方会松
浙江省特种设备科学研究院， 浙江 杭州 310000
摘要：电梯作为现代生活不可或缺的垂直升降运输工具，存在于高层住宅、商场和机场等众多场合，是现代建筑中必不可少的组成部分。电梯作为耗能的大户，利用节能电梯技术已成大势所趋，绿色节能已然成为电梯行业发展的主要方向。目前电梯技术的最前沿发展的是基于永磁同步电机能源再生技术，采用钢带无润滑油污染史引方式，并通过对特种设备安全性的剖析，设计了一种绿色电梯的曳引机驱动与控制系统。
关键词：绿色；电梯电气系统；设计
引言
随着我国经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，城市高层建筑如雨后春笋般拔地而起，与此相应，作为一种可垂直升降运输的工具一电梯也得到迅猛发展。因此，其安全性和可靠性，快速准确，舒适性，于人们而言这是非常重要的。电梯控制是机电一体化的一部分，自动化的研究领域，其中涉及到很多方面，其中包括：电气工程，电子，电力电子，机电和拖动理论，自动控制理论，电气传动自动化控制系统，计算机技术和多项民用工程和其他科学领域。建设节约型社会己成为我国政府多年来的重点工作。电梯作为一个能源消耗大头，采用节能电梯已经成为一种趋势，绿色能源仍是电梯行业发展的主要方向。
1绿色电梯系统总体结构设计
绿色电梯系统通常包含牵引力控制系统，传动系统，牵引系统和电气安全系统。控制系统采用MCF54415控制芯片，处理各种呼叫处理指令和功能的命令。驱动系统采用传统的交－直－交电路结构，采用DSP作为驱动芯片，提高了系统运行的控制性能，牵引机系统运行更加顺杨，以提高乘坐舒适性；曳引系统采用新式的永磁同步电机，利用其卓越的系能，降低系统能耗，使系统更加稳定。电气安全保护由控制系统实时监测系统动态，对曳引机系统提供保护，保障乘客的人身安全。
2绿色电梯电气系统核心器件的参数计算及选型
2.1逻辑控制芯片
在现代电梯控制系统中，控制芯片是整个控制系统的核心，它是电梯的完全控制运行高级算法执行单元。在利弊的性能和芯片的匹配度和整个系统的一个重要因素是影响电梯系统操作的性能。为了保证在电梯Ｗ及乘客的安全稳定运行，该系统通常需要大量的安全控制信号监测和故障信号。在实现各种不同的功能性运行控制，例如火灾功能的实现，自家发电控制，都需要控制芯片控制运行逻辑。在目前市场上，有多款处理器芯片符合控制的要求，如亚德诺半导体公司的BF50X系列、乂思卡尔半导体公司MCF5441X系列等。MCF5441X微处理器是飞思卡尔半导体为低功耗、成本敏感的工业应用新推出的系列。可利用处理器广泛的片上连接和模拟功能，从而减少系统级离散组件、降低功耗、减小板的尺寸、减少开发工作，并降低系统成本。其主要特点有：
（1）带有集成L2交换模块和高精度硬件时间戳（IEEE1588）的双以太网；
（2）低功耗、实时控制工业微处理器（MPU），可以应对工业以太网的迅速发展；
（3）带有高速、高精度脉宽调制器和双高速ADC的集成运动控制模块／定时器；
（4）集成模拟模块，包括双ADC和DAC；
（5）最多可配置10个UART，节省了外部UART扩展芯片的费用；
（6）丰富的串行连接功能，可将旧有应用集成到以太网解决方案中。
2.2驱动控制芯片
随着半导体技术，越来越多类型的芯片，开发不同类型的处理器和功能的广泛用于各种类型的自动控制设备。诸如普通的电动玩具中使用的8位单片机，其价格低廉，操作简单，低端应用，以满足控制要求。更先进的FPGA，价格较高，强大的数据处理能力，并在各类工业设备更多使用。
其他的，如ARM，CPLD，DSP等不同类型的处理器，都用自己的优势，广泛应用于生产和生活的各个方面，大大增加了工业生产的效率，同时也改善我们的日常生活。基于电梯系统的实际需要，主控制芯片应该有一个稳定的系统性能和大量数据的实时处理的能力，不仅能够运行的先进的电机控制算法用于电机控制的，但也能够外部电流电压，电动机的编码器信号的采集和处理，也可从整个系统的结构方面的角度来看，除了基本功能，该芯片也应该有一个通信模块，以及一定数量的输入、输出端口。在当前的市场，有各种各样的DSP处理器芯片来满足上述要求，诸如德州仪器公司的TMS320F2000系列、亚德诺半导体公司的BF50X系列等。鉴于项目产品研究的延续性以及对开发环境的熟悉程度，本文主要使用的是TI公司的TMS320F2000系列DSP。TMS320F2000系列的DSP产品广泛应用于工业领域，它结合使用微处理器的控制外设集成并且有很方便的使用，具有较强的控制计算能力和信号处理能力，而且还具有语言编程的效率更高，可以实现复杂的控制算法，使得该系列的DSP已广泛应用于工业控制。
2.3永磁同步曳引机
曳引机作为一个系统，主要包括电动机和制动器两个组成部分，其他还有联轴器、曳引轮等其他部件。牵引电机是电梯的一个重要组成部分，它是整个电梯的动力源。目前市场上的牵引电机的种类较多，有许多不同类型的曳引机，其中永磁同步曳引机是将无轴承技术运用到永磁同步电机上的新型无轴承电动机。永磁同步曳引机以其体积小，低转速、输出转矩大、运行平稳，噪音低，免维护的优点，已经在电梯行业中受到广泛关注，所以本项目选择永磁同步曳引机作为电梯的动力装置。制动器作为电梯安全保障的重要部件，要求其在大强度的工作条件下能够保持性能稳定，要能够使运行中的电梯在切断电源时自动把轿厢制动停止；当电梯停止运行时，制动器应能保证在超过一定额定载荷的情况下，使轿厢能够保持静止。电梯曳引机系统采用普通电磁制动器。当电梯保持静止时，电磁制动器是没有电流通过线圈，电磁铁芯吸引力之间，在弹簧的制动作用的刹车片抱紧车轮制动器，电动机不转动；提升机动力旋转的瞬间时，电磁制动电磁线圈同时通电电磁铁核也受力，刹车片开放，制动轮支队电梯运行迅速拉制动弹簧；当电梯轿厢到达时所需的地板上，牵引电化失去动力，制动电磁线圈被激励的同时，电磁铁巧磁性迅速消失，弹簧的芯通过制动器复位制动臂的作用下，使制动蹄块刹车轮再次抱住，电梯停止运行。
2.4编码器
在电桥的运行过程中，实时捕准确捉电机转动速度和位置及其重要，首先只有获知电机的运行速度，才能对电机实施速度闭环控制，提高电梯运行性能和措乘电梯的舒适性；其次，作为一种载人交通运输王具，实时掌握电机的速度对人员的安全有重要意义，能够监控安全状态，提前预防事故。在目前的技术条件下，电机的速度和位置传感器的检测主要有兰种：光电编码器，旋转变皮器及电磁式编码器。其中，所述旋转编码器和光电编码器的功能是相似的，但旋转编码器能在恶劣的工作条件下使用；磁性编码器的光学编码器改善了通过磁感应装置，使用一个变化的磁场Ｗ产生转子的绝对位置，它的使用取代了传统的光编码器码盘的磁性装置，弥补了光电编码器的一些缺点，更加抗震、耐腐蚀、耐污染，性能更可靠，结构更简单。综合考虑传感器的工作条件和成本，最终决定采用光电式编码器。
结语
绿色环保理念深入人心，绿色理念是电梯研究发展总趋势。电梯作为耗能的大户，利用节能电梯技术已成大势所趋，绿色节能已然成为电梯行业发展的主要方向。广大行业工作者应不断改进产品设计，环保，低能耗，低噪音，无泄漏的生产，不漏水井道导轨，无油污染，电磁干扰；降低能源再生技术中成本及提高转换效率，使其完全具备大范围推广应用的条件。
参考文献：
[1]陈晓燕.电梯控制与拖动技术及其发展趋势［Ｊ］．机械研究与应用，2011，04：12-15．
[2]郭志海.当代电梯控制系统的发展历程与展望［Ｊ］.中国电梯，2010，21(12):49-51.