Regolazione della qualità della corsa in ascensore con un VFD

Se utilizzate correttamente, le funzioni del software possono eliminare gli effetti del rollback e aumentare la risposta al controllo della velocità.

Molte persone danno per scontata la qualità della corsa quando usano un ascensore, ma una corsa fluida e reattiva richiede una regolazione precisa da tutti i componenti del sistema, come il controller, l'azionamento a frequenza variabile (VFD) e i freni. Il VFD può essere un potente strumento di regolazione per i meccanici se applicato correttamente. Questo articolo si concentra sulle funzioni software disponibili in un VFD per ascensori per due principali regolazioni dell'ascensore: rollback e maggiore risposta al controllo della velocità.

Rollback

Il rollback può verificarsi per un breve momento all'inizio della corsa quando il freno si solleva, un comando di velocità non è ancora stato avviato e il VFD non ha accumulato una coppia di tenuta sufficiente per impedire che l'auto si muova nella direzione della ponderazione. Questo può essere percepito come un urto dai passeggeri in macchina durante il decollo. Il rollback è più evidente sui motori gearless a magneti permanenti che sui motoriduttori a induzione a causa del minore attrito di avviamento delle macchine gearless. Il rollback può essere diagnosticato visivamente se il controller dell'ascensore si trova nella sala macchine insieme al motore. Nelle applicazioni senza locale macchina (MRL), tuttavia, la diagnosi del rollback può essere più difficile, perché il motore non è visibile. Il software di analisi dell'inverter può aiutare a identificare e regolare il rollback. La Figura 1 fornisce una rappresentazione visiva del rollback utilizzando una traccia dell'oscilloscopio a quattro canali che mostra la velocità di comando (rosso), la velocità effettiva del motore (blu), la coppia del motore (verde) e la posizione del motore (giallo).

La posizione del motore (giallo) inizia a deviare da zero prima che venga dato il comando di velocità, indicando che il freno si è sollevato e che non è presente una coppia di tenuta (verde) sufficiente per mantenere la cabina a velocità zero. Diversi urti di coppia si verificano in risposta al movimento del motore quando il freno viene sollevato, il che può causare la sensazione di un urto da parte dei passeggeri al decollo.

Esistono diversi modi per regolare il rollback. Ad esempio, i tempi di comando del freno e della velocità possono essere regolati in modo tale che l'auto inizi a muoversi mentre il freno si solleva. Sebbene ciò possa ridurre gli effetti del rollback, non affronta la causa principale e ancora non fornisce un decollo regolare per i passeggeri. Fortunatamente, a seconda del produttore del VFD, il software può essere utilizzato per eliminare il rollback.

La maggior parte dei produttori di azionamenti per ascensori dispone di un metodo per fornire un comando di coppia, durante il freno o immediatamente dopo la presa del freno, per eliminare il rollback. Un metodo prevede l'utilizzo di un anello di controllo in retroazione, che consiste in un coefficiente sia proporzionale che integrale che può essere utilizzato per fornire al motore un'adeguata coppia di tenuta, prevenendo così il rollback. Quando si utilizza questo metodo, è necessario il movimento dell'auto per far funzionare correttamente la funzione. All'inizio può sembrare controintuitivo, ma il movimento è così piccolo che non può essere visto ad occhio nudo (come la rotazione della puleggia) o sentito dai passeggeri che viaggiano in macchina. La Figura 2 mostra un tracciato di portata dell'accumulo di coppia in risposta al movimento.

In base alla quantità di movimento rilevata dall'encoder del motore, il convertitore aumenterà rapidamente la coppia (verde) per mantenere il motore a velocità zero. Questo viene fatto regolando il coefficiente integrale dell'anello di controllo del feedback, o guadagno. La risposta integrale accumula errori, in questo caso velocità diversa da zero, nel tempo. Valori di guadagno integrale più elevati aumenteranno la coppia più velocemente per adattarsi all'errore di velocità diverso da zero fino a quando non viene raggiunta una situazione di stato stazionario (velocità zero). Tutto ciò accade molto rapidamente, entro 0.3-0.5 s, il che significa che i passeggeri non sentono nulla. Questo metodo per fornire coppia quando il freno si solleva funziona molto bene per la maggior parte delle applicazioni per ascensori, ma la sua funzionalità di base, un circuito di controllo di feedback proporzionale e integrale (PI), si basa sull'errore (movimento del motore) per funzionare.

Un altro metodo per fornire la coppia prevede l'uso di un dispositivo di pesatura del carico. Un dispositivo di pesatura del carico utilizza sensori per rilevare la quantità di carico nell'auto e può fornire una risposta precisa della coppia di tenuta in base alle diverse condizioni di carico. A seconda del tipo di pesacarico utilizzato, può collegarsi direttamente al VFD e trasmettere un comando di coppia tramite un segnale analogico, oppure può essere collegato al controllore, dove è possibile applicare un ulteriore filtraggio; quindi, un comando di coppia risultante può essere inviato all'azionamento tramite comunicazione seriale.

Maggiore risposta al controllo della velocità

Per la maggior parte delle applicazioni per ascensori, i guadagni standard proporzionali, integrali e derivativi (PID) nel circuito di controllo di retroazione in un VFD forniscono un'adeguata risposta di controllo della velocità, ma per alcune applicazioni di ascensori di alto profilo (edifici per uffici di fascia alta, complessi di appartamenti, ecc. .), potrebbe essere necessaria un'ulteriore messa a punto per ottenere la qualità di guida desiderata, ad esempio quando è impostato per tempi aggressivi da pavimento a pavimento. Un tradizionale anello di controllo del feedback PID si basa sul feedback dall'encoder del motore per effettuare regolazioni del controllo della velocità in base alla differenza tra la velocità di comando e la velocità effettiva del motore dall'encoder. Questa differenza si chiama errore. La risposta del VFD a questo errore viene regolata tramite guadagni di controllo della velocità proporzionali e integrali. Sebbene questo metodo di controllo della velocità funzioni bene, si basa sul feedback dell'encoder del motore per il controllo della velocità. Per alcune applicazioni ad alte prestazioni, il controllo PI tradizionale potrebbe non fornire la risposta di controllo della velocità desiderata. Per questi tipi di applicazioni è possibile utilizzare un metodo di controllo della velocità più sofisticato.

Il controllo della coppia anticipata (FFTC) può essere utilizzato per fornire una risposta aggiuntiva al controllo della velocità. FFTC riduce la dipendenza dal feedback di velocità dall'encoder del motore prevedendo cosa farà il sistema, in base all'inerzia del sistema, e fornendo il comando di coppia richiesto in base a tale previsione (Figura 3).

FFTC può essere attivato dopo che l'inerzia del sistema è stata appresa dal VFD. Modellando i dati del motore, yspe la risposta del sistema, uff, con l'inerzia del sistema, si può fare una previsione della risposta. Viene effettuata una pre-correzione prima che venga ricevuto il feedback dell'encoder del motore, riducendo la quantità di errore. Questo metodo di controllo della velocità fornisce una risposta più accurata con minore dipendenza dai guadagni proporzionali e integrali.

Per mostrare quanto può essere efficace l'FFTC, è stato installato un motore depotenziato con guadagni di controllo a bassa velocità e FFTC disattivato in un ambiente controllato di laboratorio di ricerca e sviluppo. Non sono state apportate ulteriori regolazioni al motore. La Figura 4 mostra una traccia dell'oscilloscopio della velocità di comando (rosso), della velocità effettiva del motore (blu), della corrente del motore (giallo) e della coppia del motore (verde) di una corsa simulata di un ascensore.

Quantità significative di undershoot e overshoot sono presenti su entrambe le porzioni di accelerazione e decelerazione del profilo (cerchiate). Inoltre, queste aree di undershoot e overshoot corrispondono a grandi urti di coppia che possono influire negativamente sulla qualità di guida.

Successivamente, per mostrare l'impatto dell'utilizzo di FFTC, è stata appresa l'inerzia del sistema ed è stato attivato FFTC. La stessa corsa è stata eseguita e analizzata (Figura 5).

L'attivazione di FFTC riduce drasticamente l'undershoot e l'overshoot presenti nelle parti di accelerazione e decelerazione del profilo. Inoltre, l'entità dei dossi di coppia è molto più piccola, con transizioni di coppia più fluide che forniscono una guida molto più confortevole. Sebbene questo sia un caso esagerato e fatto in condizioni di laboratorio, mostra il principio di base e l'impatto che FFTC può avere sul controllo della velocità dell'ascensore.

Un filtro passa basso può essere regolato per migliorare ulteriormente la qualità di guida. Quando il profilo di velocità è generato esternamente dal controller, l'aumento del tempo di campionamento del filtro passa basso può aiutare a ridurre eventuali effetti indesiderati causati da punti di flesso discontinui sul profilo di velocità generato dal controller. Inoltre, FFTC presenta anche un valore di guadagno che può essere utilizzato per rafforzare o indebolire la sua risposta.

In generale, l'attivazione di FFTC rende il sistema dell'ascensore più reattivo. I guadagni di velocità avranno un effetto minore e un controllo di velocità adeguato può essere mantenuto su una gamma più ampia di guadagni. FFTC funziona bene in applicazioni con profili di controllo della velocità aggressivi e applicazioni che presentano un elevato attrito di avviamento, come le macchine a induzione con ingranaggi.

L'ascensore VFD è un potente strumento di regolazione in grado di fornire soluzioni a due comuni problemi di qualità della corsa in ascensore. Il rollback può essere eliminato utilizzando un anello di controllo PI nel VFD. È inoltre possibile utilizzare strumenti aggiuntivi, come le bilance di carico, per eliminare il rollback. FFTC può fornire una risposta aggiuntiva per ottenere la qualità di guida desiderata in applicazioni di ascensori altamente dinamiche. Ulteriori regolazioni, come filtri passa basso e guadagni, possono mettere a punto la corsa per la migliore esperienza possibile per i passeggeri.