综合升降控制系统

将控制器与电机驱动器合二为一提供的不仅仅是简单性。

本文首次发表于 2018 年伊斯坦布尔国际电梯和自动扶梯研讨会。 有关 2019 年 XNUMX 月在拉斯维加斯举办的活动的更多信息，请访问 参加，参观 www.elevatorsymposium.org。

一个集成的电梯控制系统由一个电梯控制器和一个电机驱动器组合成一个设备。 乍一看，这种新趋势似乎只是简化电梯控制器接线的问题，但集成电梯控制器的出现带来了更多变化。 在本文中，我们将尝试解释集成电梯控制器的结构，以及它们带来的变化。 为了理解向集成设备的过渡，我们首先应该看看电梯控制器和电机驱动器的通信。

电动升降控制器

电梯控制器有两个主要单元：电梯控制器电子板和电机驱动器。 电梯控制箱中的其他元件是开关、接线和限制元件。 电梯控制板收集井道中的所有信息并发送命令并管理电机驱动器以及电梯系统中的其他单元。 控制器通过向电机驱动器发送适当的命令来评估任何运动请求。 电机驱动器充当从属设备，电梯控制器充当管理器。

电机驱动器的工作只是根据控制器的指令完成电机的转动。 电梯控制系统的基本组成部分如图1所示。

所有的井道信息，包括轿厢位置，都传给电梯控制器。 电机驱动器对轴一无所知。 它只从控制器获取命令； 它从电机获取速度和转子位置。 电机驱动器产生电压以所需的速度旋转电机。

控制器与电机驱动器之间的通信

控制器和驱动器之间最简单的信息流如图2所示。控制器向驱动器发送行驶速度、方向和使能信号，驱动器将实际速度和设备状态发送给控制器。 那里可能有更多的数据流动，但这些是基本的命令和信息。 这种通信可以并行或串行连接。

并联

在并行模式下，一个设备的输出连接到另一个设备的输入，反之亦然。 在并行模式下，每个命令或信息需要第一个设备的一个输入，另一个设备的一个输出以及它们之间的接线。 因此，这两个设备之间可以实现的信道是有物理限制的，终端最少的设备设置这个限制。 此外，控制器和电机驱动器提供的输出和输入功能因所选设备的品牌或型号而异。 此外，除非已经在两个设备中实现了功能，否则您无法使用该功能，并且您无法在并行连接中传输数字数据，因为一个终端只能传输一位数据。 例如，实际速度不能通过反向以数字格式发送给控制器。 只能发送表示“速度高于或低于设定值”的信息，但不能发送速度值。 另一方面，所有控制器和电机驱动器都支持并联，这是连接控制器和电机驱动器的最简单方式。 它既不需要协议也不需要通信通道设置。

串行连接

在串行连接中，控制器和电机驱动器之间仅连接串行通信端子（图 3）。 两个设备之间的所有信息和命令都通过串行连接传输。 任何数据都可以传输到其他设备，前提是其他设备可以使用或理解它。 从理论上讲，共享信息似乎很容易； 然而，在实践中，这并不容易。

具有相同串行标准（例如 CAN 或 RS485）和相同数据结构的虎钳。 虽然大多数控制器和驱动程序都有串行端口，但它们并不都支持相同的标准。 当通信通道建立起来后，接下来的问题就是协议。 两台设备必须支持相同的协议； 也就是说，说同一种语言。 否则，他们无法互相理解。

一旦两个设备可以通信，它们就可以共享数据，从而增加对电机和轴的控制。 通过倒车提供的实际速度和制动距离信息，电梯控制器可以更好地管理电梯行程。 这些设备可以通过串行总线共享它们的数据，以改善它们对系统的控制。

两个设备之间的串行通信似乎是最好的方式。 但是，那里也存在一些问题。 有多种通信协议，但一些电机驱动器和控制器制造商并不支持它们。 两个设备可能无法通信，除非在应用程序中使用它们之前仔细检查它们。 传输更多数据不需要其他输入或输出。 软件可以充分改善通信以传输新数据。

驱动控制和位置 (DCP) 和 CANopen

DCP 和 CANopen Profile Position Mode 系统专为电梯应用而开发，可促进控制器和电机驱动器之间的通信。 他们还采用绝对编码器来获取汽车位置数据。 这允许控制器和电机驱动器获得速度、当前汽车位置、目标汽车位置和制动距离信息。 他们都使用这些数据来正确控制运动并实现水平精度。

集成电梯控制器

集成设备的出现

事实上，市场上最早的集成设备是将两个设备装在一个盒子里，如图 6 所示。 拥有集成控制器的最简单、最快捷的方法是将电梯控制板安装到电机驱动器上，接线它们之间的端子并将所有部件放入一个盒子中。 这可以通过使用任何电机驱动器和任何电梯控制板轻松实现。 然而，这种方法只会节省一些控制箱内的空间和接线。 控制器板和电机驱动器通常由两个不同的制造商生产。

特色集成器件

在一些控制器制造商开始生产电机驱动器之后，出现了一个工厂或制造商的一箱一机集成设备。 这些制造商获得了设计一种能够驱动电机和电梯的电子设备的知识（图 7）。 在此示例中，一个微控制器控制所有提升作业以及电机旋转。

现在我们可以谈论一个全新的设备。 如您所见，不需要通信路径或协议。 一个微控制器无所不知，无所不能。 它不需要任何其他东西。

但是，精确的电机控制是通过矢量控制方法进行的。 电机驱动性能与评估电机电压的计算速度高度相关。 许多空间变换和三角函数必须在小于载波频率周期的时间间隔内周期性地执行。 数字信号控制器 (DSC) 通常用于矢量控制。 DSC 设计用于在比微控制器短得多的时间范围内执行数学运算。 如果支持 16 kHz 的载波频率，则电机控制部分应采用专用 DSC。 否则，系统仅能达到 10 kHz。 带有一个微控制器和一个 DSC 的集成电梯控制器如图 8 所示。

在该设备中，两个微控制器都可以访问系统中的所有变量，但不能共享作业。 DSC 仅处理矢量控制和电机反馈的计算，而微控制器处理电梯作业。 它们通过内部通信以非常高的速度相互发送命令或确认。

在图 9 中，我们可以看到带有集成设备的控制器。 乍一看很容易看出系统是简化的。

然而，还有更多——现在我们可以列出好处：

• 电气布线更简单。 设备、连接和电线更少。
• 控制箱内的空间要求更小。
• 无需设备接口、通信协议或串行设置
• 控制器部分和电机驱动器都知道一切，因此它们可以在需要时使用任何数据。
• 增量编码器可以非常有效地使用，因为两个设备都可以立即获取信息。 专用的 DSC 编码器外围设备使设备能够非常准确地评估汽车位置。
• 参数数量减少，效率更高。
• 无需两个监控面板； 一个就够了。