Sistema de control de elevación integrado

La combinación de controlador con controlador de motor en una sola unidad ofrece mucho más que simpleza.

Este artículo se presentó por primera vez en el Simposio internacional de ascensores y escaleras mecánicas de 2018 en Estambul. Para obtener más información sobre el evento de noviembre de 2019 en Las Vegas y para participar, visitar www.elevatorsymposium.org.

Un sistema de control de elevación integrado consta de un controlador de elevación y un controlador de motor combinados en un solo dispositivo. A primera vista, esta nueva tendencia puede parecer una cuestión de solo simplificar el cableado del controlador del ascensor, pero la presencia de los controladores integrados del ascensor ha cambiado mucho más. En este artículo intentaremos explicar las estructuras de los controladores de ascensor integrados, así como los cambios introducidos por ellos. Para comprender la transición a los dispositivos integrados, primero debemos echar un vistazo a la comunicación del controlador del ascensor y el controlador del motor.

Controlador de elevación eléctrica

Un controlador de ascensor tiene dos unidades principales: la placa electrónica del controlador de ascensor y el controlador del motor. Otros elementos en una caja de control de ascensor son elementos de conmutación, cableado y limitación. La placa del controlador del ascensor recopila toda la información en el eje y envía comandos y gestiona el controlador del motor, así como otras unidades del sistema de elevación. El controlador evalúa cualquier solicitud de movimiento enviando los comandos adecuados al controlador del motor. El controlador del motor se comporta como esclavo y el controlador del ascensor actúa como administrador.

El trabajo del controlador del motor es solo realizar la rotación del motor de acuerdo con los comandos del controlador. Las partes básicas del sistema de control de elevación se muestran en la Figura 1.

Toda la información del hueco, incluida la posición de la cabina, llega al controlador del ascensor. El conductor del motor no sabe nada sobre el eje. Solo recibe comandos del controlador; obtiene la velocidad y la posición del rotor del motor. El controlador del motor genera voltaje para hacer girar el motor a la velocidad deseada.

Comunicación entre controlador y controlador de motor

El flujo de información más simple entre el controlador y el conductor se muestra en la Figura 2. El controlador envía la velocidad de desplazamiento, la dirección y la señal de habilitación al conductor, y el conductor envía la velocidad real y el estado del dispositivo al controlador. Puede que haya muchos más datos fluyendo allí, pero estos son los comandos y la información básicos. Esta comunicación puede ser en paralelo o en serie.

Conexión paralela

En modo paralelo, las salidas de un dispositivo se conectan a las entradas del otro dispositivo y viceversa. En modo paralelo, cada comando o información requiere una entrada en el primer dispositivo, una salida en el otro dispositivo y cableado entre ellos. Por lo tanto, existe un límite físico para los canales que se pueden implementar entre estos dos dispositivos, y el dispositivo con menos terminales establece este límite. Además, las funciones de salida y entrada suministradas por el controlador y el controlador del motor varían según la marca o modelo del dispositivo seleccionado. Además, no puede utilizar una función a menos que ya se haya implementado en ambos dispositivos, y no puede transferir datos numéricos en una conexión en paralelo, ya que un terminal solo puede transportar datos de un bit. Por ejemplo, la velocidad real no se puede enviar al controlador en formato numérico a la inversa. Solo se puede enviar la información que dice que “la velocidad está por encima o por debajo de un valor establecido”, pero no el valor de la velocidad. Por otro lado, todos los controladores y controladores de motor admiten la conexión en paralelo, la forma más sencilla de conectar un controlador y un controlador de motor. No necesita un protocolo ni configuración de canal de comunicación.

Conexión en serie

En la conexión en serie, solo los terminales de comunicación en serie están conectados entre el controlador y el controlador del motor (Figura 3). Toda la información y los comandos entre dos dispositivos se transmiten a través de la conexión en serie. Cualquier dato se puede transferir al otro dispositivo, siempre que el otro dispositivo pueda usarlo o comprenderlo. En teoría, parece muy fácil compartir información; en la práctica, sin embargo, no es tan fácil.

vicios con estándares de serie idénticos, como CAN o RS485, y estructuras de datos idénticas. Si bien la mayoría de los controladores y controladores tienen puertos serie, no todos admiten el mismo estándar. Cuando se configura el canal de comunicación, el siguiente problema es el protocolo. Dos dispositivos deben admitir el mismo protocolo; es decir, habla el mismo idioma. De lo contrario, no pueden entenderse.

Una vez que los dos dispositivos pueden comunicarse, pueden compartir datos, lo que aumenta su control sobre el motor y el eje. El controlador del elevador puede administrar el recorrido del elevador mucho mejor al tener la información de la velocidad real y la distancia de frenado proporcionada por el reverso. Los dispositivos pueden compartir sus datos a través del bus serie para mejorar su control en el sistema.

La comunicación en serie entre dos dispositivos parece la mejor forma. Sin embargo, también existen algunos problemas. Existen varios protocolos de comunicación, pero algunos fabricantes de controladores y controladores de motor no los admiten todos. Es posible que dos dispositivos no puedan comunicarse, a menos que se revisen cuidadosamente antes de usarlos en una aplicación. No se necesita ninguna otra entrada o salida para transmitir más datos. El software puede mejorar la comunicación lo suficiente como para transmitir nuevos datos.

Drive Control and Position (DCP) y CANopen

Los sistemas DCP y CANopen Profile Position Mode se desarrollan especialmente para aplicaciones de elevación, lo que facilita la comunicación entre el controlador y el controlador del motor. También emplean un codificador absoluto para obtener datos de posición del automóvil. Esto permite que el controlador y el conductor del motor tengan información sobre la velocidad, la posición actual del automóvil, la posición objetivo del automóvil y la distancia de frenado. Ambos usan estos datos para controlar el movimiento correctamente y lograr un nivel de precisión.

Controladores de elevación integrados

Aparición de dispositivos integrados

Los primeros dispositivos integrados en el mercado fueron, de hecho, dos dispositivos empaquetados en una caja, como se muestra en la Figura 6. La forma más fácil y rápida de tener un controlador integrado es simplemente montando una placa de controlador de ascensor en un controlador de motor, cableado los terminales entre ellos y poner todas las piezas en una caja. Esto se puede implementar fácilmente utilizando cualquier controlador de motor y cualquier placa controladora de ascensor. Sin embargo, este método solo dará como resultado el ahorro de espacio y cableado dentro de la caja del controlador. La placa controladora y el controlador del motor suelen ser producidos por dos fabricantes diferentes.

Dispositivos integrados distintivos

Los dispositivos integrados producidos en una caja y por una fábrica o fabricante surgieron después de que algunos fabricantes de controladores comenzaran a producir controladores de motor también. Estos fabricantes obtuvieron el conocimiento para diseñar un dispositivo electrónico capaz de impulsar el motor, así como el elevador (Figura 7). En este ejemplo, un microcontrolador controla todos los trabajos de elevación, así como la rotación del motor.

Ahora podemos hablar de un dispositivo completamente nuevo. Como puede ver fácilmente, no hay necesidad de una ruta o protocolo de comunicación. Un microcontrolador lo sabe todo y lo hace todo. No necesita nada más.

Sin embargo, el control preciso del motor se lleva a cabo mediante un método de control vectorial. El rendimiento de conducción del motor está altamente relacionado con la velocidad de los cálculos para evaluar los voltajes del motor. Muchas transformaciones espaciales y funciones trigonométricas deben realizarse periódicamente en un intervalo de tiempo menor que el período de frecuencia portadora. Normalmente se utiliza un controlador de señal digital (DSC) para el control vectorial. El DSC está diseñado para ejecutar operaciones matemáticas en un período de tiempo mucho más corto que un microcontrolador. Debe emplearse un DSC dedicado para la sección de control del motor si se admite una frecuencia portadora a 16 kHz. De lo contrario, el sistema apenas llega a los 10 kHz. En la Figura 8 se muestra un controlador de ascensor integrado con un microcontrolador y un DSC.

En este dispositivo, ambos microcontroladores pueden llegar a todas las variables del sistema pero no compartir trabajos. El DSC solo se ocupa de los cálculos del control vectorial y la retroalimentación del motor, mientras que el microcontrolador se ocupa de los trabajos de elevación. Se envían comandos o acuse de recibo entre sí a través de la comunicación interna a una velocidad muy alta.

En la Figura 9, podemos ver el controlador con dispositivo integrado. Se puede ver fácilmente a primera vista que el sistema está simplificado.

Sin embargo, hay más, ahora podemos enumerar los beneficios:

• El cableado eléctrico es más sencillo. Hay menos dispositivos, conexiones y cables.
• El espacio requerido dentro de la caja de control es menor.
• Sin necesidad de interfaz para dispositivos, protocolos de comunicación o configuración en serie
• Tanto la parte del controlador como el controlador del motor lo saben todo, por lo que pueden usar cualquier dato cuando sea necesario.
• Un codificador incremental se puede utilizar de forma muy eficiente, ya que ambos dispositivos pueden obtener información de forma inmediata. Los periféricos del codificador DSC dedicados permiten que el dispositivo evalúe la posición del automóvil con mucha precisión.
• El número de parámetros se reduce y son más eficientes.
• No se necesitan dos paneles de monitoreo; uno es suficiente.