現(xiàn)代電梯控制技術(shù)的發(fā)展及存在的問題分析論文

1、-. z.電梯控制技術(shù)現(xiàn)代電梯控制技術(shù)的開展及存在的問題分析 2016 年 11 月 15 日前言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電梯工業(yè)生產(chǎn)水平得到了不斷提高，產(chǎn)品構(gòu)造也有很大的改進(jìn)。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(hù)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，電梯的開展速度十分驚人，應(yīng)用也相當(dāng)普及。電梯控制技術(shù)是指電梯的傳動(dòng)系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)的電氣自動(dòng)控制,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開展，電梯控制技術(shù)也經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一到集群的變化,控制方式也有了非常大的進(jìn)步，目前主要的控制方式有繼電器控制、微機(jī)控制、可編程邏輯控制器控制等

2、。一、電梯交流調(diào)速方法的開展交流電梯調(diào)速方法經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的開展歷程。90年代，變壓變頻調(diào)速電梯VVVF電梯開場(chǎng)占據(jù)了世界電梯的市場(chǎng)。VVVF電梯通過調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組供電電壓的幅值和頻率來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。由于變壓變頻調(diào)速的良好特點(diǎn)，目前新制造的電梯都實(shí)現(xiàn)了調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速控制。VVVF電梯以其獨(dú)特的先進(jìn)技術(shù)和性能，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、快速、舒適、平層準(zhǔn)確、低噪音、平安等目標(biāo)。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(chǎng)合已取代交流調(diào)壓調(diào)速電梯而成為現(xiàn)在電梯市場(chǎng)的主流。電梯交流調(diào)速技術(shù)是交流雙速電梯開展的重要技術(shù)之一。并且通過電梯實(shí)際運(yùn)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

3、運(yùn)行本錢低、構(gòu)造簡(jiǎn)單、維修快捷等特點(diǎn)，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(jìn)展準(zhǔn)確的平化調(diào)速等問題。近年來，我國(guó)電梯行業(yè)不斷開展，電梯交流調(diào)速技術(shù)也在不斷進(jìn)步，當(dāng)前電梯行業(yè)中具有先進(jìn)技術(shù)，并且乘坐舒適、平層準(zhǔn)確、環(huán)保節(jié)能特點(diǎn)的VVVF電梯已經(jīng)投入使用。這種電梯不但提高了電梯的運(yùn)行調(diào)速性能，并且在實(shí)際運(yùn)營(yíng)的過程中，可以到達(dá)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)開展的主要技術(shù)，為電梯的制造與控制提供了科學(xué)的技術(shù)保障。二、曳引技術(shù)的開展1. 永磁同步曳引機(jī)永磁同步曳引機(jī)技術(shù)同樣是曳引技術(shù)的重要組成局部，通過永磁材料勵(lì)磁磁

4、場(chǎng)，將曳引機(jī)中的定子進(jìn)展繞組。在電梯實(shí)際運(yùn)行，永磁同步曳引機(jī)的工作過程中不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁消耗。由于永磁同步曳引機(jī)內(nèi)部安裝了檢測(cè)器可以檢測(cè)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(dāng)前我國(guó)電梯控制及時(shí)當(dāng)中，無齒輪永磁同步曳引機(jī)的使用是最為廣泛的，無齒輪永磁同步曳引機(jī)的構(gòu)造形式有徑向磁場(chǎng)構(gòu)造與軸向磁場(chǎng)構(gòu)造，由于曳引機(jī)的構(gòu)造形式在不同場(chǎng)合的使用過程中磁場(chǎng)的分布也不一樣，并且在徑向磁場(chǎng)構(gòu)造中的定子與轉(zhuǎn)子位置也不一樣，可分為外轉(zhuǎn)子構(gòu)造與內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)造。當(dāng)前我國(guó)電梯行業(yè)的開展迅速，并且控制技術(shù)也隨著電梯制造共同開展，在電梯市場(chǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位，對(duì)電梯產(chǎn)業(yè)的開展與進(jìn)步起到了引

5、導(dǎo)的作用，確保電梯行業(yè)可以穩(wěn)定高效的開展。永磁同步曳引機(jī)的原理及構(gòu)造。永磁同步曳引機(jī)的定子繞組采用永磁材料產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)，它不需要?jiǎng)?lì)磁電流，轉(zhuǎn)子中無勵(lì)磁損耗。永磁同步曳引機(jī)裝有轉(zhuǎn)子永磁體磁極位置檢測(cè)器，用來檢測(cè)磁極位置，以此對(duì)電樞電流進(jìn)展控制，到達(dá)伺服控制?，F(xiàn)在應(yīng)用較多的是無齒輪永磁同步曳引機(jī)，其構(gòu)造形式可以分為徑向磁場(chǎng)構(gòu)造和軸向磁場(chǎng)構(gòu)造。徑向磁場(chǎng)構(gòu)造按定子和轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置不同，又可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)造和外轉(zhuǎn)子構(gòu)造。軸向磁場(chǎng)構(gòu)造又稱盤式構(gòu)造，不同構(gòu)造形式的曳引機(jī)應(yīng)用的場(chǎng)合不同，其磁場(chǎng)分布形式也不同。內(nèi)轉(zhuǎn)子式永磁同步曳引機(jī)的永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵中，外轉(zhuǎn)子永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁體貼裝在轉(zhuǎn)子的內(nèi)外表。內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)造

6、承載能力強(qiáng)，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)子構(gòu)造軸向尺寸相對(duì)較小，可用于小機(jī)房或無機(jī)房電梯應(yīng)用場(chǎng)合，但其載重量受到限制。盤式構(gòu)造曳引機(jī)軸向尺寸更小，可直接安裝于電梯井道中，最適于無機(jī)房電梯使用。永磁同步曳引機(jī)的開展趨勢(shì)。隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速開展，與之配套的電梯生產(chǎn)制造業(yè)也一路猛進(jìn)。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(jī)的開發(fā)研制工作。我國(guó)不但是全球最大的電梯市場(chǎng)，而且形成了全球最強(qiáng)的電梯生產(chǎn)能力。中國(guó)的電梯雖然生產(chǎn)能力第一，甚至出口也第一。電梯產(chǎn)業(yè)的前景和走勢(shì)也隨著社會(huì)的需求悄然發(fā)生著改變。市場(chǎng)對(duì)新一代的電梯的需求越來越旺盛。國(guó)內(nèi)外電梯企業(yè)順應(yīng)市場(chǎng)需要

7、，加大研發(fā)投入，都準(zhǔn)備在未來新概念電梯產(chǎn)業(yè)開展中占得先機(jī)。近年來，電梯行業(yè)許多廠家紛紛開展的開發(fā)研制工作，*博林特電梯公司通過自己的技術(shù)研制出我國(guó)具有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)無齒輪永磁同步曳引機(jī)，并在世界市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用。雖然目前在中國(guó)電梯市場(chǎng)上采用無齒輪同步曳引機(jī)技術(shù)的電梯只占很少局部約10%，但其開展勢(shì)頭非常迅猛。伴隨著電梯市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，必將進(jìn)一步促進(jìn)無齒輪永磁同步曳引機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的開展。2. 直線電機(jī)技術(shù)曳引技術(shù)的開展最重要的組成局部是直線發(fā)電機(jī)技術(shù)，同時(shí)，直線電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式也需要直線電機(jī)技術(shù)來完成，運(yùn)行的過程將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且不需要其他的轉(zhuǎn)換設(shè)備或者傳動(dòng)設(shè)備。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)與數(shù)

8、據(jù)分析得出，直線電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中具有啟動(dòng)時(shí)推動(dòng)力大、快速定位相應(yīng)動(dòng)態(tài)等特點(diǎn)。并且在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，電梯傳動(dòng)的剛度較高，使行程的長(zhǎng)度不受影響，在定位過程中準(zhǔn)確定位數(shù)值。使直線電機(jī)設(shè)備成為當(dāng)前電梯開展過程中重要的組成局部之一。在電梯實(shí)際運(yùn)營(yíng)的過程中，由于脫離了離心力的作用，所以直線電機(jī)的直線升降技術(shù)不會(huì)受到影響，雖然在啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)無法到達(dá)高速，但是直線電機(jī)具有很大的加速空間，并且在高速運(yùn)行的狀態(tài)也可以瞬間準(zhǔn)確停頓，當(dāng)直線電機(jī)技術(shù)靈活運(yùn)用到電梯運(yùn)行中時(shí)，不但可以提高電梯的運(yùn)行效率，并且對(duì)電梯的控制性能的提升具有相當(dāng)重要的作用。直線驅(qū)動(dòng)就是直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是近15年開展起

9、來的一種新型進(jìn)給傳動(dòng)方式。直線電動(dòng)機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能、而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，具有啟動(dòng)推力大、傳動(dòng)剛度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、行程長(zhǎng)度不受限制等優(yōu)點(diǎn)。特別是由于直線電動(dòng)機(jī)無離心力作用，故直線移動(dòng)速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)瞬間到達(dá)高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停。因此，直線電機(jī)特別適合應(yīng)用與高速電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在2008中國(guó)國(guó)際電梯展覽會(huì)上，東芝電梯公司展出了采用直線電機(jī)技術(shù)的mags us 非接觸式導(dǎo)靴系統(tǒng)，使電梯在與導(dǎo)軌不發(fā)生接觸的狀態(tài)下運(yùn)行。隨著現(xiàn)代高層建筑的不斷涌現(xiàn)，對(duì)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

10、度和效率，所以采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)高層及超高層電梯成為現(xiàn)實(shí)的可能性會(huì)越來越大。三、選擇適宜的控制方式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，其存在故障率比擬高，維護(hù)較困難，控制裝置體積大等問題，因此近幾年微機(jī)和可編程控制器組成的電梯邏輯控制系統(tǒng)已成為主要的開展方向，不同的使用場(chǎng)所漸漸都用微機(jī)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(diǎn)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輯控制關(guān)系。因?yàn)槟壳半娞菀汛蠖嗖捎枚辔C(jī)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

11、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(tái)。但是電梯的控制邏輯還是從繼電器控制系統(tǒng)逐漸進(jìn)化而來的，因?yàn)榭删幊踢壿嬁刂破魈菪螆D構(gòu)造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(gè)電梯維修技術(shù)人員，有必要對(duì)繼電器控制系統(tǒng)有一些了解，下列圖為典型的繼電器控制電路。3.2微機(jī)控制微機(jī)控制的功能運(yùn)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局部的繼電器以及傳統(tǒng)選層方法，結(jié)合光電編碼器實(shí)現(xiàn)了數(shù)字選層，方便解決調(diào)速問題，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的調(diào)配管理。微機(jī)控制電梯的特點(diǎn)有如下幾方面：1采用無觸點(diǎn)邏輯線路，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了維修費(fèi)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；2可以

12、靈活地改變控制程序，可以適應(yīng)不同的使用要求，最終實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化；3可以實(shí)現(xiàn)故障顯示和記錄，維修變得簡(jiǎn)便，減少了使用故障時(shí)間，提高了運(yùn)行的效率；4用微機(jī)進(jìn)展調(diào)速，提高了乘坐電梯的舒適感；5用微機(jī)實(shí)現(xiàn)群控管理，合理調(diào)配電梯，可以提高電梯的運(yùn)行效率，節(jié)省能源；6微機(jī)控制裝置相對(duì)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(jī)控制電梯的方式分為單微機(jī)，雙微機(jī)，三微機(jī)以及群控微機(jī)方式。單微機(jī)控制方式根據(jù)控制器的不同又可以分為板機(jī)和單片機(jī)控制方式，如下列圖所示即為典型的單片機(jī)電梯控制系統(tǒng)框圖。雙微機(jī)控制方式就是在交流調(diào)壓調(diào)速電梯中，采用2個(gè)微機(jī)組成交流電梯控制系統(tǒng)，這樣就可使

13、電梯性能得到較大改善，從而使電梯的舒適感提高，停層性準(zhǔn)確，可靠性提升這種控制方式分別由控制系統(tǒng)CPU和拖動(dòng)系統(tǒng)CPU以及局部繼電器組成整個(gè)電梯控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)起制動(dòng)的閉環(huán)，穩(wěn)速開環(huán)控制，也可以實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)的控制，此種控制方式運(yùn)行的舒適感和停層精度大大提高。三微機(jī)控制方式也稱為多微機(jī)控制方式，采用3個(gè) CPU 來控制電梯，系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)局部控制和管理局部串行傳輸局部3個(gè)控制系統(tǒng)組成。群控電梯的微機(jī)控制方式是使用微機(jī)對(duì)群控電梯進(jìn)展的控制，方式也各有不同，使用微機(jī)的數(shù)量也有所不同?？删幊踢壿嬁刂破麟娞菘刂瓶删幊踢壿嬁刂破魇且环N專門設(shè)計(jì)的從事邏輯控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，因?yàn)榭删幊踢壿嬁刂破骶哂行阅芊€(wěn)定、抗干擾能

14、力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)，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(jì)80年代中后期可編程邏輯控制器引入我國(guó)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(jì)算機(jī)的平臺(tái)是商業(yè)平臺(tái)，可編程邏輯控制器的出發(fā)點(diǎn)就是自動(dòng)控制，因此可編程邏輯控制器更適合這種控制，同時(shí)可編程邏輯控制器的MTBF 可能是計(jì)算機(jī)無法滿足的。計(jì)算機(jī)的軟件編制比擬靈活，但是可維護(hù)性和移植性應(yīng)該沒有可編程邏輯控制器強(qiáng)，可編程邏輯控制器比微機(jī)可靠，但是如果是群控電梯或處理比擬復(fù)雜的運(yùn)算時(shí)，微機(jī)就要比

15、可編程邏輯控制器具有更大的優(yōu)勢(shì)。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(jī)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(diǎn)。四、模糊控制技術(shù)的應(yīng)用隨著大樓智能化的提高，從效勞質(zhì)量角度來說，人們總是希望候梯時(shí)間和乘梯時(shí)間的總和越短越好；從節(jié)約能耗角度來說，要求電梯防止空駛，減少起停次數(shù)。但是這兩方面的目標(biāo)是相互矛盾的。電梯群控系統(tǒng)調(diào)度方法的設(shè)計(jì)不僅依賴于電梯本身的配置、性能，而且取決于建筑物的客流交通特點(diǎn)和性質(zhì)；*一特定調(diào)度方法對(duì)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(diǎn)采取最適宜的控制策略，使得

16、電梯系統(tǒng)的綜合性能最正確，控制程序中應(yīng)采用先進(jìn)的調(diào)度規(guī)則，使群控管理有最正確的派梯模式。但由于電梯群控系統(tǒng)控制目標(biāo)的多樣性以及電梯系統(tǒng)本身所固有的隨機(jī)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(shí)間最短為目標(biāo)，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(shí))吸收到群控系統(tǒng)中去。模糊控制系統(tǒng)具有非線性、動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)和較強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能，利用專家知識(shí)獲得各種控制規(guī)則，可以很好地處理電梯系統(tǒng)的多目標(biāo)性、隨機(jī)性和非線性，對(duì)即將要發(fā)生的情況作評(píng)價(jià)決策，實(shí)現(xiàn)電梯調(diào)度規(guī)則的進(jìn)化，以適應(yīng)環(huán)境的變化。模糊控制技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)使電梯的效勞質(zhì)

17、量越來越滿足人們的要求。五、我國(guó)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(yùn)行與其他交通工具存在極大的差異，電梯的平安運(yùn)行是保證電梯行業(yè)開展的重要前提，而電梯控制技術(shù)是電梯平安運(yùn)行的重要保障，在保證電梯平安的情況下，還要重視電梯的節(jié)能環(huán)保問題、運(yùn)行效率問題與控制器性價(jià)比問題，從而保證電梯行業(yè)的可持續(xù)開展。5.1 電梯控制技術(shù)的節(jié)能環(huán)保問題電梯被廣泛運(yùn)用到建筑物內(nèi)部的交通運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，例如手扶電梯、直行電梯、貨載電梯等等。在電梯行業(yè)開展的同時(shí)，人們對(duì)能源的使用是否合理越來越重視，電梯在運(yùn)行過程中會(huì)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

18、控制技術(shù)領(lǐng)域，不僅僅要考慮電梯運(yùn)營(yíng)的速度與乘坐舒適度，更要從多個(gè)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(shí)現(xiàn)能源使用效率最大化。5.2 電梯控制技術(shù)的運(yùn)行效率問題在電梯行業(yè)開展的過程中，電梯控制技術(shù)也不斷進(jìn)步，并且電梯控制技術(shù)被靈活的運(yùn)用到了電梯的實(shí)際運(yùn)營(yíng)當(dāng)中。電梯是一種位能性的載重交通工具，在運(yùn)營(yíng)的過程中需要不斷的升降，電梯控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注意電梯的運(yùn)行效率，在保證電梯平安運(yùn)營(yíng)的情況下對(duì)電梯進(jìn)展效率改進(jìn)，提高運(yùn)行效率。5.3 電梯控制技術(shù)的控制器性價(jià)比問題當(dāng)前我國(guó)電梯企業(yè)大局部使用的電梯控制設(shè)備都是從外國(guó)進(jìn)口，并且其設(shè)備制造的核心技術(shù)都為國(guó)外企業(yè)所有。我國(guó)自行開發(fā)的電梯技術(shù)核心設(shè)備卻存在本錢高，周期長(zhǎng)等問題。雖然我國(guó)大局部使用的是VVVF電梯專用變頻器，此類變頻器雖然使用方便快捷，但是本錢確實(shí)普通變頻器的2倍左右，使電梯的運(yùn)營(yíng)本錢大大提高。假設(shè)想電梯技術(shù)得到良好的開展，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