電梯轎廂移動控制裝置和轎廂移動控制方法與流程
2023-10-10 03:17:04
本發明涉及在正常輸入電源的停電或電力損失時在用於電梯的逆變器中用於通過使用諸如不間斷電源(下文中被稱為UPS)或電池之類的應急電源控制馬達來利用有效的電力消耗將電梯轎廂移動到鄰近樓層的控制裝置和方法。
背景技術：
用於電梯的逆變器具有在停電時通過利用諸如UPS和電池之類的應急電源驅動馬達來將電梯轎廂移動到鄰近樓層以防止轎廂中的一個或多個乘客被困在樓層之間的功能。
在這個功能中，較輕負載的方向(輕負載方向)是通過使用轉矩傳感器或負載傳感器根據電梯轎廂的負載確定的，並且電梯轎廂是利用來自控制器的在輕負載方向的驅動命令的輸入而在輕負載方向被移動的。由此，系統的控制部分抑制UPS或電池的電力消耗。這種早期技術在專利文獻1和專利文獻2中公開。
圖5示出在早期技術的一個例子中採用逆變器、馬達和負載傳感器的電梯系統的構造。圖5的電梯系統包括電梯驅動馬達50和固定地安裝在馬達50的旋轉軸50a上的滑輪51。
主繩索或線纜52纏繞在滑輪51上。配重53固定在主繩索52的一端。電梯轎廂或吊籠54固定在主繩索52的另一端。負載傳感器55在電梯轎廂54的下端提供。
編碼器56附連到馬達50的旋轉軸50a並且充當用於感測旋轉速度和旋轉方向的傳感器。
逆變器60接收編碼器56的旋轉速度和方向的傳感器信息，將圖5中未示出的輸入電源或諸如UPS或電池之類的應急電源的電力轉換成預定的電壓，並且通過向馬達50的U相、V相和W相的施加來控制馬達50的旋轉。
控制器70與逆變器60執行關於逆變器操作的序列信號的通信。控制器70向逆變器60遞送用於正向驅動的正向運轉命令(UP(F RUN))、用於反向驅動的反向運轉命令(DOWN(R RUN))、多速度命令等等。控制器70接收來自負載傳感器55的負載信息以及來自逆變器60的各種序列輸出。
而且，如圖6中所示，提供例如用於在電梯停止時機械地停止馬達50和滑輪51之間的旋轉軸50a的制動器(brake)。圖6的制動系統包括如專利文獻3中公開的兩組電磁製動器(制動器31和制動器32)。主繩索25纏繞在升降機(hoist)21的滑輪23上方並被布置成懸掛轎廂26和配重27。滑輪23經由旋轉軸24直接與電動馬達22連接，並且制動輪30固定地安裝在旋轉軸24上。
在轎廂26停止時，制動器線圈31b和32b通過未示出的制動器控制裝置的打開而斷電，並且制動蹄片31a和32a通過各自未示出的彈簧被強制壓在制動輪30上，以保持旋轉軸24靜止。
為了向上或向下移動轎廂26，未示出的制動器控制裝置被閉合併且因此制動器線圈31b和32b通電以吸引各自的柱塞31c和32c並由此逆著彈簧縮回制動蹄片31a和32a。由此，制動輪30被釋放並且馬達22被驅動以便旋轉。
本發明中的馬達的速度控制系統使用在專利文獻4中公開的速度控制系統。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：JP2006-82944A
專利文獻2：JP2013-147328A
專利文獻3：JP2001-268572A
專利文獻4：JP5266799B2
技術實現要素：
在利用UPS或電池作為應急電源的驅動器的情況下，電力被馬達驅動器消耗以移動電梯轎廂。如果存儲在UPS或電池中的電力容量小於直到到達並停在鄰近樓層為止所消耗的電力量，則轎廂中途停止並且乘客被再次困在樓層之間半途。為了防止這種情況，需要轎廂移動控制來有效地消耗電力。
作為這種措施的一部分，根據一種方法的控制系統被布置成通過測量轎廂和配重的負載並在輕負載方向移動轎廂來抑制馬達的電力消耗。
在一般的系統中，例如利用圖5所示的負載傳感器55來測量轎廂和配重的重量，並且測量的結果被發送到控制器70。控制器70接收測量結果並向逆變器60遞送在輕負載方向的驅動指令。但是，這種控制系統在以下各點是有問題的。
成本由於傳感器的安裝而增大，並且為了安裝傳感器需要空間。
由於控制器的操作延遲、控制器由於控制器中的幹擾噪聲而對正向驅動命令(UP(F RUN))或反向驅動命令(DOWN(R RUN))的錯誤傳輸以及由於來自負載傳感器55的傳感器信號中幹擾噪聲而造成的錯誤檢測，移動可能在重負載方向上。在這種情況下，UPS或電池的電力消耗變大並且增大被困在在樓層之間不可移動的轎廂中的風險。
本發明被設計為解決上面提到的問題。本發明的一目的是提供這樣的電梯轎廂移動控制裝置和方法，其在不使用負載傳感器和轉矩傳感器的情況下檢測輕負載方向並且在輕負載方向上將電梯轎廂移動到一個樓層，由此抑制在停電時的UPS或電池的電力消耗。
為了解決上面提到的問題，如權利要求1所述的電梯轎廂移動控制裝置包括：電梯驅動馬達；滑輪，固定地安裝在所述驅動馬達的旋轉軸上；主繩索，纏繞在所述滑輪上並被布置成在所述主繩索的第一端支持配重並在所述主繩索的第二端支持電梯轎廂；制動器，用於停止所述馬達的所述旋轉軸的旋轉；編碼器，用於感測所述馬達的旋轉速度和旋轉方向；逆變器，包括控制部分，所述控制部分包括速度控制系統，所述速度控制系統被配置為根據對速度命令與感測到的速度之間的偏差執行比例-積分計算的速度控制放大器的計算結果來確定轉矩命令，並且所述速度控制系統被配置為將所述馬達控制成在包括零速度區域的速度區域中改變速度，並且所述逆變器被布置成轉換來自輸入電源和應急電源中的一個電源的電力並將電力供給所述馬達；及控制器，用於與所述逆變器執行關於所述逆變器的操作的序列信號的通信，
所述控制器包括以下功能：執行控制操作以便在所述輸入電源斷電時將所述逆變器的輸入切換到所述應急電源的功能，控制所述制動器的打開/關閉(open/close)狀態的功能，以及向所述逆變器發送多速度命令序列信號的功能；
所述逆變器的所述控制部分包括：在所述輸入電源斷電時在所述制動器的打開狀態下執行所述速度控制系統的零速度控制的零速度控制功能，輕負載方向檢測部分，用於計算在所述零速度控制執行時所述速度控制系統的所述轉矩命令的值，並且根據計算出的所述轉矩命令的值的極性，在由所述編碼器感測到的所述馬達的旋轉方向當中，檢測由所述電梯轎廂與所述配重之間的重量平衡決定的所述馬達的輕負載方向，及在所述輕負載方向被所述輕負載方向檢測部分檢測到之後，在所述制動器的打開狀態下，根據所述輕負載方向的馬達旋轉方向和來自所述控制器的所述多速度命令序列信號來計算所述速度命令的值、以及利用計算出的所述速度命令的值作為用於所述速度控制系統的所述速度命令來控制所述速度控制系統的功能。
一種裝置中的電梯轎廂移動控制方法，該裝置包括：電梯驅動馬達；滑輪，固定地安裝在所述驅動馬達的旋轉軸上；主繩索，纏繞在所述滑輪上並被布置成在所述主繩索的第一端支持配重並在所述主繩索的第二端支持電梯轎廂；制動器，用於停止所述馬達的所述旋轉軸的旋轉；編碼器，用於感測所述馬達的旋轉速度和旋轉方向；逆變器，包括控制部分，所述控制部分包括速度控制系統，所述速度控制系統被配置為根據對速度命令與感測到的速度之間的偏差執行比例-積分計算的速度控制放大器的計算結果來確定轉矩命令，並且所述速度控制系統被配置為將所述馬達控制成改變包括零速度區域的速度，並且所述逆變器被布置成轉換來自輸入電源和應急電源中的一個電源的電力並將電力供給所述馬達；及控制器，用於與所述逆變器執行關於所述逆變器的操作的序列信號的通信，
所述電梯轎廂移動控制方法包括：
利用所述控制器執行控制操作以便在所述輸入電源斷電時將所述逆變器的輸入切換到所述應急電源的步驟；
利用所述控制器向所述逆變器發送零速度的多速度命令序列信號的步驟；
利用所述控制器將所述制動器控制成打開狀態的步驟，
利用所述逆變器的所述控制部分在所述輸入電源斷電時在所述制動器的所述打開狀態下執行所述速度控制系統的在零速度的零速度控制的步驟，
利用所述逆變器的所述控制部分的輕負載方向檢測部分的輕負載方向檢測步驟，在所述零速度控制執行時計算所述速度控制系統的所述轉矩命令的值，並且根據計算出的所述轉矩命令的值的極性，在由所述編碼器感測到的所述馬達的旋轉方向當中，檢測由所述電梯轎廂和所述配重之間的重量平衡決定的所述馬達的輕負載方向，
利用所述控制器在由所述輕負載方向檢測步驟檢測到所述馬達的所述輕負載方向時、將要發送到所述逆變器的所述多速度命令序列信號設置成除零速度以外的速度的步驟，
利用所述逆變器的所述控制部分在所述輕負載方向被所述輕負載方向檢測步驟檢測到之後，在所述制動器的打開狀態下，根據所述輕負載方向的馬達旋轉方向和來自所述控制器的所述多速度命令序列信號來計算所述速度命令的值並且利用計算出的所述速度命令的值作為用於所述速度控制系統的所述速度命令來控制所述速度控制系統的步驟。
當零速度控制在上面提到的系統的速度控制系統中被執行時，在其中配重的重量>電梯轎廂的重量的重量關係的情況下輕負載方向是朝配重旋轉的方向，並且在其中配重的重量<電梯轎廂的重量的重量關係的情況下輕負載方向是朝電梯轎廂旋轉的方向。在零速度控制中，產生負載轉矩以保持轎廂靜止而不允許在輕負載方向的旋轉。在這種情況下，由速度控制系統確定的轉矩的命令具有對應於輕負載方向的極性。因此，該系統的控制部分可以基於轉矩的命令的極性容易地確定或檢測輕負載方向，而無需使用諸如負載傳感器和轉矩傳感器之類的傳感器。
由於不需要負載傳感器和轉矩傳感器，所以這種電梯轎廂移動控制系統就成本和傳感器設備所需的空間而言是非常有利的。
逆變器被布置成檢測輕負載方向並控制電梯轎廂的移動，而不考慮控制器的移動方向命令。因此，這種控制系統可以防止由於正向驅動命令(UP(F RUN))或反向驅動命令(DOWN(R RUN))從控制器的錯誤傳輸造成的轎廂在重負載方向的移動，並且避免由於在重負載方向的移動造成的電力消耗增大和被困在樓層之間的風險。
而且，系統不需要負載傳感器和轉矩傳感器可以防止由於傳感器的錯誤檢測造成的轎廂在重負載方向的移動，並避免由於在重負載方向的移動造成的電力消耗增大和被困在樓層之間的風險。
根據本發明的系統可以檢測輕負載方向，而無需使用外部負載或轉矩傳感器，並因此消除安裝傳感器所需的成本和空間的需求。
由於輕負載方向是在逆變器側檢測的，並且轎廂的移動是在逆變器側控制的，而不考慮來自控制器的移動方向命令，因此該系統可以防止電力消耗增大以及由於信號從控制器到逆變器的錯誤傳輸和在重負載方向的移動而造成的被困在停在樓層之間的轎廂中的風險。
而且，由於不需要外部負載或轉矩傳感器，該系統可以防止電力消耗增大以及由於使用傳感器進行的錯誤檢測和在重負載方向的移動而造成的被困在停在樓層之間的轎廂中的風險。
附圖說明
圖1是示出在根據本發明實施例的實際例子中的電梯系統的整體構造的圖。
圖2的(a)是示出在根據本發明的實際例子中輸入電源、應急電源和逆變器的連接布置的圖。圖2的(b)是示出在圖2的(a)中所示的各個部分的信號波形的視圖。
圖3是示出在根據本發明的實際例子中逆變器的控制部分中馬達速度控制系統的一個例子的框圖。
圖4是示出在根據本發明的實際例子的輕負載方向檢測處理中的操作的時序圖。
圖5是示出早期技術的電梯的整體構造的圖。
圖6是示出在電梯中使用的制動器的構造的圖。
具體實施方式
以下是參照附圖對本發明的(一個或多個)實施例的說明。但是，本發明不限於以下(一個或多個)實施例。圖1示出在根據本發明實施例的實際例子中電梯系統的整體構造。圖2示出在根據該實施例的實際例子中其中輸入電源、應急電源、逆變器和馬達被連接的布置。
在圖1中，馬達50、旋轉軸50a、滑輪51、主繩索52、配重53、電梯轎廂或吊籠54和編碼器56以與圖5中相同的方式構造。但是，在本發明的這個實施例中，沒有提供圖5的負載傳感器55。
逆變器80包括電力轉換部分和控制部分。例如，電力轉換部分包括開關裝置的三相橋連接的構造。例如，控制部分包括如圖3中所示的隨後提到的馬達速度控制系統(速度控制塊)，以及根據速度控制系統的轉矩的命令值的極性來檢測馬達50的輕負載方向的輕負載方向檢測部分。
逆變器80從編碼器56接收旋轉速度和旋轉方向的感測結果信息(A，B)，將圖2的(a)中所示的輸入電源100或應急電源110的電力轉換成預定的電壓，將該電壓施加到馬達50的U相、V相和W相，並由此控制馬達50的旋轉。
控制器90與逆變器80執行關於逆變器操作的序列信號的通信。
從控制器90向逆變器80發送的序列信號包括切換正常輸入電源100的操作和應急電源110的操作的切換命令(正常/UPS)、正向旋轉驅動命令(UP(F RUN))、反向旋轉驅動命令(DOWN(R RUN))以及零速度、高速、低速和蠕變速度的多速度命令，如在隨後提到的圖4的上層中所示。
從逆變器80向控制器90發送的序列信號包括制動器打開命令、表示操作狀態的信號、通知檢測到的輕負載方向的信號和表示負載方向感測狀態的信號，如在隨後提到的圖4的下層中所示。
雖然在圖1中被省略，但提供制動器以便在電梯停止時機械地停止馬達50和滑輪51之間的旋轉軸50a。例如，在圖6中所示的制動裝置被用作制動器。
圖2的(a)示出利用電磁接觸器MC1和MC2在輸入電源100和應急電源110之間切換到逆變器80的輸入的連接布置。
圖2的(b)示出在圖2的(a)的各個部分的信號。Vac1表示輸入電源100的相間電壓。Vac2表示應急電源110的輸出電壓。SW1表示在輸入電源100停電時通過從控制器90遞送的操作切換信號被接通(閉合)的開關(SW1)的信號。MC1表示在輸入電源100的正常狀態下被接通(閉合)並且在停電時被切斷(打開)的電磁接觸器(MC1)的信號。MC2表示在輸入電源100的正常狀態下被切斷(打開)並且在停電時被接通(閉合)的電磁接觸器(MC2)的信號。因此，電磁接觸器MC2接通(閉合)的時段對應於應急電源110的操作時段(UPS操作模式)。
作為應急電源110，有可能使用單相UPS或電池，或者3相UPS。
在逆變器80的控制部分中提供的馬達速度控制系統(速度控制塊)在圖3中示出。圖3的系統對應於專利文獻4的圖1中所示的速度控制塊。
在圖3中，馬達50(PM馬達)以可變速度被逆變器80的電力轉換器80a的輸出(具有受控頻率和受控電壓的輸出)驅動。對於電力轉換器80a的輸出控制，速度控制放大器3對速度命令與由編碼器56、相位感測部分8和速度感測部分9獲得的感測到的馬達速度的信號之間的偏差執行比例-積分(PI)算法。這種計算的結果受轉矩限制器4的限制。電流命令計算部分5將這樣獲得的轉矩命令轉換成對應於轉矩命令的電流命令。電流控制放大器6對這個電流命令和感測到的馬達電流的信號之間的偏差執行比例-積分計算。電力轉換器80a的輸出利用在電流控制放大器6中的計算結果被控制。
關於馬達速度的檢測，相位感測部分8感測作為來自編碼器56的脈衝輸出的相位(位置)的馬達的轉子的旋轉位置，並且速度感測部分9根據這個旋轉位置的時間變化確定速度。
保持電路10利用保持開關在零速度控制和正常驅動切換速度，並且當馬達速度控制狀態在正常驅動速度區域中時利用緩衝器(Z-1)保持感測到的馬達轉子位置的信號達一個控制周期。當馬達速度控制狀態在零速度區域中時，保持電路10繼續保持緊接在到達零速度區域之前的位置信號。
位置補償放大器11通過以固定的增益放大感測到的馬達轉子位置的信號與保持電路10的保持信號之間的偏差來產生位置補償轉矩的信號並且把這個位置補償轉矩的信號添加到從速度控制放大器3輸出的轉矩命令。在正常驅動時，位置控制的輸出轉矩通過保持電路10的緩衝器(Z-1)的更新來保持不變。
在零速度控制期間，當位置補償轉矩由位置補償放大器11產生時，速度控制放大器3的積分緩衝器(Z-1)被復位。在從零速度控制模式過渡到正常驅動模式時，過渡之前的位置補償轉矩被加到積分緩衝器以防止在過渡時的突然轉矩變化。
低通濾波器13接收要輸入到位置補償放大器11的在A點的位置偏差信號作為輸入，並且通過執行求平均或平整操作除去包括在位置偏差信號中的振動分量。負載轉矩確立判斷部分14監視通過低通濾波器13獲得的位置偏差信號是否變得穩定。當位置偏差信號變得穩定時，負載轉矩確立判斷部分14判斷負載分量轉矩確立，並且將保持電路10的操作切換到正常驅動模式。
利用上面提到的控制，系統可以提高在零速度控制時的速度控制性能，並且，即使當圖5的負載傳感器55被省略時，也通過例如在制動器釋放之後的100ms內產生所需轉矩來抑制電梯轎廂54的位置的波動。
在該實施例的這個實際例子中逆變器80的控制部分中提供的輕負載方向檢測部分被配置為在圖3的速度控制塊執行零速度控制時計算或確定轉矩命令的值(轉矩限制器4的輸出)，以檢查計算出的轉矩命令的值的極性並由此基於轉矩命令值的極性在編碼器56檢測出的馬達旋轉方向當中檢測由配重53和電梯轎廂54的重量平衡決定的馬達的輕負載方向。
圖4是用於示出在這個實際例子中檢測輕負載方向的操作的流程的圖。
在圖4中，信號名稱「序列輸入」表示從圖1中所示的控制器90輸入到逆變器圖80的序列信號或信號。圖4中的信號名稱「序列輸出」表示從圖1中所示的逆變器80輸出到控制器90的序列信號或信號。圖4中的信號名稱「內部」表示在逆變器80內部操作的內部信號或信號。正向旋轉命令、反向旋轉命令、多速度命令、速度命令和轉矩命令作為內部信號被包括。
停電在圖2的輸入電源100中發生。圖4中「正常/UPS」的序列輸入被接通並且UPS操作模式被啟動。由此，圖2的MC1打開、MC2閉合，並且由此電力從UPS(應急電源110)到逆變器80的供給被(控制器90，到應急電源的切換控制)啟動。此外，控制器90將用於馬達50的速度命令設置為零，使得速度命令＝0。因而，「多速度命令」的內部信號被設置為「零速度」。
來自控制器90的正向旋轉命令或反向旋轉命令接通。
響應於在定時(2)的命令，逆變器80內部的內部操作命令(內部正向旋轉命令或內部反向旋轉命令)接通，並且在速度命令＝0的情況下啟動操作。馬達速度控制通過使用圖3的控制塊來執行。操作狀態的序列輸出被接通。
通過將圖4中制動器打開命令的序列輸出接通，制動器被打開。具體而言，逆變器80向控制器90遞送打開制動器的信號，並且控制器90執行打開制動器的控制。
在預定的時段期間，速度命令被設置為等於0，並且通過將圖4中制動器打開命令的序列輸出設置為接通而保持打開制動器。在這個時段(5)期間由圖3的控制塊計算出的轉矩命令的值被記錄在控制部分中的未示出的存儲器中。
以下是參照圖1關於轉矩命令的極性的說明。
當轎廂54的重量大於配重53的重量時，如果僅它們自己的重量起作用，則轎廂54在向下的方向移動(旋轉在圖中所示出的反向方向(CCW))。在這種情況下，將速度命令設置為等於0來控制馬達50。因此，轉矩命令的極性是在馬達50的正向旋轉方向(CW)。因此，馬達速度被保持等於零，並且轎廂54保持靜止。
當轎廂54的重量小於配重53的重量時，如果僅它們自己的重量起作用，則轎廂54在向上的方向移動(旋轉在圖中所示出的正向方向(CW))。在這種情況下，將速度命令設置為等於0來控制馬達50。因此，轉矩命令的極性是在馬達50的反向旋轉方向(CCW)。
在預定時段(時段(5))到期時，制動器打開命令的序列輸出被切斷並且制動器關閉。具體而言，逆變器80向控制器90發送關閉制動器的信號，並且控制器90執行控制操作以關閉制動器。
輕負載方向是根據在時段(5)中記錄的轉矩命令的值的極性確定的。逆變器80的操作被暫時停止，這是因為制動器在定時(6)被關閉。而且，操作狀態的序列輸出在這個瞬間切斷。
在定時(7)之後，提供了用於保持制動器的關閉狀態達預定時間間隔的等待時間。因此，執行待機操作。
在等待時間(時段(8))到期之後，根據在定時(7)測得的輕負載方向確定馬達50的旋轉方向，並且圖4中的內部正向旋轉命令和內部反向旋轉命令中的一個被接通。
如在圖1的情況下，當輕負載方向朝著配重53(在時段(5)中記錄的轉矩命令值的極性是馬達的反向旋轉方向)時，內部正向旋轉命令被選擇。當輕負載方向朝著轎廂54(在時段(5)中記錄的轉矩命令值的極性是馬達的正向旋轉方向)時，內部反向旋轉命令被選擇。
圖4示出其中輕負載方向朝著配重53並且內部正向旋轉命令被接通的例子。這個內部正向旋轉命令可以與在定時(2)接通的正向驅動命令(或反向驅動命令)的序列輸入不同。
此外，在圖4中所示的操作狀態的序列輸出在這個時刻被再次接通。此外，信號(輕負載方向檢測狀態的序列輸出和輕負載方向的序列輸出)被輸出，以通知控制器90輕負載方向的檢測的完成，以及輕負載方向。
控制器90將多速度命令的序列輸入改變為低速。響應於此，逆變器內部的多速度命令從零速度切換為低速，並且逆變器80的操作被啟動。如圖4中所示，內部速度命令從0起變化。內部速度命令是根據逆變器內部的低速命令和在定時(9)確定的馬達70的旋轉方向通過計算確定的。在圖4的例子中，內部轉矩命令的極性是馬達50的負(反向旋轉)方向(CCW)並且因此內部速度命令的極性是正的(馬達50的正向旋轉方向(CW))。
制動器打開命令的序列輸出在定時(9)和定時(10)之間的時刻被設置為ON，並且制動器在定時(10)在打開狀態被控制。
當轎廂54接近目的地樓層時，控制器90將多速度命令的序列輸入改變成蠕變速度並改變成零速度。當達到零速度時，內部正向或反向旋轉命令被切斷(在這個例子中，內部正向旋轉命令被切斷)，如圖4中所示，並且逆變器80停止。制動器是通過將制動器打開命令的序列輸出切斷來關閉的。在這個時候，轎廂54停在目標樓層。
在逆變器80停止之後，制動器處於關閉狀態。
響應於逆變器80的停止，操作狀態的序列輸出被切斷，如圖4中所示。
來自控制器90的驅動命令(序列輸入(圖4的正向/反向驅動命令))被切斷。
到逆變器80的電力供給通過切斷正常/UPS的序列輸入(MC1接通並且MC2切斷)而從UPS(應急電源110)切換到輸入電源100。因此，停電操作(UPS操作模式)完成。
定時(3)～(7)的間隔是用於在零速度命令測量負載方向的操作時段。定時(4)～(6)的間隔是用於檢測輕負載方向的時段。定時(9)～(12)的間隔是由來自控制器90的多速度命令在輕負載方向(在這個例子中是正向旋轉)驅動的時段。
利用這些操作，系統可以在電力損失時在輕負載方向將電梯轎廂54移動到一個樓層。