電梯變頻門機的運動控制分析

1 電梯變頻門機概述

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

交流異步變頻門機通常簡稱為變頻門機，其構成主要分為三部分：變頻門機控制系統、交流異步變頻電機、變頻門機機械系統[2]，三部分的關系如圖1所示。

圖1可知，控制系統用于控制變頻電機運行，變頻電機又拖動機械系統運行。

對于不同廠家的電梯，變頻門機控制系統的具體設計會有所不同，但結構原理是基本一樣的，圖2 即為變頻門機控制系統的硬件結構原理框圖。

在圖2 中，高壓直流驅動電源為310 V 左右，用作驅動模塊的逆變工作電源，低壓直流控制電源的電壓等級包括5 V、15 V、24 V等，不同廠家的系統會有所不同;參數存儲器一般使用EEPROM;電流傳感器一般設有兩個，接在兩相電機線上，第三相電機線的電流通過程序中的數學運算得到;編碼器及其反饋信號接口電路在“編碼器控制方式”下需要，在“速度開關控制方式”下不需要，關于控制方式(即運動控制方式)，將在下文分析。

與變頻門機控制系統的情況類似，對于不同廠家的電梯，變頻門機機械系統的具體設計也會有所不同，但結構原理是基本一樣。變頻門機的機械系統分為兩大部分：轎門側機械部分和廳門側機械部分，轎門和廳門通過一種稱為“系合裝置”的機械部件聯接在一起，電機拖動轎門運動，轎門通過“系合裝置”帶動廳門一起運動。廳門側機械部分除沒有電機及其減速機構外，其余跟轎門側機械部分相似，為節省篇幅，本文僅介紹轎門側機械部分。變頻門機轎門側機械部分的結構示意圖如圖3 所示。

從圖3可看出，轎門側機械結構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)聯接轎門與上坎，將轎門吊掛在上坎導軌上，滑輪組的皮帶夾板卡住皮帶，使得皮帶可以拖動滑輪組在導軌上運動，從而拖動轎門運動。上坎上的開門極限開關和關門極限開關，用于檢測轎門是否運動到開門極限位置或關門極限位置。電機尾部的編碼器和上坎上的速度開關并不是同時都需要，這取決于不同的運動控制方式。

2 變頻門機的運動控制方式及控制信號構成

變頻門機的運動控制方式分為“編碼器控制方式”和“速度開關控制方式”。在使用“編碼器控制方式”時，電機尾部安裝有編碼器，但上坎上不安裝速度開關。在這種控制方式下，通過編碼器既能檢測轎門位置，又能檢測轎門速度，因此可以使用位置和速度閉環控制，“編碼器控制方式”下的控制信號構成如圖4所示。

圖4 中的開門信號、關門信號、平層信號由電梯整梯控制系統發出，其中平層信號是指電梯到達每一樓層平面位置時產生的信號;開門極限信號與關門極限信號是指轎門運動到開門極限位置和關門極限位置時，由開門極限開關和關門極限開關產生的信號;安全觸板和光電光幕是檢測障礙物的裝置[3][4]，安裝在轎門的門沿上(圖3 中未畫出)，這兩個裝置只有在關門過程中才有效，當有障礙物時，會產生安全觸板信號和光電光幕信號，以便整梯控制系統和門機控制系統實施保護;編碼器用來反饋轎門運動速度、檢測轎門位置和運動方向。“編碼器控制方式”下的速度切換點通過檢測轎門位置來確定。

在使用“速度開關控制方式”時，電機不帶編碼器，而是依據上坎的速度開關來檢測速度切換點。在這種控制方式下，沒有位置檢測，也沒有速度檢測，因此只能使用位置和速度開環控制，“速度開關控制方式”下的控制信號構成如圖5 所示。

圖5跟圖4相比，只是編碼器信號用速度開關信號替代，其余控制信號二者完全一樣。兩個速度開關僅用作變頻門機運動過程中的速度切換點。