一种电梯节能模块评价系统的设计.pdf

摘要：提出了一款针对电梯节能模块的评价系统，该系统能在不干扰原有电梯运行的情况下，同时对多种接入电梯系统的节能 技术进行切换和节电测试。从系统的总体技术方案出发，分别阐述了硬件设计和软件设计上的考虑要素，有效解决了节能装置 的接入和退出的可靠性问题和安全性问题，可实现更为便捷地、直观的不同节能模块的效能效果对比。 关键词：电梯节能；节能评价；自动切换；安全回路 中图分类号：TM921文献标识码：A文章编号：10099492 ( 2017 ) 02007904 Design of Elevator Energy Saving Module Evaluation System HUANG Shao-lun，ZHANG Sheng，SHE Kun （Guangdong Institute of Special Equipment Inspection and Research，Guangzhou510655，China） Abstract:In this paper， an evaluation system of elevator energy-saving modules is proposed. The system can switch on different energy-saving modules automatically，without interference with the original running of elevator. From the overall technical scheme of the system，this article elaborates the hardware design and software design key elements to an effective solution to the access and exit of energy-saving modules reliably and safely. It can realize more directly of difference between energy-saving modules utility. Key words:elevator energy saving；energy evaluation；automatic switch；safety circuit 一种电梯节能模块评价系统的设计* 黄绍伦，张胜，佘昆 （广东省特种设备检测研究院， 广东广州510655） DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2017. 02. 018 * 国家质检总局科技计划项目（编号：2014QK181） 收稿日期：20170105 0引言 电梯是现代楼宇中必不可少的垂直交通运输 工具，现在普遍安装使用的电梯是曳引驱动式电 梯。曳引驱动式电梯的主要特点之一是电梯不同 运行状况时，电梯驱动主机电机会在电动和发电 两个状态之间来回变换，且电动和发电状态时间 近似于各占一半。目前在用和新安装的曳引驱动 电梯中，大部分是通过放电电阻将电梯处于发电 状态时所发的电能以发热的方式散发掉。这种方 式不仅直接浪费了发电产生的电能，且在热散发 的过程中增加了电梯机房的温度，通常使得电梯 机房需要安装空调等降温措施，以使电梯机房中 的电气设备在良好的环境温度中可靠运行。 因此，近年来兴起了电梯节电的技术研究， 主要研究方向有利用电压逆变技术实现发电电能 回馈电网的回馈式电梯节电技术、利用大型储能 电池回收电梯发电电能的储能式电梯节电技术和 利用新型储能装置超级电容来实现发电电能的回 收利用技术1。 目前对电梯节能装置节能效果检测和评价通 常采用的方式是将待评价的节能装置加装在某一 台电梯上，通过采集选定运行状态下的电能信 息，来对节能效果进行评价。此种方法的不足之 处：一是节能装置的退出和接入不方便；二是每 次只能对一种节能装置进行检测。在三种新兴的 电梯节能技术并存竞争的市场情况下，对于同一 电梯三种不同节能模块的节能效果如何，尚没有 平台方便实现横向对比。因此，本文涉及一款针 对电梯节能模块的评价系统，能在不干扰原有电 梯运行的情况下，同时对多种接入电梯系统的节 能技术进行节能测试，以更为便捷地、直观地实 现不同模块的节能效果对比。 1技术方案总体设计 图1至图3显示了电梯电能回馈装置、电梯超 机电工程技术2017年第46卷第02期研究与开发 79 万方数据 级电容储能装置和太阳能节能装置分别在不同的 电梯驱动主机运行状态中的电能能量流向2。 上述三种节能装置都有一个共同点，就是与 电梯能量采集和供给的连接点都是在电梯变频器 的直流母线段。因此，为不同节能模块之间的自 动投切提供了有利的技术条件。 电梯节能模块评价系统设计框架如图 4 所 示。该系统由上位机软件、电梯节能模块投切装 置、多路输入功率分析仪、电梯运行状态监测装 置和安全回路串联触点组成。其中，电梯节能模 块投切装置负责实时接收上位机软件发送的指 令，实现节能模块的自动化投切；多路输入功率 分析仪负责测量三相输入电能、直流母线采集电 能和直流母线回馈电能，用于对节电效果的对比 分析；电梯运行状态监测装置用于判断电梯运行 方向和停止状态；安全回路串联触点用于确保电 梯投切时处于停止状态，并防止电梯突然启动使 与高压直流母线相连的接触器产生拉弧现象，保 证使用安全。 2硬件设计 2.1电梯节能模块投切装置 电梯节能模块的投切装置作为系统的执行部 分，逻辑单元采用三菱FX系列的PLC，投切执行 （a）用电状态（b）发电状态 图1电梯能量回馈装置与电梯的电能流向示意图 图2电梯超级电容储能装置与电梯的电能流向示意图 （a）用电状态（b）发电状态 （a）用电状态 （b）发电状态 图3太阳能节能装置与电梯的电能流向示意图 机电工程技术2017年第46卷第02期研究与开发 80 万方数据 机构采用三路单独的交流接触器分别与三类节能 模块/装置的直流端相连，为了防止各个节能模块 投切时直流电压与变频器直流母线电压存在差 异，在接触器之前应串接一个缓冲电路。PLC采 用Modbus与上位机软件通讯，执行上位机指令， 并将电梯运行状态、接触器开关状态、串联与安 全回路的继电器状态汇报给上位机，用于安全地 实现节能模块的投切逻辑。 2.2多路输入功率分析仪 为了达到不加节能模块与配置节能模块的纵 向节能效果对比、不同类型节能模块之间的横向 对比，采用多路输入的功率分析仪。其中，一路 用于采集电梯变频器的三相输入功耗WP1采集、 另一路用于采集投切装置的直流功耗WP2。当节 能模块均不接入时，可获得电梯本身的功耗情况 WP1；当有节能模块接入时，对应的模块节能的 功耗情况即为WP2。 2.3电梯运行状态监测装置和安全回路串联触点 当电梯处于运行状态时，无论是发电状态还 是用电状态，均有可能存在大电流流经投切装置 的交流接触器，如果在流经大电流是强行断开接 触器开关，很有可能存在电流拉弧现象，导致不 可靠断开3-4，甚至因为电流浪涌冲击损坏工作中 的节能模块或电梯变频器5。因此需要电梯运行状 态监测装置来判断电梯的运行情况，该装置采用 监测电梯曳引绳运动的选装编码器模块，从而得 知电梯上/下行和停止状态，并加以判断直流功耗 WP2是否为零来得知节能模块是 否脱离于能量收集/供给的工作 状态。仅当电梯停止，且节能模 块不工作时，交流接触器才没有 大电流流过，此时可确保可靠断 开。为了避免在“一路模块切 出-一路模块接入”的切换期 间，电梯因呼梯行为突然启动走 梯，同样会产生电流浪涌冲击， 采用一个串联于电梯安全回路的 触点，在模块切换期间断开安全 回路，切换完成后恢复连通安全 回路5。 3软件设计 上位机的软件设计采用C#. NET编程，主要包括两方面的功能，一是电梯能 耗情况的分析与显示，二是投切逻辑的执行。电 梯能耗情况分析与显示，包括实施采集并记录电 压、电流、功率、功耗数据，并显示功率曲线 图。对不同模块的功耗情况做统计对比；投切逻 辑的执行包括通过软件上的投切按键，可以实现 远程的节能模块自动投切和投切状态反馈。 4节能模块投切逻辑的工作原理 图5是该系统实现自动投切的执行顺序流程 图4电梯节能模块评价系统设计框架 图5自动投切的执行顺序流程图 黄绍伦等：一种电梯节能模块评价系统的设计研究与开发 81 万方数据 图。节能模块实现安全可靠的投切的逻辑原则 是：在节能模块需要投切期间， （1）为避免投切 期间电梯起动、制停与节能模块之间互相造成冲 击，利用继电器触点断开安全回路，确保电梯保 持在停止状态； （2）通过判断直流功率WP2的数 值来判断功耗接触器是否有流经大电流，以此避 免存在电流通断的拉弧现象； （3）不同类型节能 模块同时挂接在电梯变频器直流母线上造成内部 环流现象，应遵循先退出后接入的原则。 5结束语 本文介绍了一款适合于针对同一电梯节能模 块的评价系统，作为电梯节能技术试验与展示平 台，能在不干扰原有电梯运行的情况下，同时对 多种接入电梯系统的节能技术进行节能测试，以 更为便捷地、直观地实现不同模块的节能效果对 比。该系统设计的优势在于： （1）结构简单，易 于实现，且成本低； （2）由于该装置在实施电梯 节能模块的投切时，节能模块退出工作，此时不 会流过大电流，因此接触器不但可以选择直流接 触器，还可选择价格低廉的交流接触器； （3）由 于该装置采用了串联在电梯安全回路的继电器在 电梯停止时保持电梯安全回路断开状态的方式， 因此在实施电梯节能模块的投切时具有良好的稳 定性和可靠性，不会对电梯尤其是变频器部分造 成恶性冲击，甚至损坏。 参考文献： 1 游君子. 电梯能效监测系统的研究与设计 D. 广 州：华南理工大学，2012. 2金建峰. 曳引式电梯的能耗建模及节能研究D. 上 海：上海交通大学，2008. 3马昭. 电梯能量回馈装置及其瞬态过程研究D. 西 安：西安石油大学，2016. 4王洋. 基于无触点控制技术的交流接触器无弧分合闸 的研究D. 阜新：辽宁工程技术大学，2013. 5 卜小东. 浪涌电压对电梯运行产生影响的案例分析 C. 第十一届全国经济管理院校工业技术学研究会 论文集，2012. 6黄永坚. 分析电梯的安全回路及其改进设想J. 电 子测试，2016（14） ：40，46. 7吕晓娟. 电梯可靠性设计方法研究J. 机电工程技 术， 2016（1） ：82-84. 第一作者简介：黄绍伦，男，1988年生，广东顺德人，硕 士研究生，工程师。研究领域：电力电子与电力传动。 (编辑： 向飞) 成的。电气连接器图像倾斜校正的过程如图2(a) (d)所示。电气连接器拍摄的彩色图像是倾斜的， 首先将彩色图像转化为256色灰度图，再利用So bel边缘检测算子检测出图像的边缘，最后通过 Radon变换计算出它的倾斜角度，经过双线性插 值算法进行旋转准确完成图像的倾斜校正。 为验证本文算法的适应性，针对不同的图像 进行倾斜校正校正，校正后结果如图3所示。 4结论 为解决电气连接器图像倾斜校正的问题，本 文提出了基于Radon变换和边缘检测的图像倾斜 校正算法。搭建MATLAB实验平台并进行试验验 证，通过对实验结果的分析可以得出本文算法简 单易行、操作简单、倾斜校正结果良好，具有很 好的适应性。 参考文献： 1邓白云，张琪君. 二维码图像倾斜校正中的算法研究 综述J. 工业控制计算机，2016（02） ：77-79. 2马歌. 基于Canny算子和Radon变换的证件图像倾斜校 正J. 中国新技术新产品，2014（15） ：14-15. 3吴珅，黄道平，刘少君. 基于Radon变换的文本图像 倾斜校正 J. 自动化与信息工程，2013 （05） ： 11-15. 4吴丽丽，余春艳. 基于Sobel算子和Radon变换的车牌 倾 斜 校 正 方 法 J. 计 算 机 应 用 ， 2013 （S1）：