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1、电 梯 控 制 技 术现代电梯控制技术的发展及存在的问题分析院 （ 系 ） 名 称 机 械 工 程 学 院专 业 名 称 电 气 工 程 及 其 自 动 化学 生 姓 名 王 坤学 生 学 号 1301052050 指 导 教 师 王 忠 利2016 年 11 月 15 日前言 随着科学技术的不断进步，电梯工业生产水平得到了不断提高，产品结构也有很大的改进。在电梯控制系统的可靠性、稳定性得到很大改善以外，设备的体积大大缩小，功能不断完善，性能不断提高，维护更加方便。尤其是从 80年代交流变压变频控制技术出现以来，电梯的发展速度十分惊人，应用也相当普及。电梯控制技术是指电梯的传动系统及操纵系统的
2、电气自动控制,随着科学技术的不断发展，电梯控制技术也经历了从简单到复杂，从单一到集群的变化,控制方式也有了非常大的进步，目前主要的控制方式有继电器控制、微机控制、可编程逻辑控制器控制等。一、电梯交流调速方法的发展交流电梯调速方法经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程。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
3、、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。电梯交流调速技术是交流双速电梯发展的重要技术之一。并且通过电梯实际运行的数据分析来看，使用电梯交流调速技术的电梯具有运行成本低、结构简单、维修快捷等特点，但是由于本身电梯质量普遍较低，存在舒适度较差、无法进行准确的平化调速等问题。近年来，我国电梯行业不断发展，电梯交流调速技术也在不断进步，当前电梯行业中具有先进技术，并且乘坐舒适、平层准确、环保节能特点的 VVVF 电梯已经投入使用。这种电梯不但提高了电梯的运行调速性能，并且在实际运营的过程中，可以达到环保节能的效果，并且为乘坐者提供了优质的称作环境，提高了乘坐舒适
4、度。现如今，交流调速技术已经成为电梯行业发展的主要技术，为电梯的制造与控制提供了科学的技术保障。二、曳引技术的发展1. 永磁同步曳引机永磁同步曳引机技术同样是曳引技术的重要组成部分，通过永磁材料励磁磁场，将曳引机中的定子进行绕组。在电梯实际运行，永磁同步曳引机的工作过程中不会出现励磁消耗。由于永磁同步曳引机内部安装了检测器可以检测出转子永磁磁体磁极的位置，从而保持电枢电流可以得到有效的控制，提高磁极的控制效果。当前我国电梯控制及时当中，无齿轮永磁同步曳引机的使用是最为广泛的，无齿轮永磁同步曳引机的结构形式有径向磁场结构与轴向磁场结构，由于曳引机的结构形式在不同场合的使用过程中磁场的分布也不相同
5、，并且在径向磁场结构中的定子与转子位置也不相同，可分为外转子结构与内转子结构。当前我国电梯行业的发展迅速，并且控制技术也随着电梯制造共同发展，在电梯市场中占据了主导地位，对电梯产业的发展与进步起到了引导的作用，确保电梯行业可以稳定高效的发展。永磁同步曳引机的原理及结构。永磁同步曳引机的定子绕组采用永磁材料产生励磁磁场，它不需要励磁电流，转子中无励磁损耗。永磁同步曳引机装有转子永磁体磁极位置检测器，用来检测磁极位置，以此对电枢电流进行控制，达到伺服控制。现在应用较多的是无齿轮永磁同步曳引机，其结构形式可以分为径向磁场结构和轴向磁场结构。径向磁场结构按定子和转子的相对位置不同，又可分为内转子结构和
6、外转子结构。轴向磁场结构又称盘式结构，不同结构形式的曳引机应用的场合不同，其磁场分布形式也不同。内转子式永磁同步曳引机的永磁体嵌装在转子铁中，外转子永磁同步电动机的永磁体贴装在转子的内表面。内转子结构承载能力强，适于大载重量、高速电梯，一般多用于高层住宅和办公楼。外转子结构轴向尺寸相对较小，可用于小机房或无机房电梯应用场合，但其载重量受到限制。盘式结构曳引机轴向尺寸更小，可直接安装于电梯井道中，最适于无机房电梯使用。永磁同步曳引机的发展趋势。随着我国建筑行业的快速发展，与之配套的电梯生产制造业也一路猛进。近年来，电梯行业许多厂家纷纷开展无齿轮永磁同步曳引机的开发研制工作。我国不但是全球最大的电
7、梯市场，而且形成了全球最强的电梯生产能力。中国的电梯虽然生产能力第一，甚至出口也第一。电梯产业的前景和走势也随着社会的需求悄然发生着改变。市场对新一代的电梯的需求越来越旺盛。国内外电梯企业顺应市场需要，加大研发投入，都准备在未来新概念电梯产业发展中占得先机。近年来，电梯行业许多厂家纷纷开展的开发研制工作，沈阳博林特电梯公司通过自己的技术研制出我国具有自己知识产权无齿轮永磁同步曳引机，并在世界市场上得到广泛应用。虽然目前在中国电梯市场上采用无齿轮同步曳引机技术的电梯只占很少部分（约 10%） ，但其发展势头非常迅猛。伴随着电梯市场的竞争和技术竞争，必将进一步促进无齿轮永磁同步曳引机技术及其应用的
8、发展。2. 直线电机技术曳引技术的发展最重要的组成部分是直线发电机技术，同时，直线电动机的驱动方式也需要直线电机技术来完成，运行的过程将电能转化为机械能，并且不需要其他的转换设备或者传动设备。经过大量的实验与数据分析得出，直线电动机在运行过程中具有启动时推动力大、快速定位相应动态等特点。并且在实际运营过程中，电梯传动的刚度较高，使行程的长度不受影响，在定位过程中精确定位数值。使直线电机设备成为当前电梯发展过程中重要的组成部分之一。在电梯实际运营的过程中，由于脱离了离心力的作用，所以直线电机的直线升降技术不会受到影响，虽然在启动后短时间内无法达到高速，但是直线电机具有很大的加速空间，并且在高速运
9、行的状态也可以瞬间准确停止，当直线电机技术灵活运用到电梯运行中时，不但可以提高电梯的运行效率，并且对电梯的控制性能的提升具有相当重要的作用。直线驱动就是直线电动机直接驱动。直线电动机直接驱动系统是近 15 年发展起来的一种新型进给传动方式。直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有启动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。特别是由于直线电动机无离心力作用，故直线移动速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能实现启动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。因此，直线电机特别适合应用与高速电梯的驱动系统。在 2008 中国国
10、际电梯展览会上，东芝电梯公司展出了采用直线电机技术的 mags us 非接触式导靴系统，使电梯在与导轨不发生接触的状态下运行。随着现代高层建筑的不断涌现，对高层及超高层建筑物，通过悬吊钢丝绳牵引轿箱越来越限制电梯的提升高度和效率，所以采用直线电动机直接驱动高层及超高层电梯成为现实的可能性会越来越大。三、选择合适的控制方式3.1 继电器控制电梯传统的电梯逻辑控制系统由继电器线路组成，其存在故障率比较高，维护较困难，控制装置体积大等问题，因此近几年微机和可编程控制器组成的电梯逻辑控制系统已成为主要的发展方向，不同的使用场所渐渐都用微机及可编程控制器替代了继电器成为电梯逻辑控制方式。但是继电器逻辑控
11、制线路是由触点互相组合完成逻辑控制功能的，其原理直观，分析方便，分析这种系统有助于理解电梯的逻辑控制关系。因为目前电梯已大多采用多微机网络控制系统，此种控制方式的串行通信，智能化管理，变频调速等技术使电梯的可靠性与舒适感大大提高，所以传统的继电器控制系统已逐渐退出了历史的舞台。但是电梯的控制逻辑还是从继电器控制系统逐渐进化而来的，因为可编程逻辑控制器梯形图结构与继电器回路图极为相似，而且在接触的电梯控制系统中，多少还有一些继电器回路。所以作为一个电梯维修技术人员，有必要对继电器控制系统有一些了解，下图为典型的继电器控制电路。3.2 微机控制微机控制的功能运用到电梯控制系统上，主要有以下几种功能
12、取代了全部或部分的继电器以及传统选层方法，结合光电编码器实现了数字选层，方便解决调速问题，实现复杂的调配管理。微机控制电梯的特点有如下几方面：（1）采用无触点逻辑线路，提高了系统的可靠性，降低了维修费用，提高了产品质量；（2）可以灵活地改变控制程序，可以适应不同的使用要求，最终实现控制自动化；（3）可以实现故障显示和记录，维修变得简便，减少了使用故障时间，提高了运行的效率；（4）用微机进行调速，提高了乘坐电梯的舒适感；（5）用微机实现群控管理，合理调配电梯，可以提高电梯的运行效率，节省能源；（6）微机控制装置相对继电器控制装置体积较小，减少了控制装置的占地面积。 根据电梯的类型功能要求，微机控
13、制电梯的方式分为单微机，双微机，三微机以及群控微机方式。单微机控制方式根据控制器的不同又可以分为板机和单片机控制方式，如下图所示即为典型的单片机电梯控制系统框图。双微机控制方式就是在交流调压调速电梯中，采用 2 个微机组成交流电梯控制系统，这样就可使电梯性能得到较大改善，从而使电梯的舒适感提高，停层性精确，可靠性提升这种控制方式分别由控制系统 CPU 和拖动系统 CPU 以及部分继电器组成整个电梯控制系统，可以实现起制动的闭环，稳速开环控制，也可以实现全闭环的控制，此种控制方式运行的舒适感和停层精度大大提高。三微机控制方式也称为多微机控制方式，采用 3 个 CPU 来控制电梯，系统由驱动部分控
14、制和管理部分串行传输部分 3 个控制系统组成。群控电梯的微机控制方式是使用微机对群控电梯进行的控制，方式也各有不同，使用微机的数量也有所不同。可编程逻辑控制器电梯控制可编程逻辑控制器是一种专门设计的从事逻辑控制的计算机系统，因为可编程逻辑控制器具有性能稳定、抗干扰能力强、设计配置灵活等特点，所以在工业控制方面得到了十分广泛的应用自从 20 世纪 80 年代中后期可编程逻辑控制器引入我国电梯行业以来，可编程逻辑控制器组成的电梯控制系统已经被许多电梯制造厂家普遍采用，并形成了一系列的定型产品在传统继电器系统的改造工程中，可编程逻辑控制器系统一直是一种主流控制系统。计算机的平台是商业平台，可编程逻辑
15、控制器的出发点就是自动控制，因此可编程逻辑控制器更适合这种控制，同时可编程逻辑控制器的 MTBF 可能是计算机无法满足的。计算机的软件编制比较灵活，但是可维护性和移植性应该没有可编程逻辑控制器强，可编程逻辑控制器比微机可靠，但是如果是群控电梯或处理比较复杂的运算时，微机就要比可编程逻辑控制器具有更大的优势。继电器控制是早期较为传统的控制方式，现在已经逐渐被微机和可编程逻辑控制器所取代，可编程逻辑控制是目前较为主流的控制方式，它与前两者相比有较为突出特点。四、模糊控制技术的应用随着大楼智能化的提高，从服务质量角度来说，人们总是希望候梯时间和乘梯时间的总和越短越好；从节约能耗角度来说，要求电梯避免
16、空驶，减少起停次数。但是这两方面的目标是相互矛盾的。电梯群控系统调度方法的设计不仅依赖于电梯本身的配置、性能，而且取决于建筑物的客流交通特点和性质；某一特定调度方法对于不同模式、不同用途的建筑的调度效果有很大的差异。电梯群控系统应根据建的客流交通特点采取最合适的控制策略，使得电梯系统的综合性能最佳，控制程序中应采用先进的调度规则，使群控管理有最佳的派梯模式。但由于电梯群控系统控制目标的多样性以及电梯系统本身所固有的随机性和非线性仅仅通过传统的控制方法很难提高控制系统的性能。现在的群控算法中已不是单一地依赖“乘客等候时间最短”为目标，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统的方法，将要综合考虑的因素(即专家知识)吸收到群控系统中去。模糊控制系统具有非线性、动态性的特点和较强的学习功能，利用专家知识获得各种控制规则，可以很好地处理电梯系统的多目标性、随机性和非线性，对即将要发生的情况作评价决策，实现电梯调度规则的进化，以适应环境的变化。模糊控制技术的应用将会使电梯的服务质量越来越满足人们的要求。五、我国电梯电
