电梯控制技术简析

《工业控制计算机｝２０１１年第２４卷第８期９７

电梯控制技术简析ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｌｅｖａｔｏｒ李道光朱里红（成都理工大学工程技术学院，四川乐山６１４０００）

摘要随着社会的不断进步，科技的不断发展。世界各地高楼林立，电梯早巳“飞入寻常百姓家”，成为我们不可缺少的代步工具。电梯离我们如此之近。然而我们却很少关注它。对电梯的发展过程进行概述，并对现代电梯节能与发展前景进行简要分析。关键词：电梯控制，节能。绿色ＡｂｅｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｃｉｅｔｙ。ｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｒｌｄ。ｗｉｔｈａｔａｌｌａｌ—

ｒｅａｄｙ”ｆｌｙｉｎｇｉｎｔｏｔｈｅｅｌｅｖａｔｏｒａｖｅｒａｇｅｈｏｍｅｓ”．ｂｅｃｏｍｅｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ｅｌｅｖａｔｏｒａｗａｙ

ｆｒＯｍＵＳ．ｂｕｔＳＯｃｌｏｓｅｂｕｔ

ｐａｉｄｌｉｔｔｌｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｉｔ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒＯｕｔｌｉｎｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｅｌｅｖａｔｏｒ。ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｒｎｅｌｅｖａｔｏｒｅｎｅｒｇｙ－ｓａｙ・ｉｎｇａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｆｏｒｂｒｉｅｆａｎａｌｙｓｉｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｖａｔｏｒｃｏｎｔｒ０１．Ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ．ｇｒｅｅｎ

１８５４年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上。美国人伊莱沙・格雷夫斯・奥的斯第一次向世人展示了以蒸汽为动力的载人升降机。从那以后，高楼大厦内部都开始装置了奥的斯的垂直自动梯。这种自动梯速度不快而且噪声很大，但是可以代步，于是奥的斯名声大振。我国电梯行业的发展主要分为三个阶段：１９７０年以前，我国电梯行业主要大量生产１．０ｍ／ｓ以下的交流双速电梯，其结构简单、造价便宜、维护方便。由于其过渡过程是跳跃式的，所以舒适度差．又由于运行速度低，因此效率也低。尽管存在着这么多的问题，但是由于当时我国的发展状况，大多数只是高楼群（非超高楼群），全国电梯总量也仅约１１００多台，所以这种电梯也得到了广泛的应用。１９７０年以后。我国几家较大的电梯生产厂与有关部门合作共同研制了可控硅励磁的直流电动机一发电机组的主传动方式。由于其采用单闭环控制方式．所以抗干扰能力较差，调试工作也比较困难。通常在１．７５ｍ／ｓ以下的电梯采用此模式。当电梯要求速度在２—２．５ｍ／ｓ时，采用双闭环控制系统。其抗干扰性比单闭环型式有好转。然而由于采用的仍是发电机一电动机组，因此能耗较大。１９８０年至今，我国共生产、安装电梯远超４０万台。我国已成为世界最大的新装电梯市场和最大的电梯生产国。而且随着科学技术的进步。世界各国对节能问题越来越重视．我国也不例外。电梯行业快速发展．电梯逐渐向节能，高速．超高速，安全化，舒适化。智能化，绿色化等方向发展。１电梯节能控制方式目前电梯节能的方式有很多种，比如ＰＬＣ控制、单片机控制、变频器控制和能鼍回馈等多种方式。变频器用来实现电机的调速．使用变频器可以实现平稳操作和精确控制．使乘客在乘坐电梯时更加舒适。ＰＬＣ负责处理各种信号的逻辑关系。从而向变频器发出起、停等信号，同时变频器也将工作状态信号送给ＰＬＣ，形成双向联络关系。２变频器控制原理如图２所示．在ＡＥ、ＦＢ、ＣＧ、ＨＤ四段选用抛物线平滑地完成加速、减速。ＥＦ、ＧＨ两段选用曲线的切线来完成调速过程。由系统实际要求所知：电梯的额定转速为ｌｍ／ｓ，加、减速所用时间为１．５ｓ。人体所能承受的最大加速度为ａ。＝１．５ｍ／ｓ２，ｐ。＝２ｍ／ｓ３．根据上述要求所用的速度曲线模型如下所示：Ｖ▲以ＢＣ额定转谴ＹｎＶ▲ＢＣＦ赦定Ｇ转速ＶｎｏＡ。．Ｔ。。０。－ｏ‰。．丫…三２。。圈１常规的速度控制曲线圈２改进后的速度控制曲线ＡＥ：Ｖ＝Ｏ．９ｔ２，ｔＥ／ｏ，ｏ．６６Ｍ．（１）￡Ｆ：帖１．２ｔ－０．４００４，ｔＥ／ｏ．６６７。ｏ．８３３］（２）ＦＢ：帖７一ｎ９（１．５－ｔ）‘，ｔＥ／０．８３：９，７．曰（３）ＣＧ：ｖ＝１－０９（ｔｏ－ｔ）‘乞；７．５＋Ｔｏ．ｔＥ，Ｔ．５＋Ｌ，２１６７＋Ｔ０１（４）ＧＨ：恬０．６－１．２（ｔ．－２．１６７－Ｔｏ），ｔＥ，２１６７＋｝ｏ，２３３４＋ＬＪ（５）ＨＤ：Ｖ＝Ｏ．９（ｔ－３－Ｔｏ）‘．ｔＥｆ２．３３４＋Ｌ。３＋ＴｏＪ（６）其中Ｔ０是电梯以额定转速运行的时间。根据系统的快速性和舒适性以及加、减速时间和额定转速进行以下分析：加速曲线ＡＥ：Ｖ－－盯（７）则可知此段：ａ雎＝２ｋｔ、ｐ《＝２ｋ（８）

加速切线ＥＦ：恬屹＋２ｋｔＥ（ｔ－０）（９）

则可知此段：ａ铲＝矾、ｐ＝Ｏ（１０）

设计中考虑到加速的快速性、选择加速曲线ＦＢ与ＡＥ对称．即：ｋ＝岛一ｆＦ（１１）匀速运行时电梯的额定转速是１ｍ／ｓ，这要求Ｂ点加速度及加速度变化率均须为０，由此选择匀速曲线ＢＣ：Ｖ＝Ｖｎ．ａ＝Ｏ．ｐ＝０据以上分析可知：

ｖＥ＝ｋｔｚ２器（１２）

选择ａｍ＝１．２ｍ／，＜１．剌＝‰；ｐｍ＝７．８ｍ／ｓＪ＜２ｍ／ｓ３＝ｐ，，＝

由ｆＥ＝鲁＝等＝０．６６７（１３）

由Ｋ＝去＝茄＝ｏ．４ｍ／ｓ（１４）

由于设定ＡＥ与ＦＢ对称则有：

万方数据电梯控制技术简析△‰＝屹＝Ｏ．４ｒｎ／ｓ；Ａｋ＝ｔＥ＝０．６６７ｓ（１５）

△Ｖ；＝‰一２屹＝，一２ｘ０．４＝１—０．８＝Ｏ．２ｍ／ｓ（１６）

△ｋ＝学＝器训６７ｓ（１７）

并得各点参数人下所示：ＥｔＥ＝ｏ６６７ｓ，畦＝０．４ｍ／ｓＦ：ｔｒ＝ｔＥ＋ＡｔＥＦ＝０．６６７＋０．１６７＝０．８３３Ｓ，昨＝屹＋△嘻＝０．４＋０．２＝Ｏ．６ｍ／ｓＢ：ｔｓ＝ｔｒ＋ｔＥ＝０．８３３＋０．６０７＝１．５Ｓ。屹＝咋＋屹＝‰＝ｌｍ／ｓＡＥ段：性舻：ｐ／２－，：Ｄ贫，ｆ∈以Ｄ６６７：『（１８）ＥＦ：Ｖ－－屹＋ａ（ｆ一名）＝０．４＋７．２（ｔ－０．６６７）＝１．２ｔ－０．４００４，ｔｅ以６６７，０．８３３］（１９）ＦＢ：Ｖ－－屹一２ｋ（ｆ８一ｆ）＝７—７．８（１．５一ｆ），ｔＥ以８３３，７．５，（２０）由于加速和减速段曲线是对称的，由对称性可知：ＣＧ．性Ｖｃ—ｋ（ｆｃ－ｆ）２＝７—１．８（ｔｏ—ｆ），ｆｃ＝７．５＋Ｔｏ，ｔｅ，７．５＋ＴＯ，２１６７＋ＴＪ（２１）ＧＨ．Ｖ－－屹一ａ（ｆ—ｆＧ）＝０．６－１．２（ｔ－２．１６７－Ｔｏ）。ｔＥ皿１６７＋Ｔｏ，２．３Ｓ４＋Ｔｏ］（２２）ＨＤ：Ｖ＝ｋ（ｔ－ｔｏ）‘＝７．８（ｔ－３－Ｔｏ），ｔＥ皿３３４＋Ｌ，３＋Ｔｏ］（２３）３单片机控制进八＾Ｄ中断串ｌ】通信Ｖ；Ｎ电样星打二选簟层位臂检测＇－．电帆驯动ＹＶ人赦幢测，单片机－．显示座联楚古戍浚停一’◆控制电机停一，键盘辅入Ｖ中断结柬圈３单片机控制系统结构图图４位置检测如图４所示，当电梯到达指定位置时，触发传感器，使传感器输出电压发生变化，将该电压输入单片机的内部ＡＤＣ进行采样．以此判断电梯位置并控制电机。电梯控制系统和梯外指令系统之间用无线通信芯片实现信息的交换。当按下某层的叫梯按钮，相应的指令代码会通过串口无线模块发送给单片机。单片机将每层的叫梯指令分别存储到对应的变量中，并根据电梯的运行状态来决定目的层。单片机会实时反馈电梯当前位置和梯内人数。当梯内人数达到满员时，不再响应叫梯指令，以节约不必要的浪费。主程序在循环中不断扫描电梯内按钮，通过把得到的楼层数值排序获得下一个目的层数，然后控制电梯改变运动方向。比如当有乘客在１层上电梯，按下与键，在电梯运行过程中此乘客又想改去４层。那么当电梯到达４层乘客下电梯后，信号检测电梯内人数为零，电梯会自动下到１层，而不是继续空载上５层。节约了不必要的浪费，也减少了下一批乘客等待电梯的时间。据此分析这种型号的电梯在启动时每次持续时间为４．５Ｓ，耗能约３０ｋＪ．匀速运行时每秒耗能约７．５ｋＪ．减速过程时间约为２ｓ，耗能约为８ｋＪ。比如电梯从９层运行到１层来估算，传统电梯耗能２７２ｋｊ，但如果采用单片机控制单元后，电梯耗能约为１５８ｋＪ．节约能量１１４ｋＪ，占传统电梯耗能的４１．９％，综合个时间段的乘客流量和电梯使用情况可推得这种使用单片机控制单元的电梯，在运行时平均可节约１０％左右的能量和时间。４能量回馈控制能茸回馈简单的说就是将电梯在上升过程中存在的位能转变成电能，以减少电能的消耗。当电梯上行势能转化为电能向变频器【旦Ｉ馈能量，即发电运行；电梯下行是需要电动机推动负载作功，电动机从电阚中消耗电能，即电动运行。反之，当电梯轿厢重量大于电梯配重重量时，则上行为电动运行，下行为发电运行。发电运行中，未加能量回馈单元的变频器将电梯反馈的能量消耗在制动电阻上。加入能量反馈单元后，采用一定的控制方法．将存储在电容中的能量转变为与电网同频率、同相位、同幅值的交流电能回送给电网，实现能量自动回馈．供电梯周边设备用电。这样既能达到节电的目的，又能改善电梯控制系统的工作环境。５绿色电梯现在人们越来越关注环境对人类的影响，“绿色”越来越成为现代社会的主色调。电梯同样应该向“绿色”发展。使电梯更舒适、更安全地为人类生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。著名的电梯专家彼得思认为．目前电力是不可持续的并对环境有损害，作为地球上有责任的人，我们应当减少能源消耗，寻找可持续发展的能源。因此绿色电梯应从以下４个方面考虑：＠避择

驱动电梯的更有效能源；②减小惯性和其他阻力；③有效的电梯轿厢照明；④优化计划，包括＾口Ｔ到达的楼层和避免电梯容积过大。目前国内已有一些电梯生产商研发出了以环保、节能、舒适等为目标的电梯。比如电梯轿厢底部采用ＬＥＤ装饰照明，电梯门一关，底部埋设的绿色照明灯便会自动亮起。提示乘客注意安全。还有些电梯采用分配控制技术，可以评估分析电梯近期内的运行距离，随时应对新的呼叫，使轿厢分配实现最佳，从而通过缩短所有轿厢总运行距离达到节能效果；如果持续３ｍｉｎ没有轿厢、层站召唤，电梯将自动关闭照明及风扇，并降低梯厅位置显示器的亮度，从而大幅度减少待机电力消耗。电梯运行安全一直被高度关注，沈阳一家电梯生产企业为此研发出一种能够自动识别轿厢内异常行为的安全系统：当轿厢内出现类似侵袭等异常动作时．监视系统将发出语音提示，如果异常动作仍未中止，电梯将停留在最近的楼层，确保乘客安全。此外，乘客如果因为病痛等特殊情况滞留在电梯内超过一定时间，监视系统也将发出语音提示．并自动停在最易被发现的楼层。上海一家公司开发的无线远程监控系统，将住宅小区的每台电梯都通过无线模块与小区监控中心联网．两者间通过无线射频交换资料，如果哪一部电梯出现故障，故障信息会立刻被传送至监控中心．从而得到及时处理。６结束语本文简要介绍了电梯的发展历史，并从节能方面简单介绍了电梯的发展进程，对电梯的未来发展方向作出展望。电梯的发展还有很长的路要走，相信随着科技的进步，人们对环保、节能、绿色等问题的关注度越来越高。电梯也会变得越来越人性化，越来越绿色，越来越符合社会的发展规律。