电梯曳引机驱动、控制一体化系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电梯曳引机驱动、控制一体化系统，包括三相交流电源、整流模块、电路电容、逆变模块、第一保护电路模块、第二保护电路模块、曳引机模块、DSP+CPLD控制模块和标准通信接口；DSP+CPLD控制模块分别与逆变模块、曳引机模块、第一保护电路模块、第二保护电路模块、标准通信端口相连；电路电容串接于直流母线两侧；整流模块通过第一保护电路模块与三相交流电源相连；逆变模块通过第二保护电路模块与曳引机模块相连。本实用新型专利技术采用DSP+CPLD的控制方式，提高了电梯控制系统的安全性，且具有结构紧凑、体积小、便于维护等特点，同时减小了电梯所需空间，能够方便的实现无机房的布置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电梯驱动与控制领域，特别是一种电梯曳引机驱动、控制一体化系统。二
技术介绍
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，电梯的使用越来越普遍。据中国电梯协会统计数据显示，截至2011年我国电梯保有量已达165万台，电梯的生产量和消费量均为世界第一。由于电梯生产安装、运行维护和监督管理存在诸多问题，全国电梯事故频发，电梯运行已成为城市公共安全的新隐患，如何提高电梯的安全性和可靠性，并对电梯信号进行实时监控，关系到整个电梯行业的发展。目前，相当一部分电梯制造商采用单片数字信号处理器DSP或者更低级的单片机作为驱动器的控制芯片，若控制芯片出现故障，电梯曳引机很容易处于失控状态，如果没有一定可靠的硬件自动保护措施，很可能造成电梯事故，如若维护人员不能及时到达，势必对乘客身心健康造成影响。此外，电梯在运行过程中，用于曳引机控制的机电参数、摩擦系数、转动惯量等会不断地变化，电梯维护人员往往不能及时获取和更新控制柜所需要的各项参数，使得曳引机的控制性能往往不处于最佳状态，电梯的舒适性也就很难获得保障。采用无齿轮永磁同步电机曳引系统是电梯驱动技术的巨大飞跃，它完全可以取代现在用于电梯驱动系统的所有曳引技术。在永磁同步电机的矢量控制中，通常采用两种方法:电压前馈解耦控制法和电流反馈解耦控制法。电压前馈解耦控制是一种线性化的解耦控制方案，能够实现电机横轴电流iq和纵轴电流id的完全解耦。电压前馈解耦控制需要实时获取电机转速大小和横轴电流导数，对控制器和传感器提出了很高的要求，不易于微处理器实现。电流反馈解耦控制是一种近似的解耦控制，解耦性能随着电机转速的升高而下降。虽然电流反馈解耦控制得到的是近似的解耦模型，但电流反馈控制结构简单，便于微处理器实现。随着无机房与小机房技术的发展，对驱动器、控制系统等提出小型化、集成化、模块化和低功耗要求，因此电机驱动、控制和通信等集成化、一体化是发展趋势，也是电梯控制技术的一个重点。三
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种增加电梯安全性和舒适性的电梯曳引机驱动、控制一体化系统。实现本技术的技术解决方案为:一种电梯曳引机驱动、控制一体化系统，该系统主要包括:三相交流电源、整流模块、电路电容、逆变模块、第一保护电路模块、第二保护电路模块、曳引机模块、DSP+CPLD控制模块和标准通信接口 ；所述曳引机模块由永磁同步曳引机和与永磁同步曳引机同轴的编码器构成；所述DSP+CPLD控制模块由DSP主控制电路、CPLD从控制电路、信号采集与预处理电路和电源管理模块构成；所述DSP+CPLD控制模块分别与逆变模块、曳引机模块、第一保护电路模块、第二保护电路模块、标准通信端口相连；电路电容串接于直流母线两侧；整流模块通过第一保护电路模块与三相交流电源相连；逆变模块通过第二保护电路模块与曳引机模块相连；DSP主控制电路中的DSP芯片与CPLD从控制电路中的CPLD芯片通过IO端口相连；所述整流模块将三相交流电源转换为直流母线电压供逆变模块使用，并在直流母线之间串接电容电路增加直流母线电压的稳定性；逆变模块收到故障信号后向CPLD从控制电路输出报警信号，能够及时停止系统，并将故障信号反馈给DSP主控制电路；DSP+CPLD控制模块的DSP主控制电路负责处理来自信号采集与预处理电路的母线电流采样信号、母线电压采样信号以及曳引机模块的编码器信号，并输出控制逆变模块的6路PWM信号，CPLD从控制电路对来自系统内部和外部的逻辑信号及故障信号进行预处理，并将预处理后的信号以通信的方式通过IO端口反馈给DSP主控制电路；DSP+CPLD控制模块通过标准通信端口与外部控制单元及监控单元进行通信。本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统，整流模块分为可控整流模块和非可控整流模块；DSP+CPLD控制模块的主DSP控制电路中的DSP芯片采用TMS320F28335 ;逆变模块的核心为IPM模块，IPM模块内部集成了 7个IGBT、驱动回路、制动电路和保护电路，其保护电路又包括过流保护、短路保护、过热保护和欠压保护。本技术与现有技术相比，其显著优点:1)本技术集曳引机驱动、控制于一体，一方面使用DSP+CPLD架构，CPLD对大量逻辑信号进行预处理，提高了电梯控制系统的安全性，降低了主控制芯片DSP的工作量，防止因控制器故障造成的电梯安全事故的发生。2)该一体化系统采用永磁同步无齿轮曳引机，且控制功能集中由DSP+CPLD控制模块实现，减小了电梯所需要的空间，能够方便的实现无机房的布置。3)实现了电梯驱动一体化、小型化、集成化。四附图说明图1是本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统的曳引机驱动、控制和节能一体化系统的结构示意图。图2是本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统的DSP+CPLD控制模块内部连接关系图。图3是本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统的DSP+CPLD控制流程图。图4是本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统的双闭环矢量控制策略的速度外环的算法流程图。图5是本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统的双闭环矢量控制策略的电流内环的算法流程图。图6是本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统的信息采集与预处理电路的结构示意图。五具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步的详细描述。1、基于DSP+CPLD的新型电梯曳引机驱动、控制一体化系统如图1所示，本技术电梯曳引机驱动、控制一体化系统包括三相交流电源1、整流模块3、电路电容4、逆变模块5、第一保护电路模块2、第二保护电路模块6、曳引机模块7、DSP+CPLD控制模块8和标准通信接口 9 ;所述曳引机模块7由永磁同步曳引机和与永磁同步曳引机同轴的编码器构成。 所述DSP+CPLD控制模块8分别与逆变模块5、曳引机模块7、第一保护电路模块2、第二保护电路模块6、标准通信端口 9相连；电路电容4串接于直流母线两侧；整流模块3通过第一保护电路模块2与三相交流电源I相连；逆变模块5通过第二保护电路模块6与曳引机模块 相连；DSP主控制电路中的DSP芯片与CPLD从控制电路中的CPLD芯片通过IO端口相连。本设计采用交-直-交的控制方式，整流模块3将三相交流电源I转换为直流母线电压供逆变模块5使用，并在直流母线之间串接电容电路4增加直流母线电压的稳定性；逆变模块5收到故障信号后向控制器输出报警信号，能够及时停止系统，并将故障信号反馈给DSP+CPLD控制模块8 ；DSP+CPLD控制模块8的DSP主控制电路负责处理来自信号采集与预处理电路的母线电流采样信号、母线电压采样信号以及曳引机模块7的编码器信号，并输出控制逆变模块5的6路输出报警信号，CPLD从控制电路对来自系统内部和外部的逻辑信号及故障信号进行预处理，并将信息以通信的方式通过IO端口反馈给DSP主控制电路；DSP+CPLD控制模块8通过标准通信端口 9与外部控制单元及监控单元进行通信。整流模块3分为可控整流模块和不可控整流模块，可以根据实际需要灵活配置:若需要调节直流母线电压，或是将来需要将制动能量反馈回电网，则采用可控整流模块；若不需要对直流母线电压进行调节，或是不需要将制动能量反馈回电网则采用不可控整流模块，以降低成本。本次设`计采用不可控整流模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电梯曳引机驱动、控制一体化系统，其特征在于：包括三相交流电源(1)、整流模块(3)、电路电容(4)、逆变模块(5)、第一保护电路模块(2)、第二保护电路模块(6)、曳引机模块(7)、DSP+CPLD控制模块(8)和标准通信接口(9)；所述曳引机模块(7)由永磁同步曳引机和与永磁同步曳引机同轴的编码器构成；所述DSP+CPLD控制模块(8)由DSP主控制电路、CPLD从控制电路、信号采集与预处理电路和电源管理模块构成；所述DSP+CPLD控制模块(8)分别与逆变模块(5)、曳引机模块(7)、第一保护电路模块(2)、第二保护电路模块(6)、标准通信端口(9)相连；电路电容(4)串接于直流母线两侧；整流模块(3)通过第一保护电路模块(2)与三相交流电源(1)相连；逆变模块(5)通过第二保护电路模块(6)与曳引机模块(7)相连；DSP主控制电路中的DSP芯片与CPLD从控制电路中的CPLD芯片通过IO端口相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，刘智君，杨莹莹，吴益飞，王苏华，向峥嵘，陈庆伟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：实用新型
国别省市：