電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開(kāi)了一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，包括三相交流電源、整流模塊、電路電容、逆變模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、曳引機(jī)模塊、DSP+CPLD控制模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信接口；DSP+CPLD控制模塊分別與逆變模塊、曳引機(jī)模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)通信端口相連；電路電容串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊通過(guò)第一保護(hù)電路模塊與三相交流電源相連；逆變模塊通過(guò)第二保護(hù)電路模塊與曳引機(jī)模塊相連。本實(shí)用新型專利技術(shù)采用DSP+CPLD的控制方式，提高了電梯控制系統(tǒng)的安全性，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于維護(hù)等特點(diǎn)，同時(shí)減小了電梯所需空間，能夠方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房的布置。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及電梯驅(qū)動(dòng)與控制領(lǐng)域，特別是一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)。二
技術(shù)介紹
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，電梯的使用越來(lái)越普遍。據(jù)中國(guó)電梯協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2011年我國(guó)電梯保有量已達(dá)165萬(wàn)臺(tái)，電梯的生產(chǎn)量和消費(fèi)量均為世界第一。由于電梯生產(chǎn)安裝、運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)督管理存在諸多問(wèn)題，全國(guó)電梯事故頻發(fā)，電梯運(yùn)行已成為城市公共安全的新隱患，如何提高電梯的安全性和可靠性，并對(duì)電梯信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，關(guān)系到整個(gè)電梯行業(yè)的發(fā)展。目前，相當(dāng)一部分電梯制造商采用單片數(shù)字信號(hào)處理器DSP或者更低級(jí)的單片機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器的控制芯片，若控制芯片出現(xiàn)故障，電梯曳引機(jī)很容易處于失控狀態(tài)，如果沒(méi)有一定可靠的硬件自動(dòng)保護(hù)措施，很可能造成電梯事故，如若維護(hù)人員不能及時(shí)到達(dá)，勢(shì)必對(duì)乘客身心健康造成影響。此外，電梯在運(yùn)行過(guò)程中，用于曳引機(jī)控制的機(jī)電參數(shù)、摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等會(huì)不斷地變化，電梯維護(hù)人員往往不能及時(shí)獲取和更新控制柜所需要的各項(xiàng)參數(shù)，使得曳引機(jī)的控制性能往往不處于最佳狀態(tài)，電梯的舒適性也就很難獲得保障。采用無(wú)齒輪永磁同步電機(jī)曳引系統(tǒng)是電梯驅(qū)動(dòng)技術(shù)的巨大飛躍，它完全可以取代現(xiàn)在用于電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有曳引技術(shù)。在永磁同步電機(jī)的矢量控制中，通常采用兩種方法:電壓前饋解耦控制法和電流反饋解耦控制法。電壓前饋解耦控制是一種線性化的解耦控制方案，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)橫軸電流iq和縱軸電流id的完全解耦。電壓前饋解耦控制需要實(shí)時(shí)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速大小和橫軸電流導(dǎo)數(shù)，對(duì)控制器和傳感器提出了很高的要求，不易于微處理器實(shí)現(xiàn)。電流反饋解耦控制是一種近似的解耦控制，解耦性能隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而下降。雖然電流反饋解耦控制得到的是近似的解耦模型，但電流反饋控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí)現(xiàn)。隨著無(wú)機(jī)房與小機(jī)房技術(shù)的發(fā)展，對(duì)驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)等提出小型化、集成化、模塊化和低功耗要求，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制和通信等集成化、一體化是發(fā)展趨勢(shì)，也是電梯控制技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)。三
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提出一種增加電梯安全性和舒適性的電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本技術(shù)的技術(shù)解決方案為:一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括:三相交流電源、整流模塊、電路電容、逆變模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、曳引機(jī)模塊、DSP+CPLD控制模塊和標(biāo)準(zhǔn)通信接口 ；所述曳引機(jī)模塊由永磁同步曳引機(jī)和與永磁同步曳引機(jī)同軸的編碼器構(gòu)成；所述DSP+CPLD控制模塊由DSP主控制電路、CPLD從控制電路、信號(hào)采集與預(yù)處理電路和電源管理模塊構(gòu)成；所述DSP+CPLD控制模塊分別與逆變模塊、曳引機(jī)模塊、第一保護(hù)電路模塊、第二保護(hù)電路模塊、標(biāo)準(zhǔn)通信端口相連；電路電容串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊通過(guò)第一保護(hù)電路模塊與三相交流電源相連；逆變模塊通過(guò)第二保護(hù)電路模塊與曳引機(jī)模塊相連；DSP主控制電路中的DSP芯片與CPLD從控制電路中的CPLD芯片通過(guò)IO端口相連；所述整流模塊將三相交流電源轉(zhuǎn)換為直流母線電壓供逆變模塊使用，并在直流母線之間串接電容電路增加直流母線電壓的穩(wěn)定性；逆變模塊收到故障信號(hào)后向CPLD從控制電路輸出報(bào)警信號(hào)，能夠及時(shí)停止系統(tǒng)，并將故障信號(hào)反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊的DSP主控制電路負(fù)責(zé)處理來(lái)自信號(hào)采集與預(yù)處理電路的母線電流采樣信號(hào)、母線電壓采樣信號(hào)以及曳引機(jī)模塊的編碼器信號(hào)，并輸出控制逆變模塊的6路PWM信號(hào)，CPLD從控制電路對(duì)來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的邏輯信號(hào)及故障信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將預(yù)處理后的信號(hào)以通信的方式通過(guò)IO端口反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口與外部控制單元及監(jiān)控單元進(jìn)行通信。本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，整流模塊分為可控整流模塊和非可控整流模塊；DSP+CPLD控制模塊的主DSP控制電路中的DSP芯片采用TMS320F28335 ;逆變模塊的核心為IPM模塊，IPM模塊內(nèi)部集成了 7個(gè)IGBT、驅(qū)動(dòng)回路、制動(dòng)電路和保護(hù)電路，其保護(hù)電路又包括過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和欠壓保護(hù)。本技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn):1)本技術(shù)集曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制于一體，一方面使用DSP+CPLD架構(gòu)，CPLD對(duì)大量邏輯信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，提高了電梯控制系統(tǒng)的安全性，降低了主控制芯片DSP的工作量，防止因控制器故障造成的電梯安全事故的發(fā)生。2)該一體化系統(tǒng)采用永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)，且控制功能集中由DSP+CPLD控制模塊實(shí)現(xiàn)，減小了電梯所需要的空間，能夠方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)房的布置。3)實(shí)現(xiàn)了電梯驅(qū)動(dòng)一體化、小型化、集成化。四附圖說(shuō)明圖1是本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制和節(jié)能一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的DSP+CPLD控制模塊內(nèi)部連接關(guān)系圖。圖3是本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的DSP+CPLD控制流程圖。圖4是本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制策略的速度外環(huán)的算法流程圖。圖5是本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的雙閉環(huán)矢量控制策略的電流內(nèi)環(huán)的算法流程圖。圖6是本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)的信息采集與預(yù)處理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。1、基于DSP+CPLD的新型電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)如圖1所示，本技術(shù)電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)包括三相交流電源1、整流模塊3、電路電容4、逆變模塊5、第一保護(hù)電路模塊2、第二保護(hù)電路模塊6、曳引機(jī)模塊7、DSP+CPLD控制模塊8和標(biāo)準(zhǔn)通信接口 9 ;所述曳引機(jī)模塊7由永磁同步曳引機(jī)和與永磁同步曳引機(jī)同軸的編碼器構(gòu)成。 所述DSP+CPLD控制模塊8分別與逆變模塊5、曳引機(jī)模塊7、第一保護(hù)電路模塊2、第二保護(hù)電路模塊6、標(biāo)準(zhǔn)通信端口 9相連；電路電容4串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊3通過(guò)第一保護(hù)電路模塊2與三相交流電源I相連；逆變模塊5通過(guò)第二保護(hù)電路模塊6與曳引機(jī)模塊 相連；DSP主控制電路中的DSP芯片與CPLD從控制電路中的CPLD芯片通過(guò)IO端口相連。本設(shè)計(jì)采用交-直-交的控制方式，整流模塊3將三相交流電源I轉(zhuǎn)換為直流母線電壓供逆變模塊5使用，并在直流母線之間串接電容電路4增加直流母線電壓的穩(wěn)定性；逆變模塊5收到故障信號(hào)后向控制器輸出報(bào)警信號(hào)，能夠及時(shí)停止系統(tǒng)，并將故障信號(hào)反饋給DSP+CPLD控制模塊8 ；DSP+CPLD控制模塊8的DSP主控制電路負(fù)責(zé)處理來(lái)自信號(hào)采集與預(yù)處理電路的母線電流采樣信號(hào)、母線電壓采樣信號(hào)以及曳引機(jī)模塊7的編碼器信號(hào)，并輸出控制逆變模塊5的6路輸出報(bào)警信號(hào)，CPLD從控制電路對(duì)來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的邏輯信號(hào)及故障信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并將信息以通信的方式通過(guò)IO端口反饋給DSP主控制電路；DSP+CPLD控制模塊8通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口 9與外部控制單元及監(jiān)控單元進(jìn)行通信。整流模塊3分為可控整流模塊和不可控整流模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要靈活配置:若需要調(diào)節(jié)直流母線電壓，或是將來(lái)需要將制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng)，則采用可控整流模塊；若不需要對(duì)直流母線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，或是不需要將制動(dòng)能量反饋回電網(wǎng)則采用不可控整流模塊，以降低成本。本次設(shè)`計(jì)采用不可控整流模塊，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制一體化系統(tǒng)，其特征在于：包括三相交流電源(1)、整流模塊(3)、電路電容(4)、逆變模塊(5)、第一保護(hù)電路模塊(2)、第二保護(hù)電路模塊(6)、曳引機(jī)模塊(7)、DSP+CPLD控制模塊(8)和標(biāo)準(zhǔn)通信接口(9)；所述曳引機(jī)模塊(7)由永磁同步曳引機(jī)和與永磁同步曳引機(jī)同軸的編碼器構(gòu)成；所述DSP+CPLD控制模塊(8)由DSP主控制電路、CPLD從控制電路、信號(hào)采集與預(yù)處理電路和電源管理模塊構(gòu)成；所述DSP+CPLD控制模塊(8)分別與逆變模塊(5)、曳引機(jī)模塊(7)、第一保護(hù)電路模塊(2)、第二保護(hù)電路模塊(6)、標(biāo)準(zhǔn)通信端口(9)相連；電路電容(4)串接于直流母線兩側(cè)；整流模塊(3)通過(guò)第一保護(hù)電路模塊(2)與三相交流電源(1)相連；逆變模塊(5)通過(guò)第二保護(hù)電路模塊(6)與曳引機(jī)模塊(7)相連；DSP主控制電路中的DSP芯片與CPLD從控制電路中的CPLD芯片通過(guò)IO端口相連。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭健，劉智君，楊瑩瑩，吳益飛，王蘇華，向崢嶸，陳慶偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：