苗宇

【摘 要】随着城市文明的快速发展，电梯作为便捷、高效的乘坐工具，成为人们生活和工作的重要部分，安全、稳定的性能成为设计电梯的重要要求。文中的电梯门机控制系统使用DSP为核心来控制电梯门的开、关。使用结构化设计完成电机控制、人机交互、门宽自学习等控制功能。

【关键词】电梯；门机控制系统；DSP

随着我国社会经济的快速发展及中高层建筑的与日增多，电梯的普及率也有所提升，尤其是在大中成熟，电梯成为高层建筑人们日常生活必不可少的交通工具。因技术的不断发展，电梯夹门、开关失灵等情况有所减少，电梯门开关的流程性及整体安全性受到广泛的重视。为给乘客提供良好的乘坐体验，良好的电梯门控制系统严重影响着电梯的整体效果。所以开发一种性能好、安全性高、维护方便的电梯门机控制系统尤为重要。电梯门机控制系统是电梯系统的重要方面，从整个电梯控制系统角度来说，因其动作较为频繁且直接面对乘客，因此需要一个运行可靠、安全稳定的电梯门控制系统为乘客提供服务。电梯门机的系统结构通常是其两个门扇被同时连接在一根传动皮带上。如果传动皮带带动电机时，2扇门也给与对称方向运动。本文使用DSP高运算速度提升整个系统的控制性能。选取合理的DSP芯片达到最佳的电梯门机控制效果，从而提升整个系统的适用性及性价比。

1.电梯系统的构成

电梯系统主要划分为本体和控制器两个部门。本体由底座、立柱、轿厢等组成，本文不进行深入探讨；电梯各层动设置轿厢所在楼层的数码显示及外呼按钮和登记指示。随着人们生活水平的提升，对电梯的性能、舒适度安全性等方面提出更高的要求、电梯门机作为直接与乘客接触的电梯系统，其运行性能、运行状态影响着该电梯系统在用户心中的形象，也关系着更多人的利益和人生安全。本文电梯门机控制系统主要由驱动模块、信号反馈模块、人机交互模块组成，如图1所示。使用信号反馈模块采集电梯的位置及速度信号，在控制器内处理数据，随之运用控制电机驱动模块输出控制电机的运行速度。电梯门在实际运行中，为了使电梯门开、关时间最短且开、关过程中撞击程度最小，电梯开关设置如下：当电梯门打开时，通常有三级变速，开始采用高速开门，开门至70%左右专变为低速，如果开门达到90%则以更低的速度爬行。如果碰触到终点限位开关，开门电路会断开，结束开门。电梯门关闭时，通常有4级变速，开始采用高速关门，关门达到60%左右则转变为某一低速，如果关门达到80%，采用更低速度运行。直至关门达到90%，使用比以前更低的速度爬行，当碰触到终点限位开关，电路关门结束。

图1 电梯门机控制系统框图

2.电梯门机系统的控制方式

电梯门机系统的运动控制方式分为编码器控制方式和速度开关控制方式。在使用编码器控制方式时，电机尾部安装有编码器，但上坎上不安装速度开关。在这种控制方式下，通过编码器既能检测轿门位置，又能检测轿门速度，因此可以使用位置和速度闭环控制。在使用速度开关控制方式时，电机不带编码器，而是依据上坎的速度开关来检测速度切换点。在这种控制方式下，没有位置检测，也没有速度检测。

相比两种运动控制方式，从系统结构上看，只是编码器信号用速度开关信号替代，其余控制信号二者完全一样。两个速度开关仅用作电梯门机系统运动过程中的速度切换点。从系统性能上看，速度开关控制方式会导致控制精度相对要差，门机运动过程的平滑性不太好。而编码器控制方式能实时监测轿门位置，轿门速度，控制精度相对要高，但相应的成本也相对较高。

3.设计电梯门机系统硬件

本文设计的电梯门机控制系统使用DSP作为主控制机，被控对象为电梯门的异步电梯及电梯门扇，采用增量编码器给予反馈控制。逆变电路采用三菱公司的智能功率模块，这种模块的最大直流侧压为600V，最大允许电流是10A，与欠电压保护、短路保护相互配合，适用于小功率的电机驱动上。

系统硬件主要由主回路部分，检测部分，控制电路三部分组成。主回路主要是把电网电压经过整流和逆变，送入交流电动机，并通过控制电路控制逆变器开关元件的开断，实现电动机的调速。检测部分主要完成输出电流、位置和速度信号的检测，以及过流、过压和欠压等故障信号的检测。控制电路主要完成电力传动系统的指令形式，电流、速度和位置控制，产生PWM控制信号，完成矢量控制算法。

使用TI公司最新研发的DSP当做主控制机，这一系列是原系列的精简版，具有价格低廉的优点。使用旋转编码器，实现对电梯门运动速度和电梯门位置加以反馈，形成速度曲线的闭环控制系统。把键盘及控制芯片连接在一起，通过键盘达到修改参数或发出指令的目的。使用SPI方式与DSP芯片完成通讯，使用其自带字库进行显示。为有效降低外部电路对DSP逻辑计算和各部件噪声对通讯的影响，系统可以设计抗干扰电路，所设置的抗干扰系统如下：（1）弱电部位，为防止模拟电路的干扰信号串联至数字电路，可以把模拟地与数字地区分开，最后设计一个共地点。（2）把强电及弱电部门分开设置，输入输出接口位置，均使用光耦隔离。避免出现互相干扰情况。

4.设计电梯门机系统软件

电梯门机控制系统软件使用结构化的设计方法，是由主程序、电机控制、人机交互等模块组成。主程序作为整个软件系统的核心，其他所有模块都必须围绕主程序进行工作。初始化实现对芯片上电、使用的I/O口、外设等展开配置；门宽自动完成对门机的复位，完成测量门宽，把所测得的门寬数值输入储存器中。电机控制模块实现对电梯门开关动作的逻辑判断、生成电梯门运动曲线，完成堵转开门的控制算法。其中主要控制功能是在主循环内完成，通讯部分数据接收采用中断服务程序进行处理。本文设计的电梯门机控制系统使用系集成的双路通讯接口，对堵转力矩控制情况进行探讨。根据改变堵转判断算法或改变相应的参数，达到控制堵转力矩大小的目的，同时堵转力矩会因基频电压的变化而改变。

5.结束语

电梯系统是一个人机交互的控制系统，它是由电气控制技术、通讯技术、变频技术等组成。为让电梯更好的为大众服务，保证其安全性、高效能，本文以电梯门机控制系统为研究对象，介绍了电梯系统的总体构成及软、硬件设计情况。 [科]

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