DSP控制的電梯門機系統分析

孫小清 徐慧偉

摘 要：電梯已成為人們日常生活與工作常乘坐的一種設備，故此不斷提升其運行安穩性對社會經濟有效發展有重大現實意義。本文首先概述以DSP控制為基礎電梯門機控制系統的總體結構，其次對電梯門機系統的控制方式進行分析，最后從電梯門機硬件與軟件兩方面著手，對其設計要點進行分條探究。以DSP為核心取控制電梯門機的開、關過程，逐步提升電機控制、人機交互性、門寬自學習等功能。

關鍵詞：電梯門機；DSP控制；控制方式；軟硬件設計；設計要點

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0050-01

在社會經濟迅猛發展的時代中，高層建筑如雨后春筍一般陸續涌現，電梯設備使用率不斷上漲，特別是在大中型城市，電梯是人們日常生活中的必需交通工具。在電梯技術不斷發展與完善的情景中，電梯夾門、開關失靈等事件發生率不斷降低，電梯門開關的程序性與安全性受到高度重視。為給乘客創造良好的乘坐體驗，有效設計與應用電梯門機系統是尤為重要的。當下，國內外以DSP為基點的電梯門機控制系統的研究成果常見，基于此本文進行詳細探究。

1 電梯門機控制系統的總體結構

主控制器DSP、永磁同步電機、無接觸式磁旋轉編碼器、電流電壓采樣電路、功率模塊以及其他模塊類型共同構成了電梯門機控制系統的硬件[1]。圖1是極為典型的轉速閉環調速系統，其采用速度PI和SVPW調控取滿足電梯門機控制系統安穩運行的需求。

2 電梯門機系統的控制方式

電梯門機系統的運動控制方式可以被劃分為編碼器控制與速度開關控制兩種方式。若采用編碼器控制方式，電機末端安設編碼器，但上坎上無需安設速度開關，采用該種方式去控制電梯門機，可采用編碼器檢測轎門具體方位，同時也能獲得電梯運行速度信息。故此，可以采用電梯方位與運行速度進行閉環式控制。在應用速度開關控制方式過程中，電機不帶有編碼器，而是依照上坎的速度開關設備去檢測速度切換點。采用該種方式控制電梯機門系統，無需對電梯設備所處方位與運轉速度進行檢測[2]。

對如上兩種控制方法進行對比，從系統結構角度上分析，編碼器信號被速度開關信號代替，其他控制信號兩種無差異。從電梯門機系統性能上分析，編碼器控制方式控制精確度更好，能提升門機設備運行期間的平順性，這主要由于該控制方式能動態式監測電梯轎門所處方式以及運行速度，但是其該控制方式應用期間會耗用大量資金與資源。

3 電梯門機控制系統的設計分析

3.1 硬件設計分析

電源電路、功率總回路以及控制電路三大部分協同構成了電梯門機控制系統。選用TOP223型器件作為開關電源。其通過形成多路電源輸出方式，進而為整個門機控制系統運轉提供電能。其中，功率回路內的三相逆變器選用I-RAMS10UP60B。其功能是把大功率電子開關器件與控制電路器件匯集成一個新型的模塊，該模塊可以被叫做智能控制功率模塊。整體分析控制電路結構，發現其外圍控制電路存有輸入與輸出電路、人機交互電路、速度信號檢測電路等。

3.1.1 電源電路設計

主要包括開關電源電路與穩壓電源電路設計兩類。開關電源電路需有多路電源供電，核心器件選擇TOP223，并規劃多路輸出開關電源。當下，國內運行的電梯門機系統內，多應用高頻變壓器去隔斷電網與輸出端，安全性能相對優良。穩壓電源電路中，3.3V、5V直流電壓輔佐下DSP芯片就能正常運行。

3.1.2 功率總回路設計

采用三相全橋控制方式，選擇IRMS1OUP60B作為主回路的功率模塊，其有效的把各種電路元器件匯集在一個絕緣型封裝中，并使封裝結構具備過溫保護、過流保護、欠壓鎖定等功能，以進一步提升電梯門機系統運行的安穩性。另外，IRMS1OUP60B里部還集成了自舉二極管，構建單極性電源供電模式，進而提升硬件系統電路設計的精簡性[3]。

3.1.3 主控制電路設計

全面分析永磁同步電梯門機控制系統的運行需求，選擇TMS320LF2407A作為硬件系統內的主控模板，該類DSP具有成本低廉、能耗低以及綜合性能優等特征。同時應用了CMOS技術，以達到對控制器運行狀態實時監測目標。應用光電編碼器信號對系統主控制電路進行監測，能夠獲得較為精確的速度反饋信息，以實現對電機系統運行速度有效調控，打造轉速閉環運轉模式。另外，LED顯示電路和串行通訊接口電路是人機交互電路的主要元器件。在對本電機門機系統設計中，將ATmega8設為協作處理器以體現人機交互功能，以大幅度降低主控器繁重化運算壓力，對提升整個系統運算精確性有很大促進作用[4]。

3.2 軟件設計分析

電梯門機控制系統軟件設計采用結構化方法，軟件系統是由主程序、電機控制、人機交互等模塊構成的。其中，主程序是軟件系統的核心，其他任何模塊的運行務必以主程序為核心。原始化達到對芯片上電、使用的I/O口、外設等零部件進行優化配置；門寬可以智能化完成門機設施恢復原位、轎門寬度測量等任務，并把相關測量信息整合到儲存器內。電機控制模塊功能是對電梯門開關動作進行邏輯判斷，進而產生電梯門運動曲線，提升堵轉開門的控制算法的科學性與精確性。其主要控制功能是在主循環中體現的，通訊部分數據接收應用隔斷服務程序方式進行處理。本次研究中，所涉及的電梯機門系統采用的是系集成的雙路通訊接口，分析堵轉力矩控制狀況，采用整改堵轉判斷算法或整改相關參數信息的方式，實現有效管控堵轉力矩大小的目標，與此同時堵轉力矩會伴隨基頻電壓的變化而做出相應改變[5]。

調速程序為門機系統重要組成部分之一，其內速度調節器的主要功能是對給定速度以及反饋速度間的差值，按照一定規律測算，繼而運用運算結果管控并調整電機系統的運轉速度。故此，在對電梯電機系統軟件設計過程中，不斷優化速度以達到對門機運轉速度有效調控。

4 結語

電梯系統是一個人機交互的控制系統，其主要由電氣控制技術、通訊技術、變頻技術等構成。為提升電梯設備運行安穩性，使乘客獲得更為優質服務，本文以電梯門機系統為研究對象，對其總體構成、控制方式以及軟件與硬件設計要點進行探究。以DSP控制為基礎進行相關設計，能夠不斷強化硬件電路系統運行精簡性，大幅度提升系統控制性能。已有大量實踐證明，DSP控制方式具有通用性，開關門啟平穩，這證明了電梯門機系統投入實踐中的可行性。

參考文獻

[1]于生渠.DSP和變頻器技術在電梯門機控制系統中的應用[J].建材與裝飾，2014，（43）：169-170.

[2]李劍林.基于DSP的電梯能饋系統控制策略設計與實現[D].華南理工大學，2012，（08）：00165-00165.

[3]虞暉華.基于DSP和變頻器的電梯門機控制系統[J].輕工機械，2013，31（04）：48-50.

[4]王惠，文小琴，游林儒.在DSP上實現電梯正弦運行速度曲線[J].單片機與嵌入式系統應用，2012，12（03）：19-21.

[5]黃玉成.基于TMS320F28035的電梯門機控制器設計[J].黑龍江工業學院學報（綜合版）， 2014，（11）：35-37.