時(shí)間:2018-10-08 14:13:00來源:上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司 何小虎 李楚平
【摘要】
絕對(duì)值編碼器直接測(cè)量轎廂在井道的位置并實(shí)時(shí)反饋給控制系統(tǒng),無(wú)需借助其他開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)井道位置的實(shí)時(shí)獲取,井道開關(guān)位置和樓層位置均可以專用軟件設(shè)置,并且由于位置是絕對(duì)的,不存在錯(cuò)層問題、樓層位置丟失問題。采用絕對(duì)值編碼器可省去井道開關(guān)及其附屬安裝組件,可以大大降低系統(tǒng)的故障率和安裝調(diào)試難度,并確保井道的整潔;從整體上看,低的故障率和簡(jiǎn)易的安裝調(diào)試可大大提升電梯產(chǎn)品的形象,另外,絕對(duì)值編碼器可以解決在高速梯系統(tǒng)中由于機(jī)械滑移造成的平層精度問題,其安全性可以滿足高速梯對(duì)速度及位置的監(jiān)視要求。相比開關(guān)定位系統(tǒng),絕對(duì)值編碼器以安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)勢(shì)逐漸在電梯行業(yè)快速普及。
關(guān)鍵詞:
電梯控制系統(tǒng)絕對(duì)值編碼器井道定位
1 項(xiàng)目背景
增量型旋轉(zhuǎn)編碼器可以提供驅(qū)動(dòng)器所需要的電機(jī)的運(yùn)行信息,還可以提供給控制系統(tǒng)所需要的增量型位置脈沖信號(hào),是目前應(yīng)用最廣泛的電梯定位系統(tǒng)。但是增量型旋轉(zhuǎn)編碼器作為電梯定位系統(tǒng)必須借助一系列開關(guān)輔助才能實(shí)現(xiàn)完整的平層調(diào)整,這一系列開關(guān)大大增加了電梯的故障率和調(diào)試難度及安裝難度,并且未能從根本上解決電梯的轎廂位置誤差累計(jì)導(dǎo)致的錯(cuò)層問題,另一方面由于井道開關(guān)的故障導(dǎo)致的安全事故偶有發(fā)生。在一些嚴(yán)格要求不錯(cuò)層的場(chǎng)合則只能使用絕對(duì)定位系統(tǒng)。
以絕對(duì)值井道信息系統(tǒng)替代原有增量型編碼器加井道開關(guān)方式實(shí)現(xiàn)樓層定位,作為井道信息系統(tǒng)的另一個(gè)選擇。并具有多種優(yōu)勢(shì):井道信息不會(huì)丟失,不存在錯(cuò)層問題、能實(shí)現(xiàn)真正意義上的距離??俊p行程應(yīng)用,采用絕對(duì)值編碼器可以具有TUV認(rèn)證,并且可以通過SIL3安全等級(jí)認(rèn)證、在安裝維護(hù)的角度考慮,絕對(duì)值編碼器安裝簡(jiǎn)單,可降低對(duì)井道開關(guān)的維護(hù),減少維護(hù)費(fèi)用、滿足標(biāo)準(zhǔn)的需求:新的消防規(guī)范提出消防員電梯必須是不錯(cuò)層的電梯。絕對(duì)值編碼器是一個(gè)解決方案
絕對(duì)值編碼器在滿足基本井道定位功能之外,還可擴(kuò)展以下功能:電子安全鉗、配合符合A3要求的制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)UCMP功能、檢測(cè)門回路短接檢測(cè)功能、井道去除極限開關(guān)。其擴(kuò)展性相比開關(guān)定位系統(tǒng)更加靈活且可靠。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1定位方式對(duì)比
常規(guī)井道系統(tǒng)定位系統(tǒng)定位裝置包括:平層開關(guān)、插板、減速開關(guān)、門區(qū)開關(guān)(再平層或提前開門時(shí)需要)、限位開關(guān)(非必須)、極限開關(guān)等組成;絕對(duì)值編碼器井道定位系統(tǒng)能直接輸出轎廂位置及速度信息,去掉平層開關(guān),門區(qū)開關(guān)及接線,去掉減速開關(guān)及接線,如圖1所示?;诮^對(duì)值編碼器井道定位系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì):
(1)干凈井道,除兩端,中間不需任何支架開關(guān)和連線,極大的降低了安裝工時(shí)和故障率;
(2)安裝維護(hù)方便:在30分鐘內(nèi)完成安裝;
(3)編碼裝置的安裝已經(jīng)考慮了安全應(yīng)用,極其可靠,僅需要常規(guī)的清潔,基本不需要維護(hù);
(4)位置絕對(duì),永不錯(cuò)層;
(5)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,適用于消防員電梯現(xiàn)場(chǎng)。
圖1線型絕對(duì)值編碼器編碼裝置安裝示意圖
2.2通訊總線選擇
絕對(duì)值編碼器與電梯控制系統(tǒng)的通訊接口主流的有CAN、CANopen、SSI等,總所周知,CAN屬于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)總線,是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線之一,CAN協(xié)議只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,并未對(duì)應(yīng)用層做規(guī)定,本身并不完整,而CANopen協(xié)議是CAN-in-Automation定義的標(biāo)準(zhǔn)之一,CANopen協(xié)議被認(rèn)為是基于CAN的工業(yè)系統(tǒng)中占領(lǐng)導(dǎo)地位的標(biāo)準(zhǔn)。CANopen協(xié)議包括了標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用層規(guī)范和通信規(guī)范,在CANopen的應(yīng)用層,設(shè)備間通過相互交換信息對(duì)象進(jìn)行通信。
CANopen支持CAN2.0A11位和CAN2.0B29位標(biāo)示符,而且報(bào)文的優(yōu)先級(jí)只能通過它的大小來區(qū)分,通常節(jié)點(diǎn)地址較小的報(bào)文優(yōu)先級(jí)更高,若需傳送快速響應(yīng)的事件,則需通過預(yù)定義和特殊功能對(duì)象,如同步、時(shí)間標(biāo)記對(duì)象、緊急事件;過程數(shù)據(jù)對(duì)象用于傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),優(yōu)先級(jí)高于服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象,這對(duì)電梯控制系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)獲取電梯位置信息而報(bào)文數(shù)據(jù)量不大的應(yīng)用場(chǎng)合需求較吻合。
圖2電梯控制系統(tǒng)CAN總線節(jié)點(diǎn)
主流的電梯控制系統(tǒng)采用CAN總線通訊,電梯系統(tǒng)中的外呼通訊終端、轎廂通訊終端、轎頂通訊終端、轎廂顯示終端、底坑檢修終端等都作為CAN的子節(jié)點(diǎn)掛接在CAN總線上;采用CANopen協(xié)議的絕對(duì)值編碼器可方便連接到電梯控制系統(tǒng)總線上,如圖2所示,而無(wú)需增加額外的通訊轉(zhuǎn)換板或者通訊轉(zhuǎn)接線。
2.2絕對(duì)值編碼器傳感方式選擇
線型絕對(duì)值編碼器根據(jù)傳感原理,主流的可分為:磁柵原理、二維碼掃描原理、紅外原理。磁柵定位方式主要通過獲取磁鋼帶上帶有的磁編碼數(shù)據(jù),將磁編碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置信息,最終實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的井道位置,目前精度能到到0.25mm,滿足電梯位置偏差精度要求;二維碼掃描方式由安裝在井道中布置滿二維碼的碼條和讀頭組成,每個(gè)二維碼帶唯一位置信息,可通過手機(jī)藍(lán)牙獲?。还怆娫硪话悴捎眉t外直射或反射原理,通過在鋼帶上發(fā)射紅外信號(hào),根據(jù)接對(duì)方收端或者反射接收端獲取的0和1信號(hào)組合成實(shí)時(shí)的位置信息,如圖3所示。
圖3絕對(duì)值編碼器按原理分類圖
由于電梯控制系統(tǒng)對(duì)噪音有一定的要求,接觸式定位方式因不可避免產(chǎn)生噪音而不被大眾所接受。非接觸式中超聲波基本沒有廠家使用,采用直射光電原理的產(chǎn)品,市面上主流的有德國(guó)庫(kù)伯勒Limes系列產(chǎn)品,采用反射光電原理主要的產(chǎn)品主要由瑞士CEDES的APS產(chǎn)品,而采用磁感應(yīng)原理的產(chǎn)品主要是德國(guó)的ELGO。各種方式各有優(yōu)缺點(diǎn),二維碼掃碼方式對(duì)光照和碎屑較敏感,不適用在觀光梯等應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用;磁感應(yīng)原理受鐵屑影響較大,在初期安裝時(shí),需要額外維護(hù);光電原理容易受制于反射或直射通路上的灰塵或垃圾顆粒的干擾。因此,使用絕對(duì)值編碼器時(shí)需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理選擇。
3 工作原理
3.1傳感層原理
絕對(duì)值編碼器關(guān)鍵部分主要由讀頭和編碼裝置組成,編碼裝置由帶有絕對(duì)位置信息的鋼帶/磁帶組成,如圖4所示。讀頭負(fù)責(zé)掃描和讀取編碼裝置上的絕對(duì)位置數(shù)據(jù),由于編碼是唯一的,因此讀頭實(shí)時(shí)讀到的井道位置信息也是唯一確定的。以光電型絕對(duì)值編碼器為例,光電原理的編碼裝置碼尺上帶地址編碼格柵和時(shí)鐘編碼格柵,讀頭上分別有對(duì)應(yīng)的掃描單元,掃描數(shù)據(jù)進(jìn)信號(hào)處理單元,經(jīng)數(shù)據(jù)單位處理后輸出電梯的運(yùn)行方向、位置及速度信息。地址編碼格柵沿長(zhǎng)度方向按一定的序列規(guī)則排列編碼,時(shí)鐘編碼格柵一般為連續(xù)交替設(shè)置的正單元和負(fù)單元。
在安全性要求較高的場(chǎng)合,可采用冗余設(shè)計(jì),即雙套讀頭和雙套信號(hào)處理單元,雙通道數(shù)據(jù)偏差允許值必須限制在設(shè)定值范圍內(nèi),否則系統(tǒng)認(rèn)為本次數(shù)據(jù)異常,可記錄相關(guān)事件或進(jìn)入故障保護(hù)模式。
圖4絕對(duì)值編碼器組成示意圖
3.2系統(tǒng)級(jí)原理
絕對(duì)值編碼器和電梯控制系統(tǒng)通過CAN通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)及命令交互,轎廂的位置和速度的信息以每10ms一個(gè)數(shù)據(jù)包的頻率更新到控制系統(tǒng),電梯控制系統(tǒng)考慮了數(shù)據(jù)異常情況下的緊急???。控制系統(tǒng)可選擇使用絕對(duì)值型轎廂井道定位信息,電梯運(yùn)行速度曲線的位置和速度反饋由絕對(duì)值型定位裝置提供。電梯控制系統(tǒng)中增加打滑故障判斷條件,即當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器有速度反饋,而轎廂位置沒有速度反饋和位置變化,則判斷為打滑;在電梯控制系統(tǒng)中增加速度相關(guān)的故障條件,如通過給定和轎廂反饋速度比較作為低速度或超速故障子碼條件。
在安全要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合,采用雙通道數(shù)據(jù)比較機(jī)制,雙通道數(shù)據(jù)誤差不超過設(shè)定值,通過5ms任務(wù)周期性執(zhí)行,連續(xù)誤差超過4次則記錄數(shù)據(jù)誤差。通過使用絕對(duì)值編碼器反饋速度作為比較對(duì)象作為判斷電梯超速或低速故障的依據(jù);在電梯控制系統(tǒng)和絕對(duì)值編碼器通訊中設(shè)置心跳監(jiān)測(cè)機(jī)制,絕對(duì)值編碼器與電梯控制系統(tǒng)周期心跳交互,若失聯(lián)時(shí)間超過設(shè)定值,則進(jìn)入故障保護(hù)狀態(tài)。
3.3安全功能實(shí)現(xiàn)原理
國(guó)標(biāo)GB7588-2003第一號(hào)修改單提出UCMP(Unintendedcarmovementprotection)安全要求,即配備提前開門或再平常功能的電梯需安裝電梯轎廂意外移動(dòng)保護(hù)裝置。傳統(tǒng)井道開關(guān)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一要求通過在平層開關(guān)中間加裝一對(duì)門區(qū)開關(guān),并配置提前開門板實(shí)現(xiàn)UCMP功能,而絕對(duì)值編碼器采用絕對(duì)定位方式取代開關(guān)定位,因此需在不加裝門區(qū)開關(guān)的前提下實(shí)現(xiàn)UCMP功能,需要絕對(duì)值編碼器輸出門區(qū)信號(hào),并實(shí)現(xiàn)在電梯意外脫離門區(qū)的情況下輸出切斷信號(hào),絕對(duì)值編碼器必須提供該安全功能組件,否則無(wú)法滿足國(guó)標(biāo)要求。絕對(duì)值編碼器一般通過安全繼電器輸出一組信號(hào)至電梯控制系統(tǒng),配合滿足A3要求的制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)完整的UCMP功能。
4 結(jié)束語(yǔ)
安裝簡(jiǎn)便化、系統(tǒng)智能化、使用安全化是電梯未來發(fā)展的方向,相比開關(guān)式井道定位系統(tǒng),絕對(duì)值編碼器在安裝簡(jiǎn)便、井道干凈、調(diào)試方便、永不錯(cuò)層、安全性更高等方面優(yōu)勢(shì)明顯,近年來在電梯高速梯(>4.0m/s)領(lǐng)域,絕對(duì)值編碼器已經(jīng)初露鋒芒,未來在低速梯領(lǐng)域,隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、元器件的降本及電梯安全要求的不斷提高,絕對(duì)值編碼器將會(huì)越來越普及。
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