旋转编码器技术在电梯(TOEC―60)控制中的应用

摘要：文章介绍了采用旋转编码器技术对OTIS电梯（TOEC-60）进行控制改进方案，着重分析了主机马达旋转编码器位置脉冲检测原理及其改进方法，使改进的电梯提高了自动控制水平和安全性，达到了较理想的控制效果，改善了电梯运行平稳度和舒适感。

关键词：旋转编码器；电梯脉冲；测距控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0051-02

交流调速控制系统中钢带选层是最早一种实现电梯选层控制方法之一，近年来随着电梯控制技术的不断发展，旋转编码器得到广泛应用，在电梯上的应用也越来越

成熟。

某单位一台OTIS（TOEC-60）30层30站电梯1.75米/秒，采用的是交流马达，已渐老化，故障率越来越高，控制系统采用陈旧的PPT钢带轮测距；拖动系统采用交流调速装置，使用频率很高，运行已有十几年之久；一直以来有启动抖动、停层蹲底、到站不平层，有时还会出现困人的现象以及钢带断带的情况；特别是更换钢带价格昂贵，零配件不好买。感觉越来越不适应现展的需要，为了改变这种现状，对电梯平层系统进行改造，取消现轿厢平层钢带轮、钢片带、钢片断带开关、张紧轮，采用先进的主机马达光电旋转编码器计数控制技术，以期达到电梯平层更加准确、运行更加稳定、乘坐更加舒适；同时还可以减少电梯井道里的运动部件，减少摩擦，降低了电梯的养护成本。

1 改造方案

1.1 电梯选层控制的种类

电梯的选层控制电路有多种，主要分为硬件式选层器和软件式选层器。硬件式选层器包括层楼感应器式和钢带选层器式。前者一般在交流双速货梯中使用，而钢带选层器广泛用于早期的客梯中。这种类型的选层方式由于其设计缺陷（计数精度不高），一般只在开环系统或单闭环控制系统电梯中使用。随着电梯电梯工业的发展电梯的选层器都采用软件选层器，其主要有如下三种：（1）采用永磁交流测速发电机式，其转子为永磁铁，定子为绕组式。它是一种模拟量计数方式，测速信号是根据测速发电机输出电压，通过整流后直接作为反馈信号，再利用微机计算处理来判断电梯速度和位置信号的。其唯一缺点是电梯在低速时由于发电机输出电压较低，电梯易丢失反馈信号。（2）采用光电码盘方式，它由发光管和接收管及光码盘组成。发光管发射一束红外光波，通过与曳引电机同步的光码盘，盘上同一圆周上均匀地分布许多小孔。曳引电机旋转时，光码盘跟着旋转，每当小孔有光束通过时，接收管就接收到一个光脉冲。这是一种较简单的计数方式。（3）现在电梯常采用的是一种旋转编码器脉冲计数方式，其计数精度高。它为电梯获得很高的平层精度提供了有力保障。

1.2 电梯的故障原因

对电梯的故障现象经过长时间的仔细观察和分析，判断有以下原因：

1.2.1 电梯控制系统采用的是钢带测距，钢带与钢带轮滑移是造成电梯到站不平层的主要原因。

1.2.2 曳引轮绳轮滑移也是电梯不平层、启动抖动、停层蹲底的原因之一。根据电梯的故障现象和现有的配置提出改进方案，电梯轿厢层高位置检测改为：采用主机马达旋转编码器测距取代现用的钢带测距，使用井道隔磁板进行层楼数据校正；电梯其他部件保持不变。

2 改进后编码器的工作原理

旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。编码器原理示意图如图1：

图1

增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离

传输。

电梯控制系统可分逻辑控制部分和调速部分。逻辑控制部分是由LB板完成的。LB逻辑微机负责处理来自外呼、轿相操作系统、厅门、轿门、门机系统、井道信息、旋转编码器的脉冲、调速器保护等信号的逻辑运算。当安全回路正常，门回路接通，MIB板得到方向运行指令，从而向速度控制器VFCU发出起、停信号，同时速度控制器也将本身的工作状态反馈给LB形成双向联络关系。系统还配置了与电动机同轴连接的旋转编码器及分频器，完成速度检测及反馈，形成速度闭环和位置闭环。旋转编码器与主电动机同轴连接，通过编码器连接板对电动机测速和反馈电梯的位置。旋转编码器与电动机同轴连接，产生A、B两相脉冲。当A相脉冲超前于B相脉冲90°时，认为电动机处于正转状态；当A相脉冲滞后于B相脉冲90°时，认为电动机处于反转状态。根据A、B相脉冲的相序，可判断电动机的转向。根据A、B脉冲的频率（或周期）可测得电动机的转速。若以A、B相脉冲的前沿或后沿产生计数脉冲，可以形成代表正向位移和反向位移的脉冲序列。旋转编码器将此脉冲输出给CUB1计数板，计数板CUB1再将此反馈信号分别送给逻辑板LB和速度控制器VFCU，以便进行运算

控制。

3 编码器脉冲（软件）的设计与计算

来自主机马达编码器的脉冲的信号，可根据所需要的平层精度调节脉冲数据的分频比。脉冲编码器的输出为A和A-、B和B-两对差动信号，可用于位置和速度测量，A和A-、B和B-四个方波被引入CUB1和CUB2分频板，经辨向和乘以倍率后，变成代表位移的测量脉冲，将其传送至逻辑板LB高速计数端进行位置计算。运行前通过编程方式将各信号，如换速点位置、平层点位置、制动停车点位置等所对应的脉冲数，分别存入相应的内存单元，在电梯运行过程中，通过旋转编码器检测、软件实时计算以下信号：电梯所在层楼位置、换速点位置、平层点位置，从而进行楼层计数、发出换速信号和平层信号。电梯电机编码器的脉冲数可以用下列公式计算：

P/P1=D/（λ×D1）

式中：

P――主机马达旋转编码器每转的脉冲数

P1――钢带轮每转的脉冲数

D――曳引轮直径

λ――减速器的减速比

D1――钢带轮直径

电梯运行至首层平层位置然后设置为快车模式，自动进入自学习状态，见图2。自学习程序进入初始化状态，逻辑板LB的高速计数器、寄存器、变址寄存器全部清零，电梯开始上行，进行数据采集，首先把层楼显示数据寄存器置“1”，然后将换速距离数据写入相应的寄存器，电梯慢车从首层运行至顶层后，电梯打板撞到上限位开关后，数据采集结束，所有的层高数据、换速点数据、层楼显示数据产生，自学习结束。

4 硬件处理

机房：保留原有控制柜系统：CUB1、CUB2、LB、IIB、MIB、SGB及接触器和继电器，在曳引主机马达高速轴上加装增量式旋转编码器，井道拆除钢带、钢带张紧轮及钢带断带开关，保留井道层楼感应器及层楼隔磁板；轿顶平层感应器改为红外线光电感应器，上平层、下平层感应器拆除；门机系统：线路保持不变，轿内线路保持不变；底坑：线路保持不变。

施工过程如图2所示：

图2

5 改造后的效果

该电梯改造后电梯选层控制方式已经升级为主机旋转编码器脉冲测距代替原有井道钢带选层器检测层高位置，采用井道层楼感应器校正楼层数据，通过长时间的运行观察，以前经常出现的故障几乎再也没有出现，提高了电梯的平层准确性和运行的舒适感，还大大提高了电梯的安全性。旋转编码器常应用于机床和计算仪器，近年来更取得长足的发展，在精密定位、速度、长度、振动等方面得到广泛的应用。通过这次在电梯控制中的应用，该装置可靠性高、操作方便、计量精准，使电梯的故障率明显降低了，降低了维修保养成本，得到领导和同事们的一致好评，此改进方法在电梯改造方面具有广泛的推广价值。

6 结语

谨此真诚地感谢我单位领导和同事的大力支持和鼓励，使我有幸在这次改造过程中全程参与和跟踪，有了此次难得的实践机会。通过本次实践，我的知识得到了进一步扩展，专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力；另外，也培养了自己的组织、协调、沟通能力。

参考文献

[1] OTIS-TOEC60调试手册.

[2] 电梯与自动扶梯原理、安装、测试.