淺談電梯的稱重補償技術

摘要：在電梯控制系統中，電梯稱重補償裝置作為轎廂內載重情況的稱重數值獲取及實現特定功能的信號獲取裝置，其技術的發展，對于電梯的乘坐舒適感和電梯運行的安全系數的提高，其作用不可忽視。文章淺述了稱重補償裝置的原理及其在電梯上的應用情況，以及電梯常用的稱重補償形式等，并有針對性地對電梯的無稱重補償技術提出了初步的探討。

關鍵詞：電梯；稱重；稱重補償技術；稱重裝置；無稱重起動補償技術

中圖分類號：TU229 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）16-0102-03

隨著電梯技術的進步，乘客對于電梯的使用要求已不局限于僅作為垂直交通運輸的工具，對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，國家標準GB 7588-2003對于電梯載重量控制的要求中，嚴格限定了電梯對于超載情況的控制要求。電梯稱重補償裝置作為轎廂內載重情況的稱重數值獲取及實現特定功能的信號獲取裝置，其技術的發展，對于電梯的乘坐舒適感和電梯運行的安全系數的提高，其作用不可

忽視。

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

對性地對電梯的無稱重補償技術提出初步的探討。

1 電梯稱重補償的原理

以電渦流傳感器稱重為例，通過測量電梯活動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，控制系統把電渦流傳感器反饋的模擬信號轉換為數字信號，并通過計算，最終輸出相應的模擬信號，以控制變頻器的預轉矩輸出。

2 稱重裝置在電梯中的應用

稱重裝置被應用在電梯上，起防止電梯起動倒溜、實現平穩起動的作用。如當電梯抱閘打開，電梯起動，由于對重和轎廂存在一定的重量差，如果電機在抱閘打開的時候轉矩為零的話，將令電梯因不平衡轉矩而引起振動，甚至出現倒溜的現象，影響電梯起動舒適感。因此，需要電機在抱閘打開之前提供一個預轉矩，來抵消對重和轎廂之間的重量差，以達到平穩啟動的效果。典型的電梯稱重補償系統簡圖如圖1所示：

除了起動補償，稱重裝置還可以為實現電梯特定功能提供信號。例如滿載直駛功能，當稱重裝置檢測到轎廂內的載重超過額定載重量的80%時，電梯不響應沿途層站的召喚；又如無效內指令自動清除功能，當電梯轎廂的載重量小于額定載重量的20%，而電梯的內指令數大于系統設定值時，電梯系統判定此時有惡作劇發生，電梯的防惡作劇功能自動投入。在無效內指令自動清除功能作用的狀態下，電梯在響應完最近層樓的內指令后，自動消除所有的內指令，以提高電梯的運行效率和降低電能消耗。

3 電梯的稱重補償形式介紹

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微動開關，這多個微動開關分別對應轎廂內不同的載重情況。電梯控制系統根據預設的載重量使微動開關動作，這些微動開關一般起的作用為：輕載、滿載和超載。如果要用稱重開關起到提供預轉矩的作用，則還需增加微動開關的個數。通過稱重開關提供預轉距的電梯，其采用的是分級補償方式，稱重精度較低，因此會影響電梯的舒

適感。

隨著電梯技術的發展，無級補償稱重裝置已被廣泛應用，使用無級補償系統，可以根據轎廂內的載重情況，產生一個連續的線性信號，將轎廂內的載重情況準確地反饋到變頻器中，因此與分級補償相比，采用無級補償方式的電梯能夠獲得較精準的起動補償。

目前常用的稱重裝置主要有兩類：一類是直接稱重，如應變式傳感器稱重；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，利用傳感器的應變片彈性元件的變形引起應變敏感元件的變化，再通過轉換電路轉換成電量輸出。系統根據該輸出電量轉化計算獲得相應的稱重值，該方式的特點是稱重準確可靠，穩定性好，但價格略高。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，因該方式對橡膠或彈簧的材料質量依賴性強，并且易受環境變化影響，因此穩定性較差，但價格較低。

4 電梯稱重補償裝置的局限性

經過多年的應用及效果調查，采用稱重裝置的稱重補償技術，雖已較好地滿足電梯的設計和使用要求，但目前該稱重補償方式仍存在以下局限性：（1）稱重傳感器獲得轎廂的載重數據，經通訊板傳輸環節，容易出現稱重數據的偏差和異常；（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，稱重數據會存在一定的偏差；（3）起動補償的效果依賴于現場的調試，調試的效果易存在不確定性；（4）由鋼絲繩與補償纜的不平衡引起的偏載，無法通過稱重起動補償平衡，需要增加額外的處理及調試工作；（5）由于需要專門的稱重裝置，成本相對較高。

5 無稱重起動補償技術的開發

隨著電梯技術的進步，變頻器的技術也越來越完善，基于以上及成本的考慮，不少變頻器廠家針對電梯高精準的起動補償需求，先后開發具有類似不平衡載荷補償功能的無稱重電梯專用變頻器，即起動補償部分由變頻器獨立完成，從而為實現無稱重補償提供了條件。

5.1 無稱重起動補償技術的定義

所謂無稱重起動補償技術，是指電梯的控制系統不再依賴于傳統的稱重傳感器獲得轎廂載重情況，而是根據其他的相關變量反饋，計算、輸出合適的轉矩，達到平穩起動的控制技術。

5.2 無稱重起動補償技術的介紹

下面主要介紹采用無稱重電梯專用變頻器以實現電梯起動補償功能的無稱重補償技術。以富士Lift變頻器為例，其不平衡負載補償功能就是利用變頻器配置的專用接口卡中高速CPU的運算功能，在電梯抱閘打開的一瞬間，通過電機微小的轉動角度以計算出需要補償的力，以使變頻器輸出合適的轉距使電梯平穩起動。電梯無稱重起動補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，電機微小的轉動角度一般不會被電梯轎廂乘客感覺到，因此不影響電梯的起動舒適感。圖3為無稱重不平衡負載補償功能的示意圖。

根據示意圖可知，采用無稱重起動補償方式需要配置準確獲取位置信號的高精度編碼器，如德國HEIDENHAN的ERN1387正余弦編碼器，其在動態特性方面具有獨特的優勢。采用ERN1387正余弦編碼器，可克服傳統的旋轉編碼器和數字編碼器的分辨率限制，電機每運行一轉，編碼器可以發出2048個正余弦波形的模擬電壓信號，再由變頻器對每個波形進行4096次采樣后，提供給變頻器CPU進行速度和位置的控制，電梯編碼器精度遠遠高于一般無齒輪電梯使用的編碼器精度，電動機任何微小的移動，變頻器都可以很快檢測到編碼器反饋的信號電壓發生變化輸出足夠的轉矩，同時加上永磁同步電機低轉速高轉矩的優點，可以獲得極好的低速伺服性能和均勻的旋轉特性，保證電梯的舒適感。

而對于一般的數字式增量編碼器，雖然采用了高脈沖數的方波編碼器，但由于反饋給編碼器的信號只有高低兩種電平信號，當電機產生微小轉動時，反饋給變頻器的信號電平不一定會發生變化，因此對于變頻器來說不能夠檢測到電梯的微小移動，也就不能輸出足夠的轉矩給電梯，影響啟動舒適感，要彌補這個缺點，不得不在電梯上安裝模擬量的稱重傳感器，起到補償轎廂負載重量預轉矩作用。 總的來說，采用快速響應的變頻驅動系統和高精度正余弦編碼器，無需模擬量稱重傳感器就能達到很好的啟動舒適感的要求。

5.3 無稱重起動補償技術的應用

經過對應用無稱重補償技術的電梯進行一系列的測試，從相關的測試效果看，電梯起動舒適感滿足設計要求。當然采用無稱重起動補償后，需要另外考慮電梯的超載、滿載直駛等部分電梯功能的實現。根據國家標準GB 7588-2003對于電梯載重量控制的規定，要求有一個裝置在檢測到轎廂負荷超過額定載重110%時，能防止電梯正常啟動及再平層，所以只要有超載檢測開關即可滿足國標對于超載的檢出要求。同樣，對于滿載、輕載功能也可通過加裝檢測開關來實現。

此外，由于高速電梯的振動問題相對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，無稱重起動補償技術目前更多地應用在低速電梯上，這對控制低速電梯的成本也具有一定的優勢。

6 結語

電梯的稱重補償技術，由傳統的分級補償，發展到后來的無級補償，直至現在的無稱重補償控制技術。每一個轉變，都體現著技術的更新和發展。稱重補償技術的發展，對于電梯的乘坐舒適感和電梯運行的安全系數的提高，起著重要的作用。

參考文獻

[1] 電梯制造與安裝安全規范（GB 7588-2003）[S]．

（責任編輯：趙秀娟）