浅论电梯电气控制发展

2022-11-30

1857年美国人OTIS发明出真正意义上的电梯。从此以后, 电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气控制技术是否, 主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理, 使电梯正常运行或处于保护状态, 发出各种显示信号。电梯的电气控制, 过去采用继电器逻辑线路, 一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差, 逻辑系统由许多触点组成, 接线复杂、故障率高、设备庞大, 国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器 (PLC) 控制。本文对我国电梯控制技术和方法的发展状况进行研究, 总结现有电梯主要控制方法, 并对我国电梯将来控制技术和方法做出预测, 这项工作能够起到继往开来的作用, 对我国电梯行业发展具有积极意义。

1 电梯交流调速方法的发展

交流电梯调速方法经经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程。分析这些方法, 可以大致将电梯交流调速的发展历史划分为如下三个阶段。

第一个阶段主要在上世纪70年代, 其主要标志是交流双速电梯, 该方法采用改变牵引电机极对数来实现调速。这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便, 但调速不够平滑、舒适感较差。

第二个阶段主要在上世纪80年代, 主要使用交流调压调速方法, 其性能优越于交流双速电梯。调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速, 其制动多采用能耗制动。

第三个阶段开始于上世纪90年代, 变压变频调速电梯 (VVVF电梯) 开始占据了世界电梯的市场。VVVF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。由于变压变频调速 (VVVF) 的良好特点, 目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能, 实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。由于其优越的调速性能、显著的节能效果, 在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。

2 电梯电气控制所用控制器技术发展

过去几十年来, 电梯的控制器从早期的继电器、单板机控制发展到现在的PLC、单片机、工控机等多种方法, 下面对这些方法的发展进行综述。

2.1 单片机控制

单片微型计算机尽管其功能在不断加强, 但利用它实现电梯控制时无论在接口、计算速度等方面均有软硬件资源不足的问题。利用多个单片机分别构成相互独立的子系统, 或多个单片机构成并行处理系统, 仍然不能适应较复杂的控制算法和故障诊断的要求。因此利用单片机对电梯进行控制的实际应用较少。

2.2 电梯的PLC控制

PLC是可编程控制器的简称, 它是一种用于自动控制的专用微机, 实质上属于微机控制方式, 但可编程控制器具有其自身的特点:1) PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施, 能在较恶劣的各种环境里工作, 可靠性高。2) PLC将CPU、存储器、1/0接口等做成一体, 使用方便, 扩展容易。目前在国产电梯及中低档的客梯广泛采用了PLC控制系统, 特别适合在用电梯的技术改造和控制器开发。

2.3 工业微型控制计算机

随着微机性能的不断提高, 工业微型计算机能够实现更多的、更高级的控制策略。我国电梯行业也出现了微机控制实际应用。微机控制系统能够实现系统设计最佳化, 运行稳定安全, 从而提高了电梯的控制性能和运行可靠性。这种控制器维护方便, 是将来电梯电气控制的发展方向之一。

3 电梯电气控制所用传感器技术发展

位置、速度传感器直接影响到电梯电气控制性能, 下面对电梯电梯控制传感器技术发展进行探讨。

3.1 增量式光电编码器

增量式光电编码器原理简单, 制造方便, 可以做到很高的分辨率, 抗干扰能力强, 可靠性高。这种编码器要在系统上电初始化时刻先确定好零点, 才能提供绝对的位置信号。是电梯行业中常用的传感器。

3.2 绝对式光电编码器

绝对式光电编码器可以输出绝对的位置信号, 但其按照二进制编码输出, 故其信号较多, 影响了可靠性, 因精度取决于位数, 所以分辨率有时候受到限制。由于其装置复杂、价格比较贵, 限制了这种在电梯行业中的应用。

3.3 混合式光电编码器

混合式光电编码器把增量制码和绝对制码做在同一个码盘上, 绝对制码分辨率较低, 能够适应低精度的应用场合, 增量制码分辨率高, 能够满足高精度的要求。这种编码器使用方便, 成本不算太高, 因此在电梯行业中有着较为广泛的应用。

4 我国电梯电气控制目前存在的主要问题

电梯作为现代建筑中的重要交通工具, 它与一般的交通工具有着较大的差别。良好的电梯控制技术是电梯高质量运行的重要保障, 电梯运行安全舒适、高效、节能、控制器的性价比等都是电梯技术发展面临的重大问题。通过文献分析可知, 我国电梯电气控制还存在一些问题需要进一步研究。

4.1 节能问题

越来越多的电梯进入高层建筑, 电梯的节能运行是电梯开发和使用的关键。从控制的角度来看, 有效地改善供电电能的质量、充分地利用电能是一个良好的举措。

4.2 效率

电梯作为一种位能型负载, 运行过程中需要作频繁地升降运动, 研究一种或多种电梯速度给定曲线, 合理地选择运行速度曲线, 是提高运行效率至关重要的一环, 而目前国内生产的大多数电梯存在着给定速度曲线实现困难、资源耗用率高等系列不足等问题, 极大地限制了电梯高效地运行。

4.3 控制器性价比低

目前国内的电梯厂家采用的电梯控制核心设备大部分都是国外进口产品, 核心技术和知识产权为国外大公司所有。而少数自己开发的控制器也有开发周期长, 开发成本高等缺点。另外国内的绝大部分VVVF电梯采用的变频器都是电梯用专用变频器, 这种变频器虽然使用起来很方便, 但其价格却是同类通用变频器的1.5到2陪, 使整个控制系统的性价比大大下降。