摘要：电梯是典型的机电一体化设备，电梯分为电气和机械两部分，两部分工作分工明确，高度统一。在电梯的设计和制造过程中，不但包括机械系统的设计与制造、电气系统的控制和土建等工程领域的知识，而且还必须考虑电梯在运行时的舒适度、可靠性和节能等问题。
关键词：电梯；智能化；电气系统；机械系统
1引言
在电梯逐渐智能化的时代背景下，人们除了对电梯有安全性和舒适性的要求外，对电梯的服务质量和运行效率的要求也越来越高。多台电梯在单一建筑物中使用消耗的能源较大。国家对电梯节能降耗做出了特殊的强调。标志着国家己开始意识到电梯节能降耗的重要性，节能电梯必将成为今后电梯发展的重要方向。由于电梯群控技术不能对轿厢内和侯梯厅内的人流量变化做出实时响应，所以还是会出现一些无效调度情况，比如：侯梯厅内无人，但有呼梯请求；轿厢内无人，但是轿厢内呼梯盘上仍有请求等。这样的调度都造成了电梯无效的运行和开关门问题，导致了能源浪费。必须提出一种新的控制方案才能更好地使电梯更节能和高效。
随着计算机技术的发展，机器视觉检测技术也在飞速发展，机器视觉主要是通过图像采集、图像处理、图像对比、特征识别等方法，获取指定区域内的有用信息，根据事先设定的算法进行分析，实现对整个图像区域内目标的识别，通过对图像中所包含内容的认定和分析，最终给出检测结果。在现代工业检测中，机器视觉技术是通过图像采集装置对被测目标进行图像采集，然后将采集到的图像信号转变为数字信号，传送到图像处理系统，根据图像像素的灰度分布、边缘特征等图像信息进行运算和判断，获得被检测目标的特征量，根据对特征量的分析得出结果，最后根据图像处理系统发出信号，控制其它设备动作。与传统的检测技术相比，机器视觉检测技术可以提高检测速度和检测准确性，而且其低成本低与可行性高的特点，也使其在检测领域中得到广泛地应用。
通过对机器视觉检测技术特点的分析，本文提出一种利用机器视觉检测技术，获取轿厢内和候梯厅内的实时图像，并运用相关的图像处理算法，对轿厢和候梯厅内部有无人员进行检测和判断。电梯控制系统通过调用机器视觉检测结果，来优化电梯的调度，避免了空载运行和不必要的停站等无效调度现象，加入视觉检测模块不仅能优化电梯的控制，节约电梯能耗，同时也给乘客提供了一个舒适的乘梯环境，不会因为过多的无效调度而浪费时间，产生焦躁的情绪。
2电梯结构与控制原理探析
2.1普通电梯结构
电梯从空间上划分可以分为轿厢部分、层站部分、井道部分、机房部分。各部分具体组成如：轿厢部分主要包括轿厢、轿厢呼梯盘、轿厢门、门机、安全窗、安全钳装置、平层装置、楼层指示灯、通讯器、报警装置等。层站部分主要包括厅门、侯梯厅呼梯盘、门锁装置、层站开关门机构、楼层显示器等。井道部分主要包括导轨、导轨支架、缓冲装置、对重系统装置、限速器张紧装置、补偿装置、随行电缆、井道照明灯、底坑等。机房部分主要包括电源控制盒、曳引电动机、电气控制箱、减速机构、导向轮、限速装置、极限开关、制动抱闸装置、电机机座等。
2.2电梯机械系统
电梯的机械系统主要包括电梯曳引系统、平衡系统、轿厢和门系统、导向系统以及机械安全保护装置等组成。电梯的曳引系统的主要作用是将曳引电动机产生的动力传递给电梯轿厢，驱动轿厢运动。主要包括曳引机、导向装置、绳索翻轮等几部分，曳引系统是电梯运行过程中的关键部分。曳引机为电梯的运行提供动力，一般由曳引电动机、制动器、曳引轮、旋转手轮等组成。曳引机和驱动主机是电梯的重要驱动装置，称为“电梯心脏”，曳引机影响电梯的启动和制动性能、加减速度、平层和乘坐的舒适性、安全性等重要指标。轿厢主要包括轿厢门、侯梯厅门、门机、门锁装置等组成，是电梯中极为重要的装置，对乘客安全关系重大。轿厢门由门、门支架和轿厢地砍等组成。侯梯厅门由门、支架、层门地砍和层门传动装置等组成。轿厢门的开关由乘客或门机控制。门机装置安装在轿厢门口的正上方，轿厢门和侯梯厅门为电梯的安全运行提供保证。
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3电梯的平衡系统构建
电梯的平衡系统主要包括对重装置和补偿装置两部分。对重装置是用来平衡轿厢和电梯负载的装置，轿厢和对重装置分别挂在电梯曳引钢丝绳的两侧，为了减少电动机功率损耗，是曳引电梯不可缺少的。对重装置由以槽钢为主体所构成的对重架和用铸铁作或钢筋混凝土填充的对重块组成。当轿厢处于井道的最低层时，曳引钢丝绳的重量主要分布在轿厢这一端。当轿厢处于井道的顶端的时候，曳引钢丝绳的重量都作用在对重装置这一端。曳引钢丝绳的分布均匀严重的影响了电梯的相对平衡性。为了削弱钢丝绳分布变化对电梯平衡性的影响，电梯中需要添加平衡补偿装置。导向系统主要包括导靴、导轨和导轨架装置，其主要作用是对电梯轿厢和对重装置的运动进行导向和限制。导轨安装在井道中来确定电梯轿厢和对重装置的相互位置，并对他们的运动起导向作用，防止因轿厢的偏载产生的倾斜。导靴主要用来引导着轿厢和对重装置顺着导轨上下运动。轿厢上一共安装了四组导靴，分别位于轿厢上梁两侧和轿厢底部的安全钳座下面；四组对重装置的导靴，分别安装在对重梁的上部和底部。防止轿厢和对重装置在电梯运行过程中偏斜或摆动。
4电梯电气系统构建
4.1电梯电气系统概述
电梯的电气系统主要包括电力拖动系统和运行控制系统两部分。电梯的电力拖动系统主要利用电能驱动电梯机械装置运动，其主要功能是为电梯提供动力，对电梯运动操纵过程进行控制。运行逻辑控制系统主要对电梯进行逻辑判断和控制，主要完成对轿厢内呼梯信号、侯梯厅内呼梯信号和井道平层信号等多种外来信号按照设定好的逻辑关系进行综合处理，电梯的运行控制系统是反映电梯自动化程度的重要指标电梯的电力拖动系统和运行控制系统都有明确的控制任务，但两者又是相辅相成，共同组成一个完整的电梯电气系统。
4.2电梯电力拖动系统
电梯电力拖动系统主要驱动电梯完成两个运动：一是轿厢的升降运动，轿厢的运动主要是沿着导轨上行和下行，由此运动先由曳引电动机产生动力，再通过电梯的曳引传动系统减速，最终将旋转运动变成轿厢的直线运动曳引电动机的功率大概在几千瓦到几十千瓦之间，这部分运动是电梯的主驱动。二是轿箱门的开关运动，它主要由开门电动机产生动力，再通过开门机构进行减速，最终实现轿厢门的开与关，这部分功率较小，是电梯的辅助驱动。通过对这两个运动的控制才能实现电梯的加速、匀速、减速等不同运动形式的变换。虽然电动机类型和调速控制方法有很多种，但最常用的电梯拖动系统有直流调速拖动系统、调压调速拖动系统、交流变极调速拖动系统和变压变频调速拖动系统等4种。
4.2.1直流调速拖动系统
直流电梯驱动系统调速范围宽，控制灵活、准确，但直流调速驱动系统体积较大、结构比较复杂、高能耗、高成也比较高。现在直流电梯的应用已经非常少，只有在那些要求极高的特殊场所才使用直流调速拖动系统。
4.2.2变极调速拖动系统
通过电机学原理可知，三相异步电动机的转速与电动机的转差率、定子绕组的磁极对数及电源频率有关，通过调节定子绕组的磁极对数来改变电动机的转速。变极调速具有价格低廉、结构简单等优点；其主要缺点是级差大，磁极只能成倍变化，且转速也成倍变化，导致系统无法平稳运行，由于该电动机的效率低，所以变极调速适用于普通货梯，现在已经趋于淘汰。
4.2.3调压调速拖动系统
交流异步电动机的转速与定子两端所加电压成正比例关系，通过改变定子的两端电压来实现变压调速。变压调速具有效率较高、结构简单、运行系统较为舒适平缓等优点。但是当电压比较低的情况下，导致最大转矩锐减，所以低速运行时的可靠性比较差，又因为电压不能高于额定电压，这样就限制了调速的范围，使得调速范围有局限性；同时由于供电电源中有高次谐波，增加了电磁噪声和电动机的损耗，降低了功率因数。
参考文献：[1]基于超级电容的电梯制动能量回收存储系统的研究与设计[D]. 崔雷.东北大学 2014
[2]住宅电梯变频调速系统的研究[D]. 刘明.华中科技大学 2007
论文作者:谢德山
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/10/11
标签：电梯论文; 系统论文; 装置论文; 拖动论文; 电动机论文; 主要包括论文; 曳引论文; 《科技中国》2017年7期论文;