淺談電梯的稱重補(bǔ)償技術(shù)

摘要：在電梯控制系統(tǒng)中，電梯稱重補(bǔ)償裝置作為轎廂內(nèi)載重情況的稱重?cái)?shù)值獲取及實(shí)現(xiàn)特定功能的信號(hào)獲取裝置，其技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于電梯的乘坐舒適感和電梯運(yùn)行的安全系數(shù)的提高，其作用不可忽視。文章淺述了稱重補(bǔ)償裝置的原理及其在電梯上的應(yīng)用情況，以及電梯常用的稱重補(bǔ)償形式等，并有針對(duì)性地對(duì)電梯的無稱重補(bǔ)償技術(shù)提出了初步的探討。

關(guān)鍵詞：電梯；稱重；稱重補(bǔ)償技術(shù)；稱重裝置；無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）16-0102-03

隨著電梯技術(shù)的進(jìn)步，乘客對(duì)于電梯的使用要求已不局限于僅作為垂直交通運(yùn)輸?shù)墓ぞ?，?duì)電梯的乘坐舒適感的要求也越來越高。此外為了人員和貨物以及電梯本身的安全，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7588-2003對(duì)于電梯載重量控制的要求中，嚴(yán)格限定了電梯對(duì)于超載情況的控制要求。電梯稱重補(bǔ)償裝置作為轎廂內(nèi)載重情況的稱重?cái)?shù)值獲取及實(shí)現(xiàn)特定功能的信號(hào)獲取裝置，其技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于電梯的乘坐舒適感和電梯運(yùn)行的安全系數(shù)的提高，其作用不可

忽視。

下面淺述稱重補(bǔ)償裝置的原理及其在電梯上的應(yīng)用情況，以及電梯常用的稱重補(bǔ)償形式等，并有針

對(duì)性地對(duì)電梯的無稱重補(bǔ)償技術(shù)提出初步的探討。

1 電梯稱重補(bǔ)償?shù)脑?/p>

以電渦流傳感器稱重為例，通過測(cè)量電梯活動(dòng)轎底的擋板與固定在轎架下的電渦流傳感器端面間的距離，判斷轎廂的載重，控制系統(tǒng)把電渦流傳感器反饋的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過計(jì)算，最終輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，以控制變頻器的預(yù)轉(zhuǎn)矩輸出。

2 稱重裝置在電梯中的應(yīng)用

稱重裝置被應(yīng)用在電梯上，起防止電梯起動(dòng)倒溜、實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起動(dòng)的作用。如當(dāng)電梯抱閘打開，電梯起動(dòng)，由于對(duì)重和轎廂存在一定的重量差，如果電機(jī)在抱閘打開的時(shí)候轉(zhuǎn)矩為零的話，將令電梯因不平衡轉(zhuǎn)矩而引起振動(dòng)，甚至出現(xiàn)倒溜的現(xiàn)象，影響電梯起動(dòng)舒適感。因此，需要電機(jī)在抱閘打開之前提供一個(gè)預(yù)轉(zhuǎn)矩，來抵消對(duì)重和轎廂之間的重量差，以達(dá)到平穩(wěn)啟動(dòng)的效果。典型的電梯稱重補(bǔ)償系統(tǒng)簡圖如圖1所示：

除了起動(dòng)補(bǔ)償，稱重裝置還可以為實(shí)現(xiàn)電梯特定功能提供信號(hào)。例如滿載直駛功能，當(dāng)稱重裝置檢測(cè)到轎廂內(nèi)的載重超過額定載重量的80%時(shí)，電梯不響應(yīng)沿途層站的召喚；又如無效內(nèi)指令自動(dòng)清除功能，當(dāng)電梯轎廂的載重量小于額定載重量的20%，而電梯的內(nèi)指令數(shù)大于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，電梯系統(tǒng)判定此時(shí)有惡作劇發(fā)生，電梯的防惡作劇功能自動(dòng)投入。在無效內(nèi)指令自動(dòng)清除功能作用的狀態(tài)下，電梯在響應(yīng)完最近層樓的內(nèi)指令后，自動(dòng)消除所有的內(nèi)指令，以提高電梯的運(yùn)行效率和降低電能消耗。

3 電梯的稱重補(bǔ)償形式介紹

電梯中最早使用的稱重裝置是在轎底或其他位置安裝多個(gè)微動(dòng)開關(guān)，這多個(gè)微動(dòng)開關(guān)分別對(duì)應(yīng)轎廂內(nèi)不同的載重情況。電梯控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的載重量使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，這些微動(dòng)開關(guān)一般起的作用為：輕載、滿載和超載。如果要用稱重開關(guān)起到提供預(yù)轉(zhuǎn)矩的作用，則還需增加微動(dòng)開關(guān)的個(gè)數(shù)。通過稱重開關(guān)提供預(yù)轉(zhuǎn)距的電梯，其采用的是分級(jí)補(bǔ)償方式，稱重精度較低，因此會(huì)影響電梯的舒

適感。

隨著電梯技術(shù)的發(fā)展，無級(jí)補(bǔ)償稱重裝置已被廣泛應(yīng)用，使用無級(jí)補(bǔ)償系統(tǒng)，可以根據(jù)轎廂內(nèi)的載重情況，產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的線性信號(hào)，將轎廂內(nèi)的載重情況準(zhǔn)確地反饋到變頻器中，因此與分級(jí)補(bǔ)償相比，采用無級(jí)補(bǔ)償方式的電梯能夠獲得較精準(zhǔn)的起動(dòng)補(bǔ)償。

目前常用的稱重裝置主要有兩類：一類是直接稱重，如應(yīng)變式傳感器稱重；另一類是間接稱重，也稱位移式稱重，如電渦流傳感器稱重。直接稱重是載荷重量直接施加在傳感器上，利用傳感器的應(yīng)變片彈性元件的變形引起應(yīng)變敏感元件的變化，再通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電量輸出。系統(tǒng)根據(jù)該輸出電量轉(zhuǎn)化計(jì)算獲得相應(yīng)的稱重值，該方式的特點(diǎn)是稱重準(zhǔn)確可靠，穩(wěn)定性好，但價(jià)格略高。間接稱重是載荷重量施加在橡膠或彈簧上，通過位移變化獲得稱重值，因該方式對(duì)橡膠或彈簧的材料質(zhì)量依賴性強(qiáng)，并且易受環(huán)境變化影響，因此穩(wěn)定性較差，但價(jià)格較低。

4 電梯稱重補(bǔ)償裝置的局限性

經(jīng)過多年的應(yīng)用及效果調(diào)查，采用稱重裝置的稱重補(bǔ)償技術(shù)，雖已較好地滿足電梯的設(shè)計(jì)和使用要求，但目前該稱重補(bǔ)償方式仍存在以下局限性：（1）稱重傳感器獲得轎廂的載重?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)通訊板傳輸環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的偏差和異常；（2）稱重傳感器易受防振橡膠等材料及安裝位置的影響，如對(duì)于轎底稱重方式，轎廂防振橡膠被壓縮的形變與載荷并非完全線性，稱重?cái)?shù)據(jù)會(huì)存在一定的偏差；（3）起動(dòng)補(bǔ)償?shù)男Ч蕾囉诂F(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試，調(diào)試的效果易存在不確定性；（4）由鋼絲繩與補(bǔ)償纜的不平衡引起的偏載，無法通過稱重起動(dòng)補(bǔ)償平衡，需要增加額外的處理及調(diào)試工作；（5）由于需要專門的稱重裝置，成本相對(duì)較高。

5 無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的開發(fā)

隨著電梯技術(shù)的進(jìn)步，變頻器的技術(shù)也越來越完善，基于以上及成本的考慮，不少變頻器廠家針對(duì)電梯高精準(zhǔn)的起動(dòng)補(bǔ)償需求，先后開發(fā)具有類似不平衡載荷補(bǔ)償功能的無稱重電梯專用變頻器，即起動(dòng)補(bǔ)償部分由變頻器獨(dú)立完成，從而為實(shí)現(xiàn)無稱重補(bǔ)償提供了條件。

5.1 無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的定義

所謂無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，是指電梯的控制系統(tǒng)不再依賴于傳統(tǒng)的稱重傳感器獲得轎廂載重情況，而是根據(jù)其他的相關(guān)變量反饋，計(jì)算、輸出合適的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到平穩(wěn)起動(dòng)的控制技術(shù)。

5.2 無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的介紹

下面主要介紹采用無稱重電梯專用變頻器以實(shí)現(xiàn)電梯起動(dòng)補(bǔ)償功能的無稱重補(bǔ)償技術(shù)。以富士Lift變頻器為例，其不平衡負(fù)載補(bǔ)償功能就是利用變頻器配置的專用接口卡中高速CPU的運(yùn)算功能，在電梯抱閘打開的一瞬間，通過電機(jī)微小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)牧?，以使變頻器輸出合適的轉(zhuǎn)距使電梯平穩(wěn)起動(dòng)。電梯無稱重起動(dòng)補(bǔ)償控制流程簡圖如圖2所示：

在上述簡圖所示的控制流程中，抱閘打開之后，電機(jī)微小的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一般不會(huì)被電梯轎廂乘客感覺到，因此不影響電梯的起動(dòng)舒適感。圖3為無稱重不平衡負(fù)載補(bǔ)償功能的示意圖。

根據(jù)示意圖可知，采用無稱重起動(dòng)補(bǔ)償方式需要配置準(zhǔn)確獲取位置信號(hào)的高精度編碼器，如德國HEIDENHAN的ERN1387正余弦編碼器，其在動(dòng)態(tài)特性方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。采用ERN1387正余弦編碼器，可克服傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)編碼器和數(shù)字編碼器的分辨率限制，電機(jī)每運(yùn)行一轉(zhuǎn)，編碼器可以發(fā)出2048個(gè)正余弦波形的模擬電壓信號(hào)，再由變頻器對(duì)每個(gè)波形進(jìn)行4096次采樣后，提供給變頻器CPU進(jìn)行速度和位置的控制，電梯編碼器精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般無齒輪電梯使用的編碼器精度，電動(dòng)機(jī)任何微小的移動(dòng)，變頻器都可以很快檢測(cè)到編碼器反饋的信號(hào)電壓發(fā)生變化輸出足夠的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)加上永磁同步電機(jī)低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)，可以獲得極好的低速伺服性能和均勻的旋轉(zhuǎn)特性，保證電梯的舒適感。

而對(duì)于一般的數(shù)字式增量編碼器，雖然采用了高脈沖數(shù)的方波編碼器，但由于反饋給編碼器的信號(hào)只有高低兩種電平信號(hào)，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反饋給變頻器的信號(hào)電平不一定會(huì)發(fā)生變化，因此對(duì)于變頻器來說不能夠檢測(cè)到電梯的微小移動(dòng)，也就不能輸出足夠的轉(zhuǎn)矩給電梯，影響啟動(dòng)舒適感，要彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，不得不在電梯上安裝模擬量的稱重傳感器，起到補(bǔ)償轎廂負(fù)載重量預(yù)轉(zhuǎn)矩作用。 總的來說，采用快速響應(yīng)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和高精度正余弦編碼器，無需模擬量稱重傳感器就能達(dá)到很好的啟動(dòng)舒適感的要求。

5.3 無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過對(duì)應(yīng)用無稱重補(bǔ)償技術(shù)的電梯進(jìn)行一系列的測(cè)試，從相關(guān)的測(cè)試效果看，電梯起動(dòng)舒適感滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然采用無稱重起動(dòng)補(bǔ)償后，需要另外考慮電梯的超載、滿載直駛等部分電梯功能的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7588-2003對(duì)于電梯載重量控制的規(guī)定，要求有一個(gè)裝置在檢測(cè)到轎廂負(fù)荷超過額定載重110%時(shí)，能防止電梯正常啟動(dòng)及再平層，所以只要有超載檢測(cè)開關(guān)即可滿足國標(biāo)對(duì)于超載的檢出要求。同樣，對(duì)于滿載、輕載功能也可通過加裝檢測(cè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

此外，由于高速電梯的振動(dòng)問題相對(duì)低速電梯來說更突顯，因此解決高速電梯的舒適感問題就有一定的難度。因此，無稱重起動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)目前更多地應(yīng)用在低速電梯上，這對(duì)控制低速電梯的成本也具有一定的優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語

電梯的稱重補(bǔ)償技術(shù)，由傳統(tǒng)的分級(jí)補(bǔ)償，發(fā)展到后來的無級(jí)補(bǔ)償，直至現(xiàn)在的無稱重補(bǔ)償控制技術(shù)。每一個(gè)轉(zhuǎn)變，都體現(xiàn)著技術(shù)的更新和發(fā)展。稱重補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于電梯的乘坐舒適感和電梯運(yùn)行的安全系數(shù)的提高，起著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 電梯制造與安裝安全規(guī)范（GB 7588-2003）[S]．

（責(zé)任編輯：趙秀娟）