浅析电梯一体化控制系统的优缺点

自2004年上海国际电梯展览会到现在，伴随着我国电梯行业的迅速发展、市场扩大，一大批电梯部件企业在产品创新和生产加工能力上都有了很大的提高。
电梯作为一种重要的运载工具，控制系统是其主要部件之一，为人们的日常生活提供了极大的便利。而电梯一体化控制系统在实际应用中极大地提高了电梯运行的安全性和稳定性，随着城市现代化进程的加快，电梯应用频率越来越高，应加强对电梯一体化控制系统的分析和研究，充分发挥电梯一体化控制系统的应用优势。
一体化控制方式是用一个主控系统对各回路进行集中控制，这种方式减少了零部件数量，安装步骤更简单化，在减少了控制系统的安装和维护成本的同时，也兼顾了电梯安全、稳定运行的基本要求。这种控制方式迅速通过了市场的检验，目前已成为电梯行业主流。本文主要总结了电梯一体化控制系统的各种优势，也提出了工作中这种控制方式会出现的问题。
1 电梯一体化控制系统综述
1.1 电梯一体化控制系统的概念
电梯一体化控制系统是在系统硬件和软件整体设计上，把电梯控制系统和驱动系统高度集成，实现控制系统和驱动系统一体化的电梯控制系统。
1.2 电梯一体化控制系统的原理
电梯一体化控制系统包括楼层显示、层站召唤、主控制器等部件，主控制器具有驱动控制和逻辑控制功能，对减速、平层等井道信息进行接收处理，输出控制抱闸基础接触器和运行接触器。
1.3 电梯一体化控制系统的特点
电梯一体化控制系统实现了变频驱动控制和电梯逻辑控制的高度结合，在变频器控制系统中集成电梯微机控制功能，充分优化变频器驱动电梯的应用功能。电梯一体化控制系统控制与驱动是一体化的，在占地空间、外围配置、安装调试和制造成本上具有无可比拟的优势，也从根本上改善了电梯的运行性能和可靠性。电梯一体化控制系统可以实现多种调试方式、N条曲线输出、楼宇智能化、远程监控、短消息报修、蓄电池运行等功能。电梯一体化控制系统在实际应用中，不仅有效提高了电梯运行的可靠性和安全性，而且在制造成本、安装调试、外围配置、占地空间等方面优势明显，并且通过运用蓄电池运行、PDA调试、短消息报修、远程监控、楼宇智能、直接停靠等新技术，有效提高了电梯控制水平。
2 电梯一体化控制系统分类
考虑到实现一体化控制思路的不同，可以把一体化控制系统分为两种类型。
2.1 结构一体化控制系统
电梯的控制主板和变频驱动的控制主板集成为一块控制板的一体化控制系统。其控制思路如图1所示。
2.2 功能一体化控制系统
把电梯视为一个整体，不分电梯控制和驱动控制，控制板和驱动板可以不整合为一块控制板。其控制思路如图2所示。

图1 结构一体化控制系统控制思路

图2 功能一体化控制系统控制思路
3 电梯一体化控制系统的优缺点
3.1 结构一体化控制系统的优点
目前市场上常用的一体化控制系统。这种控制技术具有以下优势：（1）以距离为控制规则的直接停靠技术，实时生成速度曲线；（2）自动识别短层站运行；（3）灵活丰富的模块化结构设计；（4）驱动控制设计专业，环境适应能力优秀，对电网波动、粉尘、高温和雷电有较强防护；（5）精准实时时钟，有多样的分时控制功能，轻松实现智能化楼宇管理；（6）新型PWM死区补偿技术，有效降低电机噪音和电机损耗；（7）同时适用于同步和异步主机，同步主机静态自整定功能，异步主机无需自整定；（8）基于一体的控制驱动架构，整个装置结构紧凑、接线减少，提高了可靠性、简化了操作；（9）支持220 V AC电源输入，停电后UPS应急后备运行；（10）无载荷传感器载荷补偿启动技术的应用，使得电梯可以在不安装称重装置的情况下也有优异的启动舒适感；（11）加入简易键盘，调试、维护电梯变得更加简单易行；（12）支持多种调试手段：计算机软件调试、PDA软件调试、手持操作器调试；（13）采用简单易懂的功能参数设计，方便调试；（14）采用双重井道信息保护，大幅增加了系统的可靠性；（15）采用矢量控制技术，电机调速性能优秀，电梯运行舒适；（16）经过EMC实验室专业测试，抗干扰能力强，抗传导干扰和耦合干扰4 kV；（17）CAN串行通信，提升数据传输能力，增强通信可靠性；（18）冗余安全设计，具有安全保护功能的电梯控制和驱动控制，使安全系数提高。
3.2 结构一体化控制系统的缺点
因为变频器的输出波形里含有较多谐波，其中高次谐波会造成变频器输出的电流增加，使电机绕组发热，导致电机运行时产生噪音和振动，加速绝缘部分的老化。同时，这些不同频率的谐波会向周围空间发射不同频率的无线电干扰，这些干扰可能会导致其他设备产生误动作。在实际电梯设计中，也确实存在将变频驱动和主机分开远距离控制的情况，这时候就需要调整变频器的载波频率，用这种方法来减少谐波的干扰；或者是增加交流电抗器，但是这些操作就增加了现场调试难度和控制系统的使用成本。
3.3 功能一体化控制系统的优点
这种控制方式完全继承了结构一体化控制系统的优势，结构上又可以把控制板和驱动板分开50 m以上单独安装，很好地改善了机构一体化系统的一些不足之处，可以把功能一体化控制系统应用在更加复杂的场景。
3.4 功能一体化控制系统的缺点
目前在工作中发现的问题有两个，一是容易炸模块；二是串联通信芯片容易烧坏，导致外呼通信中断。
4 电梯一体化控制系统应用效果
在东莞某办公楼装了一台7层7站7门载重1 t额定速度1 m/s的载客电梯。使用某公司11 kW一体化变频器，额定功率为11 kW；某公司额定功率8.1 kW、额定电压380 V、额定电流20 A、额定频率15.9 Hz、额定转速95 r/min的无齿轮永磁同步曳引机。安装调试完成后，进行了现场的使用测试。系统组成如图3所示。
现场测试结果如下：
（1）功能测试结果：现场使用运行速度稳定，设计功能实现完好。系统组成的四象限运行模式，输出电流波形正好为正弦波，采用称重传感器实现无冲击启动，运行速度平滑。能量回馈单元也没有对周边系统和电网造成影响。
（2）节能效果：系统可实现四象限运行，能量回馈，能实现25%～45%节电能力。再生能量回馈电网的效率可达到95%，改善了运行效益。热损耗在耗能制动的4%以下，完全达到了节能的目的。

图3 系统组成
（3）成本对比：从表1可以得出结论，一体化控制系统不仅安装维护费用低于传统的微机板或PLC电梯控制系统，且在故障率上也低于传统控制系统。一体化控制系统在成本上和运行可靠性上都优于传统控制系统。

表1 传统控制系统电梯与一体化控制系统电梯数据对比
注：以上数据为本公司统计。
5 结语
随着现代化科学技术的快速发展，电梯一体化控制系统将越来越成熟，通过进一步优化电梯一体化控制系统设计，可以降低电梯维护管理成本，提高电梯运行的安全性和可靠性。
电梯一体化控制系统把逻辑控制和变频调速驱动控制整合在一起，提高了电梯控制系统的性能和可靠性，使电梯的安装维护更加方便简洁，也降低了成本。建议电梯行业在采用一体化控制系统时，积极发现该系统的不足之处，加强对该系统的完善与开发工作，以期提高电梯安全质量和技术水平，降低电梯维护成本，使电梯运行更加节能环保