电梯节能储能装置与控制方法与流程

本发明涉及群电梯(多电梯)领域的一种电梯交通方法，具体地，涉及一种电梯节能储能装置与控制方法。

背景技术：

一般而言，对于多部楼梯的楼房，如小区或写字楼，电梯交通采取的基本规则是就近取梯，即选择距离乘梯人物楼层数最少的电梯，其效果是乘梯人物等待时间最短，一般不考虑优选哪部电梯能够带来节能效果。

根据电梯的运行原理，当空箱下降或轻载下降时，配重拖动轿厢运行，处于发电状态。当乘梯人物达到额定配重一半左右时，乘梯人物与轿厢共同作用下，拖动配重运行，也是处于发电状态。因此如果能够确定乘梯人物重量，在考虑到乘梯人物升降方向，通过控制程序进行优化计算，电梯的控制装置判断出有哪一部电梯运行，就能够实现发电。从而带来节能效果。

经过对群电梯(多电梯)领域交通规则现有技术的检索，发现主要有以下代表性文献：实用新型专利ZL 201420018919.9，该文献公开一种通过摄像手段判断乘梯人物重量，从而判断由哪一部电梯来负载准备乘梯的人物，从而带来节能效果。

这种通过摄像手段判断乘梯人物重量，具有一定的实用性，但是这种方案的弊端是由硬件电路实现，使得硬件系统复杂，成本很高，重要问题是通过摄像手段估算乘梯人物重量是非常不准确的，原始数据不准确，或造成后续电路运行不准确，最后判断哪一部电梯启动运行也就非常不准确，实用性和可用性受到极大限制，截止目前尚无得到推广应用。

综合以上，对群电梯(多电梯)领域交通规则现有技术的检索后发现，现有的控制方法缺少准确性和实用性。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电梯节能储能装置与控制方法，能够有效地提高节能效果。

根据本发明的第一方面，提供一种电梯节能储能装置，包括测重装置、召唤盒、控制装置和执行装置，其中：

所述测重装置包括电子地秤，用于测量乘梯人物重量，并将其转化为模拟信号，传送至所述控制装置；

所述召唤盒用于检测乘梯人物所在楼层位置和升降方向，并将检测到的信息转化为模拟信号后传输给所述控制装置；

所述控制装置，接收所述测重装置传送的全部乘梯人物重量的模拟信号和所述召唤盒传输的乘梯人物所在楼层位置和升降方向的模拟信号，对模拟信号进行优化计算，遵从执行装置多发电和少耗电的原则生成控制指令，并输出控制指令给执行装置以控制执行装置的运行。

优选地，所述测重装置包括M*N台电子地秤，其中：N为楼房的楼层数，M为每个楼层的电梯井数，即每层楼的每个电梯井均设置有一台电子地秤，用于分别测量每个电梯井的乘梯人物重量，并将测量得到的重量转化为模拟信号后分别传送至控制装置的模拟输入端口。

优选地，所述控制装置接收每层楼的每个电梯井的测重装置传送的代表乘梯人物重量的模拟信号，以及接收每个楼层的召唤盒传输的乘梯人物所在楼层位置和升降方向的模拟信号；并输出控制指令给执行装置，以控制执行装置的运行情况。

优选地，所述控制装置包括内部控制器和控制程序模块，所述内部控制器负责执行所述控制程序模块的控制程序；

所述控制程序模块包括：采集程序子模块、分析程序子模块、判断程序子模块、输出程序子模块；

所述采集程序子模块，包含模数转换子程序和数字滤波子程序，其中：模数转换子程序负责将采集来自每个楼层的代表乘梯人物重量的模拟信号转换成数字信号，并将来自每个楼层召唤盒检测乘梯人物所在楼层位置和升降方向的模拟信号换成数字信号；数字滤波子程序负责将所得的原始数字信号进行滤波，消除干扰，获得可用的数字信号，所得数字信号传输给所述分析程序；

所述分析程子模块，序负责计算电梯轿厢与乘梯人物的总重量和调用数字形式的配重重量信息；

所述判断程序子模块，负责进行数据大小比较，即比较经分析程序计算得到的电梯轿厢与乘梯人物的总重量和调用数字形式的配重重量信息的大小，判断是否此次人物乘梯为空载、轻载、半载或重载，遵从执行装置多发电和少耗电的原则，决定启动哪一部电梯；

所述输出程序子模块，负责输出控制指令，通过内部控制器的输出端口分别输出至各执行装置，决定启动哪套执行装置。

优选地，所述召唤盒包括N台召唤盒，即每个楼层设置1台召唤盒，每个楼层的召唤盒用于分别检测乘梯人物所在楼层位置和升降方向，并将模拟信号分别传输至控制装置的模拟输入端口。

优选地，所述执行装置有多套，每套执行装置均包括一台传动装置和一台与传动装置连接的轿厢，轿厢为传动装置的负载。

优选地，所述传动装置包括交直交变频器和三相感应电动机，所述交直交变频器带有可控整流器，三相感应电动机由交直交变频器后级三相电压源逆变器拖动，三相感应电动机的转子轴连接钢绳，钢绳的一端连有轿厢，钢绳的另一端连有配重，三相感应电动机采用变频调速策略，带动钢绳运动，从而使得轿厢上下移动。

更优选地，所述传动装置进一步包括三相可控整流器、双向可升降压充电器和储能蓄电池，其中：

所述三相可控整流器负责发电运行状态，将三相感应电动机和轿厢产生的电力回馈电网或通过双向可升降压充电器转储到所述储能蓄电池组中；

所述双向可升降压充电器负责转换直流电压等级，使之符合所述交直交变频器直流回路PN(三相不控整流器与三相电压源逆变器的公共直流环节，即直流回路PN)之间电压等级和所述储能蓄电池组电压等级；

所述储能蓄电池组负责储存能量，通过双向可升降压充电器，根据执行装置的发电状态或电动状态，储能蓄电池组的能量来自和去往双向交直交变频器的直流回路PN。

更优选地，所述传动装置由三相可控整流器、三相电压源逆变器、三相感应电动机、双向可升降压充电器、储能蓄电池组成，其中：

所述三相可控整流器与所述三相电压源逆变器构成交直交变频器，负责执行装置的电动运行状态和发电运行状态；

所述三相感应电动机通过钢绳带动轿厢上下运动；

所述双向可升降压充电器负责转换直流电压等级，使之符合所述交直交变频器(三相不控或可控整流器与三相电压源逆变器的公共直流环节，即直流回路PN)直流回路PN之间电压等级和所述储能蓄电池组电压等级；

所述储能蓄电池组负责储存能量。

根据本发明的第二方面，提供一种电梯节能储能方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、采集步骤

通过测重装置采集来自每个楼层的代表乘梯人物重量的模拟信号，转换成数字信号；通过召唤盒采集每个楼层乘梯人物所在楼层位置和升降方向的模拟信号，转换成数字信号；对所得的原始数字信号进行滤波，消除干扰，获得可用的数字信号；

第二步、分析步骤

计算第一步得到的数字信号和调用数字形式的配重重量信息，产生比较的电梯轿厢与乘梯人物的总重量和配重重量信息；

第三步、判断步骤

对第二步得到的信息进行数据大小比较，即比较电梯轿厢与乘梯人物的总重量和调用数字形式的配重重量信息的大小，得出此次人物乘梯是空载、轻载、半载或重载的数字信息；

第四步、输出步骤

对第三步得到的数字信息的有效性进行评估，输出控制指令，通过控制装置的输出端口分别至各执行装置，决定启动哪套执行装置，从而实现节能储能的效果。

本发明通过控制装置和控制程序模块，采集乘梯人物重量、乘梯人物升降方向，分析、判断节能效果，输出控制信号，决定启动哪一套执行装置，每一套套执行装置包括一台传动装置和一台相互关联的轿厢，每台传动装置为带有可控整流器的交直交变频器。当传动装置工作在传动状态时，启动交直交变频器。当工作在节能发电状态时，传动装置工作在能量回馈发电状态时，交直交变频器工作在发电状态，启动可控整流器，将回馈的能量回馈到电网，或通过双向可升降压充电器转移到储能蓄电池组。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)改等候时间最短的电梯交通规则，为节能效果最佳的的电梯交通规则，将节能回馈能量送入交流电网或，或通过双向可升降压充电器将回馈能量转移到储能蓄电池组，同样通过双向可升降压充电器，储能蓄电池组也可以将储存能量转移到交直交变频器的直流环节，在电动状态通过三相逆变器向三相感应电动机供电，长期运行情况下，实现最大化节能效果和综合能源利用率，具有新颖性和创造性；

(2)电梯技术的发展方向之一就是采用节能的永磁同步电动机或交流感应电动机的交流变频调速方式，可以附可控整流器，或将原有的交直交变频器的前级不控AC-DC变换器改为可控PWM AC-DC变换器，只需要增加楼侧的电子地秤，因而本发明附加成本较低，具有实用性和推广价值；

(3)遵从执行装置多发电和少耗电的原则，因而工作原理清晰，具有良好的安全性和可靠性高。本发明中所需要的电子地秤、交直交变频器、可控整流器、控制装置、召唤盒、控制器含控制程序、传动装置和轿厢，均有现成成品或成套产品，因而具有良好的推广性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的总体原理图；

图2为本发明一实施例的控制程序框图；

图3为本发明一实施例的执行装置原理图；

图4为本发明一实施例的执行装置原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，一种电梯节能储能装置与控制方法，包括测重装置1、召唤盒2、控制装置3、执行装置4与控制程序，其中：

所述测重装置1包括电子地秤，用于测量乘梯人物重量，并将其转化为模拟信号，传送至所述控制装置；

所述召唤盒2用于检测乘梯人物所在楼层位置和升降方向，并将检测到的信息转化为模拟信号后传输给所述控制装置；

所述控制装置3负责输入全部乘梯人物重量和乘梯人物升降方向，并输出控制信号给执行装置，以控制执行装置的运行；

所述控制程序负责优化计算，确定启动哪一部所述执行装置能够节能，控制程序为控制装置的软件部分，属于运算部分；

所述执行装置4，包括传动装置和轿厢，传动装置为带有可控整流器的交直交变频器和三相感应电动机，交直交变频器由三相整流器和三相逆变器组成，三相整流器可以为三相不控整流器和三相可控整流器。

如图1所示，所述测重装置1包括M*N台电子地秤，其中N为楼房的楼层数；每个楼层包括M个电梯井和M台电子地秤，1个电梯井对应1台电子地秤；电子地秤用于测量乘梯人物重量，并将测量得到的重量转化为模拟信号，传送至所述控制装置3。

以M＝2为例，其中：第一楼层的第1台电子地秤输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口P1A，第一楼层的第2台电子地秤输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口P1B；第二楼层的第1台电子地秤输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口P2A，第二楼层的第2台电子地秤输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口P2B；……以此类推，第N楼层的第1台电子地秤输出模拟信号至所述控制装置3的模拟输入端口PNA，第N楼层的第2台电子地秤输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口PNB。

如图1所示，所述召唤盒2包括N台召唤盒，每个楼层包括1个召唤盒，其中：第一楼层的第1台召唤盒输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口PS1，第二楼层的第2台召唤盒输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口PS2，……以此类推，第N楼层的第N台召唤盒输出模拟信号至控制装置3的模拟输入端口PSN。

作为优选的，所述控制装置3，用于接收测重装置1传输的每个楼层的代表乘梯人物重量的模拟信号，输入端口分别为P1A、P1B、P2A、P2B、……、PNA、PNB；同时，接收来自每个楼层召唤盒2检测乘梯人物所在楼层位置和升降方向的模拟信号，输入端口分别为PS1、PS2、......、PSN；最后输出两路控制信号给所述执行装置4，以控制执行装置的运行情况。两路控制信号经由控制装置3的输出端子PdA和PdB，将执行信息传送至执行装置。

作为优选的，所述控制装置3含有内部控制器和控制程序模块，控制器负责执行所述控制程序模块的控制程序。

作为优选的，所述执行装置4，例如，当M＝2时包括两套执行装置，每套执行装置均包括一台传动装置和一台相互关联的轿厢，也就是说，执行装置A包括传动装置A和轿厢A,执行装置B包括传动装置B和轿厢B，传动装置A或传动装置B为带有可控整流器的交直交变频器。传动装置的执行部件为由三相逆变器拖动的三相感应电动机，三相感应电动机的转子轴连接钢绳，钢绳的一端连有轿厢、另一端连有配重。三相感应电动机采用变频调速策略，带动钢绳运动，从而使得轿厢上下移动。

如图2所示，所述控制程序模块为一系列完成相应的功能的程序块组成，包括：采集程序子模块、分析程序子模块、判断程序子模块，以及输出程序子模块；

所述采集程序子模块包含模数转换子程序和数字滤波子程序，其中：模数转换子程序负责将采集来自每个楼层的每个电梯井的每台电子地秤代表乘梯人物重量的模拟信号转换成数字信号，并将来自每个楼层召唤盒检测乘梯人物所在楼层位置和升降方向的模拟信号换成数字信号，数字滤波子程序负责将所得的原始数字信号进行滤波，消除干扰，获得可用的数字信号；

所述分析程序子模块负责计算电梯轿厢与乘梯人物的总重量和调用数字形式的配重重量信息；

所述判断程序子模块负责进行数据大小比较，即比较“经分析程序计算得到的电梯轿厢与乘梯人物的总重量”和“调用数字形式的配重重量信息”的大小，判断是否此次人物乘梯为空载、轻载、半载或重载，遵从执行装置4多发电和少耗电的原则，决定启动哪一部电梯(当M＝2时，电梯A或电梯B)；

所述输出程序子模块负责最后输出两路控制信号，通过控制装置的输出端口PdA和PdB，分别至执行装置A和执行装置B，决定启动两套执行装置中的哪一套执行装置。

作为优选的，所述采集程序子模块、所述分析程序子模块、所述判断程序子模块以及所述输出程序子模块为控制程序模块的几个关键子程序模块，依次顺序执行：所述采集程序输入乘梯人物重量的模拟信号和乘梯人物楼层位置与升降方向的模拟信号，产生滤波后的数字信号，与数字形式的配重重量信息一起作为所述分析程序的输入；所述分析程序产生可以比较的电梯轿厢与乘梯人物的总重量和配重重量信息，提供给所述判断程序；所述判断程序得出此次人物乘梯是空载、轻载、半载或重载的数字信息，并将该数字信息传送至所述输出程序；所述输出程序对传送的数字信息的有效性进行评估，做出决定启动其中的某一套执行装置；执行装置4为动力来源，拖动相应的轿厢(A或B)运动。

如图3所示，所述执行装置4中，所述传动装置由交直交变频器(包含三相不控整流器与三相电压源逆变器)、三相感应电动机、三相可控整流器、双向可升降压充电器、储能蓄电池组成，负载为轿厢，其中：

所述三相不控整流器与所述三相电压源逆变器构成交直交变频器，负责执行装置的电动运行状态，三相感应电动机带动轿厢消耗电力；所述三相可控整流器负责发电运行状态，将三相感应电动机和轿厢产生的电力回馈电网或通过双向可升降压充电器转储到所述储能蓄电池组中；所述双向可升降压充电器负责转换直流电压等级，使之符合所述交直交变频器的直流回路PN之间电压等级和所述储能蓄电池组电压等级；所述储能蓄电池组负责储存能量。

如图4所示，所述执行装置4中，所述传动装置由三相可控整流器、三相电压源逆变器、三相感应电动机、双向可升降压充电器、储能蓄电池组成，真正的负载为空载或负载的轿厢，其中：

所述三相可控整流器与所述三相电压源逆变器构成交直交变频器，负责所述执行装置4的电动运行状态和发电运行状态；所述双向可升降压充电器负责转换直流电压等级，使之符合所述交直交变频器直流回路PN之间电压等级和所述储能蓄电池组电压等级；所述储能蓄电池组负责储存能量。

作为优选的，所述储能蓄电池组储存的能量除了用于其它用电设备外，还能够通过所述双向可升降压充电器，将能量反馈回交直交变频器的直流回路，用于所述执行装置的电动状态供电。

在一优选实施例中，部分选型和参数为：

交流输入电压宽范围：380V±15％，工频50Hz或60Hz，额定输入电压380VAC；

各部件额定输入功率与输出电流：根据实际系统设计，进行参数配置；

电子地秤即电子地磅：测量范围负载电梯的最大载荷，如2000kg，或3000kg，精度较高，厚度薄，可以敷于电梯口楼层地面，输出模拟信号，具有现成产品，或定制。

本发明中，交直交变频器包括前级电路不控整流器或可控整流器、后级电路三相电压源逆变器。电解电容为不控/可控整流器的一个储能部件。其具体储能的原理说明如下。

对于另外带有可控整流器的交直交变频器，当执行装置即交直交变频器工作于发电状态时，其直流回路PN之间的电压将会上升，意味着直流回路PN之间的电解电容储能增加，当该电压达到上限以上时，一方面可以起动可控整流器工作，将一部分能量回馈到三相交流电网，结果使得电解电容储能下降，直流回路PN之间的电压将会下降，当该电压达到下限以下时，停止可控整流器工作。另一方面可以不起动可控整流器工作，将一部分能量通过双向可升降压充电器转移到储能蓄电池组，结果使得电解电容储能下降，交直交变频器直流回路PN之间的电压将会下降，当该电压达到下限以下时，可以停止双向可升降压充电器工作，结束能量转移。能量回馈到三相交流电网或能量转移到储能蓄电池组，根据需要，可以选择其一，或选择其二。对于380V三相交流电网，上限电压一般为750V，下限电压一般为600V。

对于另外带有可控整流器的交直交变频器，当执行装置即交直交变频器工作于电动状态时，可以通过双向可升降压充电器将储能蓄电池组的储能转移到交直交变频器的直流回路PN，为后级三相电压源逆变器和三相感应电动机供电。

对于前级电路为可控整流器的交直交变频器，当执行装置即交直交变频器工作于发电状态时，其直流回路PN之间的电压将会上升，意味着直流回路PN之间的电解电容储能增加，随着该电压上升，可控整流器由电动状态切换到发电状态，将一部分能量回馈到三相交流电网，保持电解电容储能不变。另一方面可以减少可控整流器能量回馈三相交流电网，将一部分能量通过双向可升降压充电器转移到储能蓄电池组，结果使得电解电容储能下降，维持交直交变频器直流回路PN之间的电压不变。能量回馈到三相交流电网或能量转移到储能蓄电池组，根据需要，可以选择其一，或选择其二。对于380V三相交流电网，上限电压一般为750V，下限电压一般为600V。

对于前级电路为可控整流器的交直交变频器，当执行装置即交直交变频器工作于电动状态时，可以通过双向可升降压充电器将储能蓄电池组的储能转移到交直交变频器的直流回路PN，为后级三相电压源逆变器和三相感应电动机供电。

本发明的关键原理在于：

不以等候时间最短为原则，而以节能效果最佳为原则。高精度地采集各楼层乘梯人物的重量，再根据乘梯人物所在楼层位置和升降方向，考虑到配重重量，经过合理计算，得到乘梯人物重量和轿厢重量的累加值，判断该累加值与配重重量的大小。当乘梯人物处于轻载或空载向上，执行装置工作在发电节能状态，此时选择启动轻载上升的电梯。当乘梯人物处于半载或重载向下，执行装置工作在发电节能状态，此时选择启动重载下降的电梯。节省的能量回馈电网或储能蓄电池组中，储能蓄电池组中能量供应后续执行装置电动状态使用或其他用途。在各部分电力电子变换器(包含三相可控整流器、双向可升降压充电器等)、储能蓄电池组等运行效率较高的情况下，从长期运行的角度和统计学的角度，本发明能够带来节能减排的社会效益和环境效益。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。