一种电梯驱动控制、节能一体化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电梯驱动控制、节能一体化系统，该系统采用基于双DSP和FPGA的主控单元，采集曳引机电压电流、速度位置等信息，综合判断后，完成对电梯曳引机控制。同时采用超级电容器组作为再生制动能量存储器件和电梯驱动控制子系统运行的供电电源，在电梯子系统运行的制动过程中存储能量。超级电容器通过双向直流变换器直接并联直流母线，主控单元利用电梯信号采集单元实时监测电梯运行状态，完成超级电容模块充放电模式的转变，达到节能目的。本系统充分利用超级电容器放电电流大、使用寿命长、充放电时间短和电容密度大等特点，提高了电梯运行的节能效率和安全性，具有很高的社会效益和经济效益，符合环保和可持续发展的观念。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电梯应用和节能领域，特别是一种电梯驱动控制、节能一体化系统及方法。
技术介绍
随着城市建设的加快和工业化程度加剧，城市人口分布的越来越密集，高层、超高层建筑的不断涌现，电梯的需求量急速膨胀，电梯供不应求。与此同时，越来越多的人注意到，电梯能耗问题又是一项新的挑战。电梯耗电占整个建筑总用电量的17％～25％，仅次于空调的耗电量。对于电梯运行过程中减速上行和加速下行时产生的制动能量，通常是经由电阻以热能的形式消耗掉，这样不仅造成巨大的能量浪费，同时由于这些耗能电阻发热使环境温度升高，造成故障。若能将电梯回馈的能量进行再利用，将能节约很大一部分能量，对于庞大的电梯使用数量而言，每年将产生可观的经济效益。可见对电梯节能技术的开发潜力巨大、意义非凡。近年来有一定发展的电梯节能方法是将制动能量反馈电网，但进行实时回馈时，难以保证回馈能量与交流电网保持一致的频率和相位，且回馈成分中的高频部分会对电网的稳定性产生一定的冲击，能量回馈的质量难以保证。综上所述，致力于发展超高速电梯驱动控制与节能一体化系统的研究不仅有助于推动国内电梯节能技术的发展，为国家节能减排做出贡献，而且可以提高民族电梯品牌的形象，促进国内电梯业的进一步蓬勃发展。随着超级电容技术的发展，为电梯节能技术提供了新的发展方向。作为新型储能元件，电容值为法拉级，目前最大可达数十万法拉，超级电容不仅功率密度比较高，充放电迅速，而且其电能储存能力比较强。另外超级电容还具有使用灵活，能量关系简单便于组合使用，工作温度范围大，可在恶劣环境下工作，环境友好无污染，使用寿命长，维护简单等优点，因此超级电容研究与应用近年来受到国内外的高度重视。到目前为止，世界各国都对超级电容器进行了研制，并取得了显著的成果，超级电容器的各类性能指标都有了大幅度的提升，目前超级电容器已经在很多领域得到了广泛的应用。目前已有的采用超级电容作为备用电源相关研究，都只是将超级电容作为系统的备用电源，能量利用率不高，而且与系统的一体化结合不完善，都采用单独的控制器，不利于电梯驱动系统自身资源，达到最高的节能效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电梯驱动控制、节能一体化系统，能够对电梯曳引机进行驱动控制，同时可以充分回收电梯再生制动能量达到节能目的。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种多曳引机同步驱动电梯控制系统及方法，包括AC/DC整流器，直流母线，DC/AC逆变器，曳引机驱动系统，电梯曳引机，超级电容组，双向之流变换器，DC/DC电源模块，主控制单元，电梯运行信息采集单元，制动单元。外部交流电网通过AC/DC整流器与直流母线相连，直流母线通过DC/AC逆变器与电机驱动控制子系统连接，电机驱动控制子系统和电梯曳引机相连，其中AC/DC变换器与外部交流电网相连，直流母线连接AC/DC变换器与DC/AC逆变器，电梯曳引机运行时，外部交流电网通过AC/DC变换器、DC/AC变换器给曳引机驱动系统提供能量。电梯运行信息采集单元分别与曳引机驱动系统和电梯曳引机相连，采集电梯运行时的电压、电流、速度、位置等信息，并与主控制单元相连，向上述电梯运行信息发送给主控单元，主控单元根据上述信息综合判断采取决策，通过DSP以及可编程逻辑器件FPGA对曳引机驱动系统进行控制，曳引机驱动系统带动电梯曳引机运行；超级电容器组通过DC/DC变换器与直流母线相连，超级电容器组通过DC/DC变换器吸收和存储电梯曳引机运行过程中产生的制动能量，并在电梯曳引机电动状态下将存储的能量回馈；双向DC/DC变换器与主控制单元相连，主控制单元根据信号采样电路采集超级电容器组和双向DC/DC变换器的运行参数信号，并将所述信号存储在系统控制器中；系统控制器通过电梯运行信息采集单元的输出信号以及双向DC/DC变换器的运行信息综合判断来控制DC/DC变换器，从而对超级电容器组的充放电进行控制。DC/DC电源模块从直流母线上获取直流电压，并与主控制单元相连，为其提供工作电压，在外部电网发生故障停电时，能够利用超级电容组储存的能量，维持主控制单元运行，主控制单元发出故障报警，完成断电前的现场恢复，切换到紧急平层工作状态，利用超级电容器组存储的能量对曳引机驱动系统进行控制，实现电梯曳引机的平稳安全运行。主控制单元连接制动单元，在发生紧急情况时通过抱闸将曳引机抱死。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术采用电梯曳引机驱动和超级电容模组的一体化控制，主控单元采用双DSP加FPGA的架构，对外部信号处理更快更高效，对曳引机控制更加灵活，对故障信号处理更迅速，采集的信息更多，综合决策更加合理，对超级电容模组的充放电管理更加准确高效；(2)本专利技术充分利用超级电容器大电流放电、电容密度高、功率密度大、使用寿命长以及充放电时间短等特点，存储电梯子系统再生制动能量，节能效果十分明显；(3)本专利技术通过存储电梯子系统再生制动能量，超级电容器组在外部交流电网断电时可作为电梯驱动子系统正常运行的备用电源，保证主控制单元供电，维持对整个系统的信号采集和控制，同时为曳引机驱动系统供电，保证电梯的紧急平层，提高了电梯系统的安全性。附图说明图1为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统的结构示意图。图2为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统的双向DC/DC变换器等效电路图。图3为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统的双向DC/DC变换器降压模式等效电路图，其中图a)为Boost变换器示意图，图b)为S闭合等效原理图；图c)为S关断等效原理图；图d)为电压波形图。图4为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统的双向DC/DC变换器升压模式等效电路图，其中图a)为Boost变换器示意图，图b)为S闭合等效原理图；图c)为S关断等效原理图；图d)为电压波形图。图5为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统控制原理图。图6为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统的主控单元结构示意图。图7为本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统外部电网供电时系统功率流向图。图8本专利技术电梯驱动控制、节能一体化系统超级电容组供电时系统功率流向图。具体实施方式结合图1，本专利技术的一种电梯驱动控制、节能一体化系统，包括AC/DC整流器2，直流母线3，DC/AC逆变器4，曳引机驱动系统6，电梯曳引机7，超级电容组11，双向之流变换器8，DC/DC电源模块5，主控制单元9，电梯运行信息采集单元10，制动单元12；外部交流电网1通过AC/DC整流器2与直流母线3相连，直流母线3通过DC/AC逆变器4与电机驱动控制子系统6连接，电机驱动控制子系统6和电梯曳引机7相连，其中AC/DC变换器2与外部交流电网1相连，直流母线连接AC/DC变换器2与DC/AC逆变器4，电梯曳引机7运行时，外部交流电网1通过AC/DC变换器2、DC/AC变换器4给曳引机驱动系统6提供能量；电梯运行信息采集单元10分别与曳引机驱动系统6和电梯曳引机7相连，采集电梯运行时的电压、电流、速度、位置信息，并与主控制单元9相连，将上述电梯运行信息发送给主控单元9，主控单元9根据上述信息通过双DSP以及可编程逻辑器件FPGA对曳引机驱动系统6进行控制，曳引机驱动系统6带动电梯曳引机运行；超级电容器组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电梯驱动控制、节能一体化系统，其特征在于，包括AC/DC整流器(2)，直流母线(3)，DC/AC逆变器(4)，曳引机驱动系统(6)，电梯曳引机(7)，超级电容组(11)，双向之流变换器(8)，DC/DC电源模块(5)，主控制单元(9)，电梯运行信息采集单元(10)，制动单元(12)；外部交流电网(1)通过AC/DC整流器(2)与直流母线(3)相连，直流母线(3)通过DC/AC逆变器(4)与电机驱动控制子系统(6)连接，电机驱动控制子系统(6)和电梯曳引机(7)相连，其中AC/DC变换器(2)与外部交流电网(1)相连，直流母线连接AC/DC变换器(2)与DC/AC逆变器(4)，电梯曳引机(7)运行时，外部交流电网(1)通过AC/DC变换器(2)、DC/AC变换器(4)给曳引机驱动系统(6)提供能量；电梯运行信息采集单元(10)分别与曳引机驱动系统(6)和电梯曳引机(7)相连，采集电梯运行时的电压、电流、速度、位置信息，并与主控制单元(9)相连，将上述电梯运行信息发送给主控单元(9)，主控单元(9)根据上述信息通过双DSP以及可编程逻辑器件FPGA对曳引机驱动系统(6)进行控制，曳引机驱动系统(6)带动电梯曳引机运行；超级电容器组(11)通过DC/DC变换器(8)与直流母线(3)相连，超级电容器组(11)通过DC/DC变换器(8)吸收和存储电梯曳引机(7)运行过程中产生的制动能量，并在电梯曳引机(7)电动状态下将存储的能量回馈；双向DC/DC变换器(8)与主控制单元(9)相连，主控制单元(9)根据信号采样电路采集超级电容器组(11)和双向DC/DC变换器(8)的运行参数信号，并将所述信号存储在系统控制器(9)中；系统控制器(9)通过电梯运行信息采集单元(10)的输出信号以及双向DC/DC变换器(8)的运行信息综合判断来控制DC/DC变换器(8)，从而对超级电容器组(11)的充放电进行控制；DC/DC电源模块(5)从直流母线(3)上获取直流电压，并与主控制单元(9)相连，为其提供工作电压，在外部电网(1)发生故障停电时，利用超级电容组(11)储存的能量，维持主控制单元(9)运行，主控制单元(9)发出故障报警，完成断电前的现场恢复，切换到紧急平层工作状态，利用超级电容器组(11)存储的能量对曳引机驱动系统(6)进行控制，实现电梯曳引机(7)的平稳安全运行，主控制单元(9)连接制动单元(12)，在发生紧急情况时通过抱闸将曳引机抱死。...

【技术特征摘要】
1.一种电梯驱动控制、节能一体化系统，其特征在于，包括AC/DC整流器(2)，直流母线(3)，DC/AC逆变器(4)，曳引机驱动系统(6)，电梯曳引机(7)，超级电容组(11)，双向之流变换器(8)，DC/DC电源模块(5)，主控制单元(9)，电梯运行信息采集单元(10)，制动单元(12)；外部交流电网(1)通过AC/DC整流器(2)与直流母线(3)相连，直流母线(3)通过DC/AC逆变器(4)与电机驱动控制子系统(6)连接，电机驱动控制子系统(6)和电梯曳引机(7)相连，其中AC/DC变换器(2)与外部交流电网(1)相连，直流母线连接AC/DC变换器(2)与DC/AC逆变器(4)，电梯曳引机(7)运行时，外部交流电网(1)通过AC/DC变换器(2)、DC/AC变换器(4)给曳引机驱动系统(6)提供能量；电梯运行信息采集单元(10)分别与曳引机驱动系统(6)和电梯曳引机(7)相连，采集电梯运行时的电压、电流、速度、位置信息，并与主控制单元(9)相连，将上述电梯运行信息发送给主控单元(9)，主控单元(9)根据上述信息通过双DSP以及可编程逻辑器件FPGA对曳引机驱动系统(6)进行控制，曳引机驱动系统(6)带动电梯曳引机运行；超级电容器组(11)通过DC/DC变换器(8)与直流母线(3)相连，超级电容器组(11)通过DC/DC变换器(8)吸收和存储电梯曳引机(7)运行过程中产生的制动能量，并在电梯曳引机(7)电动状态下将存储的能量回馈；双向DC/DC变换器(8)与主控制单元(9)相连，主控制单元(9)根据信号采样电路采集超级电容器组(11)和双向DC/DC变换器(8)的运行参数信号，并将所述信号存储在系统控制器(9)中；系统控制器(9)通过电梯运行信息采集单元(10)的输出信号以及双向DC/DC变换器(8)的运行信息综合判断来控制DC/DC变换器(8)，从而对超级电容器组(11)的充放电进行控制；DC/DC电源模块(5)从直流母线(3)上获取直流电压，并与主控制单元(9)相连，为其提供工作电压，在外部电网(1)发生故障停电时，利用超级电容组(11)储存的能量，维持主控制单元(9)运行，主控制单元(9)发出故障报警，完成断电前的现场恢复，切换到紧急平层工作状态，利用超级电容器组(11)存储的能量对曳引机驱动系统(6)进行控制，实现电梯曳引机(7)的平稳安全运行，主控制单元(9)连接制动单元(12)，在发生紧急情况时通过抱闸将曳引机抱死。2.根据权利1所述的电梯驱动控制、节能一体化系统，其特征在于，主控制单元(9)以双DSP和FPGA为核心，采集电梯驱动子系统和电梯节能子系统的信息，分别对DC/DC变换器(8)和曳引机驱动系统(6)加以控制，实现电梯驱动控制；主控制单元(9)包括主DSP模块、从DSP模块、FPGA模块信号采样电路、信号调理电路、辅助电源电路、驱动电路，通过信号采样电路和调理电路对电梯运行信息采集单元(10)各传感器输出的信号进行处理，结果输出给DSP和FPGA模块进行处理，FPGA实现双DSP模块的数据交换和SPI通信，FPGA模块对故障信号进行处理，根据随行电缆得到的各传感器信号得到继电器输出控制信号，DSP根据曳引机速度、位置、电压电流等信息通过控制算法得到曳引机控制决策信号，完成对曳引机驱动系统(6)的控制。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，朱孟韬，吴益飞，杨杰，沈宏丽，陈庆伟，樊卫华，李胜，汤冯伟，林立斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32