基于双减速位移校正点的中速电梯长站平层系统和方法转让专利
申请号 : CN202011576837.2
文献号 : CN112723060B
文献日 : 2021-11-05
发明人 : 李东洋 , 杨江 , 杨建义 , 王曰海 , 李琛 , 吴明光
申请人 : 浙江大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种中速电梯长站平层系统,其特征在于系统由楼层和双减速位移校正点编码的码带(10)、“二乘二取二”扫描枪(20)、增量编码器(30)、主控制器(40)、速度控制器(50)、变频器(60)、曳引机(70)、轿厢(80)组成,楼层和双减速位移校正点编码的码带(10)包括第1码带(100)、第2码带(200),“二乘二取二”扫描枪(20)包括第1组扫描枪(1)、第2组扫描枪(2);
电梯的左导轨配置码带框、框槽内嵌入第1码带(100),电梯的右导轨与左导轨相同,码带朝向电梯轿厢的一侧、沿井道的垂直方向展开;“二乘二取二”扫描枪(20)安装在轿厢(80)的顶部,第1组扫描枪(1)正对第1码带(100),第2组扫描枪(2)正对第2码带(200);
电梯运行时轿厢(80)上下移动,带动“二乘二取二”扫描枪(20)运动;“二乘二取二”扫描枪(20)的第1组扫描枪(1)读取第1码带(100)、或第2组扫描枪(2)读取第2码带(200)的楼层和双减速位移校正点编码信息,扫描枪读取的信息输出至主控制器(40);主控制器(40)借助楼层和双减速位移校正点编码实施二次位移误差校正,通过速度控制器(50)进行二次减速、实现直接停靠的长站平层;扫描枪型号2877CCD、增量编码器型号ERN 1387、主控制器型号MB11MN、速度控制器型号VS11MN、变频器型号VS11MN、曳引机型号PM11、轿厢型号JX11;
其中,所述的码带(10)包括第1码带(100)、第2码带(200),第1码带(100)由第1码带的I区编码(110)、II区编码(120)组成,第1码带的I区编码(110)与II区编码(120)相同,并列布置、嵌入至电梯左导轨的码带框槽,第2码带(200)与第1码带(100)相同;第1码带的I区编码(110)由功能码域和楼层码域组成,功能码域的功能码3bit、楼层码域的楼层码5bit,楼层码采用海明距离1的可靠性编码格雷码,I区编码的含义见下表;
码带(10)沿井道垂直方向安装,具体步骤如下:①电梯轿厢与1楼楼层平层,“二乘二取二”扫描枪(20)指向码带(10)的位置,定义为井道垂直方向参考坐标系的原点,亦称1楼门区开关线;其余楼门区开关线类推;
②X楼门区开关线沿井道垂直方向±10mm,定义为X楼上/下平层开关线;上平层开关线、下平层开关线与门区开关线集成构成矩形,集成构成矩形在井道垂直方向的长度为
22mm,X≥1;其中,顶/底楼无上/下平层开关线;
③X楼门区开关线沿井道垂直方向±S值secondregulate_acceleration point,定义为X楼下/上行第二次减速位移校正点;其中,顶/底楼无下/上行第二次减速位移校正点,S值secondregulate_acceleration point取决于减速参数;
④X楼门区开关线沿井道垂直方向±1楼层,定义为X楼下/上行第一次减速位移校正点;其中,顶/底楼无下/上行第一次减速位移校正点;
⑤码带(10)的每组编码沿井道垂直方向的长度=2mm,宽度符合“二乘二取二”扫描枪(20)规范要求;
⑥沿井道垂直方向精准定位门区开关线和第二次减速位移校正点的编码条,精准定位点的总数=3×floor‑2;码带框既可用功能码的无效码,也可用楼层码的无效码,或同时使用功能码的无效码+楼层码的无效码作底色,然后精准定位点的码条“3×floor‑2”覆盖之。
2.根据权利要求1所述的中速电梯长站平层系统,其特征在于所述的“二乘二取二”扫描枪(20)包括第1组扫描枪(1)、第2组扫描枪(2),第1组扫描枪(1)由第1组扫描枪的I区扫描枪(21)、II区扫描枪(22)组成,第1组扫描枪的I区扫描枪(21)与II区扫描枪(22)相同;第
1组扫描枪的I区扫描枪(21)与II区扫描枪(22)并列布置,分别正对第1码带的I区编码(110)与II区编码(120),第2组扫描枪(2)与第1组扫描枪(1)相同;扫描枪(20)的输出执行“二乘二取二”算法,这是一种组合双机热备和二取二的复合算法:①切换变量赋初值
switch=1
②
②‑1 switch=1
第1组扫描枪的I区扫描枪(21)扫描第1码带的I区编码(110)第1组扫描枪的II区扫描枪(22)扫描第1码带的II区编码(120)如果DATA_I区扫描枪=DATA_II区扫描枪输出扫描值,转③
否则switch=2
第1组扫描枪故障报警,转②
②‑2 switch=2
第2组扫描枪的I区扫描枪(23)扫描第2码带的I区编码(210)第2组扫描枪的II区扫描枪(24)扫描第2码带的II区编码(220)如果DATA_I区扫描枪=DATA_II区扫描枪输出扫描值,转③
否则电梯停止运行
第2组扫描枪故障报警,转③
③结束。
3.一种使用如权利要求1所述中速电梯长站平层系统的基于双减速位移校正点的平层方法,具体包括:
变量说明
to1、tA1、tB1、tC1,to2、tA2、tB2、tC2,分别是长站平层速度曲线的、第一/二次减速梯形加速度曲线的时间点;
F1、F2、…、F9、…、FN,N≥1,楼层F1、楼层F2、…、楼层F9、…、楼层FN,N≥1;
tsecondregulate_acceleration point,第二次减速位移校正点对应的、理论上的时间;
Vsr,第二次减速位移校正点对应的、理论上的速度曲线工作点;
算法说明
平层理想速度曲线,理论上运行时间、速度曲线上的工作点、位移三者一致,事实上曳引轮与钢丝绳存在滑移、轿厢溜车、钢丝绳的温度和负荷延展等原因三者不一致;所谓的“位移校正”是指以电梯己知的、实际位移为基准,校正理想速度曲线上电梯的工作点:“滑移”时理想速度曲线输出脉冲,但未产生位移,“溜车”时理想速度曲线未输出脉冲,却产生位移,校正“滑移”理想速度曲线超前、“溜车”理想速度曲线滞后的工作点;
理想速度曲线处在匀速时段时,位移校正无速度、加速度、加加速度突变,实现技术无难度,故第二次减速位移校正点设计了前&后程匀速位移,而第一次减速位移校正点仅需预留后程匀速位移;
基于双减速位移校正点的中速电梯长站平层方法的流程①初始化
1、读轿厢按键,获目标楼层floor_object、开始楼层floor_start如果floor_object>floor_start电梯上行
如果floor_object<floor_start电梯下行
2、设置运行参数
电梯上行,第一次减速位移校正点=floor_object‑1第二次减速位移校正点=floor_object的上行第二次减速位点电梯下行,第一次减速位移校正点=floor_object+1第二次减速位移校正点=floor_object的下行第二次减校正点②平层运行
“二乘二取二”扫描枪(20)读码带(10)
1、floor_start至第一次减速位移校正点前经过门区开关线时,逐一进行位移校正
2、至第一次减速位移校正点
进行位移校正
1.75m/s匀速位移0.1m,第一次减速
0.25m/s匀速位移0.025m
3、至第二次减速位移校正点
进行位移校正
0.25m/s匀速位移0.075m第二次减速、直接平层。
说明书 :
基于双减速位移校正点的中速电梯长站平层系统和方法
技术领域
背景技术
2019年期间,新增电梯和电梯保有量见下表。
电梯保有量 89557 100068 111619 129097 140759
注度位居舒适性之首。支撑电梯舒适性有二项关键技术:电机的曳引调速技术,以及轿厢的
速度控制技术。
variable frequency speed regulation);电机调速技术的持续更新迭代日臻完善。因此,
提高电梯平层精度、赢得最佳乘客体验,改进轿厢的速度控制是切实可行的有力抓手。轿厢
的速度控制技术分成三类。1、以时间为原则,根据理想速度曲线按时间原则发送速度指令
给变频器;属开环控制,平层精度差。2、以相对距离为原则,通过安装曳引机轴上的增量编
码器间接获轿厢位置;属速度闭环+位移开环(或有限点位移闭环)控制,平层精度一般。3、
以绝对剩余距离为原则,测轿厢在井道中的绝对位置,作为电梯速度控制的给定值;增量编
码器测电机(轿厢)的速度,构成速度+位移的双闭环控制,平层精度高。时至今日,以时间为
原则的轿厢速度控制日渐式微、不可逆转的被边缘化。以相对距离为原则的轿厢速度控制,
牢牢主导着中速电梯的速度控制;以绝对剩余距离为原则的轿厢速度控制,垄断了超高速
电梯;两者划江而治,倒也相安无事。
的电梯分别称为低/中/高速/超高速电梯。不失一般性,本申请讨论V=1.75m/s的、新增电
梯中占比最大的、开始至目的楼层的总层数>2的中速电梯长站平层系统。电梯业推荐的理
想速度曲线有抛物线‑直线型和余弦‑直线型速度曲线,本文选择主流的抛物线‑直线型理
想速度曲线,亦称七段S曲线。
APS公司有德国的ELGO、KUEBlER,瑞士的CEDES。ELGO基于磁栅尺、CEDES立足红外光学扫描
码带、KUEBlER采用钢带测量尺;国内广泛使用的是KUEBlER钢带测量尺。三家公司的设计理
念如出一辙:井道内设计绝对位置坐标,通过传感器读绝对位置坐标,满足轿厢平层的定位
要求。必须指出,“井道内设计绝对位置坐标”代价不菲,阻碍APS向中/低速电梯速度控制的
渗透。国标GB10058‑2009《电梯技术条件》规定,轿厢平层精度±10mm;显然,“井道内设计绝
对位置坐标”的精度至少mm级。例如,20层电梯井道长度>20层×2.8m/层=56m;设计生产
56m、mm级编码精度的码带非易事;56m井道内安装、调试、维护码带的技术门槛和费用不低;
高速运行轿厢传感器采集码带编码的技术难度也不小。
1.75m/s的中速电梯平层系统由增量编码器,上/下平层开关和门区开关,以及安装在轿厢
处的传感器组成。中速电梯通过增量编码器间接获取轿厢的位置,由于曳引轮与钢丝绳之
间存在滑移、钢丝绳的温度和负荷延展等原因,所获轿厢的位置精度往往低于国标平层精
度。因此,中速电梯为了实现平层达标,电梯减速至上或下平层开关时需要降速至爬行速
度,最后零速抱闸。爬行低速易导致乘客产生漫长等待的不良体验;同时电机的低速性能通
常较差,爬行时无法完全杜绝令人生厌的振动,乘客的不良体验再添一份。
读轿厢经过的高度标记,获取目标楼层平层标记时,停止轿厢运动。
编码;光学读码装置设于电梯轿厢,读取编码信息进行解码。
精度,上述成果难觅切入点;因为“井道内设计绝对位置坐标”将大幅增加电梯TCO。审视中
速电梯“增量编码器+上/下平层和门区开关”的平层解决方案;请注意,这是多年来行之有
效的方案;方案的TCO适中,基本上能满足乘客对平层的要求,尽管存在广受垢病的爬行速
度问题。存在即合理,瑕不掩瑜:引用APS否定之,既不科学,也不专业;工程实践表明,鲜见
中速电梯APS的成功案例。分析中速电梯平层误差的成因,本申请立足现有的解决方案,提
出基于楼层和双减速位移校正点编码的中速电梯长站平层系统和方法。
3
目的楼层的行程误差,即平层精度10÷(2.8×10)≈0.3571%(1);“10”是GB10058‑2009平
3
层精度±10mm,“2.8×10”是《国家住宅设计规范》层高2.8m。平层精度0.3571%过于严酷,
不得不增设上/下平层和门区开关,使用爬行低速实现准确平层‑‑‑本申请直接停靠平层的
要点是降低0.3571%的精度要求。
>V1;诀窍就是“景象匹配”的位置误差校正:巡航导弹飞行途中“景象匹配”,多次校正航迹
误差。本申请借鉴“景象匹配”的思想,提出基于双减速位移校正点提高平层精度的方法:式
3 3
(1)分子保持10,若将分母的2.8×10降至2.8×10/n,n>1;则平层达标的相对精度指标将
降至0.3571%×n,不但提高了电梯快速性,而且能消除平层时的低速爬行,实现电梯直接
停靠平层。理论分析得出影响平层位移精度的因素:电梯运行速度V,换速距离h,电梯载荷
m,爬行速度Vc。本文剔除爬行速度Vc直接停靠;m是随机变量,可测不可控(仅过载报警);本
申请的双减速使电梯平层的V↓、h↓,→电梯的平层精度↑↑。此外,CEDES红外扫码存在安装精
度要求过高、运维量大,受可见光干扰、误码率偏高等缺点,提出“二乘二取二”激光扫描枪
的改进设计。
发明内容
成,楼层和双减速位移校正点编码的码带包括第1码带、第2码带,“二乘二取二”扫描枪包括
第1组扫描枪、第2组扫描枪;电梯的左导轨配置码带框、框槽内嵌入第1码带,电梯的右导轨
与左导轨相同,码带朝向电梯轿厢的一侧、沿井道的垂直方向展开;“二乘二取二”扫描枪安
装在桥厢的顶部,第1组扫描枪正对第1码带,第2组扫描枪与第1组扫描枪相同;
信息,扫描枪读取的信息输出至主控制器;主控制器借助楼层和双减速位移校正点编码实
施二次位移误差校正,通过速度控制器进行二次减速、实现直接停靠的长站平层;扫描枪型
号2877CCD、增量编码器型号ERN 1387、主控制器型号MB11MN、速度控制器型号VS11MN、变频
器型号VS11MN、曳引机型号PM11、桥厢型号JX11。
第1码带相同;第1码带的I区编码由功能码域和楼层码域组成,功能码域的功能码3bit、楼
层码域的楼层码5bit,楼层码采用海明距离1的可靠性编码格雷码,I区编码的含义见下表;
22mm,X≥1;其中,顶/底楼无上/下平层开关线;
点,S值secondregulate_acceleration point取决于减速参数;
时使用功能码的无效码+楼层码的无效码作底色,然后精准定位点的码条“3×floor‑2”覆
盖之。
组扫描枪的I区扫描枪与II区扫描枪并列布置,分别正对第1码带的I区编码与II区编码,第
2组扫描枪与第1组扫描枪相同;扫描枪的输出执行“二乘二取二”算法,这是一种组合双机
热备和二取二的复合算法:
的“位移校正”是指以电梯己知的、实际位移为基准,校正理想速度曲线上电梯的工作点:
“滑移”时理想速度曲线输出脉冲,但未产生位移,“溜车”时理想速度曲线未输出脉冲,却产
生位移,校正“滑移”理想速度曲线超前、“溜车”理想速度曲线滞后的工作点;
需预留后程匀速位移;
实现直接停靠平层;电梯匀速运行时,利用双减速位移校正点已知的位置坐标校正理想速
度曲线,用户体验佳;楼层采用可靠性编码格雷码,只有门区开关线和第2减速校正点的编
码条需沿井道垂直方向精准定位,消除了APS井道内设计绝对位置坐标的技术经济难题;高
可靠“二乘二取二”激光扫描枪克服了红外扫码存在的缺点;立足现有中速电梯长站平层解
决方案,创新的技术连续性有助于工程实施。
附图说明
具体实施方式
曳引机70、桥厢80组成,楼层和双减速位移校正点编码的码带10包括第1码带100、第2码带
200,“二乘二取二”扫描枪20包括第1组扫描枪1、第2组扫描枪2;电梯的左导轨配置码带框、
框槽内嵌入第1码带100,电梯的右导轨与左导轨相同,码带朝向电梯轿厢的一侧、沿井道的
垂直方向展开;“二乘二取二”扫描枪20安装在桥厢80的顶部,第1组扫描枪1正对第1码带
100,第2组扫描枪2与第1组扫描枪1相同;
位移校正点编码信息,扫描枪读取的信息输出至主控制器40;主控制器40借助楼层和双减
速位移校正点编码实施二次位移误差校正,通过速度控制器50进行二次减速、实现直接停
靠的长站平层;扫描枪型号2877CCD、增量编码器型号ERN 1387、主控制器型号MB11MN、速度
控制器型号VS11MN、变频器型号VS11MN、曳引机型号PM11、桥厢型号JX11。。
展开,图中用虚线框标注以示区别。
梯左导轨的码带框槽,第2码带200与第1码带100相同;第1码带的I区编码110由功能码域和
楼层码域组成,功能码域的功能码3bit、楼层码域的楼层码5bit,楼层码采用海明距离1的
可靠性编码格雷码,I区编码的含义见下表;
22mm,X≥1;其中,顶/底楼无上/下平层开关线;
点,S值secondregulate_acceleration point取决于减速参数;
的码条“3×floor‑2”覆盖之。
道垂直方向±100mm,用于转入爬行低速、是平层精度的技术保障条件。
需进行位移校正;后者,字面意义理解,无位移校正功能。所谓的“位移校正”是指以位移校
正点为基准,校正理想速度曲线上电梯的工作点。
扫描枪22相同;第1组扫描枪的I区扫描枪21与II区扫描枪22并列布置,分别正对第1码带的
I区编码110与II区编码120,第2组扫描枪2与第1组扫描枪1相同;扫描枪20的输出执行“二
乘二取二”算法,这是一种组合双机热备和二取二的复合算法:
的“位移校正”是指以电梯己知的、实际位移为基准,校正理想速度曲线上电梯的工作点:
“滑移”时理想速度曲线输出脉冲,但未产生位移,“溜车”时理想速度曲线未输出脉冲,却产
生位移,校正“滑移”理想速度曲线超前、“溜车”理想速度曲线滞后的工作点;
需预留后程匀速位移;
文中未展开讨论。