Decollo senza strappi con software di azionamento pre-coppia a impulsi

Nuovo metodo e sistema per ridurre i sensi di rollback necessari prima della coppia prima che il freno meccanico venga rilasciato, con conseguente avvio regolare.

di Peter Stipan, Garry Anderson e John Backman

Magnetek ha raccolto la sfida di creare la corsa in ascensore più fluida possibile, nonostante il fatto che ogni corsa di una cabina dell'ascensore abbia un carico unico. Nel nostro nuovo metodo di controllo, il nostro azionamento per ascensori AC a magneti permanenti (PMAC) determina la coppia di pre-operazione (pre-coppia) necessaria per un motore di ascensore prima che il freno venga aperto.

Nel novembre 2016, Magnetek ha visitato un centro medico del Regno Unito dove un consulente ha specificato un'accelerazione e una decelerazione aggressive per tempi di viaggio rapidi da pavimento a pavimento. Sebbene l'unità di Magnetek abbia soddisfatto questi tempi richiesti, la qualità di guida non era proprio l'ideale, quindi il tempo di viaggio è stato rallentato di 2 s. Utilizzando la tecnica anti-rollback standard di Magnetek (ARB), a questo tempo di viaggio ridotto (ma ancora aggressivo), non c'era rollback (quando l'ascensore torna indietro all'inizio di una corsa); tuttavia, c'è stato un leggero urto di coppia (brivido notevole sia all'avvio che all'arresto). Questo urto di coppia era più pronunciato nella parte superiore dell'albero (quando il freno viene rilasciato). Abbiamo ritenuto di dover comprendere questa condizione e sviluppare un mezzo per eliminare l'urto di coppia indesiderato a tempi di percorrenza più rapidi, eliminando al contempo il rollback. Inoltre, volevamo assicurarci che qualsiasi soluzione sviluppata non richiedesse un dispositivo di pre-coppia esterno, come un sistema di pesatura del carico.

sfondo

In una macchina di trazione senza ingranaggi, da cinque a otto lunghezze di funi metalliche sono fissate alla parte superiore della cabina dell'ascensore e avvolte su una puleggia motrice in scanalature speciali. La puleggia motrice è montata direttamente sull'albero della macchina dell'ascensore senza ingranaggi (motore). Le altre estremità dei cavi sono fissate ad un contrappeso che si muove nel vano di corsa su proprie rotaie di guida. Il peso combinato della cabina dell'ascensore e del contrappeso spinge i cavi nelle scanalature della puleggia motrice, fornendo la trazione necessaria durante la rotazione della puleggia.

Per ridurre il carico sul motore, il contrappeso viene in genere calcolato per abbinare il peso dell'auto e un mezzo carico di passeggeri. Quando l'auto si alza, il contrappeso scende, bilanciando il carico. Ciò riduce il consumo di energia, perché il motore è generalmente richiesto per sollevare non più del peso di mezzo carico in qualsiasi momento. Il motore elettrico che fa funzionare l'ascensore deve essere abbastanza potente da far girare questa puleggia motrice a 50–200 giri/min per muovere l'ascensore alle corrette velocità da piano a piano.

Un freno viene utilizzato insieme al motore per fornire ulteriore sicurezza nel sistema e ridurre la sollecitazione sul motore. In tali sistemi, il freno è in grado di mantenere fermi la puleggia, i cavi, la cabina e il contrappeso. Quando dal controller della cabina viene fornita una richiesta di spostamento dell'ascensore a un altro piano, l'inverter è abilitato al funzionamento. Al freno viene comandato di rilasciarsi prima che inizi il movimento. Durante questa transizione da cabina ferma a cabina in movimento, il motore deve fornire un livello adeguato di coppia quando il freno viene disinserito (o "preso"). Il motore continua quindi a muovere la cabina in base alla chiamata al piano dal controller della cabina.

In determinate circostanze, che possono dipendere dalle configurazioni del sistema e dai pesi coinvolti, il periodo tra il disinnesto del freno e l'attivazione del motore può provocare un breve arretramento della cabina dell'ascensore. Questo periodo di crossover può anche causare rumori uditivi e/o vibrazioni evidenti quando il motore deve trattenere l'auto per mantenerla ferma. La dinamica di questa situazione cambia ad ogni chiamata al piano, così come il carico di un ascensore cambia ad ogni fermata. Una condizione di rollback può causare disagio agli occupanti dell'auto e/o disturbi agli occupanti dell'edificio nelle vicinanze ed è, pertanto, indesiderabile. È necessario un sistema di controbilanciamento perfezionato in cui uno o più degli inconvenienti possono essere ridotti al minimo in tali circostanze.

Quando un dispositivo di sollevamento è impegnato per il movimento, può essere stabilita una quantità fissa di peso per il singolo profilo di corsa o movimento. A questo punto l'azionamento può essere pronto per il funzionamento (o “abilitato”). È possibile determinare una direzione e un'ampiezza di pre-coppia tra il momento in cui un segnale di abilitazione viene comandato dal controller della cabina dell'ascensore e il freno viene rilasciato per iniziare il movimento. Ciò può essere fatto in modo che il carico trattenuto dal freno possa essere trasferito al motore prima che il freno venga rilasciato, determinando una transizione graduale.

Nell'analisi di Magnetek di questo periodo di transizione, un impulso di coppia può essere applicato al motore e qualsiasi movimento corrispondente può essere riportato all'azionamento prima di azionare il freno. Un livello crescente di impulsi di coppia può essere applicato al motore nella direzione positiva, poi negativa, monitorando il movimento. Se c'è gioco tra l'albero motore e il freno, tale che il gioco viene assorbito e il movimento viene rilevato oltre un livello di coppia, viene determinato che è il livello di coppia richiesto per mantenere il carico sfalsato quando il freno viene successivamente rilasciato. Questa operazione può essere eseguita in entrambe le direzioni, poiché l'offset del carico dipende dal carico a ogni corsa. 

L'applicazione della coppia prima del rilascio del freno può assorbire un offset del carico ed evitare un transitorio udibile e/o vibrazionale, che può verificarsi normalmente. In altre parole, una puleggia e un motore possono essere tirati in una direzione da un carico e può essere rilevato un piccolo movimento. Una transizione graduale da fermo a marcia si verificherà se il motore produce una coppia uguale o superiore (ma nella direzione opposta) al carico proprio mentre viene attivato il freno.

Inoltre, la variazione di un'ampiezza dell'impulso di pre-coppia può consentire di determinare un'ampiezza per il comando di pre-coppia, oltre a una direzione, indipendentemente dal carico della cabina dell'ascensore all'inizio di una corsa. Determinando sia la direzione che l'ampiezza della coppia, il funzionamento del sistema di controbilanciamento può iniziare, fornendo al contempo un avvio regolare.

Soluzione

Dai dettagli del brevetto, "Metodo e apparato per il controllo del movimento in un sistema di controbilanciamento", inventato da due dei tuoi autori, Garry Anderson e John Backman; e Mark Kobiske e Ed Butte, Magnetek determina una direzione e un'ampiezza di pre-coppia durante l'innesto del freno prima di ogni corsa dell'ascensore. Questa funzione Pulsed Pre-Torque (PPT™) applica questa pre-coppia misurata nella direzione di rotazione comandata prima del disinnesto del freno.

In questa tecnica, gli azionamenti Magnetek PMAC utilizzano piccole quantità di feedback, come si vede da un encoder montato su albero interpolato a impulsi per giro molto più alti. Con quel feedback, i movimenti incrementali (movimenti più piccoli di quelli che un passeggero nell'auto può rilevare) possono essere utilizzati per fornire correttamente un feedback pre-coppia al PMAC Drive. La funzione PPT opera all'inizio della corsa dell'ascensore prima che venga premuto il freno e genera una coppia di offset che stima il carico dell'ascensore. Coerentemente con il nostro obiettivo dichiarato, la funzione di controllo opera senza l'uso di un sistema di pesatura del carico. La sincronizzazione con il freno deve essere integrata nel sistema in modo che questo valore di pre-coppia possa essere applicato prima dell'apertura del freno (Figura 1).

 Convalida

Siamo tornati dal cliente del centro medico nel marzo 2017 per scoprire che i regolatori locali avevano impostato un profilo di accelerazione/decelerazione ancora più aggressivo di quanto originariamente specificato. Queste regolazioni dell'ascensore sono state effettuate dopo la nostra prima visita e, come previsto, sebbene la corsa fosse accettabile, non era l'ideale. Abbiamo quindi introdotto il nostro nuovo firmware utilizzando la funzione PPT. Questo ha notevolmente migliorato le prestazioni dell'ARB (Figure 2 e 3). Questi grafici di misurazione della qualità della corsa mostrano l'analisi delle vibrazioni dell'ascensore prima e dopo l'implementazione della funzione PPT.

Conclusione

La semplicità di utilizzo della funzione PPT è vantaggiosa quasi quanto il conseguente miglioramento della qualità di guida. Per utilizzare la funzione PPT, Magnetek disabilita la tradizionale funzione ARB, mentre imposta il parametro PPT su "Enable". Questo è un grande vantaggio rispetto alle tradizionali funzioni ARB, in cui sono necessarie una serie di comandi di marcia e arresto per regolare i livelli di ARB. Inoltre, la funzione PPT elimina i costi, la configurazione e la manutenzione dei dispositivi di pesatura del carico esterni. Non ci sono impostazioni da configurare; deve essere abilitata solo la funzione PPT. Ancora più importante, il calcolo della pre-coppia della funzione PPT non si è tradotto in vibrazioni o sensazioni sotto i piedi. Quando il freno viene rilasciato, non c'è rollback, urto di coppia o rumore udibile del rilascio del freno, solo una transizione da un'auto ferma a un'accelerazione graduale.

Che si tratti di modernizzare o installare un nuovo ascensore dotato di PMAC, la funzione PPT riduce il rollback in un sistema di controbilanciamento quando viene rilasciato un freno di stazionamento. Fin dalla nostra prima installazione sul campo, diversi clienti di azionamenti PMAC Magnetek HPV® 900 Serie 2 hanno apprezzato la sua semplice funzione, che non richiede configurazione o messa a punto.