Integriertes Aufzugssteuerungssystem

Die Kombination von Controller und Motortreiber in einem Gerät bietet viel mehr als nur Einfachheit.

Dieser Artikel wurde erstmals auf dem 2018 International Elevator & Escalator Symposium in Istanbul präsentiert. Weitere Informationen zur Veranstaltung im November 2019 in Las Vegas und zu teilnehmen, besuchen www.elevatorsymposium.org.

Ein integriertes Aufzugssteuerungssystem besteht aus einer Aufzugssteuerung und einem Motortreiber, die in einem Gerät kombiniert sind. Auf den ersten Blick scheint dieser neue Trend nur eine Vereinfachung der Verkabelung der Aufzugssteuerung zu sein, aber durch das Vorhandensein der integrierten Aufzugssteuerungen ändert sich viel mehr. In diesem Artikel versuchen wir, die Strukturen der integrierten Aufzugssteuerungen sowie die durch diese eingeführten Änderungen zu erläutern. Um den Übergang zu den integrierten Geräten zu verstehen, sollten wir zunächst einen Blick auf die Kommunikation von Aufzugssteuerung und Motortreiber werfen.

Elektrische Aufzugssteuerung

Eine Aufzugssteuerung besteht aus zwei Haupteinheiten: der elektronischen Platine der Aufzugssteuerung und dem Motortreiber. Andere Elemente in einer Aufzugssteuerungsbox sind Schalt-, Verdrahtungs- und Begrenzungselemente. Die Aufzugssteuerungsplatine sammelt alle Informationen im Schacht und sendet Befehle und verwaltet den Motortreiber sowie andere Einheiten im Aufzugssystem. Jede Bewegungsanforderung wird von der Steuerung ausgewertet, indem entsprechende Befehle an den Motortreiber gesendet werden. Der Motortreiber verhält sich wie ein Slave und die Aufzugssteuerung fungiert als Manager.

Die Aufgabe des Motortreibers besteht nur darin, die Motordrehung gemäß den Befehlen des Controllers auszuführen. Die grundlegenden Teile des Aufzugssteuerungssystems sind in Abbildung 1 dargestellt.

Alle Schachtinformationen, einschließlich der Kabinenposition, kommen an die Aufzugssteuerung. Der Motorfahrer weiß nichts über die Welle. Es erhält nur Befehle vom Controller; es erhält Drehzahl und Rotorposition vom Motor. Der Motortreiber erzeugt Spannung, um den Motor mit der gewünschten Geschwindigkeit zu drehen.

Kommunikation zwischen Controller und Motortreiber

Der einfachste Informationsfluss zwischen Steuerung und Fahrer ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Steuerung sendet Fahrgeschwindigkeit, Richtung und Freigabesignale an den Fahrer, und der Fahrer sendet die aktuelle Geschwindigkeit und den Gerätestatus an die Steuerung. Dort fließen möglicherweise viel mehr Daten, aber dies sind die grundlegenden Befehle und Informationen. Diese Kommunikation kann parallel oder seriell erfolgen.

Parallele Verbindung

Im Parallelbetrieb werden die Ausgänge eines Gerätes mit den Eingängen des anderen Gerätes verbunden und umgekehrt. Im Parallelmodus erfordert jeder Befehl oder jede Information einen Eingang im ersten Gerät, einen Ausgang im anderen Gerät und eine Verdrahtung zwischen ihnen. Daher gibt es eine physikalische Grenze für die Kanäle, die zwischen diesen beiden Geräten implementiert werden können, und das Gerät mit den wenigsten Anschlüssen setzt diese Grenze. Darüber hinaus variieren die von der Steuerung und dem Motortreiber bereitgestellten Ausgabe- und Eingabefunktionen je nach Marke oder Modell des ausgewählten Geräts. Außerdem können Sie eine Funktion nur verwenden, wenn sie bereits in beiden Geräten implementiert ist, und Sie können keine numerischen Daten parallel übertragen, da ein Terminal nur XNUMX-Bit-Daten übertragen kann. Beispielsweise kann die Ist-Geschwindigkeit nicht umgekehrt im numerischen Format an die Steuerung gesendet werden. Es können nur Informationen gesendet werden, die besagen, dass die Geschwindigkeit über oder unter einem eingestellten Wert liegt, nicht jedoch der Wert der Geschwindigkeit. Andererseits unterstützen alle Controller und Motortreiber die Parallelschaltung, die einfachste Art, Controller und Motortreiber zu verbinden. Es benötigt weder ein Protokoll noch eine Kommunikationskanaleinrichtung.

Serielle Verbindung

Bei serieller Verbindung werden nur die seriellen Kommunikationsklemmen zwischen der Steuerung und dem Motortreiber angeschlossen (Abbildung 3). Alle Informationen und Befehle zwischen zwei Geräten werden über die serielle Verbindung übertragen. Alle Daten können auf das andere Gerät übertragen werden, sofern das andere Gerät diese verwenden oder verstehen kann. Theoretisch scheint es sehr einfach zu sein, Informationen auszutauschen; in der Praxis ist es jedoch nicht so einfach.

Schraubstöcke mit identischen seriellen Standards wie CAN oder RS485 und identischen Datenstrukturen. Obwohl die meisten Controller und Treiber über serielle Ports verfügen, unterstützen sie nicht alle denselben Standard. Wenn der Kommunikationskanal eingerichtet ist, ist das nächste Problem das Protokoll. Zwei Geräte müssen dasselbe Protokoll unterstützen; das heißt, sprechen Sie dieselbe Sprache. Sonst können sie sich nicht verstehen.

Sobald die beiden Geräte kommunizieren können, können sie Daten austauschen, was ihre Kontrolle über Motor und Welle erhöht. Die Aufzugssteuerung kann die Aufzugsfahrt viel besser steuern, indem sie die tatsächliche Geschwindigkeit und den Bremsweg vom Rückwärtsgang liefert. Die Geräte können ihre Daten über einen seriellen Bus teilen, um ihre Kontrolle über das System zu verbessern.

Die serielle Kommunikation zwischen zwei Geräten scheint der beste Weg zu sein. Allerdings gibt es auch dort einige Probleme. Es gibt verschiedene Kommunikationsprotokolle, aber einige Hersteller von Motortreibern und Controllern unterstützen sie nicht alle. Es kann sein, dass zwei Geräte nicht kommunizieren können, es sei denn, sie werden sorgfältig geprüft, bevor sie in einer Anwendung verwendet werden. Es ist kein weiterer Ein- oder Ausgang erforderlich, um mehr Daten zu übertragen. Software kann die Kommunikation ausreichend verbessern, um neue Daten zu übertragen.

Antriebssteuerung und Position (DCP) und CANopen

DCP- und CANopen Profile Position Mode-Systeme wurden speziell für Aufzugsanwendungen entwickelt und erleichtern die Kommunikation zwischen Steuerung und Motortreiber. Sie verwenden auch einen absoluten Encoder, um Positionsdaten der Kabine zu erhalten. Dies ermöglicht der Steuerung und dem Motortreiber Informationen zu Geschwindigkeit, aktuelle Fahrzeugposition, Zielfahrzeugposition und Bremsweg. Beide verwenden diese Daten, um die Bewegung richtig zu steuern und eine Niveaugenauigkeit zu erreichen.

Integrierte Aufzugssteuerungen

Entstehung integrierter Geräte

Die ersten integrierten Geräte auf dem Markt waren tatsächlich zwei Geräte in einem Karton, wie in Abbildung 6 gezeigt. Der einfachste und schnellste Weg, eine integrierte Steuerung zu erhalten, besteht darin, eine Aufzugssteuerungsplatine einfach auf einen Motortreiber zu montieren, zu verkabeln die Klemmen dazwischen und legen Sie alle Teile in eine Box. Dies kann einfach durch die Verwendung eines beliebigen Motortreibers und einer beliebigen Aufzugssteuerungsplatine implementiert werden. Trotzdem spart diese Methode nur etwas Platz und Verkabelung innerhalb der Controller-Box. Controllerboard und Motortreiber werden in der Regel von zwei verschiedenen Herstellern produziert.

Unverwechselbare integrierte Geräte

Integrierte Geräte, die in einer Box und von einer Fabrik oder einem Hersteller produziert wurden, entstanden, nachdem einige Controller-Hersteller auch mit der Produktion von Motortreibern begannen. Diese Hersteller erlangten das Wissen, um ein elektronisches Gerät zu entwickeln, das sowohl den Motor als auch den Aufzug antreiben kann (Abbildung 7). In diesem Beispiel steuert ein Mikrocontroller alle Hubjobs sowie die Motordrehung.

Jetzt können wir über ein komplett neues Gerät sprechen. Wie Sie leicht sehen können, ist kein Kommunikationspfad oder Protokoll erforderlich. Ein Mikrocontroller weiß alles und macht alles. Es braucht nichts anderes.

Eine genaue Motorsteuerung wird jedoch durch ein Vektorsteuerungsverfahren durchgeführt. Die Motorantriebsleistung hängt stark von der Geschwindigkeit der Berechnungen zur Bewertung der Motorspannungen ab. Viele Raumtransformationen und trigonometrische Funktionen müssen periodisch in einem Zeitintervall durchgeführt werden, das kleiner als die Trägerfrequenzperiode ist. Für die Vektorsteuerung wird typischerweise ein digitaler Signalcontroller (DSC) verwendet. Der DSC ist darauf ausgelegt, mathematische Operationen über einen viel kürzeren Zeitrahmen auszuführen als ein Mikrocontroller. Für die Motorsteuerung sollte ein dedizierter DSC verwendet werden, wenn eine Trägerfrequenz von 16 kHz unterstützt wird. Ansonsten erreicht das System kaum 10 kHz. Eine integrierte Aufzugssteuerung mit einem Mikrocontroller und einem DSC ist in Abbildung 8 dargestellt.

In diesem Gerät können beide Mikrocontroller alle Variablen im System erreichen, aber keine Jobs teilen. Der DSC kümmert sich nur um die Berechnungen der Vektorregelung und des Motorfeedbacks, während der Mikrocontroller die Aufzugsaufgaben übernimmt. Sie senden sich gegenseitig Befehle oder Rückmeldungen über die interne Kommunikation mit sehr hoher Geschwindigkeit.

In Abbildung 9 sehen wir den Controller mit integriertem Gerät. Auf den ersten Blick ist leicht zu erkennen, dass das System vereinfacht ist.

Es gibt jedoch noch mehr – jetzt können wir die Vorteile auflisten:

• Die elektrische Verkabelung ist einfacher. Es gibt weniger Geräte, Verbindungen und Kabel.
• Der Platzbedarf im Schaltkasten ist geringer.
• Keine Schnittstelle zu Geräten, Kommunikationsprotokollen oder serielle Einrichtung erforderlich
• Der Controller-Teil und der Motortreiber wissen beide alles, sodass sie bei Bedarf alle Daten verwenden können.
• Ein Inkrementalgeber kann sehr effizient eingesetzt werden, da beide Geräte sofort Informationen erhalten. Dedizierte DSC-Encoder-Peripheriegeräte ermöglichen es dem Gerät, die Fahrzeugposition sehr genau zu bewerten.
• Die Anzahl der Parameter wird verringert und sind effizienter.
• Keine Notwendigkeit für zwei Überwachungspanels; einer ist ausreichend.