孫小清 徐慧偉

摘 要：電梯已成為人們?nèi)粘Ｉ钆c工作常乘坐的一種設(shè)備，故此不斷提升其運(yùn)行安穩(wěn)性對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)有效發(fā)展有重大現(xiàn)實(shí)意義。本文首先概述以DSP控制為基礎(chǔ)電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，其次對(duì)電梯門機(jī)系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分析，最后從電梯門機(jī)硬件與軟件兩方面著手，對(duì)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分條探究。以DSP為核心取控制電梯門機(jī)的開(kāi)、關(guān)過(guò)程，逐步提升電機(jī)控制、人機(jī)交互性、門寬自學(xué)習(xí)等功能。

關(guān)鍵詞：電梯門機(jī)；DSP控制；控制方式；軟硬件設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）12-0050-01

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的時(shí)代中，高層建筑如雨后春筍一般陸續(xù)涌現(xiàn)，電梯設(shè)備使用率不斷上漲，特別是在大中型城市，電梯是人們?nèi)粘Ｉ钪械谋匦杞煌üぞ?。在電梯技術(shù)不斷發(fā)展與完善的情景中，電梯夾門、開(kāi)關(guān)失靈等事件發(fā)生率不斷降低，電梯門開(kāi)關(guān)的程序性與安全性受到高度重視。為給乘客創(chuàng)造良好的乘坐體驗(yàn)，有效設(shè)計(jì)與應(yīng)用電梯門機(jī)系統(tǒng)是尤為重要的。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)外以DSP為基點(diǎn)的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的研究成果常見(jiàn)，基于此本文進(jìn)行詳細(xì)探究。

1 電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

主控制器DSP、永磁同步電機(jī)、無(wú)接觸式磁旋轉(zhuǎn)編碼器、電流電壓采樣電路、功率模塊以及其他模塊類型共同構(gòu)成了電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的硬件[1]。圖1是極為典型的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其采用速度PI和SVPW調(diào)控取滿足電梯門機(jī)控制系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行的需求。

2 電梯門機(jī)系統(tǒng)的控制方式

電梯門機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制方式可以被劃分為編碼器控制與速度開(kāi)關(guān)控制兩種方式。若采用編碼器控制方式，電機(jī)末端安設(shè)編碼器，但上坎上無(wú)需安設(shè)速度開(kāi)關(guān)，采用該種方式去控制電梯門機(jī)，可采用編碼器檢測(cè)轎門具體方位，同時(shí)也能獲得電梯運(yùn)行速度信息。故此，可以采用電梯方位與運(yùn)行速度進(jìn)行閉環(huán)式控制。在應(yīng)用速度開(kāi)關(guān)控制方式過(guò)程中，電機(jī)不帶有編碼器，而是依照上坎的速度開(kāi)關(guān)設(shè)備去檢測(cè)速度切換點(diǎn)。采用該種方式控制電梯機(jī)門系統(tǒng)，無(wú)需對(duì)電梯設(shè)備所處方位與運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行檢測(cè)[2]。

對(duì)如上兩種控制方法進(jìn)行對(duì)比，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度上分析，編碼器信號(hào)被速度開(kāi)關(guān)信號(hào)代替，其他控制信號(hào)兩種無(wú)差異。從電梯門機(jī)系統(tǒng)性能上分析，編碼器控制方式控制精確度更好，能提升門機(jī)設(shè)備運(yùn)行期間的平順性，這主要由于該控制方式能動(dòng)態(tài)式監(jiān)測(cè)電梯轎門所處方式以及運(yùn)行速度，但是其該控制方式應(yīng)用期間會(huì)耗用大量資金與資源。

3 電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

3.1 硬件設(shè)計(jì)分析

電源電路、功率總回路以及控制電路三大部分協(xié)同構(gòu)成了電梯門機(jī)控制系統(tǒng)。選用TOP223型器件作為開(kāi)關(guān)電源。其通過(guò)形成多路電源輸出方式，進(jìn)而為整個(gè)門機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)提供電能。其中，功率回路內(nèi)的三相逆變器選用I-RAMS10UP60B。其功能是把大功率電子開(kāi)關(guān)器件與控制電路器件匯集成一個(gè)新型的模塊，該模塊可以被叫做智能控制功率模塊。整體分析控制電路結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其外圍控制電路存有輸入與輸出電路、人機(jī)交互電路、速度信號(hào)檢測(cè)電路等。

3.1.1 電源電路設(shè)計(jì)

主要包括開(kāi)關(guān)電源電路與穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)兩類。開(kāi)關(guān)電源電路需有多路電源供電，核心器件選擇TOP223，并規(guī)劃多路輸出開(kāi)關(guān)電源。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的電梯門機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，多應(yīng)用高頻變壓器去隔斷電網(wǎng)與輸出端，安全性能相對(duì)優(yōu)良。穩(wěn)壓電源電路中，3.3V、5V直流電壓輔佐下DSP芯片就能正常運(yùn)行。

3.1.2 功率總回路設(shè)計(jì)

采用三相全橋控制方式，選擇IRMS1OUP60B作為主回路的功率模塊，其有效的把各種電路元器件匯集在一個(gè)絕緣型封裝中，并使封裝結(jié)構(gòu)具備過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓鎖定等功能，以進(jìn)一步提升電梯門機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安穩(wěn)性。另外，IRMS1OUP60B里部還集成了自舉二極管，構(gòu)建單極性電源供電模式，進(jìn)而提升硬件系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)性[3]。

3.1.3 主控制電路設(shè)計(jì)

全面分析永磁同步電梯門機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行需求，選擇TMS320LF2407A作為硬件系統(tǒng)內(nèi)的主控模板，該類DSP具有成本低廉、能耗低以及綜合性能優(yōu)等特征。同時(shí)應(yīng)用了CMOS技術(shù)，以達(dá)到對(duì)控制器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)。應(yīng)用光電編碼器信號(hào)對(duì)系統(tǒng)主控制電路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠獲得較為精確的速度反饋信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行速度有效調(diào)控，打造轉(zhuǎn)速閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。另外，LED顯示電路和串行通訊接口電路是人機(jī)交互電路的主要元器件。在對(duì)本電機(jī)門機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將ATmega8設(shè)為協(xié)作處理器以體現(xiàn)人機(jī)交互功能，以大幅度降低主控器繁重化運(yùn)算壓力，對(duì)提升整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)算精確性有很大促進(jìn)作用[4]。

3.2 軟件設(shè)計(jì)分析

電梯門機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化方法，軟件系統(tǒng)是由主程序、電機(jī)控制、人機(jī)交互等模塊構(gòu)成的。其中，主程序是軟件系統(tǒng)的核心，其他任何模塊的運(yùn)行務(wù)必以主程序?yàn)楹诵摹Ｔ蓟_(dá)到對(duì)芯片上電、使用的I/O口、外設(shè)等零部件進(jìn)行優(yōu)化配置；門寬可以智能化完成門機(jī)設(shè)施恢復(fù)原位、轎門寬度測(cè)量等任務(wù)，并把相關(guān)測(cè)量信息整合到儲(chǔ)存器內(nèi)。電機(jī)控制模塊功能是對(duì)電梯門開(kāi)關(guān)動(dòng)作進(jìn)行邏輯判斷，進(jìn)而產(chǎn)生電梯門運(yùn)動(dòng)曲線，提升堵轉(zhuǎn)開(kāi)門的控制算法的科學(xué)性與精確性。其主要控制功能是在主循環(huán)中體現(xiàn)的，通訊部分?jǐn)?shù)據(jù)接收應(yīng)用隔斷服務(wù)程序方式進(jìn)行處理。本次研究中，所涉及的電梯機(jī)門系統(tǒng)采用的是系集成的雙路通訊接口，分析堵轉(zhuǎn)力矩控制狀況，采用整改堵轉(zhuǎn)判斷算法或整改相關(guān)參數(shù)信息的方式，實(shí)現(xiàn)有效管控堵轉(zhuǎn)力矩大小的目標(biāo)，與此同時(shí)堵轉(zhuǎn)力矩會(huì)伴隨基頻電壓的變化而做出相應(yīng)改變[5]。

調(diào)速程序?yàn)殚T機(jī)系統(tǒng)重要組成部分之一，其內(nèi)速度調(diào)節(jié)器的主要功能是對(duì)給定速度以及反饋速度間的差值，按照一定規(guī)律測(cè)算，繼而運(yùn)用運(yùn)算結(jié)果管控并調(diào)整電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。故此，在對(duì)電梯電機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷優(yōu)化速度以達(dá)到對(duì)門機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度有效調(diào)控。

4 結(jié)語(yǔ)

電梯系統(tǒng)是一個(gè)人機(jī)交互的控制系統(tǒng)，其主要由電氣控制技術(shù)、通訊技術(shù)、變頻技術(shù)等構(gòu)成。為提升電梯設(shè)備運(yùn)行安穩(wěn)性，使乘客獲得更為優(yōu)質(zhì)服務(wù)，本文以電梯門機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其總體構(gòu)成、控制方式以及軟件與硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探究。以DSP控制為基礎(chǔ)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，能夠不斷強(qiáng)化硬件電路系統(tǒng)運(yùn)行精簡(jiǎn)性，大幅度提升系統(tǒng)控制性能。已有大量實(shí)踐證明，DSP控制方式具有通用性，開(kāi)關(guān)門啟平穩(wěn)，這證明了電梯門機(jī)系統(tǒng)投入實(shí)踐中的可行性。

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