电梯控制系统是如何实现轿厢精准停靠的?
日期: 2025-09-04 14:37 浏览次数 :
电梯控制系统实现轿厢准确停靠,是通过 “位置检测 + 速度控制 + 闭环反馈” 三大核心环节的协同作用,结合机械结构与电子系统的准确配合,将停靠误差控制在 ±10mm 以内(符合国标要求)。具体实现逻辑可拆解为以下五大关键步骤,从轿厢启动到停靠的全流程清晰呈现:
一、位置检测系统 —— 实时定位轿厢 “在哪”
要实现准确停靠,首先需实时获取轿厢在井道内的位置,这依赖于井道内的 “位置检测装置” 与轿厢的信号交互,核心设备包括:
1. 位置检测:确定轿厢所在楼层
井道平层感应器(核心设备):在每个楼层的井道壁上,安装 2-3 个 “平层感应开关”(多为光电传感器或磁感应器),对应轿厢顶部的 “感应挡板”—— 当轿厢接近目标楼层时,挡板先触发 “减速感应器”(提示轿厢开始减速),再触发 “平层感应器”(提示轿厢已到达平层位置),最后触发 “停止感应器”(确认停靠到位)。
例如:轿厢前往 10 楼时,当接近 10 楼井道,挡板先挡住 10 楼的 “减速感应器”,系统收到信号后开始降低轿厢速度;继续上行至挡板挡住 “平层感应器”,系统判断轿厢已对齐 10 楼地面,触发停止指令。
编码器与曳引机同步:曳引机(带动轿厢升降的电机)轴上安装 “旋转编码器”,可实时记录电机的旋转圈数 —— 由于曳引机钢丝绳与轿厢直接连接(电机旋转 1 圈,轿厢升降距离 = 电机周长 × 减速比),编码器通过计算旋转圈数,能间接推算轿厢的 “相对位置”,作为平层感应器的 “辅助定位”(避免单一感应器故障导致的定位偏差)。
2. 位置修正:消除累积误差
长期使用后,钢丝绳拉伸、电机打滑可能导致编码器的 “相对位置” 出现累积误差(如实际轿厢在 5 楼,编码器推算在 5.05 楼),需通过 “井道基准点” 修正:
在井道顶部或底部设置 1-2 个 “基准感应器”(如激光定位器),电梯每次上电启动或运行至顶层 / 底层时,会自动触发基准检测 —— 以基准点为 “零点”,重新校准编码器的位置数据,消除累积误差,确保位置检测的准确性。
二、速度控制系统 —— 控制轿厢 “怎么动”
准确停靠的核心是 “先快后慢、平稳减速”,避免轿厢因速度过快导致 “冲过楼层” 或 “停靠过急”,这依赖于 “曳引机调速系统” 的准确控制,核心逻辑是 “分段速度曲线”:
1. 速度曲线规划:按距离匹配速度
电梯控制系统会根据 “当前楼层” 与 “目标楼层” 的距离,自动生成 “加速→匀速→减速→低速停靠” 的分段速度曲线:
长距离运行(如从 1 楼到 30 楼):轿厢先快速加速至额定速度(如 2.5m/s,高层电梯常用速度),匀速运行节省时间;接近目标楼层前(如距离 30 楼还有 3 层时),开始按 “抛物线减速曲线” 逐步降速,避免急刹;
短距离运行(如从 5 楼到 6 楼):仅进行 “低速加速→低速减速”,不进入匀速阶段(防止刚加速就需减速,导致停靠不稳)。
2. 曳引机调速:执行速度指令
曳引机采用 “变频变压(VVVF)调速系统”,可根据控制系统的速度指令,准确调节电机的电压和频率:
加速阶段:VVVF 系统逐步升高电压和频率,电机转速平稳上升,轿厢匀速加速(加速度通常≤1.5m/s²,避免乘客不适);
减速阶段:VVVF 系统逐步降低电压和频率,电机转速缓慢下降,同时配合 “制动电阻” 消耗多余动能(避免电机惯性导致轿厢冲过楼层);
停靠前:当轿厢距离目标楼层约 50cm 时,速度降至 “爬行速度”(约 0.1-0.2m/s),此时即使有微小偏差,也能通过微调快速修正。
三、第三步:闭环反馈控制 —— 实时修正 “偏差”
仅靠预设的速度曲线和位置检测,仍可能因 “突发干扰”(如轿厢内载重变化、井道气流阻力)导致停靠偏差,需通过 “闭环反馈系统” 实时调整,确保偏差不扩大:
1. 速度反馈:对比 “实际速度” 与 “目标速度”
编码器除了检测位置,还能实时反馈曳引机的 “实际转速”(对应轿厢实际速度),控制系统将 “实际速度” 与 “预设速度曲线” 对比:
若实际速度比目标速度快(如轿厢载重轻,惯性大),系统立即降低 VVVF 的输出频率,减缓电机转速;
若实际速度比目标速度慢(如轿厢载重大,阻力大),系统升高输出频率,提升电机转速,始终让轿厢按预设曲线运行。
2. 位置反馈:修正 “实际位置” 与 “目标位置”
当轿厢进入 “平层区域”(距离目标楼层≤10cm),平层感应器的信号会以 “高频脉冲” 形式反馈给控制系统 —— 若检测到轿厢略高于目标楼层(如对齐 10 楼地面上方 5mm),系统会触发 “微动下行” 指令,让曳引机轻微反转,将轿厢下调至对齐位置;若略低于目标楼层,则触发 “微动上行”,直至位置完全对齐。
四、第四步:机械结构配合 —— 确保 “停稳” 不偏移
电子系统控制速度和位置后,还需机械结构的准确配合,避免停靠后因机械间隙导致的 “晃动” 或 “偏移”,核心机械部件包括:
1. 导靴与导轨:限制轿厢横向偏移
轿厢两侧安装 “导靴”(分为滚动导靴和滑动导靴),与井道内的 “导轨”(垂直钢轨)紧密贴合 —— 导靴能限制轿厢在升降过程中的横向晃动(如左右偏移),确保轿厢始终沿导轨垂直运行,停靠时不会因横向偏移导致 “门不对齐”(如轿厢门与楼层门错位)。
2. 制动器:实现 “零溜车” 锁定
曳引机上安装 “电磁制动器”(常闭型,断电时制动):当轿厢到达目标楼层,控制系统先触发 “减速停止”,待轿厢完全静止后,制动器立即 “抱闸”(刹车片夹紧曳引机轴),将轿厢牢牢锁定在当前位置,避免因钢丝绳打滑导致 “溜车”(即使断电,制动器也能保持锁定,确保安全)。
3. 门机同步:确保门与楼层对齐
停靠到位后,轿厢门与楼层门的 “对齐精度” 也会影响 “停靠体验”(若门错位,乘客进出不便):门机系统通过 “门机编码器” 检测轿厢门的位置,同时接收楼层门的 “门锁信号”,确保轿厢门与楼层门完全对齐后才开启(若错位超过 5mm,门机系统会先微调门位置,再开门)。
五、第五步:故障冗余设计 —— 避免停靠失效
为防止单一部件故障导致的停靠偏差,系统还设计了 “冗余保护”,确保特殊情况下仍能准确停靠:
双感应器备份:每个楼层的平层感应器至少安装 2 个(光电 + 磁感应),若其中 1 个故障,另 1 个仍能正常工作;
超速保护:若曳引机速度失控(如超速 15%),“限速器 - 安全钳” 系统会立即触发 —— 限速器检测到超速后,拉动安全钳夹紧导轨,强制轿厢停止(即使无电,也能机械制动);
断电应急停靠:若突发断电,电梯备用电源(蓄电池)会启动,驱动控制系统将轿厢缓慢运行至最近楼层停靠,避免轿厢悬停在两层之间。
总结:准确停靠的核心逻辑
电梯轿厢的准确停靠,本质是 “电子系统的准确控制” 与 “机械结构的稳定配合” 结合:
位置检测系统是 “眼睛”,实时告诉系统轿厢在哪;
速度控制系统是 “手脚”,按规划曲线控制轿厢快慢;
闭环反馈系统是 “大脑”,实时修正偏差,避免出错;
机械结构是 “骨架”,确保轿厢不晃、不溜、门对齐。
通过这一系列协同,将停靠误差控制在小范围,既保证乘客进出方便,又符合
电梯安全运行的国标要求。