电梯控制技术的发展与研究

随着科学技术的不断进步，电梯工业生产水平得到了不断提高，产品结构也有很大的改进。在电梯控制系统的可靠性、稳定性得到很大改善以外，设备的体积大大缩小，功能不断完善，性能不断提高，维护更加方便。尤其是从80年代交流变压变频控制技术出现以来，电梯的发展速度十分惊人，应用也相当普及。

电梯电气控制技术是一个综合性的系统技术，包括控制器、传感器和调速方法等多种技术。本文系统分析了这些技术方法的发展历史并对它们进行了分类总结。通过分析可知，在电梯电气控制节能、效率以及控制器性价比等方面还存在许多不足，须要进一步研究探讨。 自从电梯发明以后，电梯电气控制技术越来越收到人们的重视。电梯电气控制技术主要体现在电梯电气控制系统的设计上。电梯的电气控制主要是对各种指令信号、位置信号、速度信号和安全信号进行管理，使电梯正常运行或处于保护状态，发出各种显示信号。电梯的电气控制，过去采用继电器逻辑线路，一般称继电器控制。这种硬布线的逻辑控制方式具有原理简单、直观等特点。但通用性差，逻辑系统由许多触点组成，接线复杂、故障率高、设备庞大，国家已规定淘汰。目前我国电梯主要由先进的、可靠性高的微型计算机或可编程控制器（PLC）控制。本文对我国电梯控制技术和方法的发展状况进行研究，总结现有电梯主要控制方法，并对我国电梯将来控制技术和方法做出预测，这项工作能够起到继往开来的作用，对我国电梯行业发展具有积极意义。

电梯交流调速方法的发展

交流电梯调速方法经经历了由简单到复杂、由低级到高级的发展历程。分析这些方法，可以大致将电梯交流调速的发展历史划分为如下三个阶段。

第一个阶段主要在上世纪70年代，其主要标志是交流双速电梯，该方法采用改变牵引电机极对数来实现调速。这种电梯结构简单、价格低廉、使用和维护都很方便，但调速不够平滑、舒适感较差。

第二个阶段主要在上世纪80年代，主要使用交流调压调速方法，其性能优越于交流双速电梯。调压调速的方法是通过改变三相异步电机定子端的供电电压实现电机的调速，其制动多采用能耗制动。

第三个阶段开始于上世纪90年代，变压变频调速电梯（VVVF电梯）开始占据了世界电梯的市场。VVVF电梯通过调节电机定子绕组供电电压的幅值和频率来实现转速的调节。由于变压变频调速（VVVF）的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。VVVF电梯以其独特的先进技术和性能，实现了节能、快速、舒适、平层准确、低噪音、安全等目标。由于其优越的调速性能、显著的节能效果，在很多应用场合已取代交流调压调速电梯而成为现在电梯市场的主流。

曳引技术的发展 1、永磁同步曳引机1.1永磁同步曳引机的原理及结构 永磁同步曳引机的定子绕组采用永磁材料产生励磁磁场，它不需要励磁电流，转子中无励磁损耗。永磁同步曳引机装有转子永磁体磁极位置检测器，用来检测磁极位置，以此对电枢电流进行控制，达到伺服控制。现在应用较多的是无齿轮永磁同步曳引机，其结构形式可以分为径向磁场结构和轴向磁场结构。径向磁场结构按定子和转子的相对位置不同，又可分为内转子结构和外转子结构。轴向磁场结构又称盘式结构，不同结构形式的曳引机应有和场合不同，其磁场分布形式也不同。内转子式永磁同步曳引机的永磁体嵌装在转子铁中，外转子永磁同步电动机的永磁体贴装在转子的内表面。内转子结构承载能力强，适于大载重量、高速电梯，一般多用于高层住宅和办公楼，外转子结构轴向尺寸相对较小，可用于小机房或无机房电梯应用场合，但其载重量受到限制。盘式结构曳引机轴向尺寸更小，可直接安装于电梯井道中，最适于无机房电梯使用。 1.2永磁同步曳引机的发展趋势 随着我国建筑行业的快速发展，与之配套的电梯生产制造业也一路猛进。近年来，电梯行业许多厂家纷纷开展无齿轮永磁同步曳引机的开发研制工作。我国不但是全球最大的电梯市场，而且形成了全球最强的电梯生产能力。中国的电梯虽然生产能力第一，甚至出口也第一。电梯产业的前景和走势也随着社会的需求悄然发生着改变。市场对新一代的电梯的需求越来越旺盛。国内外电梯企业顺应市场需要，加大研发投入，都准备在未来新概念电梯产业发展中占得先机。近年来，电梯行业许多厂家纷纷开展的开发研制工作，沈阳博林特电梯公司通过自己的技术研制出我国具有自己知识产权无齿轮永磁同步曳引机，并在世界市场上得到广泛应用。虽然目前在中国电梯市场上采用无齿轮同步曳引机技术的电梯只占很少部分（约10%），但其发展势头非常迅猛。伴随着电梯市场的竞争和技术竞争，必将进一步促进无齿轮永磁同步曳引机技术及其应用的发展。 2、直线电机技术 直线驱动就是直线电动机直接驱动。直线电动机直接驱动系统是近15年发展起来的一种新型进给传动方式。直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的传动装置，具有启动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。特别是由于直线电动机无离心力作用，故直线移动速度可以不受限制；而且其加速度非常大，能实现启动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停，因此，直线电机特别适合应用与高速电梯的驱动系统。在2008中国国际电梯展览会上，东芝电梯公司展出了采用直线电机技术的magsus非接触式导靴系统，使电梯在与导轨不发生接触的状态下运行。随着现代高层建筑的不断涌现，对高层及超高层建筑物，通过悬吊钢丝绳牵引轿箱越来越限制电梯的提升高度和效率，所以采用直线电动机直接驱动高层及超高层电梯成为现实的可能性会越来越大。 变频调速技术的应用和发展 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受电梯行业的青睐。变频调速技术通过对交流电动机调节供电电压和频率，来调节电动机的转速达到线性化，将交流电动机转速运行曲线线性区域加大。系统采用高精度光电码盘（或编码器）反馈信息，微机数字化控制，电梯平层精度高（达到毫米级），并且绝对保证电机零速时抱闸，舒适感非常好。另外多台电梯微处理机，可达到人工智能化，与传统调速技术的比较变频调速技术又具有安全可靠、舒适感好、高速高效、节约能源、平层准确、维护方便等优点。变频调速技术的发展正在经历了一个不断创新和不断完善的过程。目前，世界各大电梯厂家都在进行电梯专用变频器的研发和制造，新的方案不断提出，进一步证明这项技术的应用方兴未艾。 模糊控制 随着大楼智能化的提高，从服务质量角度来说，人们总是希望候梯时间和乘梯时间的总和越短越好；从节约能耗角度来说，要求电梯避免空驶，减少起停次数。但是这两方面的目标是相互矛盾的。电梯群控系统调度方法的设计不仅依赖于电梯本身的配置、性能，而且取决于建筑物的客流交通特点和性质；某一特定调度方法对于不同模式、不同用途的建筑的调度效果有很大的差异。电梯群控系统应根据建的客流交通特点采取最合适的控制策略，使得电梯系统的综合性能最佳，控制程序中应采用先进的调度规则，使群控管理有最佳的派梯模式。但由于电梯群控系统控制目标的多样性以及电梯系统本身所固有的随机性和非线性仅仅通过传统的控制方法很难提高控制系统的性能。现在的群控算法中已不是单一地依赖“乘客等候时间最短”为目标，而是采用模糊理论、神经网络、专家系统的方法，将要综合考虑的因素（即专家知识）吸收到群控系统中去。模糊控制系统具有非线性、动态性的特点和较强的学习功能，利用专家知识获得各种控制规则，可以很好地处理电梯系统的多目标性、随机性和非线性，对即将要发生的情况作评价决策，实现电梯调度规则的进化，以适应环境的变化。“模糊控制技术的应用将会使电梯的服务质量越来越满足人们的要求。

我国电梯电气控制目前存在的主要问题

电梯作为现代建筑中的重要交通工具，它与一般的交通工具有着较大的差别。良好的电梯控制技术是电梯高质量运行的重要保障，电梯运行安全舒适、高效、节能控制器的性价比等都是电梯技术发展面临的重大问题。

1.节能问题

越来越多的电梯进入高层建筑，电梯的节能运行是电梯开发和使用的关键。从控制的角度来看，有效地改善供电电能的质量、充分地利用电能是一个良好的举措。

2.效率

电梯作为一种位能型负载，运行过程中需要作频繁地升降运动，研究一种或多种电梯速度给定曲线，合理地选择运行速度曲线，是提高运行效率至关重要的一环，而目前国内生产的大多数电梯存在着给定速度曲线实现困难、资源耗用率高等系列不足等问题，极大地限制了电梯高效地运行。

3.控制器性价比低

目前国内的电梯厂家采用的电梯控制核心设备大部分都是国外进口产品，核心技术和知识产权为国外大公司所有。而少数自己开发的控制器也有开发周期长，开发成本高等缺点。另外国内的绝大部分VVVF电梯采用的变频器都是电梯用专用变频器，这种变频器虽然使用起来很方便，但其价格却是同类通用变频器的1.5到2陪，使整个控制系统的性价比大大下降。

结束语 电梯曳引技术和控制技术的发展使电梯的运行速度更快，提升高度更高，运行过程中人们感觉更加舒适，从而提高了高层建筑中电梯的服务质量。随着电梯技术的开发研究，新一代的电梯将会融合更多的先进技术。先进曳引技术、控制技术、人工智能技术的必将会使电梯工业具有更加美好的明天。

参考文献

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[4]蒋良华 直线驱动控制技术及其在无绳电梯装备上的应用研究 《装备制造技术》2008.5

（作者单位：江苏省特种设备安全监督检验研究院）