淺談電梯電機控制技術的現狀和發展

摘 要 作為垂直交通工具的電梯，在高層建筑、大型商場等公共場所已經成為重要的建筑設備，方便了大家的日常生活，并成為人類物質文明的一種標志。本文從我國電梯產業和電梯電機的現狀出發，全面了解國內外應用現狀，并結合當前的電機控制的發展趨勢，分析了如何推進電梯電機控制技術的發展方向，提高國產電梯的競爭力。關鍵詞 電梯電機控制 VVVF 智能控制中圖分類號：TU857

文獻標識碼：A

據統計，電梯在最初30年的產銷量不足1萬臺，而僅去年電梯新增就達42萬臺，遠遠超過了全世界電梯產量的一半，而如此巨大的產銷量也沒有達到發達國家的人均擁有電梯量的水平。每年僅報廢更新的電梯就需要近6萬臺，再加之巨大的安裝、維保和質檢缺口，就像十幾年前的汽車行業，供需兩旺，電梯市場前景一片光明。巨大的市場帶來了機遇和挑戰，吸引了世界上所有大型電梯公司，也為國內的電梯廠商設立了很高的門檻和技術壁壘。隨著用戶對電梯的安全性要求越來越高，對響應速度、運行速度、舒適度也都有很高的要求，我國電梯產業的發展舉步維艱。而我國電機行業隨著生產現代化程度的不斷提高，以及技術的進步，產品的快速更新換代，所以如何找到電梯行業的突破口，增加產品競爭力是目前擺在所有電梯企業領導目前的一個十分重要的問題。一、電梯電機的發展

電機行業是一個傳統的行業，是勞動密集型產業。經過200多年的發展，它已經成為現代生產、生活中不可或缺的核心、基礎，是國民經濟中重要的一環。

電機是利用電磁感應原理工作的機械。控制電機具有高可靠性﹑好精確度﹑快速響應的特點。由于電力拖動具有控制簡單﹑調節性能好﹑耗損小﹑經濟，能實現遠距離控制和自動控制等一系列優點，因此大多數生產機械都采用電力拖動。隨著設計、評價、測量、控制、功率半導體、軸承、磁性材料、絕緣材料、制造加工技術、電工技術的發展，對電能的轉換、控制以及高效使用的要求越來越高，電動機本體經歷了輕量化、小型化、高效化、高力矩輸出、低噪音振動、高可靠、低成本等一系列變革，相應的驅動和控制裝置也更加智能化和程序化。電梯電機也向節約資源、環境好、高效節能運行、可靠性高及抗震的方向發展。二、電梯控制技術

電梯是一個頻繁啟動、制動的設備，在加、減速運行過程中，既不能過猛，又不能過慢，如果減少電梯的起、制動時間，無疑可以節省乘客的寶貴時間。因此，電梯的運行控制是一個時間最優問題。電梯是由電動機拖動的，因此對電梯的調速控制，就是對電動機調速的控制，而電動機又分為直流和交流。因此電梯驅動控制技術的發展經歷了直流電機驅動控制、交流單速電機驅動控制、交流雙速電機驅動控制、直流有齒輪、無齒輪調速驅動控制、交流調壓調速驅動控制、交流變壓變頻調速驅動控制以及交流永磁同步電機變頻調速驅動控制等階段。下面簡單介紹電梯調速控制技術的發展與特點。

傳統的電梯控制系統主要采用繼電器——接觸器進行控制，這種方式線路復雜，響應緩慢，易出故障，難以實現較復雜的控制功能。

PLC綜合了最新電子技術、計算機技術及超精密加工技術，省去了接口電路的制作，具有體積小、結構簡單緊湊、可靠性高等優點。該控制技術核心為PLC主機，信號送入PLC后，進行運算處理，經輸出接口分別向樓層顯示數碼管、召喚指示燈、驅動系統等發出顯示信號及控制信號。

目前電梯PLC控制系統很難競爭過國外廠商，因為硬件技術的突破需要技術積累和創新支持，國內的廠商可在軟件方面下功夫，增加國產電梯的附加值：一要遵循結構簡練、易讀易改的原則，盡量減少程序量，采用模塊化設計，充分發揮PLC程序控制的優勢，保證電梯的精度，從而提高乘坐的舒適度；二要盡量做到考慮周全、功能完善、方便用戶，實現時間最優化控制，保證電梯安全快捷運行。三、電梯控制的發展方向

（一）交流變壓變頻調速技術。

交流變壓變頻調速技術，簡稱VVVF，即通過改變正弦調制波的角頻率來改變輸出等效正弦波的頻率，達到變頻變壓的目的。該技術使電梯運行平穩，速度快，效率高，又節能，是電梯理想的調速技術。通過增設了各種故障顯示裝置，運行更加安全可靠，用戶更加方便舒心。

（二）智能控制。

智能控制技術也是整個控制理論發展的新階段，主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制問題，比如高檔電梯。近年來，高層高檔住宅的建設推動了智能控制的應用，推動了高檔電梯中新技術的發展。常用的智能技術包括模糊邏輯控制、神經網絡控制、專家系統、學習控制、分層遞階控制、遺傳算法等。以智能控制為核心的智能控制系統具備一定的智能行為，如:自學習、自適應、自組織等。電梯控制管理系統中的新技術的研制及應用，提高了服務質量和安全性。這類智能電梯具有如下特點：(1)完善的鑒權機制；(2)設定IC卡權限，未經授權，無法進入權限外的其它區域和樓層；(3)乘梯時需先刷卡后使用，使無卡或無權限人員無法進入并使用電梯，可有效節省大量電力損耗；外部人員、樓宇居民無法乘坐未經授權的電梯，大大增加了安全性和節能性。

（三）電梯群控技術。

電梯群控技術，要正確計算到達基站的乘客人數以及乘坐電梯轎廂內的乘客人數，以選擇合適的電梯運送這些乘客，是高峰時刻交通模式的最優化技術。1988年之前經歷了三個發展階段，之后其快速發展階段的標志是基于計算機及其網絡的人工智能技術的應用，即專家系統技術、模糊邏輯技術、神經網絡技術、模糊神經網絡技術和進化算法，如遺傳算法、免疫算法等電梯最優化調度方案控制技術的應用，此為，還用到了Petri網技術、隨機控制技術、目的層控制技術和多智能體技術。

（四）電梯綜合監控系統。

除運動控制外，電梯還要有其它多方面的功能，例如監控，通訊，顯示等。所以電梯的控制是一個多任務的系統。遠程監控是網絡技術、通訊技術與故障診斷技術相結合而發展的產物。通過信號采集、網絡處理實現及時反應、資源共享、協同工作。目前的電梯遠程監控系統有無線網監控，專線網監控和電話網監控三種實現方式。

監控系統在安防系統和電梯安全隱患的自動發現方案中廣泛應用，與主動報警相結合，提高電梯安全性。四、國產電梯的競爭方向

近幾年來，我國的電梯電機行業也涌現了一批產量、水平、質量好，技術裝備先進的企業。但仍沒有哪一家的產品份額能在國內市場上占到統治地位。筆者提出三點意見：

1、從我國國情出發，密切關注與電梯有關的國家性政策。國內電梯廠商要團結協作，避免低級的同質化競爭，搞好銷售、安裝、質檢維保售后服務工作。

2、統一規范、標準，包括技術標準與質量標準，完善相應的法律法規、準入制度，做好市場監督，鼓勵整合創新。

3、加大研發力度和投入，在電梯的整個產業鏈上分頭突破。要吸取其他行業的有益經驗，做好自己的技術。可以把重點放在電梯電機的研究上，比如從研究電梯恒轉速電機、恒轉矩電機等方面，提高電梯的經濟性、安全性和節能性。五、結束語

本文介紹了電梯產業、電梯電機及電機控制技術的現狀和發展，并結合當前國內外電梯廠商的發展現狀，提出了研發低成本的軟件升級功能，增加電梯附加值。國內廠商應密切關注國家政策，從國情出發，研究適合于電梯的電機，提高電梯的經濟性、安全性和易用性，實現電梯運行時間的最優化控制，逐步掌握核心技術和定價權。□

（作者單位：中藍晨光化工研究設計院有限公司）參考文獻：[1]張華軍，張朝英．淺析電梯電機控制的現狀和發展．科技創新導報．2010(14)：66-67．[2]陳立定．電氣控制與可編程序控制器的原理及應用．機械工業出版社．2004．[3]王立忠，劉洪波，王廣德．PLC在電梯控制系統中的應用研究．科技廣場．2007(11)：203—204．[4]楊禎山 邵誠．電梯群控技術的現狀與發展方向．控制與決策．2005(12)：1321-1331．