Despegue sin sacudidas con software de accionamiento de pre-torque pulsado

Un nuevo método y sistema para reducir el retroceso detecta el par previo necesario antes de soltar el freno mecánico, lo que da como resultado un arranque suave.

por Peter Stipan, Garry Anderson y John Backman

Magnetek asumió el desafío de crear el viaje en ascensor más suave posible, a pesar de que cada recorrido de una cabina de ascensor tiene una carga única. En nuestro nuevo método de control, nuestro accionamiento de elevador de CA de imán permanente (PMAC) determina el par previo a la operación (par previo) necesario para un motor de ascensor antes de que se abra el freno.

En noviembre de 2016, Magnetek visitó un centro médico del Reino Unido donde un consultor especificó una aceleración y desaceleración agresivas para tiempos de viaje rápidos de piso a piso. Si bien la conducción de Magnetek cumplió con los tiempos solicitados, la calidad de conducción no fue la ideal, por lo que el tiempo de desplazamiento se redujo en 2 s. Usando la técnica estándar anti-retroceso (ARB) de Magnetek, en este tiempo de viaje reducido (pero aún agresivo), no hubo retroceso (cuando el elevador retrocede al comienzo de una carrera); sin embargo, hubo un ligero golpe de torsión (estremecimiento notable al arrancar o al parar). Este golpe de torsión fue más pronunciado en la parte superior del eje (cuando se suelta el freno). Sentimos que necesitábamos comprender esta condición y desarrollar un medio para eliminar el indeseable golpe de torsión en tiempos de viaje más rápidos, al tiempo que se elimina el retroceso. Además, queríamos asegurarnos de que cualquier solución que desarrolláramos no requiriera un dispositivo de pre-torque externo, como un sistema de pesaje de carga.

Fondo

En una máquina de tracción sin engranajes, se unen de cinco a ocho longitudes de cables a la parte superior de la cabina del elevador y se envuelven sobre una polea motriz en ranuras especiales. La polea motriz está montada directamente en el eje de la máquina elevadora sin engranajes (motor). Los otros extremos de los cables están sujetos a un contrapeso que se mueve en el hueco del ascensor sobre sus propios rieles de guía. El peso combinado de la cabina del ascensor y el contrapeso presiona los cables en las ranuras de la polea motriz, proporcionando la tracción necesaria a medida que gira la polea.

Para reducir la carga en el motor, el contrapeso se calcula típicamente para que coincida con el peso del automóvil y la mitad de la carga de pasajeros. A medida que el automóvil se eleva, el contrapeso desciende, equilibrando la carga. Esto reduce el consumo de energía, ya que generalmente se requiere que el motor no levante más del peso de medio vagón en cualquier momento. El motor eléctrico que hace funcionar el elevador debe ser lo suficientemente potente como para hacer girar esta polea motriz a 50–200 rpm para mover el elevador a las velocidades adecuadas de piso a piso.

Se utiliza un freno junto con el motor para proporcionar mayor seguridad en el sistema y reducir la tensión en el motor. En tales sistemas, el freno puede mantener inmóviles la polea, los cables, la cabina y el contrapeso. Cuando se proporciona una llamada para que el ascensor se mueva a otro piso desde el controlador de la cabina, el variador de frecuencia está habilitado para funcionar. Se ordena que el freno se suelte antes de que se inicie el movimiento. Durante esta transición de una cabina de ascensor estacionaria a una en movimiento, el motor debe proporcionar un nivel adecuado de torque cuando se desacopla (o se “activa”) el freno. Luego, el motor continúa moviendo la cabina de acuerdo con la llamada de piso del controlador del automóvil.

En determinadas circunstancias, que pueden depender de las configuraciones del sistema y los pesos involucrados, el período entre la desconexión del freno y la activación del motor puede provocar un breve retroceso de la cabina del ascensor. Este período de cruce también puede causar ruidos auditivos y / o vibraciones notables cuando el motor debe sostener el automóvil para mantenerlo estacionario. La dinámica de esta situación cambia con cada llamada al piso, ya que la carga de un ascensor cambia con cada parada. Una condición de retroceso puede causar malestar a los ocupantes del automóvil y / o molestias a los ocupantes del edificio cercano y, por lo tanto, no es deseable. Se necesita un sistema de contrapeso mejorado en el que uno o más de los inconvenientes puedan minimizarse en tales circunstancias.

Cuando se activa un dispositivo de elevación para el movimiento, se puede establecer una cantidad fija de peso para el perfil de movimiento o carrera individual. En este punto, el variador puede estar listo para funcionar (o "habilitado"). Se puede determinar una dirección y magnitud de pre-torque entre el momento en que el controlador de la cabina del ascensor ordena una señal de habilitación y el freno se suelta para comenzar el movimiento. Esto se puede hacer para que la carga retenida por el freno se transfiera al motor antes de que se suelte el freno, lo que da como resultado una transición suave.

En el análisis de Magnetek de este período de transición, se puede aplicar un pulso de par al motor y cualquier movimiento correspondiente se puede retroalimentar al variador antes de accionar el freno. Se puede aplicar un nivel creciente de pulsos de par al motor en la dirección positiva, luego en la negativa, mientras se monitorea el movimiento. Si hay un juego entre el eje del motor y el freno, de modo que el juego se recupera y se detecta un movimiento más allá de un nivel de par, se determina que es el nivel de par requerido para mantener la carga de compensación cuando el freno se suelta posteriormente. Esto se puede hacer en ambas direcciones, porque la compensación de carga depende de la carga en cada ejecución. 

La aplicación de torque antes de que se suelte el freno puede tomar una compensación de carga y evitar un transitorio audible y / o vibratorio, que normalmente puede ocurrir. En otras palabras, una polea y un motor pueden ser arrastrados en una dirección por una carga y se puede sentir un pequeño movimiento. Se producirá una transición suave de parado a marcha si el motor produce un par igual o superior (pero en la dirección opuesta) a la carga justo cuando se activa el freno.

Además, variar una magnitud del pulso de pre-torque puede permitir determinar una magnitud para el comando de pre-torque, además de una dirección, independientemente de la carga de la cabina del ascensor al comienzo de una carrera. Con la dirección y la magnitud del par determinadas, la operación del sistema de contrapeso puede comenzar, mientras proporciona un arranque suave.

Solución

De los detalles de la patente, "Método y aparato para controlar el movimiento en un sistema de contrapeso", inventado por dos de sus autores, Garry Anderson y John Backman; y Mark Kobiske y Ed Butte, Magnetek determina una dirección y magnitud de pre-torque durante la activación del freno antes de cada recorrido del elevador. Esta función de pre-torque pulsado (PPT ™) aplica este pre-torque medido en la dirección de rotación ordenada antes de la desconexión del freno.

En esta técnica, los variadores Magnetek PMAC utilizan pequeñas cantidades de retroalimentación, como lo ve un codificador montado en un eje interpolado a pulsos mucho más altos por revolución. Con esa retroalimentación, los movimientos incrementales (movimientos más pequeños que los que puede detectar un pasajero en el automóvil) se pueden usar para proporcionar adecuadamente retroalimentación previa al torque al PMAC Drive. La función PPT opera al inicio del recorrido del elevador antes de que se accione el freno y genera un par de compensación que estima la carga del elevador. De acuerdo con nuestro objetivo establecido, la función de control opera sin el uso de un sistema de pesaje de carga. La sincronización con el freno debe estar integrada en el sistema para que este valor de pre-torque se pueda aplicar antes de que se abra el freno (Figura 1).

 de calidad

Volvimos al cliente del centro médico en marzo de 2017 para descubrir que los ajustadores locales habían establecido un perfil de aceleración / desaceleración aún más agresivo que el especificado originalmente. Estos ajustes en el elevador se hicieron después de nuestra primera visita y, como se anticipó, aunque el viaje fue aceptable, no fue ideal. Luego presentamos nuestro nuevo firmware empleando la función PPT. Esto mejoró significativamente el desempeño del ARB (Figuras 2 y 3). Estos gráficos de medición de la calidad de conducción muestran el análisis de vibraciones del ascensor antes y después de implementar la función PPT.

Conclusión

La simplicidad de utilizar la función PPT es casi tan beneficiosa como la mejora resultante en la calidad de conducción. Para usar la función PPT, Magnetek deshabilita la función ARB tradicional, mientras configura el parámetro PPT en "Habilitar". Esta es una gran ventaja sobre las funciones ARB tradicionales, en las que se necesitan una serie de comandos de marcha y parada para ajustar los niveles de ARB. Además, la función PPT elimina el costo, la configuración y el mantenimiento de los dispositivos externos de pesaje de carga. No hay ajustes para configurar; solo es necesario habilitar la función PPT. Más importante aún, el cálculo de pre-torque de la función PPT no se tradujo en vibración o sensación bajo los pies. Cuando se suelta el freno, no hay retroceso, golpe de torsión o sonido audible del freno al soltarse, solo una transición del automóvil parado a una aceleración suave.

Ya sea para modernizar o instalar un nuevo elevador equipado con PMAC, la función PPT reduce el retroceso en un sistema de contrapeso cuando se libera un freno de retención. Desde nuestra primera instalación de campo, varios clientes de variadores PMAC Magnetek HPV® 900 Serie 2 han disfrutado de su función simple, que no requiere configuración ni ajuste.