梯控制系統(tǒng)中，多少還有一些繼電器回路。所以作為一個電梯維修技術(shù)人員，有必要對繼電器控制系統(tǒng)有一些了解，下圖為典型的繼電器控制電路。3.2微機控制 微機控制的功能運用到電梯控制系統(tǒng)上，主要有以下幾種功能取代了全部或部分的繼電器以及傳統(tǒng)選層方法，結(jié)合光電編碼器實現(xiàn)了數(shù)字選層，方便解決調(diào)速問題，實現(xiàn)

12、復(fù)雜的調(diào)配管理。 微機控制電梯的特點有如下幾方面：（1）采用無觸點邏輯線路，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了維修費用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；（2）可以靈活地改變控制程序，可以適應(yīng)不同的使用要求，最終實現(xiàn)控制自動化；（3）可以實現(xiàn)故障顯示和記錄，維修變得簡便，減少了使用故障時間，提高了運行的效率；（4）用微機進行調(diào)速，提高了乘坐電梯的舒適感；（5）用微機實現(xiàn)群控管理，合理調(diào)配電梯，可以提高電梯的運行效率，節(jié)省能源；（6）微機控制裝置相對繼電器控制裝置體積較小，減少了控制裝置的占地面積。 根據(jù)電梯的類型功能要求，微機控制電梯的方式分為單微機，雙微機，三微機以及群控微機方式。單微機控制方式根據(jù)控制器的不同又可以

13、分為板機和單片機控制方式，如下圖所示即為典型的單片機電梯控制系統(tǒng)框圖。雙微機控制方式就是在交流調(diào)壓調(diào)速電梯中，采用2個微機組成交流電梯控制系統(tǒng)，這樣就可使電梯性能得到較大改善，從而使電梯的舒適感提高，停層性精確，可靠性提升這種控制方式分別由控制系統(tǒng)CPU和拖動系統(tǒng)CPU以及部分繼電器組成整個電梯控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)起制動的閉環(huán)，穩(wěn)速開環(huán)控制，也可以實現(xiàn)全閉環(huán)的控制，此種控制方式運行的舒適感和停層精度大大提高。三微機控制方式也稱為多微機控制方式，采用3個 CPU 來控制電梯，系統(tǒng)由驅(qū)動部分控制和管理部分串行傳輸部分3個控制系統(tǒng)組成。群控電梯的微機控制方式是使用微機對群控電梯進行的控制，方式也各有不

14、同，使用微機的數(shù)量也有所不同。可編程邏輯控制器電梯控制可編程邏輯控制器是一種專門設(shè)計的從事邏輯控制的計算機系統(tǒng)，因為可編程邏輯控制器具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強、設(shè)計配置靈活等特點，所以在工業(yè)控制方面得到了十分廣泛的應(yīng)用自從20世紀80年代中后期可編程邏輯控制器引入我國電梯行業(yè)以來，可編程邏輯控制器組成的電梯控制系統(tǒng)已經(jīng)被許多電梯制造廠家普遍采用，并形成了一系列的定型產(chǎn)品在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，可編程邏輯控制器系統(tǒng)一直是一種主流控制系統(tǒng)。計算機的平臺是商業(yè)平臺，可編程邏輯控制器的出發(fā)點就是自動控制，因此可編程邏輯控制器更適合這種控制，同時可編程邏輯控制器的MTBF 可能是計算機無法滿足的。

15、計算機的軟件編制比較靈活，但是可維護性和移植性應(yīng)該沒有可編程邏輯控制器強，可編程邏輯控制器比微機可靠，但是如果是群控電梯或處理比較復(fù)雜的運算時，微機就要比可編程邏輯控制器具有更大的優(yōu)勢。繼電器控制是早期較為傳統(tǒng)的控制方式，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被微機和可編程邏輯控制器所取代，可編程邏輯控制是目前較為主流的控制方式，它與前兩者相比有較為突出特點。四、模糊控制技術(shù)的應(yīng)用 隨著大樓智能化的提高，從服務(wù)質(zhì)量角度來說，人們總是希望候梯時間和乘梯時間的總和越短越好；從節(jié)約能耗角度來說，要求電梯避免空駛，減少起停次數(shù)。但是這兩方面的目標是相互矛盾的。電梯群控系統(tǒng)調(diào)度方法的設(shè)計不僅依賴于電梯本身的配置、性能，而且取決于

16、建筑物的客流交通特點和性質(zhì)；某一特定調(diào)度方法對于不同模式、不同用途的建筑的調(diào)度效果有很大的差異。電梯群控系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建的客流交通特點采取最合適的控制策略，使得電梯系統(tǒng)的綜合性能最佳，控制程序中應(yīng)采用先進的調(diào)度規(guī)則，使群控管理有最佳的派梯模式。但由于電梯群控系統(tǒng)控制目標的多樣性以及電梯系統(tǒng)本身所固有的隨機性和非線性僅僅通過傳統(tǒng)的控制方法很難提高控制系統(tǒng)的性能?，F(xiàn)在的群控算法中已不是單一地依賴“乘客等候時間最短”為目標，而是采用模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)的方法，將要綜合考慮的因素(即專家知識)吸收到群控系統(tǒng)中去。模糊控制系統(tǒng)具有非線性、動態(tài)性的特點和較強的學(xué)習(xí)功能，利用專家知識獲得各種控制規(guī)則，可

17、以很好地處理電梯系統(tǒng)的多目標性、隨機性和非線性，對即將要發(fā)生的情況作評價決策，實現(xiàn)電梯調(diào)度規(guī)則的進化，以適應(yīng)環(huán)境的變化。模糊控制技術(shù)的應(yīng)用將會使電梯的服務(wù)質(zhì)量越來越滿足人們的要求。五、我國電梯電氣控制目前存在的主要問題 電梯是現(xiàn)代建筑中最重要的交通工具之一，但是電梯的運行與其他交通工具存在極大的差別，電梯的安全運行是保證電梯行業(yè)發(fā)展的重要前提，而電梯控制技術(shù)是電梯安全運行的重要保障，在保證電梯安全的情況下，還要重視電梯的節(jié)能環(huán)保問題、運行效率問題與控制器性價比問題，從而保證電梯行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。5.1 電梯控制技術(shù)的節(jié)能環(huán)保問題 電梯被廣泛運用到建筑物內(nèi)部的交通運營當中，例如手扶電梯、直行電梯

18、、貨載電梯等等。在電梯行業(yè)發(fā)展的同時，人們對能源的使用是否合理越來越重視，電梯在運行過程中會消耗大量的能源，節(jié)能環(huán)保是電梯控制技術(shù)首先需要解決的問題之一。在電梯控制技術(shù)領(lǐng)域，不僅僅要考慮電梯運營的速度與乘坐舒適度，更要從多個角度多方考慮，不斷提高電梯的節(jié)能環(huán)保性能，完全發(fā)揮出電能源的效果，實現(xiàn)能源使用效率最大化。5.2 電梯控制技術(shù)的運行效率問題 在電梯行業(yè)發(fā)展的過程中，電梯控制技術(shù)也不斷進步，并且電梯控制技術(shù)被靈活的運用到了電梯的實際運營當中。電梯是一種位能性的載重交通工具，在運營的過程中需要不斷的升降，電梯控制技術(shù)應(yīng)當時刻注意電梯的運行效率，在保證電梯安全運營的情況下對電梯進行效率改良，提高運行效率。5.3 電梯控制技術(shù)的控制器性價比問題 當前我國電梯企業(yè)大部分使用的電梯控制設(shè)備都是從外國進口，并且其設(shè)備制造的核心技術(shù)都為國外企業(yè)所有。我國自行開發(fā)的電梯技術(shù)核心設(shè)備卻存在成本高，周期長等問題。雖然我國大部分使用的是VVVF電梯專用變頻器，此類變頻器雖然使用方便快捷，但是成本確實普通變頻器的2倍左右，使電梯的運營成本大大提高。 若想電梯技術(shù)得到良好的發(fā)展，就應(yīng)該加大資金投入，積極研發(fā)電梯控制技術(shù)核心設(shè)備，降低核心設(shè)備的制造成本