基于DSP的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用

苗宇

【摘 要】隨著城市文明的快速發(fā)展，電梯作為便捷、高效的乘坐工具，成為人們生活和工作的重要部分，安全、穩(wěn)定的性能成為設(shè)計(jì)電梯的重要要求。文中的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)使用DSP為核心來控制電梯門的開、關(guān)。使用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)完成電機(jī)控制、人機(jī)交互、門寬自學(xué)習(xí)等控制功能。

【關(guān)鍵詞】電梯；門機(jī)控制系統(tǒng)；DSP

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及中高層建筑的與日增多，電梯的普及率也有所提升，尤其是在大中成熟，電梯成為高層建筑人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚慕煌üぞ?。因技術(shù)的不斷發(fā)展，電梯夾門、開關(guān)失靈等情況有所減少，電梯門開關(guān)的流程性及整體安全性受到廣泛的重視。為給乘客提供良好的乘坐體驗(yàn)，良好的電梯門控制系統(tǒng)嚴(yán)重影響著電梯的整體效果。所以開發(fā)一種性能好、安全性高、維護(hù)方便的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)尤為重要。電梯門機(jī)控制系統(tǒng)是電梯系統(tǒng)的重要方面，從整個電梯控制系統(tǒng)角度來說，因其動作較為頻繁且直接面對乘客，因此需要一個運(yùn)行可靠、安全穩(wěn)定的電梯門控制系統(tǒng)為乘客提供服務(wù)。電梯門機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常是其兩個門扇被同時連接在一根傳動皮帶上。如果傳動皮帶帶動電機(jī)時，2扇門也給與對稱方向運(yùn)動。本文使用DSP高運(yùn)算速度提升整個系統(tǒng)的控制性能。選取合理的DSP芯片達(dá)到最佳的電梯門機(jī)控制效果，從而提升整個系統(tǒng)的適用性及性價比。

1.電梯系統(tǒng)的構(gòu)成

電梯系統(tǒng)主要劃分為本體和控制器兩個部門。本體由底座、立柱、轎廂等組成，本文不進(jìn)行深入探討；電梯各層動設(shè)置轎廂所在樓層的數(shù)碼顯示及外呼按鈕和登記指示。隨著人們生活水平的提升，對電梯的性能、舒適度安全性等方面提出更高的要求、電梯門機(jī)作為直接與乘客接觸的電梯系統(tǒng)，其運(yùn)行性能、運(yùn)行狀態(tài)影響著該電梯系統(tǒng)在用戶心中的形象，也關(guān)系著更多人的利益和人生安全。本文電梯門機(jī)控制系統(tǒng)主要由驅(qū)動模塊、信號反饋模塊、人機(jī)交互模塊組成，如圖1所示。使用信號反饋模塊采集電梯的位置及速度信號，在控制器內(nèi)處理數(shù)據(jù)，隨之運(yùn)用控制電機(jī)驅(qū)動模塊輸出控制電機(jī)的運(yùn)行速度。電梯門在實(shí)際運(yùn)行中，為了使電梯門開、關(guān)時間最短且開、關(guān)過程中撞擊程度最小，電梯開關(guān)設(shè)置如下：當(dāng)電梯門打開時，通常有三級變速，開始采用高速開門，開門至70%左右專變?yōu)榈退?，如果開門達(dá)到90%則以更低的速度爬行。如果碰觸到終點(diǎn)限位開關(guān)，開門電路會斷開，結(jié)束開門。電梯門關(guān)閉時，通常有4級變速，開始采用高速關(guān)門，關(guān)門達(dá)到60%左右則轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋坏退?，如果關(guān)門達(dá)到80%，采用更低速度運(yùn)行。直至關(guān)門達(dá)到90%，使用比以前更低的速度爬行，當(dāng)碰觸到終點(diǎn)限位開關(guān)，電路關(guān)門結(jié)束。

圖1 電梯門機(jī)控制系統(tǒng)框圖

2.電梯門機(jī)系統(tǒng)的控制方式

電梯門機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動控制方式分為編碼器控制方式和速度開關(guān)控制方式。在使用編碼器控制方式時，電機(jī)尾部安裝有編碼器，但上坎上不安裝速度開關(guān)。在這種控制方式下，通過編碼器既能檢測轎門位置，又能檢測轎門速度，因此可以使用位置和速度閉環(huán)控制。在使用速度開關(guān)控制方式時，電機(jī)不帶編碼器，而是依據(jù)上坎的速度開關(guān)來檢測速度切換點(diǎn)。在這種控制方式下，沒有位置檢測，也沒有速度檢測。

相比兩種運(yùn)動控制方式，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，只是編碼器信號用速度開關(guān)信號替代，其余控制信號二者完全一樣。兩個速度開關(guān)僅用作電梯門機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動過程中的速度切換點(diǎn)。從系統(tǒng)性能上看，速度開關(guān)控制方式會導(dǎo)致控制精度相對要差，門機(jī)運(yùn)動過程的平滑性不太好。而編碼器控制方式能實(shí)時監(jiān)測轎門位置，轎門速度，控制精度相對要高，但相應(yīng)的成本也相對較高。

3.設(shè)計(jì)電梯門機(jī)系統(tǒng)硬件

本文設(shè)計(jì)的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)使用DSP作為主控制機(jī)，被控對象為電梯門的異步電梯及電梯門扇，采用增量編碼器給予反饋控制。逆變電路采用三菱公司的智能功率模塊，這種模塊的最大直流側(cè)壓為600V，最大允許電流是10A，與欠電壓保護(hù)、短路保護(hù)相互配合，適用于小功率的電機(jī)驅(qū)動上。

系統(tǒng)硬件主要由主回路部分，檢測部分，控制電路三部分組成。主回路主要是把電網(wǎng)電壓經(jīng)過整流和逆變，送入交流電動機(jī)，并通過控制電路控制逆變器開關(guān)元件的開斷，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速。檢測部分主要完成輸出電流、位置和速度信號的檢測，以及過流、過壓和欠壓等故障信號的檢測。控制電路主要完成電力傳動系統(tǒng)的指令形式，電流、速度和位置控制，產(chǎn)生PWM控制信號，完成矢量控制算法。

使用TI公司最新研發(fā)的DSP當(dāng)做主控制機(jī)，這一系列是原系列的精簡版，具有價格低廉的優(yōu)點(diǎn)。使用旋轉(zhuǎn)編碼器，實(shí)現(xiàn)對電梯門運(yùn)動速度和電梯門位置加以反饋，形成速度曲線的閉環(huán)控制系統(tǒng)。把鍵盤及控制芯片連接在一起，通過鍵盤達(dá)到修改參數(shù)或發(fā)出指令的目的。使用SPI方式與DSP芯片完成通訊，使用其自帶字庫進(jìn)行顯示。為有效降低外部電路對DSP邏輯計(jì)算和各部件噪聲對通訊的影響，系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)抗干擾電路，所設(shè)置的抗干擾系統(tǒng)如下：（1）弱電部位，為防止模擬電路的干擾信號串聯(lián)至數(shù)字電路，可以把模擬地與數(shù)字地區(qū)分開，最后設(shè)計(jì)一個共地點(diǎn)。（2）把強(qiáng)電及弱電部門分開設(shè)置，輸入輸出接口位置，均使用光耦隔離。避免出現(xiàn)互相干擾情況。

4.設(shè)計(jì)電梯門機(jī)系統(tǒng)軟件

電梯門機(jī)控制系統(tǒng)軟件使用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，是由主程序、電機(jī)控制、人機(jī)交互等模塊組成。主程序作為整個軟件系統(tǒng)的核心，其他所有模塊都必須圍繞主程序進(jìn)行工作。初始化實(shí)現(xiàn)對芯片上電、使用的I/O口、外設(shè)等展開配置；門寬自動完成對門機(jī)的復(fù)位，完成測量門寬，把所測得的門寬數(shù)值輸入儲存器中。電機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)對電梯門開關(guān)動作的邏輯判斷、生成電梯門運(yùn)動曲線，完成堵轉(zhuǎn)開門的控制算法。其中主要控制功能是在主循環(huán)內(nèi)完成，通訊部分?jǐn)?shù)據(jù)接收采用中斷服務(wù)程序進(jìn)行處理。本文設(shè)計(jì)的電梯門機(jī)控制系統(tǒng)使用系集成的雙路通訊接口，對堵轉(zhuǎn)力矩控制情況進(jìn)行探討。根據(jù)改變堵轉(zhuǎn)判斷算法或改變相應(yīng)的參數(shù)，達(dá)到控制堵轉(zhuǎn)力矩大小的目的，同時堵轉(zhuǎn)力矩會因基頻電壓的變化而改變。

5.結(jié)束語

電梯系統(tǒng)是一個人機(jī)交互的控制系統(tǒng)，它是由電氣控制技術(shù)、通訊技術(shù)、變頻技術(shù)等組成。為讓電梯更好的為大眾服務(wù)，保證其安全性、高效能，本文以電梯門機(jī)控制系統(tǒng)為研究對象，介紹了電梯系統(tǒng)的總體構(gòu)成及軟、硬件設(shè)計(jì)情況。 [科]

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