電梯變頻門機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制分析

1 電梯變頻門機(jī)概述

電梯是現(xiàn)代生活中不可缺少的工具，而電梯門機(jī)系統(tǒng)又是整梯系統(tǒng)中動(dòng)作最頻繁的部件，其性能直接影響到整梯的性能。電梯門機(jī)分為直流門機(jī)、交流異步變頻門機(jī)、永磁同步門機(jī)[1(] 至于這三種門機(jī)的區(qū)別，因篇幅所限，不在本文分析)。在這三種門機(jī)中，交流異步變頻門機(jī)是目前使用量最大的電梯門機(jī)，本文所分析的就是這種門機(jī)。

交流異步變頻門機(jī)通常簡(jiǎn)稱為變頻門機(jī)，其構(gòu)成主要分為三部分：變頻門機(jī)控制系統(tǒng)、交流異步變頻電機(jī)、變頻門機(jī)機(jī)械系統(tǒng)[2]，三部分的關(guān)系如圖1所示。

圖1可知，控制系統(tǒng)用于控制變頻電機(jī)運(yùn)行，變頻電機(jī)又拖動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行。

對(duì)于不同廠家的電梯，變頻門機(jī)控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)會(huì)有所不同，但結(jié)構(gòu)原理是基本一樣的，圖2 即為變頻門機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理框圖。

在圖2 中，高壓直流驅(qū)動(dòng)電源為310 V 左右，用作驅(qū)動(dòng)模塊的逆變工作電源，低壓直流控制電源的電壓等級(jí)包括5 V、15 V、24 V等，不同廠家的系統(tǒng)會(huì)有所不同;參數(shù)存儲(chǔ)器一般使用EEPROM;電流傳感器一般設(shè)有兩個(gè)，接在兩相電機(jī)線上，第三相電機(jī)線的電流通過程序中的數(shù)學(xué)運(yùn)算得到;編碼器及其反饋信號(hào)接口電路在“編碼器控制方式”下需要，在“速度開關(guān)控制方式”下不需要，關(guān)于控制方式(即運(yùn)動(dòng)控制方式)，將在下文分析。

與變頻門機(jī)控制系統(tǒng)的情況類似，對(duì)于不同廠家的電梯，變頻門機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)也會(huì)有所不同，但結(jié)構(gòu)原理是基本一樣。變頻門機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)分為兩大部分：轎門側(cè)機(jī)械部分和廳門側(cè)機(jī)械部分，轎門和廳門通過一種稱為“系合裝置”的機(jī)械部件聯(lián)接在一起，電機(jī)拖動(dòng)轎門運(yùn)動(dòng)，轎門通過“系合裝置”帶動(dòng)廳門一起運(yùn)動(dòng)。廳門側(cè)機(jī)械部分除沒有電機(jī)及其減速機(jī)構(gòu)外，其余跟轎門側(cè)機(jī)械部分相似，為節(jié)省篇幅，本文僅介紹轎門側(cè)機(jī)械部分。變頻門機(jī)轎門側(cè)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。

從圖3可看出，轎門側(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)由兩扇轎門和轎門上坎兩大部分組成，上坎上分布著各種部件，圖中所畫為主要部件。其中滑輪組(兩組)聯(lián)接轎門與上坎，將轎門吊掛在上坎導(dǎo)軌上，滑輪組的皮帶夾板卡住皮帶，使得皮帶可以拖動(dòng)滑輪組在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，從而拖動(dòng)轎門運(yùn)動(dòng)。上坎上的開門極限開關(guān)和關(guān)門極限開關(guān)，用于檢測(cè)轎門是否運(yùn)動(dòng)到開門極限位置或關(guān)門極限位置。電機(jī)尾部的編碼器和上坎上的速度開關(guān)并不是同時(shí)都需要，這取決于不同的運(yùn)動(dòng)控制方式。

2 變頻門機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制方式及控制信號(hào)構(gòu)成

變頻門機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制方式分為“編碼器控制方式”和“速度開關(guān)控制方式”。在使用“編碼器控制方式”時(shí)，電機(jī)尾部安裝有編碼器，但上坎上不安裝速度開關(guān)。在這種控制方式下，通過編碼器既能檢測(cè)轎門位置，又能檢測(cè)轎門速度，因此可以使用位置和速度閉環(huán)控制，“編碼器控制方式”下的控制信號(hào)構(gòu)成如圖4所示。

圖4 中的開門信號(hào)、關(guān)門信號(hào)、平層信號(hào)由電梯整梯控制系統(tǒng)發(fā)出，其中平層信號(hào)是指電梯到達(dá)每一樓層平面位置時(shí)產(chǎn)生的信號(hào);開門極限信號(hào)與關(guān)門極限信號(hào)是指轎門運(yùn)動(dòng)到開門極限位置和關(guān)門極限位置時(shí)，由開門極限開關(guān)和關(guān)門極限開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào);安全觸板和光電光幕是檢測(cè)障礙物的裝置[3][4]，安裝在轎門的門沿上(圖3 中未畫出)，這兩個(gè)裝置只有在關(guān)門過程中才有效，當(dāng)有障礙物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生安全觸板信號(hào)和光電光幕信號(hào)，以便整梯控制系統(tǒng)和門機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)施保護(hù);編碼器用來反饋轎門運(yùn)動(dòng)速度、檢測(cè)轎門位置和運(yùn)動(dòng)方向。“編碼器控制方式”下的速度切換點(diǎn)通過檢測(cè)轎門位置來確定。

在使用“速度開關(guān)控制方式”時(shí)，電機(jī)不帶編碼器，而是依據(jù)上坎的速度開關(guān)來檢測(cè)速度切換點(diǎn)。在這種控制方式下，沒有位置檢測(cè)，也沒有速度檢測(cè)，因此只能使用位置和速度開環(huán)控制，“速度開關(guān)控制方式”下的控制信號(hào)構(gòu)成如圖5 所示。

圖5跟圖4相比，只是編碼器信號(hào)用速度開關(guān)信號(hào)替代，其余控制信號(hào)二者完全一樣。兩個(gè)速度開關(guān)僅用作變頻門機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中的速度切換點(diǎn)。