基于手機APP控制的電梯永磁同步電動機智能控制系統(tǒng)設(shè)計

符譯丹 董恒

摘要：基于手機APP控制的電梯永磁同步電動機智能控制系統(tǒng)由永磁同步電動機驅(qū)動電路、電梯運行控制電路、手機APP網(wǎng)絡(luò)信息接受電路構(gòu)成。采用手機APP進(jìn)行提前預(yù)約，根據(jù)電梯轎廂載客量和樓層進(jìn)行永磁同步電動機力矩和轉(zhuǎn)速控制;在電梯下降的時候，可以回收、存儲能量。達(dá)到高效、節(jié)能的目的，并解決人員乘坐電梯排隊、等待時間。

Abstract： The elevator PMSM intelligent control system based on mobile APP is composed of PMSM driving circuit， elevator operation control circuit and mobile app network information receiving circuit. Mobile app is used for advance reservation， and permanent magnet synchronous motor torque and speed control is carried out according to elevator car passenger capacity and floor; when the elevator is descending， energy can be recovered and stored， to achieve the purpose of high efficiency and energy saving， and to solve the waiting time for people to take the elevator.

關(guān)鍵詞：手機APP;電梯;永磁同步電動機;智能控制系統(tǒng)

Key words： mobile APP;elevator;permanent magnet synchronous motor;intelligent control system

中圖分類號：TM921.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）09-0212-02

0? 引言

基于手機APP控制的電梯永磁同步電動機智能控制系統(tǒng)將電氣控制技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，解決電梯效率低下、能耗高的實際問題。

采用手機終端進(jìn)行提前預(yù)約電梯到相應(yīng)的樓層接送人員，控制系統(tǒng)按照人員預(yù)約的樓層進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，根據(jù)電梯轎廂載客量進(jìn)行永磁同步曳引電動機力矩、速度控制;并將電梯下行時電機發(fā)出的電能進(jìn)行回收、存儲，提供給電梯附屬設(shè)備，達(dá)到高效、節(jié)能的目的;解決人員乘坐電梯排隊、等待時間，特別是高樓層及客流量大的場所。智能控制系統(tǒng)如圖1所示。

1? 控制系統(tǒng)整體設(shè)計

1.1 整體構(gòu)架

智能控制系統(tǒng)由手機APP軟件，電源、網(wǎng)絡(luò)控制箱，樓層呼叫模塊，轎廂內(nèi)呼模塊，智能電控裝置，電梯永磁同步曳引電動機，電梯轎廂運動位置檢測模塊，構(gòu)成，整體構(gòu)架框圖如圖2所示。

1.2 樓層呼叫模塊

樓層呼叫模塊分布在每個樓層的電梯樓層門旁，用于乘客手動按鍵，呼叫電梯;作為控制系統(tǒng)的在手機命令失效時的備用手段。

1.3 轎廂內(nèi)呼模塊

轎廂內(nèi)呼模塊安裝在電梯轎廂內(nèi)，用于乘客手動按鍵開關(guān)門、選擇到達(dá)樓層;作為智能電控系統(tǒng)的在手機命令失效時的備用手段。

1.4 手機APP軟件

手機APP軟件用于電梯呼叫，以及顯示電梯運行狀態(tài)，手機APP軟件可由乘客在網(wǎng)絡(luò)上下載安裝。通過手機軟件界面上的按鍵可實現(xiàn)樓層呼叫功能、轎廂內(nèi)呼功能、開關(guān)門功能;并可以進(jìn)行電梯預(yù)約，監(jiān)控電梯運行狀態(tài)和到達(dá)樓層情況。

1.5 電源、網(wǎng)絡(luò)控制箱

電源、網(wǎng)絡(luò)控制箱內(nèi)放置電源開關(guān)及互聯(lián)網(wǎng)交換機，用于電梯供電分配及互聯(lián)網(wǎng)分配;通過互聯(lián)網(wǎng)接受手機發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)信號并傳送到控制系統(tǒng)，并將控制系統(tǒng)的信息通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到手機上。

1.6 電梯永磁同步曳引電動機

用于驅(qū)動電梯轎廂上下運行，在電梯啟動和停止階段為變加速運行，運行階段采用勻速運動，根據(jù)電梯啟動時的樓層和停止的樓層之差（層差）來選取勻速運行的數(shù)值，層差越大，速度越大，層差越小，速度越小。

1.7 轎廂位置檢測模塊

轎廂位置檢測采用旋轉(zhuǎn)編碼器+樓層接近開關(guān)的方式，旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在電梯永磁同步電動機軸上，精確測量電梯的坐標(biāo)位置，將位置信息通過中央處理單元發(fā)送到手機APP上動畫展示電梯的運行及狀態(tài)，以便于乘坐人員把握時間乘坐電梯。

2? 智能電控裝置設(shè)計

智能電控裝置構(gòu)成及工作原理如圖3所示。

2.1 中央處理單元

中央處理單元收集用戶呼叫電梯信息，包括實時信息以及網(wǎng)絡(luò)提前預(yù)約信息;控制永磁同步電動機根據(jù)需要進(jìn)行啟動、調(diào)速運行、停止等運行;同時，將用乘客信息以及控制信息發(fā)送到電梯控制單元及手機用戶。

2.2 永磁同步電動機驅(qū)動器控制驅(qū)動模塊

永磁同步電動機驅(qū)動器控制驅(qū)動模塊采用PWM智能矢量控制技術(shù)，減小電控裝置輸出的諧波含量，可以有效降低電動機的轉(zhuǎn)矩振動，使乘坐更加舒適。根據(jù)電梯乘坐人員的總重量控制電機輸出力矩和速度，平穩(wěn)啟動電機驅(qū)動轎廂。

2.3 永磁同步電動機驅(qū)動器主電路模塊

采用IPM智能功率模塊，結(jié)合功率器件軟開關(guān)技術(shù)，減少功率器件的開關(guān)損耗。在電梯需要上行時，驅(qū)動同步曳引電機正轉(zhuǎn)，控制轎廂上行。在電梯需要下行時，主電路進(jìn)入整流狀態(tài)，將電機反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電能傳送到能量回收、存儲單元進(jìn)行回收存儲。

2.4 能量回收、存儲單元

能量回收、存儲單元采用超級電容。電梯轎廂下行運行時，同步電動機被轎廂拖動反轉(zhuǎn)發(fā)電，經(jīng)整流電路變換成直流電對超級電容組快速充電，充電的快慢與電梯下行的運行速度相關(guān);當(dāng)電梯下行速度快時，充電電流加大;當(dāng)電梯下行速度慢時，充電電流變小。

2.5 電梯控制單元

電梯控制單元主要收集電梯運行狀態(tài)、到層情況、開關(guān)門等信息，并發(fā)送開關(guān)門指令、抱松閘指令;發(fā)送電梯到層信息、乘坐人員重量、可乘坐人員重量以及預(yù)約人的信息。

2.6 電梯轎廂上下行運行、開關(guān)門控制及提示模塊

電梯轎廂上下行運行、開關(guān)門控制及顯示模塊用于電梯抱閘控制、失速控制、轎廂門開關(guān)控制及防夾，同時輸出信號在樓層電梯旁的語音播報設(shè)備提示對應(yīng)電梯到層信息、乘坐人員重量、可乘坐人員重量以及預(yù)約人的信息。

2.7 電梯轎廂稱重檢測模塊

電梯轎廂稱重檢測模塊安放在永磁同步曳引電機軸上，通過軸的應(yīng)變量檢測出轎廂的實時重量，將數(shù)據(jù)傳送的控制系統(tǒng)，并將對應(yīng)的信息反饋的手機APP上，把電梯的乘坐余量發(fā)送到電梯轎廂狀態(tài)提示模塊上。

3? 控制策略設(shè)計

3.1 層差控制

根據(jù)電梯啟動時的樓層和停止的樓層之差（層差）來調(diào)節(jié)曳引電機的勻速運行的速度，層差越大，速度越大，層差越小，速度越小。

3.2 預(yù)約控制

將多個電梯中的一部分進(jìn)行預(yù)約控制，用戶通過手機APP預(yù)約電梯接送，控制系統(tǒng)收到用戶的預(yù)約信息后，通過統(tǒng)計分類，將同樓層、同方向的乘客統(tǒng)一接送，發(fā)送接送的相關(guān)信息到用戶手機上，用戶根據(jù)系統(tǒng)預(yù)約信息，及時到達(dá)電梯旁，省去排隊等候時間。

4? 總結(jié)

將手機APP應(yīng)用與電氣設(shè)備控制相結(jié)合，充分發(fā)揮移動互聯(lián)便捷的優(yōu)勢;也減少了手觸摸按鈕時的細(xì)菌感染等。可將電梯乘客流量信息統(tǒng)計、上傳到平臺，讓用戶了解電梯相關(guān)場所人流信息，適時安排出行時間，手機提前預(yù)約。采用電能快速回收、存儲技術(shù)，使用超級電容將電梯下行發(fā)電產(chǎn)生的電能回收存儲，并輸送給電梯配套的輔助用電設(shè)備供電，以達(dá)到節(jié)能的目的。

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課題項目：湖南工學(xué)院校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目《基于手機APP控制的電梯永磁同步電動機智能電控裝置的研究與開發(fā)》，項目編號：2019年45號。

作者簡介：符譯丹（1997-），女，湖南常德人，湖南工學(xué)院學(xué)生，研究方向為電氣工程及其自動化。