摘要：电梯在企业中的普及率越来越高，其在高层建筑中的重要作用日益凸出，电梯能够以一个较为科学合理的速度运行，有利于人们乘坐更加舒适，也有利于节约电能，防止电网出现波动。本文通过对于其控制系统展开探讨，对其控制模块、测速模块等进行分析，为其进一步推广使用打下坚实的基础。
关键词：电梯控制系统；速度控制；策略分析
1 引言
近年伴随着人工智能的快速发展,许多新的理论与方法都被引进到在线监测控制系统的开发中,从而使得电梯监测控制技术不断的趋于完美。然而针对目前的在线监测控制技术来说,大量的数据信息需要可靠的快速的采集并加以处理,但是目前许多数据采集系统依然不能够达到这些要求,其中往往存在许许多多的问题,如系统过于庞大,可靠性低等。本文利用单片机，对于电梯调速系统的监测和维护展开分析探讨。电梯的运行会给电网带来一定的影响，在电梯的运行率不同时，电梯对于配电网有着不同的影响，在电梯运行率较低的时候，电梯速度控制可以将线路的运行效率提升，总损耗也较少，但是如果电梯运行率比较高时，就会使得整条线路上的电流过大，也会相应的影响损耗，变压器和线路的时候都会较高，这样整条线路的运行成本非常高，同时也会影响到电网正常的供电，所以对于电梯的速度与运行状况要进行控制，使其不会威胁到整个配电网的运行。机房中存在大量的设备，为使其可以按照程序进行稳定运行，需要进行科学有效地控制与管理。但是传统的电梯容易出现环境条件改变、设备故障等问题，为了解决上述问题，应该着重研究精确数据采集系统，用于为电梯控制系统提供可靠的数据来源。由于设备运行环境的要求，数据采集系统一定要具有快速、可靠、体积小以及低成本的特点，因此高度集成化的电梯速度监控系统已经成为了现代管理模式发展的重要趋势。电梯控制系统可以使得人们在电脑端或者移动端就能方便地获知情况，管理者可以通过智能终端实现无线网络的接入,从而获得自己想要的信息服务，利用信息上的交互来提供服务。
2 电梯速度控制系统结构
2.1 电梯机械结构分析
（1）机房部分
包括电源开关、曳引机、控制柜、限速器等。曳引机是电梯的主拖机械，可分有齿轮和无齿轮曳引机。有齿轮曳引机。有齿轮曳引机包括驱动电机、减速齿轮箱、电磁制动器和曳引轮。本次设计的电梯的曳引机选用有齿轮曳引机。无齿轮曳引机则没有减速齿轮箱，直接由电机驱动曳引轮。电磁制动器通电时打开，断电时闭合。电磁制动器用来控制轿厢速度当电梯超速时发出信号并产生机械动作，使安全钳动作，将轿厢卡在导轨上。
（2）井道部分
包括导轨、对重、缓冲器、限速钢丝绳张紧装置、限位装置、井照明等。 导轨通过导轨架被固定在井道壁上，导轨是轿厢上下行的轨道。对重与轿厢相称托起平衡作用，它与平衡补偿装置组成了曳引式电梯的重量平衡系统。缓冲器是当电梯的各种保护措施失效轿厢下落时，用来缓冲轿厢与井底的冲击。
（3）厅门部分
包括厅门、召唤按钮箱、层楼显示装置等。厅门有中分式、旁开式等。自动厅门的开闭是由轿厢通过门刀带动的为防止有人从厅门外将厅门打开，厅门安有门锁装置，门锁有机械门锁和电联锁。
2.2 控制模块
本设计采用控制芯片为常见的AT89C52单片机,所谓的单片机其实就是在一个很小的硅片上集成了存储器,定时器,计数器,中央处理单元,中断系统,的一种微型计算机。单片机的产生是计算机技术发展历史上的重要标志。单片机虽然集成工艺较为复杂,但是因为其体积小,可以大批量生产,从而大大降低了成本,被广泛的应用到工业生产领域,比如嵌入到智能仪器仪表,工业控制领域,机器人,家用电器,玩具,汽车电子系统等各类电子产品。
2.3 数据采集模块
由于数据采集系统往往是采集多路的模拟信号,而这些模拟信号都需要转换为数字信号才能被单片机进行分析处理,本次设计所做的A/D转换电路所使用的芯片是一个串行输出的转换芯片,故此不能同时的将这多路的模拟信号进行转换。为了简化电路及提高可靠性所以采用了多路模拟开关。多路模拟开关的主要作用是在控制信号的作用下,依次将各路的模拟信号传送到A/D转换器中进行A/D转换。 在A/D转换器对某一路信号转换的同时,其他几路的模拟信号正处于已被采集,但未被转换的状态,如果此时电平发生了改变,但是信号还未转换,这些被采集的信号就会随着电平的改变而发生改变。为了保持被采集信号的准确性,我们需要在信号源和A/D转换器之间加入一个采样/保持电路来确保信号源的可靠性。采样/保持电路的主要作用是在A/D转换器转换信号源之前先处于采样模式,这时采样/保持电路是输出跟踪输入的状态,然后在使其处于保持状态直至A/D转换器将信号源转换后在进入采样模式,如此循环。为了提高系统的准确性,采样/保持电路的采样时间越短越好,其保持时间越长越好。 具体的设备有：监控主机：机箱：IPC-810A/6114P12/7271AT；主板：FSC-1715VN(P4级主板，带独立64M显存)；配件：P42.8/512M/320G；管理中心；机箱：IPC-810A/6114P12/7271AT；主板：FSC-1717VN(P4级Inter875P芯片组高性能主板)；配件：P43.0/512M/320G。采集模块：ARK-24000系列RS-485总线的数据采集与控制模块，其功能是对机房周围环境、设备进行数据采集与控制；模拟采集模块：ARK-24017；热电偶采集模块：ARK-24018P；数字I/O模块：ARK-24052D、ARK-24060；RS232转485：ARK-24520等。
2.4 电机测速模块
功率因数的大小取决于电路所载负荷的性质,比如一般功率因数为1的电器有电阻炉,白炽灯等纯电阻负荷。一般功率因数小于1的电路都是带电容或电感性负载。在电梯系统中一个重要的技术数据就是功率因数,功率因数主要是用来衡量电气设备效率高低的参数。如果电路中用于交变磁场转换的无功功率越大,则会导致功率因数降低,从而使电气设备的利用率下降,这样就会增加电力系统中输电线的供电损耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以,各个供电部门对用电单位的功率因数都必须要求达到0.9以上。因此,对于电机发出的电能中对于功率因数的检测就显得尤为重要。对于本系统设计的电路检测的功率因数需要符合国家标准。如果检测的功率因数与标准有出入,可以通过电路中静电电容器来供应无功功率,来降低系统中的电能损耗。
为了在实际运行当中,调节电容器的功率,在电路中将电容器分成8组,通过74HC573芯片与互感器链接来控制静电电容器的投入与切除。根据实际当中功率因数与电压的变化,分组投入或切除,用来实现补偿功率的不连续调节。同样静电电容器发出的感性无功功率也可以提高电压,达到调压的目的。 功率因数检测电路设计中,主要是通过对电机发出的电压和电流采集样品进行过零点时的检测,通过编程控制主控芯片来计算过零点的时间差,计算出电机输出电压和电流的相位差,最后通过给定计算公式来计算出功率因数。电机产生的电压电流经过电压互感器,电流互感器,同比缩小为可以分析处理的交流小信号。并且通过运放LM393来构成过零比较器,再由7414芯片滤波组成相位检测电路。
2.5 供电模块
供电系统接入市电进行供电，但是对于稳压部分的要求更高。如果稳压模块不够合理，那么短时间内造成电压值出现大幅波动，这种现象的主要危害在于，可能因为瞬时电压故障而导致线路与设备不可逆的损坏，处理方法主要有提供不间断电源、电压整流器等。采用不间断电源（UPS）、无功功率补偿器（SVG）等设备可以有效地减轻电压波动对于设备带来的影响，起到平波的作用，同时也减轻了对于线路的损耗，是相对科学有效的办法。
3 电梯速度控制策略
连接单片机串口的433MHZ无线传输模块将电梯速度和方向数据以广播形式外发。安装在机械设备上的智能电梯速度预警仪通过433MHZ无线传输模块的串口接收电梯速度和风向数据。智能电梯速度预警仪将接收到“X00.0,000#”格式的电梯速度、方向数据转换为到达时间显示在智能电梯速度预警仪屏幕上。当达到预设的报警值后智能电梯速度预警仪产生报警提示和声音信号。预计到达时间S(秒)=智能电梯速度预警仪与距离L(m)/实时电梯速度s(m)。智能电梯速度预警仪对监测到达电梯速度数据进行比较，将每次速度等级变化自动保存，用于设备操作人员查询和分析。检测分为两个模块，一种可以将电梯速度进行相位检测，另一种控制选择电压电流的大小其中之一来进行检测。PC机数据采集和查询管理模块对监测到达电梯速度数据进行比较，将每次速度等级变化自动保存，用于安全管理人员查询和分析。安全管理人员定时通过PC机数据采集和查询管理模块将信息推送到智能电梯速度预警仪，用于安全提示。
在电梯运行曲线中的启动段是关系到电梯运行舒适感指标的主要环节，而舒适感又与加速度直接相关，根据控制理论，要使某个量按预定规律变化必须对其进行直接控制，对于电梯控制系统来说，要使加速度按理想曲线变化就必须采用加速度反馈，根据电动机的力矩方程式:M—MZ=ΔM=J（dn/dt），可见加速度的变化率反映了系统动态转距的变化，控制加速度就控制系统的动态转距ΔM=M—MZ。故在此段采用加速度的时间控制原则，当启动上升段速度达到稳态值的90%时，将系统由加速度控制切换到速度控制，因为在稳速段，速度为恒值控制波动较小，加速度变化不大，且采用速度闭环控制可以使稳态速度保持一定的精度，为制动段的精确平层创造条件。在系统的制动段，即要对减速度进行必要的控制，以保证舒适感，又要严格地按电梯运行的速度和距离的关系来控制，以保证平层的精度。
4 系统运行监测
4.1 系统测试
采用系统测试可以对电梯系统进行监测，对于电梯系统和实际情况进行比对，使得系统的不足之处可以显示出来，通过这样的方法可以看出系统模块中存在的问题，对于系统的运营进行分析。采用软件测试主要有黑箱和白箱两种方法，采用内部与外部综合分析的方法，对于其输入与输出问题进行了探究，白箱主要是研究其中的逻辑关系与对应情况，而黑箱主要从输入输出来对系统的功能进行验证，使其满足于系统的控制管理要求。
4.2 故障检测
要使用一样的仪器对其他电路中相同的继电器数据进行测量，对得到的结果进行明确，确定其是否发生了通信故障，而不是仅仅在测量一会的情况下对其进行修理。而是改变运行状态再进一步测量分析。电梯上的配电中心可以对电梯上的所有电路进行划分，集中检测，作为一次设备对相当大的一部分电路上主要节点进行维护，相关的继电器要求要有足够大的容纳度。单个开关元件能够对主要线路以及底下的分支电路在第一时间内进行划分，方便及时找到通信故障的位置。为了避免线路因为偶然的外界因素造成影响判别，可以在母线的保护电路上设立多条线路，确保在一条线路出现问题状况的时候，其他线路可以快捷有效的进行工作代替，保障电梯能够正常持续的运行。
5 总结
该系统以单片机为控制核心，综合运用计算机和传感器技术，完成系统设计。可以实现对三相电压电流的监测，相位检测，功率因数的检测与改善控制，电容量的监测与控制。在液晶显示部分成功显示各个电参量，包括电压、电流、功率因数、电容量，有利于实现电梯的实时控制，达到提升效率、节约能源的目的，对于电梯的速度控制与监测都有着极为重要的意义。电梯速度控制系统的使用对于现代科技发展运行意义重大,需要结合新技术、新思路对其进行完善与创新,对于设备的常见问题做到及时的排查与解决,通过现代化的方法,结合实际的经验,保证工作的质量,使得设备使用更加有保障。
参考文献
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作者简介
董刚（1984-10-10），男，汉族，籍贯：辽宁省凌海市，当前职务：安装经理，当前职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：电力设备研究与开发。
论文作者:董刚,高蕴山,沈喜广
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/22
标签：电梯论文; 速度论文; 功率因数论文; 电路论文; 曳引机论文; 系统论文; 控制系统论文; 《电力设备》2017年第26期论文;