一种太阳能电梯控制系统及方法.pdf

本发明提供一种太阳能电梯控制系统，其包括太阳能控制器、控制模块、双向DC/DC变换器、电梯控制变频器以及拽引电机控制器；电梯变频控制器与拽引电机控制器通过CAN总线连接，控制模块与太阳能控制器、电梯控制变频器以及拽引电机控制器分别通讯连接。本发明将太阳能应用到电梯节能中，提出了一种新的能源理念，符合新能源要求。在使用时，将太阳能通过双向DC/DC变换器直接给电梯控制变频器的主流母线供电，而不是通过逆变方式先将直流电转变为交流电再向电梯供电，省掉了逆变和整流两个中间环节，从而提高了太阳能的利用效率，相比于逆变方案，系统整体的可靠性高。采用超级电容作为储能元件，把多余的太阳能以及电梯发电产生的能源存储在超级电容里。

权利要求书1.  一种太阳能电梯控制系统，其特征在于：其包括太阳能控制器、控制模块、双向DC/DC变换器、电梯控制变频器以及拽引电机控制器；所述电梯变频控制器与所述拽引电机控制器通过CAN总线连接，所述控制模块与所述太阳能控制器、电梯控制变频器以及拽引电机控制器分别通讯连接；所述太阳能控制器包括太阳能光伏发电板、太阳能控制芯片、电压管理模块以及超级电容，所述太阳能光伏发电板的输出端通过双向DC/DC变换器直接为所述电梯控制变频器的直流母线供电；所述太阳能控制芯片的控制输出端连接所述电压管理模块的输入端，所述电压管理模块的输出端连接所述超级电容的输入端，以便于所述太阳能光伏发电板将太阳能转换为电能存储在所述超级电容中，所述超级电容通过双向DC/DC变换器直接为所述电梯控制变频器的直流母线供电。2.  根据权利要求1所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：所述太阳能控制芯片包括核心CPU模块，核心CPU模块包括第一单片机和外围电路，第一单片机的一组IO的输出端口连接PWM驱动芯片的输入端，所述PWM驱动芯片的输出端连接IGBT绝缘栅双极型晶体管的控制端，用于控制所述IGBT绝缘栅双极型晶体管的通断，所述IGBT绝缘栅双极型晶体管连接所述太阳能光伏发电板与所述电压管理模块的输入端。3.  根据权利要求2所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：太阳能光伏发电板的输出端连接所述控制模块的外围电路的输入端，所述控制模块的外围电路的输出端连接所述双向DC/DC变换器的输入端，所述双向DC/DC变换器的输出端连接所述电梯控制变频器的直流母线的输入端。4.  根据权利要求3所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：所述控制模块还设置有电压采集模块，用于采集所述超级电容电压以判断是否开启市电供电，当电压低于预定电压时，所述控制模块开启市电供电。5.  根据权利要求1所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：所述控制模块包括人机操作界面、显示板、备用电源板、主控制芯片以及外围设备，所述主控制芯片用于采集所述人机操作界面参数、显示板参数、外围设备参数、电梯控制变频器参数以及拽引电机控制器参数。6.  根据权利要求1所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：所述拽引电 机控制器通过CAN总线连接所述拽引电机。7.  根据权利要求1所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：当超级电容电压低于预定电压时，所述控制模块通过继电器控制所述备用电源板为所述电梯控制变频器提供电源。8.  根据权利要求1所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：所述电梯控制变频器通过所述双向DC/DC变换器将电梯运行过程中产生的电能存储在所述超级电容中。9.  根据权利要求8所述的太阳能电梯控制系统，其特征在于：所述主控制芯片通过CAN总线与所述双向DC/DC变换器通讯连接。10.  一种根据权利要求1-9任一权利要求所述的太阳能电梯控制系统对电梯进行控制的方法，其包括以下步骤：①太阳能光伏发电板采集太阳能向电梯控制变频器供电，太阳能光伏发电板的输出端连接控制模块的外围电路的输入端，控制模块的外围电路的输出端连接双向DC/DC变换器的输入端，双向DC/DC变换器的输出端连接电梯控制变频器的直流母线的输入端，完成向电梯控制变频器的直接供电；②电梯控制变频器通过双向DC/DC变换器将电梯运行过程中产生的电能存储在超级电容中；③太阳能光伏发电板将多余的太阳能存储在超级电容内，在需要时，超级电容通过双向DC/DC变换器向电梯控制变频器进行供电；④电压采集模块采集超级电容的实时电压，当超级电容电压低于预定电压时，所述控制模块通过继电器控制备用电源板为电梯控制变频器提供电源；⑤主控制芯片用于采集人机操作界面参数、显示板参数、外围设备参数以及电梯控制变频器参数以及拽引电机控制器参数，对电梯的运行进行监控。

说明书一种太阳能电梯控制系统及方法
技术领域
本发明涉及新能源应用领域，具体的涉及一种太阳能电梯控制系统及方法。
背景技术
太阳能作为一种取之不尽的清洁能源在生活中的应用越来越普及，目前在太阳能的应用中其中一种应用方式为光电转换应用即太阳能电池，在中小功率太阳能电池的应用中有很大一部分是把太阳能电池产生的直流电压先通过DC/DC变换然后再通过DC/AC逆变，变成交流电送回电网，从而实现太阳能利用。在这种应用中存在两级电能转化，整体效率较低，整体可靠性也不高，因此有必要寻求一种新的太阳能利用方式。
电梯在日常生活中使用越来越多，电梯能耗在建筑能耗中所占比重也越来越高，近来国家一再提倡节能建筑，因此如何减少电梯的能耗引起人们重视。目前市场的节能电梯都是采用变频器控制拽引电机运行从而实现节能，变频器是先把输入交流变直流，然后再把直流转变为频率可变的交流控制拽引电机。电梯在实际运行中，电梯有近一半状态下处于发电状态，而针对这部分电梯发电的电能目前都是采取电阻耗能的方式消耗掉，不仅造成能源的浪费而且造成环境的污染。为了利用这部分能量，目前在市场上有一种节能装置，它通过逆变方式把这部分能量反馈回电网，从而达到节能利用。但是由于输出电压为逆变交流源，在反馈回电网时，不可避免的对电网会形成谐波污染。
发明内容
本发明为了解决上述提到的现有的电梯变频控制器存在的浪费电能及对电网产生谐波污染的缺点，提供一种太阳能电梯控制系统能够利用太阳能直接为电梯进行供电，而不经过整流滤波，提高了整个系统的稳定性，并且能够将多余的太阳能以及电梯运行中产生的电能存储在超级电容中，为电梯的运行进行供电。
具体的，本发明提供一种太阳能电梯控制系统，其包括太阳能控制器、控制模块、双向DC/DC变换器、电梯控制变频器以及拽引电机控制器；
所述电梯变频控制器与所述拽引电机控制器通过CAN总线连接，所述控制模块与所述太阳能控制器、电梯控制变频器以及拽引电机控制器分别通讯连接；
所述太阳能控制器包括太阳能光伏发电板、太阳能控制芯片、电压管理模块以及超级电容，所述太阳能光伏发电板的输出端通过双向DC/DC变换器直接为所述电梯控制变频器的直流母线供电；
所述太阳能控制芯片的控制输出端连接所述电压管理模块的输入端，所述电压管理模块的输出端连接所述超级电容的输入端，以便于所述太阳能光伏发电板将太阳能转换为电能存储在所述超级电容中，所述超级电容通过双向DC/DC变换器直接为所述电梯控制变频器的直流母线供电。
优选地，所述太阳能控制芯片包括核心CPU模块，核心CPU模块包括第一单片机和外围电路，第一单片机的一组IO的输出端口连接PWM驱动芯片的输入端，所述PWM驱动芯片的输出端连接IGBT绝缘栅双极型晶体管的控制端，用于控制所述IGBT绝缘栅双极型晶体管的通断，所述IGBT绝缘栅双极型晶体管连接所述太阳能光伏发电板与所述电压管理模块的输入端。
优选地，太阳能光伏发电板的输出端连接所述控制模块的外围电路的输入端，所述控制模块的外围电路的输出端连接所述双向DC/DC变换器的输入端，所述双向DC/DC变换器的输出端连接所述电梯控制变频器的直流母线的输入端。
优选地，所述控制模块还设置有电压采集模块，用于采集所述超级电容电压以判断是否开启市电供电，当电压低于预定电压时，所述控制模块开启市电供电。
优选地，所述控制模块包括人机操作界面、显示板、备用电源板、主控制芯片以及外围设备，所述主控制芯片用于采集所述人机操作界面参数、显示板参数、外围设备参数、电梯控制变频器参数以及拽引电机控制器参数。
优选地，所述拽引电机控制器通过CAN总线连接所述拽引电机。
优选地，当超级电容电压低于预定电压时，所述控制模块通过继电器控制所述备用电源板为所述电梯控制变频器提供电源。
优选地，所述电梯控制变频器通过所述双向DC/DC变换器将电梯运行过 程中产生的电能存储在所述超级电容中。
优选地，所述主控制芯片通过CAN总线与所述双向DC/DC变换器通讯连接。
优选地，一种根据上述提到的太阳能电梯控制系统对电梯进行控制的方法，其包括以下步骤：
①太阳能光伏发电板采集太阳能向电梯控制变频器供电，太阳能光伏发电板的输出端连接控制模块的外围电路的输入端，控制模块的外围电路的输出端连接双向DC/DC变换器的输入端，双向DC/DC变换器的输出端连接电梯控制变频器的直流母线的输入端，完成向电梯控制变频器的直接供电；
②电梯控制变频器通过双向DC/DC变换器将电梯运行过程中产生的电能存储在超级电容中；
③太阳能光伏发电板将多余的太阳能存储在超级电容内，在需要时，超级电容通过双向DC/DC变换器向电梯控制变频器进行供电；
④电压采集模块采集超级电容的实时电压，当超级电容电压低于预定电压时，所述控制模块通过继电器控制备用电源板为电梯控制变频器提供电源；
⑤主控制芯片用于采集所述人机操作界面参数、显示板参数、外围设备参数以及电梯控制变频器参数以及拽引电机控制器参数，对电梯的运行进行监控。
本发明的优点如下所述：
1、将太阳能应用到电梯节能中，提出了一种新的能源理念，符合新能源要求，并节约了大量电能，达到保护环境，节约成本的目的。
2、在使用时，将太阳能通过双向DC/DC变换器直接给电梯控制变频器的主流母线供电，即直接为电梯控制变频器提供直流供电，而不是通过逆变方式先将直流电转变为交流电再向电梯供电，这种方式省掉了逆变和整流两个中间环节，从而提高了太阳能的利用效率，相比于逆变方案，系统整体的可靠性也得到提高。
3、采用超级电容作为储能元件，把多余的太阳能能源以及电梯发电产生的能源存储在超级电容里，当电梯运行需要能源时再通过直流变换释放出来给电梯变频器的直流母线，增大了对太阳能以及电梯运行中产生的电能的利用效率。
4、整个太阳能电梯控制系统采用全数字控制，为了最大效率地提高节能效 果，采取预检测电梯的发电量的大小，来决定给超级电容充电功率。
5、电压采集模块对超级电容的剩余电量进行实时采集判断，当超级电容的剩余电量的电压低于预定电压时，控制模块开启备用电源板，通过备用电源板将市电交流电转变为直流电为电梯进行供电。
附图说明
图1为本发明的太阳能电梯控制系统的结构原理示意图；
图2为本发明的太阳能电梯控制系统的结构示意框图；
图3为本发明的太阳能控制系统的电路图；
图4为本发明的太阳能控制芯片的电路图；以及
图5为本发明的电压采集模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明的结构做进一步说明：
如图1所示，本发明提供一种太阳能电梯控制系统，其包括太阳能控制器1、控制模块2、双向DC/DC变换器3、电梯控制变频器4以及拽引电机控制器5。
电梯变频控制器4与拽引电机控制器5通过CAN总线连接，控制模块2与太阳能控制器1、电梯控制变频器4以及拽引电机控制器5分别通讯连接，并对电梯控制变频器4以及拽引电机控制器5的运行情况进行实时监控。
太阳能控制器1包括太阳能光伏发电板11、太阳能控制芯片12、电压管理模块13以及超级电容14，太阳能控制芯片12的控制输出端连接所述电压管理模块的输入端，电压管理模块13的输出端连接超级电容14的输入端，以便于太阳能光伏发电板11将太阳能转换为电能存储在超级电容14中，超级电容14通过双向DC/DC变换器3直接为电梯控制变频器4的直流母线供电，而不是通过逆变方式先将直流电转变为交流电再向电梯供电，这种方式省掉了逆变和整流两个中间环节，从而提高了太阳能的利用效率，相比于逆变方案，系统整体的可靠性也得到提高。
太阳能控制芯片12包括核心CPU模块，核心CPU模块包括第一单片机和外围电路，第一单片机的一组IO的输出端口连接PWM驱动芯片的输入端，PWM驱动芯片的输出端连接IGBT绝缘栅双极型晶体管的控制端，用于控制IGBT绝缘栅双极型晶体管的通断，IGBT绝缘栅双极型晶体管连接太阳能光伏发电板与所述电压管理模块的输入端，在太阳能较多时，太阳能光伏发电板11将多余的太阳能存储在超级电容14中。
进一步，太阳能光伏发电板11的输出端连接控制模块2的外围电路的输入端，控制模块2的外围电路的输出端连接双向DC/DC变换器3的输入端，双向DC/DC变换器3的输出端连接电梯控制变频器4的直流母线的输入端，太阳能光伏发电板直接向电梯控制变频器4输送直流电源。
进一步，控制模块2还设置有电压采集模块21，用于采集超级电容14的电压以判断是否开启市电供电，当电压低于预定电压时，所述控制模块2开启市电供电。
优选地，控制模块2还包括人机操作界面22、显示板23、备用电源板24、主控制芯片25以及外围设备，人机操作界面22用于进行人机操作，主控制芯片25用于采集人机操作界面22的参数、显示板23的参数、外围设备的参数、电梯控制变频器4的参数以及拽引电机控制器5的参数，对电梯的运行状况进行监控。
在实施例中，主控制芯片25连接有通讯模块，当电梯的运行状况出现问题时，通过通讯模块能够向用户发送警报。
拽引电机控制器5通过CAN总线连接拽引电机，对拽引电机进行控制。
电压采集模块21采集超级电容14的电压以判断是否开启市电供电，当电压低于预定电压时，即超级电容14的剩余电量较低时，控制模块2通过继电器控制备用电源板为电梯控制变频器4提供电源。
在电梯运行时，会产生电能，电梯控制变频器4通过双向DC/DC变换器3将电梯运行过程中产生的电能存储在超级电容14中。
优选地，主控制芯片25通过CAN总线与双向DC/DC变换器3通讯连接。
下面结合具体实施方式及附图对本发明的一种根据上述提到的太阳能电梯控制系统对电梯进行控制的方法进行进一步描述，其包括以下步骤：
太阳能光伏发电板11采集太阳能向电梯控制变频器4供电，太阳能光伏发 电板11的输出端连接控制模块的外围电路的输入端，控制模块的外围电路的输出端连接双向DC/DC变换器3的输入端，双向DC/DC变换器3的输出端连接电梯控制变频器4的直流母线的输入端，完成向电梯控制变频器4的直接供电，避免了整流滤波的环节，提高了对太阳能的利用效率。
太阳能光伏发电板11将多余的太阳能存储在超级电容14内，在需要时，超级电容14通过双向DC/DC变换器3向电梯控制变频器4进行供电。
电梯运行时，拽引电机工作状态下会因为电磁感应，产生电能，电梯变频器4将产生的交流电通过整流-回馈单元，将交流电整流为直流电，输出的直流电传送给双向DC/DC变换器3，双向DC/DC变换器3将反馈的直流电，通过反向DC/DC变换，产生适合超级电容14电压等参数的直流电，为超级电容14充电。
电压采集模块采集超级电容14的实时电压，当超级电容14电压低于预定电压时，即超级电容14的剩余电量过低时，控制模块2通过继电器控制备用电源板24经过整流滤波单元240整流滤波为电梯控制变频器4提供电源，在实际应用中，由于超级电容14的存储容量较大，一般超级电容14内部存储的电能足够电梯运行使用，而不会市电供电。
主控制芯片25用于采集所述人机操作界面参数、显示板参数、外围设备参数以及电梯控制变频器参数以及拽引电机控制器参数，对电梯的运行进行监控。主控制芯片25连接有通讯模块，当电梯的运行状况出现问题时，通过通讯模块能够向用户发送警报。
本发明的优点如下所述：
1、将太阳能应用到电梯节能中，提出了一种新的能源理念，符合新能源要求，并节约了大量电能，达到保护环境，节约成本的目的。
2、在使用时，将太阳能通过双向DC/DC变换器3直接给电梯控制变频器4的主流母线供电，即直接为电梯控制变频器4提供直流供电，而不是通过逆变方式先将直流电转变为交流电再向电梯供电，这种方式省掉了逆变和整流两个中间环节，从而提高了太阳能的利用效率，相比于逆变方案，系统整体的可靠性也得到提高。
3、采用超级电容14作为储能元件，把多余的太阳能能源以及电梯发电产 生的能源存储在超级电容14里，当电梯运行需要能源时再通过直流变换释放出来给电梯变频器的直流母线，增大了对太阳能以及电梯运行中产生的电能的利用效率。
4、整个太阳能电梯控制系统采用全数字控制，为了最大效率地提高节能效果，采取预检测电梯的发电量的大小，来决定给超级电容14充电。
5、电压采集模块对超级电容14的剩余电量进行实时采集判断，当超级电容14的剩余电量的电压低于预定电压时，控制模块2开启备用电源板，通过备用电源板24将市电交流电转变为直流电为电梯进行供电。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。