1、电梯称重补偿技术探讨摘要：电梯的称重超载保护装置的重要性及其作用。发展电子称重, 电阻应变传感器是一种具有灵敏度高、稳定性好、线性好、准确可靠的传感器, 是一种较好的电梯称重装置。文章从称重补偿装置的原理、应用情况、形式等方面探讨了电梯的无称重补偿技术。 关键词：电梯； 称重补偿技术；称重装置 中图分类号：TU857 文献标识码： A 文章编号： 随着现代电梯控制精度要求的提高, 尤其是群控电梯还需要电梯轿厢内负载的实时信息, 用于电梯控制系统的调度和调控。通过电梯的称重装置, 判断电梯是重荷运行还是轻荷运行, 在重荷运行启动时给电机输入一个预负载电流, 以避免电梯启动时发生轿厢瞬间下滑或上滑
2、的现象。由于现代电梯能在不同的负载情况下可以自动调整电梯的启动转矩, 即根据电梯实际负载给出相应的启动电流, 让电梯启动变得更为平稳顺畅, 使电梯运行的舒适感、稳定性以及节能性达到最佳状态。现代电梯的许多功能如电梯的防捣乱功能、满载直驶功能以及超载保护报警功能等都是基于轿厢内负载情况下实现的。要确保上述电梯功能的实现, 就必需有一个可靠、准确、稳定的电梯称重装置。 下面浅述称重补偿装置的原理及其在电梯上的应用情况，以及电梯常用的称重补偿形式等，并有针对性地对电梯的无称重补偿技术提出初步的探讨。 1、电梯称重补偿的原理 以电涡流传感器称重为例，通过测量电梯活动轿底的挡板与固定在轿架下的电涡流传感
3、器端面间的距离，判断轿厢的载重，控制系统把电涡流传感器反馈的模拟信号转换为数字信号，并通过计算，最终输出相应的模拟信号，以控制变频器的预转矩输出。 2、称重装置在电梯中的应用 称重装置被应用在电梯上，起防止电梯起动倒溜、实现平稳起动的作用。如当电梯抱闸打开，电梯起动，由于对重和轿厢存在一定的重量差，如果电机在抱闸打开的时候转矩为零的话，将令电梯因不平衡转矩而引起振动，甚至出现倒溜的现象，影响电梯起动舒适感。因此，需要电机在抱闸打开之前提供一个预转矩，来抵消对重和轿厢之间的重量差，以达到平稳启动的效果。典型的电梯称重补偿系统简图如图 1 所示： 图 1 除了起动补偿，称重装置还可以为实现电梯特定
4、功能提供信号。例如满载直驶功能，当称重装置检测到轿厢内的载重超过额定载重量的 80%时，电梯不响应沿途层站的召唤；又如无效内指令自动清除功能，当电梯轿厢的载重量小于额定载重量的 20%，而电梯的内指令数大于系统设定值时，电梯系统判定此时有恶作剧发生，电梯的防恶作剧功能自动投入。在无效内指令自动清除功能作用的状态下，电梯在响应完最近层楼的内指令后，自动消除所有的内指令，以提高电梯的运行效率和降低电能消耗。 3、电梯的称重补偿形式介绍 电梯中最早使用的称重装置是在轿底或其他位置安装多个微动开关，这多个微动开关分别对应轿厢内不同的载重情况。电梯控制系统根据预设的载重量使微动开关动作，这些微动开关一般
5、起的作用为：轻载、满载和超载。如果要用称重开关起到提供预转矩的作用，则还需增加微动开关的个数。通过称重开关提供预转距的电梯，其采用的是分级补偿方式，称重精度较低，因此会影响电梯的舒适感。 随着电梯技术的发展，无级补偿称重装置已被广泛应用，使用无级补偿系统，可以根据轿厢内的载重情况，产生一个连续的线性信号，将轿厢内的载重情况准确地反馈到变频器中，因此与分级补偿相比，采用无级补偿方式的电梯能够获得较精准的起动补偿。 目前常用的称重装置主要有两类：一类是直接称重，如应变式传感器称重；另一类是间接称重，也称位移式称重，如电涡流传感器称重。直接称重是载荷重量直接施加在传感器上，利用传感器的应变片弹性元件
6、的变形引起应变敏感元件的变化，再通过转换电路转换成电量输出。系统根据该输出电量转化计算获得相应的称重值，该方式的特点是称重准确可靠，稳定性好，但价格略高。间接称重是载荷重量施加在橡胶或弹簧上，通过位移变化获得称重值，因该方式对橡胶或弹簧的材料质量依赖性强，并且易受环境变化影响，因此稳定性较差，但价格较低。 4、电梯称重补偿装置的局限性 经过多年的应用及效果调查，采用称重装置的称重补偿技术，虽已较好地满足电梯的设计和使用要求，但目前该称重补偿方式仍存在以下局限性：（1）称重传感器获得轿厢的载重数据，经通讯板传输环节，容易出现称重数据的偏差和异常；（2）称重传感器易受防振橡胶等材料及安装位置的影响
7、，如对于轿底称重方式，轿厢防振橡胶被压缩的形变与载荷并非完全线性，称重数据会存在一定的偏差；（3）起动补偿的效果依赖于现场的调试，调试的效果易存在不确定性；（4）由钢丝绳与补偿缆的不平衡引起的偏载，无法通过称重起动补偿平衡，需要增加额外的处理及调试工作；（5）由于需要专门的称重装置，成本相对较高。 5、无称重起动补偿技术的开发 随着电梯技术的进步，变频器的技术也越来越完善，基于以上及成本的考虑，不少变频器厂家针对电梯高精准的起动补偿需求，先后开发具有类似不平衡载荷补偿功能的无称重电梯专用变频器，即起动补偿部分由变频器独立完成，从而为实现无称重补偿提供了条件。 5.1 无称重起动补偿技术的定义
8、所谓无称重起动补偿技术，是指电梯的控制系统不再依赖于传统的称重传感器获得轿厢载重情况，而是根据其他的相关变量反馈，计算、输出合适的转矩，达到平稳起动的控制技术。 5.2 无称重起动补偿技术的介绍 下面主要介绍采用无称重电梯专用变频器以实现电梯起动补偿功能的无称重补偿技术。以富士 Lift 变频器为例，其不平衡负载补偿功能就是利用变频器配置的专用接口卡中高速 CPU 的运算功能，在电梯抱闸打开的一瞬间，通过电机微小的转动角度以计算出需要补偿的力，以使变频器输出合适的转距使电梯平稳起动。电梯无称重起动补偿控制流程简图如图 2 所示： 图 2 在上述简图所示的控制流程中，抱闸打开之后，电机微小的转动
9、角度一般不会被电梯轿厢乘客感觉到，因此不影响电梯的起动舒适感。图3 为无称重不平衡负载补偿功能的示意图。 图 3 根据示意图可知，采用无称重起动补偿方式需要配置准确获取位置信号的高精度编码器，如德国 HEIDENHAN 的 ERN1387 正余弦编码器，其在动态特性方面具有独特的优势。采用 ERN1387 正余弦编码器，可克服传统的旋转编码器和数字编码器的分辨率限制，电机每运行一转，编码器可以发出 2048 个正余弦波形的模拟电压信号，再由变频器对每个波形进行 4096 次采样后，提供给变频器 CPU 进行速度和位置的控制，电梯编码器精度远远高于一般无齿轮电梯使用的编码器精度，电动机任何微小的
10、移动，变频器都可以很快检测到编码器反馈的信号电压发生变化输出足够的转矩，同时加上永磁同步电机低转速高转矩的优点，可以获得极好的低速伺服性能和均匀的旋转特性，保证电梯的舒适感。 而对于一般的数字式增量编码器，虽然采用了高脉冲数的方波编码器，但由于反馈给编码器的信号只有高低两种电平信号，当电机产生微小转动时，反馈给变频器的信号电平不一定会发生变化，因此对于变频器来说不能够检测到电梯的微小移动，也就不能输出足够的转矩给电梯，影响启动舒适感，要弥补这个缺点，不得不在电梯上安装模拟量的称重传感器，起到补偿轿厢负载重量预转矩作用。 总的来说，采用快速响应的变频驱动系统和高精度正余弦编码器，无需模拟量称重传
11、感器就能达到很好的启动舒适感的要求。 5.3 无称重起动补偿技术的应用 经过对应用无称重补偿技术的电梯进行一系列的测试，从相关的测试效果看，电梯起动舒适感满足设计要求。当然采用无称重起动补偿后，需要另外考虑电梯的超载、满载直驶等部分电梯功能的实现。根据国家标准 GB 7588-2003 对于电梯载重量控制的规定，要求有一个装置在检测到轿厢负荷超过额定载重 110%时，能防止电梯正常启动及再平层，所以只要有超载检测开关即可满足国标对于超载的检出要求。同样，对于满载、轻载功能也可通过加装检测开关来实现。 此外，由于高速电梯的振动问题相对低速电梯来说更突显，因此解决高速电梯的舒适感问题就有一定的难度。因此，无称重起动补偿技术目前更多地应用在低速电梯上，这对控制低速电梯的成本也具有一定的优势。 6、结语 电梯的称重补偿技术，由传统的分级补偿，发展到后来的无级补偿，直至现在的无称重补偿控制技术。每一个转变，都体现着技术的更新和发展。称重补偿技术的发展，对于电梯的乘坐舒适感和电梯运行的安全系数的提高，起着重要的作用。 参考文献 1电梯制造与安装安全规范（GB 7588-2003）S
