交流轿内按钮货梯PLC控制系统设计.docx

设计任务简述:一、设计内容（论文阐述的问题） 本设计的主要任务是为交流轿内按钮货梯设计一套电气系统。其目的在于综合运用所学的电机拖动、电气控制、电子技术、电梯技术及电气设备安装调试等知识，进行机电设备运动控制设计的基本训练。 电梯的电气系统包括电力拖动系统和逻辑操纵系统两部分，本设计侧重于后者。主拖动系统采用交流双速异步电机拖动方案，这种拖动方式具有线路简单、成本低、便于维护、工作可靠等优点适用于运行频繁、客流量大、层站不多的公共性建筑。逻辑操纵系统可以用多种方式实现，根据双速电梯的特点和现场控制中比较常见的控制手段，本设计要求采用可编程序控制器作为核心控制装置，配合必要的外部控制线路，用软件编制电梯的控制程序，实现电梯的交通运行控制。设计中，应仔细了解电梯的结构和运行要求，认真确定主电路和控制线路方案，充分发挥PLC的编程功能，在保证满足基本使用要求的前提下，尽可能地考虑合理性和多功能性，体现一定的特色。二、设计原始资料（实验、研究方案） 1、 电梯运行环境为工厂生产大楼，服务层站为四层四站。额定载重2T，额定速度05m/sec。2、层显采用BCD码形式。基站设机械钥匙开关。 3、 电梯机房设于顶层，380V/220V三相电源已引入机房内，为曳引电机、控制线路、机房及井道照明提供电源。 4、曳引电机可选用电梯专用交流异步电动机，门电机采用110V、130W直流电动机。 5、PLC采用日本三菱公司的FX2N系列三、主要技术指标1、设计主拖动回路原理图，选择电动机和主拖动回路主要电气元件。2、设计控制系统原理图，选择主要电器元件。3、按交流轿内按控制的要求编制逻辑控制程序。4、对逻辑控制程序进行模拟调试。5、在模型电梯上进行现场模拟调试。6、设计井道接线图。7、编制元件名称及符号一览表。8、编写设计说明书。一绪论1.1电梯的起源与现状人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水，随着这种水压梯的发展，淘汰了蒸汽梯。后来又出现了采用液压泵和控制阀以及直接柱塞式和侧柱塞式结构的液压电梯，这种电梯至今仍为人们所采用。奥的斯先生的发明的电梯彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。 1887年，美国奥梯斯公司制造出世界上第一台电梯，这是一台以直流电动机传动的电梯。它被装设在1889年纽约德玛利斯大厦。这座古老的电梯，每分钟只能走10米左右。当初设计的电梯纯粹是为了省力。1900年，以交流电动机传动的电梯开始问世。1902年，瑞士的迅达公司研制成功了世界上第一台按钮式自动电梯，采用全自动的控制方式，提高了电梯的输送能力和安全性。随着超高层建筑的出现，电梯的设计、工艺不断得到提高，电梯的品种也逐渐增多。1900年，美国奥梯斯公司制成了世界上第一台电动扶梯。1950年又制成了安装在高层建筑外面的观光电梯，使乘客能在电梯运行中清楚地眺望四周的景色。中国最早的一部电梯出现在上海，是由美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。此后，在上海、天津、沈阳、西安、北京、广州等地相继建立了电梯制造厂，使我国的电梯工业从无到有，从安装维修到制造，从小到大地发展起来。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。80年代中期以来，随着我国对外开放，对内搞活经济的政策深入贯彻执行，随着技术引进工作的进一步发展，在国内建立了一批合资和独资电梯生产厂，使我国的电梯工业又取得了巨大发展。产量连续多年成倍增长，产品质量和整机性能明显提高。为了进一步推动电梯工业的发展，我国有新颁布了一批具有80年代国际水平的电梯制造标准，随着采用新标准生产的电梯批量推向市场，技术性能和质量明显提高的电梯又进一步促进建筑行业和电梯业的发展，电梯工业蓬勃发展的局面已经形成。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形扇形、三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保一款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好。1.2电梯的分类1.2.1 按用途分类（1） 乘客电梯：为运送乘客而设计的电梯，主要用于宾馆、饭店、办公楼、大型商店等客流量较大的场合，这类电梯为了提高运送效率，其运行速度较快，自动化程度较高，轿厢的尺寸和结构形式多为宽度大于深度。而且安全设施齐全。（2） 载货电梯：为运送货物而设计，运行速度较低，主要用于两层楼上的车间和各类仓库等场合。（3） 病床电梯：为运送病人而设计的电梯。（4） 杂物电梯：供图书馆、办公楼、饭店运送图书、文件、食品等，并不允许人员进入，这种电梯安全设施不齐全。（5） 住宅电梯：供住宅楼使用的电梯。（6） 客货电梯：主要用作运送乘客，但也可运送货物的电梯，它与乘客电梯的区别在于轿厢内部的装饰结构不同。（7） 特种电梯：如船舶电梯，观光电梯。1.2.2 按速度分类（1） 低速梯：速度v 1.0m/s的电梯（2） 快速梯：速度1.0m/sv 控制柜 2 曳引机 3 曳引钢丝绳4 限速器 5 限速器钢绳6 限速器张紧装置 7 轿厢 8 安全钳9 轿厢门安全触板 10导轨 11对重12 厅门 13 缓冲器2.1曳引系统曳引钢丝绳至少有两根独立的钢丝绳。 曳引轮节圆直径与钢丝绳直径之比不应小于 40 。 钢丝绳的公称直径不小于 8mm 。钢丝绳的安全系数：三根或三根以上，12；两根， 16；卷筒驱动：12。钢丝绳与绳头连接处的强度不应小于钢丝绳自身强度的 80% 。各根钢丝绳应受力均等，小于 5% ， 空载到满载的网丝绳伸拉量不超过 20mm 。2.2轿厢和对重装置2.2.1轿厢轿厢是用来运送乘客或货物的电梯组件。由轿厢体、轿厢架及有关构件和装置组成。轿厢架是轿厢的承载结构，轿厢的负荷（自重和载重）由它传递到曳引钢丝绳。当安全钳动作或蹲底撞击缓冲器时，还要承受由此产生的反作用力，因此轿厢架要有足够的强度。轿厢架一般由上梁、立柱、底梁和拉条（调节轿底水平度，防止底板倾翘）等组成。轿厢体是形成轿厢空间的封闭围壁，除必要的出入口和通风孔外不得有其他开口，轿厢体由不易燃和不产生有害气体和烟雾的材料组成。为了乘员的安全和舒适，轿厢入口和内部的净高度不得小于2米。为防止乘员过多而引起超载，轿厢的有效面积必须予以限制。具体可参见GB7588-2003对额定载重量和轿厢最大有效面积的对应规定。在乘客电梯中为了保证不会过份拥挤，标准还规定了轿厢的最小有效面积。轿厢体一般由轿底板、轿厢壁、轿厢顶。称量装置一般设在轿底，也有少数设在轿顶的上梁。基本结构是在底梁上安装若干个微动开关（触点）或重量传感器，当置于弹性胶垫上的活络轿厢由于载荷增加向下位移时，触动微动开关发出信号，或由传感器发出与载荷相对应的连续信号。这是最基本的一个开关，在超载（超过额定载荷10%）时动作，使电梯门不能关闭，电梯也不能起动，同时发出声响和灯光信号（有些无灯光信号）。所以也称超载开关。轿厢内装置一般有操纵箱（轿内的操纵装置）、通风装置、照明、停电应急照明、报警和通信装置等。2.2.2对重装置电梯对重装置，主要由对重架、对重块、导靴、缓冲头组成。对重块为长条状，每层可并排放置23块，顶层对重块的两端设有紧固部件，可将并排多层重叠摆放的对重块紧固住。此实用型对重块的特点是不需增加对重架构件，对重块质量较小，既节省材料，又便于安装搬运和调整平衡系数，同时还能有效地防止因对重块质量较小而出现串动。安装人员在安装电梯时，应根据电梯随机技术文件就算出对重装置的总重量，再根据每个对重铁块的重量确定放入对重的铁块数量。对重装置过轻或过重，都会给电梯的调试工作造成困难，影响电梯的整机性能和使用效果，造成冲顶或墩底事故。2.3轿门、厅门与开关门系统2.3.1轿门轿门也称轿厢门，是为了确保安全，在轿厢靠近厅门的侧面，设置供司机、乘用人员和货物出入的门。轿门按结构形式可分为封闭式轿门和栅栏式轿门两种。如果按开门方向分，栅栏式轿门可分为左开门和右开门两种。封闭式轿门可分为左开门、右开门、中开门三种。除了一般的货梯轿门采用栅栏门外。医梯和客梯的轿门均采用封闭式轿门，80年代中期后，货梯也很少采用栅栏式轿门。栅栏式轿门用小槽钢和小扁钢制成。门上方的小槽钢装置有滚动轴承，通过滚动轴承把门吊挂在门导轨上，而门导轨则固定在轿顶上。在门下方，有装有滚动轴承的小槽钢的另一端，装置有门滑块，门滑块的一端固定在小槽钢上，另一端插入轿门踏板的小槽内。开关门时，门上方的滚动轴承在门导轨上滚动，门下方的门滑块在轿门踏板的小槽内滑行。封闭式轿门的结构形式与轿壁相似。由于轿厢门常处在运动的开关过程中，所以在客梯和医梯的轿门背面常作消声处理，以减少开关门过程中由于振动所引起的噪声。更高级的电梯，除在轿门背面作消声处理外，还装有称为“安全触板”的装置，这种装置在关门过程中，在轿门的运行方向上，能比轿门超前伸出一定的距离。当装置超前伸出轿门部分碰压出入轿厢的乘用人员时，装置上的微动开关动作，立即切断电梯的关门电路并接通开门电路，使门立即开启，以免挤伤乘用人员。封闭式轿门与轿厢及轿厢踏板的连接方式与栅栏式轿门相仿，轿门上方设置有吊门滚轮，通过吊门滚轮把轿门吊挂在轿门导轨上，门下方装置有门滑块，门滑块的一端插入轿门踏板的小槽板内，使门在开关过程中只能在预定的垂直面上运行。2.3.2厅门厅门也称层门。厅门和轿门一样，都是为了确保安全，而在各层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机、乘用人员和货物等出入的门。一般的厅门多为封闭门。厅门主要由门框、厅门扇、吊门滚轮等机件组成。门框由门导轨、左右立柱或门套、门踏板等机件组成。厅门的结构和工作情况与封闭式轿门相仿。2.3.3开关门系统电梯轿、厅门的开关，有手动开关及自动开关两种开关门方式。电梯产品中采用手动开关门的情况已经很少，但在个别货梯中也还有采用手动开关门的。采用手动开关门的电梯，是依靠分别装置在轿门和轿顶、厅门与厅门框上的拉杆门锁装置来实现的。拉杆门锁装置包括装在轿顶或厅门框上的锁和装在轿门或厅门上的拉杆两部分。门关妥时，拉杆的顶端插入锁的孔里，由于拉杆压簧的作用在正常情况下拉杆不会自动脱开锁，而且轿门外和厅门外的人员用手也扒不开厅门和轿门。开门时，司机手抓拉杆下拉，拉杆压缩弹簧使拉杆的顶端驼鹿锁孔，再用手将门往开门方向推，便能实现手动开门。由于轿门和厅门之间没有机械方面的连动关系，所以开门或关门时，司机必须先开轿门，后再开厅门，或者先关厅门后再关轿门。采用手动门的电梯，必须是有专职司机控制的电梯。开关门时司机必须用手依次关闭或打开轿门和厅门。所以司机的劳动强度很大，而且电梯的开门尺寸越大，劳动强度就越大。随着科学技术的发展，采用手动开关门的电梯将越来越少，逐步被自动开关门电梯所取代。常用的拉杆们锁装置由电连锁开关、锁壳、吊门导轨、复位弹簧、拉杆固定架、拉杆和门扇构成。自动开关门机构分为轿门为栅栏式的自动开关门机构和轿门为封闭式的自动开关门机构两种。轿门为栅栏式的自动开关门机构用于轿门为栅栏式的自动开关门机构。这种开关门机构多采用电功率为120170W、转速为1000/min、供电电压为直流110V的直流电动机作为拖动电机，通过两级传动带轮减速，最后由链条和链轮拖动栅栏门作往返运行，实现自动开关门。栅栏式轿门上装有角铁制成的，称为门刀的机件，厅门上装有称为钩子锁的装置。当电梯在预定的层站平层停靠时，门刀插入钩子锁装置的两个滚轮之间，开关门的拖动电机通过传动带轮、链条和链轮拖动轿门，轿门通过门刀和门锁装置带动厅门运行，实现厅、轿门的同步开关。轿门为封闭式的自动开关门机构有双折式左、右开关门，中分和中分双折式开关门两种，这两种之间的结构略有差异。这些自动开关门机构，80年代中期前国内采用直流电动机作为拖动电机及传动带轮减速。但是与栅栏式开关门机构比较，传动带轮减速比要大些，而且不是由链条和链轮拖动轿门运行，而是依靠拨杆拨动轿门作往返运行，实现开关门的。80年代中期后，随着调速技术的发展和成熟应用，门拖动电机也拖动控制传动结构形式的。2.3.4门锁装置门锁装置一般位于厅门内侧，在门关闭后，将门锁紧，同时接通门联锁电路。门电联锁电路接通后电梯方能启动运行。出他数需要外，是严防从厅门外侧打开厅门的机电联锁装置。因此，门锁装置是电梯的一种安全装置。门锁装置分为用于手动开关门的拉杆门锁和用于自动开关门的钩子锁两种。钩子锁也称自动门锁，由于自动门锁只能装在厅门上，又称厅门锁。自动门锁装置有多种结构形式，但都大同小异，其中两种常见的结构形式为单刀门，和双刀门，实践证明双刀门结构形式效果好。2.4引导系统电梯的引导系统，包括轿厢引导系统和对重引导系统两种。这两种系统均由导轨、导轨架、和导靴三中机件组成。由于电梯的类别、运行速度、载重量等的变化，组成两个系统三种机件的结构和参数尺寸也会发生相应的变化。2.4.1导轨每台电梯均具有用于轿厢和对重装置的两组至少4列导轨。导轨是确保电梯的轿厢和对重装置的预定位置上做上下运动的重要机件。导轨加工生产和安装质量的好坏，直接影响着电梯的运行效果和乘坐舒适感。近年来国内电梯产品使用的导轨分为T型导轨和空心导轨两种。由于导轨是电梯引导系统的重要机件。80年代中期后，随着我国电梯事业的发展，导轨用量日益增多，导轨的品种规格也发展较快，其中T型导轨已由原有的两种发展到几十种，而且用空心导轨取代原用角钢导轨，而且空心导轨也有好几种规格可供选用。为了规范导轨的制造加工行为，确保导轨质量，国家规范CB/T5072.1-3-96,对导轨的几何形状、主要参数尺寸、加工方法、形位公差、检验规则等都作了规定，施工时可查阅该标准。2.4.2导轨架导轨架按电梯安装平面布置图的要求，固定在电梯井道内的墙壁上，是固定导轨的机件。每根导轨上至少应设置两个导轨架，个导轨架之间的间隔距离应不大于2.5m。导轨架在井道墙壁上的固定方式有埋入式、焊接式、欲埋螺栓或涨管螺栓固定式、对穿螺栓固定式等四种。导轨架的形式与轿厢和对重装置在井道内的平面布置形式、曳引方式有关。对重装置在轿厢侧面时，有两种形式的导轨架。其中一种导轨架是两根对重导轨和一根轿厢导轨合用的导轨架，称为一管三导轨架。另一种是轿厢导轨固定架，这种导轨架可用于对重装置在轿厢后面时的导轨架。在固定导轨架过程中，如果采用焊接式时，需要电焊机把导轨架焊在井道墙壁中的预埋钢板上。若采用埋入式时，导轨架的埋入部分需制成鱼尾式，开叉长度应大于100mm。近年来采用涨管螺栓稳固导轨架的方法较多。2.4.3导靴导靴稳装在轿架和对重架上，使轿厢和对重沿着导轨上下运行的装置。电梯产品中常用的导靴有滑动导靴和滚轮导靴两种。滑动导靴有刚性滑动导靴和弹性滑动导靴两种。刚性滑动导靴的结构比较简单，被作为额定载重量为3000kg以上，运行速度V0.5m/s的轿厢和对重导靴。这种导靴80年代末前多用一块铸铁经刨削加工而成。在实际应用中，还有一种用尼龙做靴衬的刚性导靴，这种导靴常被作为额定载重量在3000kg以下，运行速度V0.5m/s的客梯、医梯、货梯等的对重导靴。在实际生产中，额定载重量在2000kg以下，运行速度V1.0m/s的对重导靴，多采用性能比较好的弹性滑动导靴，这种导靴的结构一般包括靴头、弹簧、尼龙靴衬、靴座、对重架和导轨。为了提高电梯的乘坐舒适感，较少运行过程中的噪声，没有设尼龙靴衬的刚性导靴，其导靴与导轨接触面处应有比较高的加工精度，并定期涂抹适量的黄油，以提高其润滑能力。采用弹性滑动导靴的轿厢或对重装置，常在导靴上设置导轨加油盒，通过油惗在电梯上、下运行过程中，给导轨工作面涂适量的润滑油。滚轮导靴主要由两个侧面导轮和一个端面构成。三个滚轮从三个方面卡住导轨，使轿厢沿着导轨上下运行。当轿厢运行时，三个滚轮同时滚动，保持轿厢在平衡状态下运行。为了延长滚轮的使用寿命，较少电梯在运行过程中，滚轮与导轨工作面之间在作滚动摩擦时所产生的噪声，常在滚轮外缘包着一层薄薄的耐磨朔料外壳，以便取得更为满意的运行效果。2.5机械安全保护系统为了防止由于电梯损坏或驾驶人员操作不当而发生事故，按国家有关规定，电梯都应装以下必要的安全装置： （1）刹车。控制电梯曳引机器部分起动停止的制动器，可使电梯的轿厢及时停止上升或下降； （2）限位开关。限止轿厢开到最高位置或最低位置不能继续运行的装置； （3）越程开关。轿厢行驶到最高位置或最低位置时，如限位开关失去控制，轿厢就会继续上升或下降。为了防止轿厢冲顶或沉底，应装置能切断电源和不能自动复位的越程开关，并装在机房内，而不能装在井道内； （4）缓冲器。为了减少轿厢冲顶或沉底的能量，应装设具有吸收运动机构能量并减少冲击的缓冲器。同时，在缓冲器与轿厢触碰处装置橡皮或海绵，以减少其冲击能量； （5）安全钳。为了防止由于吊重钢丝绳断裂，绳槽打滑等导致轿厢突然坠落事故，应在轿厢上装置能同时切断控制电源和使轿厢停止下坠的安全钳。没有安全钳的轿厢不可乘人或带人。如是简易电梯，应有防止人有轿厢内装卸货物时轿厢突然坠落的安全装置（安全停止销等）； （6）限速器。为了防止行驶速度超过正常速度，凡三层以上（含三层楼）的乘人或带人电梯，应装速度控制器（二层以下（含二层楼）可不装）、这种机构一般与安全钳联成一体； （7）安全门。为了防止人员头、手、脚伸出井道和物件坠落竖道，乘载厢进出口应装安全门。公共场所、家属宿舍和有易燃易爆物的场所等使用的电梯，其竖道门应是封闭式，其轿厢应是满门，井道（厅门）不低于1.8米高； （8）门电开关。为了防止由于竖道门、乘载厢门、轿顶门未关而发生事故，应在竖道门上和乘载厢门上装置门电开关； （9）门联锁。为了防止有人把竖道门和乘载厢门开动进出或将头、手、脚伸出而发生事故，应在竖道门和乘载厢门上（二个以上门）安装门联锁； （10）安全接地装置。为了防止因电器设备损坏，使电梯金属结构部分带电而发生触电事故，在电器设备的金属外壳和电梯的金属结构上，应装安全接地装置，接地线应用多股电线，不可随便利用中性线当作安全接地线使用，其接地电阻不大于4欧姆； （11）限速钢丝绳开关。当限速钢丝绳脱扣或断绳时，可切断电梯控制电源，使电梯不能开动； （12）电梯配重装置。每台电梯必须具备配重装置，其重量应达到吊物重量的4050%三电梯控制系统总体设计3.1系统总体要求3.1.1设计任务本设计的主要任务是为交流轿内按钮货梯设计一套电气系统。主拖动系统采用交流双速异步电机拖动方案，这种拖动方式具有线路简单、成本低、便于维护、工作可靠等优点适用于运行频繁、客流量大、层站不多的公共性建筑。逻辑操纵系统可以用多种方式实现，根据双速电梯的特点和现场控制中比较常见的控制手段，本设计要求采用可编程序控制器作为核心控制装置，配合必要的外部控制线路，用软件编制电梯的控制程序，实现电梯的交通运行控制。设计中，应仔细了解电梯的结构和运行要求，认真确定主电路和控制线路方案，充分发挥PLC的编程功能，在保证满足基本使用要求的前提下，尽可能地考虑合理性和多功能性，体现一定的特色。另外，系统必须运行可靠，能确保系统能正常运行，在异常情况下，必须具备完善应急保证措施。3.1.2设计原始资料（1）电梯运行环境为工厂生产大楼，服务层站为四层四站。额定载重2T，额定速度05m/sec。（2）层显采用BCD码形式。基站设机械钥匙开关。（3）电梯机房设于顶层，380V/220V三相电源已引入机房内，为曳引电机、控制线路、机房及井道照明提供电源。（4）曳引电机可选用电梯专用交流异步电动机，门电机采用110V、130W直流电动机。（5）PLC采用日本三菱公司的FX2N系列3.2系统总体方案的确定3.2.1电梯主拖动方案设计电梯的电力拖动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速