电梯结构原理及控制综合系统分析.doc

第一章 绪论伴随城市建设不停发展，高层建筑不停增多，电梯在国民经济和生活中有着广泛应用。电梯作为高层建筑中垂直运行交通工具已和大家日常生活密不可分。实际上电梯是依据外部呼叫信号和本身控制规律等运行，而呼叫是随机，电梯实际上是一个人机交互式控制系统，单纯用次序控制或逻辑控制是不能满足控制要求，所以，电梯控制系统采取随机逻辑方法控制。现在电梯控制普遍采取了两种方法，一是采取微机作为信号控制单元，完成电梯信号采集、运行状态和功效设定，实现电梯自动调度和集选运行功效，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方法用可编程控制器（PLC）替换微机实现信号集选控制。从控制方法和性能上来说，这两种方法并没有太大区分。中国厂家大多选择第二种方法，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定可靠等特点，所以现在电梯控制系统广泛采取可编程控制器来实现。电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体机电设备，它是建筑物中永久性垂直交通工具。为满足和提升大家生活质量，电梯智能化、自动化技术快速发展。尤其是伴随计算机网络技术、微电子和电力电子技术飞速发展，现代电梯技术含量日益提升。在改善电梯性能同时，对电梯设计、管理和维护人员提出了更高要求。第二章 电梯结构2.1 电梯基础结构电梯是机和电紧密结合复杂产品，是垂直交通运输工具中使用最普遍一个电梯，其基础组成包含机械部份和电气部份，结构包含四大空间（机房部分、井道和底坑部分、围壁部分和层站部分）和八大系统（曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统）组成。电梯基础结构图21所表示：1-减速箱；2-曳引轮；3-曳引机底座；4-导向轮；5-限速器；6-机座；7-导轨支架；8-曳引钢丝绳；9-开关碰铁；10-紧急终端开关；11-导靴； 12-轿架；13-轿门； 14-安全钳；15-导轨； 16-绳头组合；17-对重， 18-赔偿链；19-赔偿链导轮； 20-张紧装置；21-缓冲器； 22-底坑；23-层门； 24-呼梯盒；25-层楼指示灯； 26-随行电缆；27-轿壁； 28-轿内操纵箱；29-开门机； 30-井道传感器；31-电源开关； 32-控制柜；33-曳引电机； 34-制动器电梯基础结构剖视图图2-12.1.1 机房部分机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。机房能够设置在井道顶部，也可设置在井道底部。当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方法。这种方法结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。机房必需有足够面积，高度、承重能力及良好通风条件。 组成：总电源控制盒、控制柜、曳引机、导向轮、限速器。2.1.2 井道及底坑部分井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重有限空间。为了出人，在每个层站开有入口。井道底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。因为深人了地面，所以要求防水，最好有排水设施。组成：导轨、导轨支架、对重、缓冲器、限速器张紧装置、赔偿链、随行电缆、底坑、井道照明。2.1.3 围壁部分围壁作用是将电梯和外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。围壁结构分为封闭式和空格式。2.1.4 层站部分层站是各楼层中，电梯停靠地点。每一层楼，电梯最多只有一个站；但可依据需要在一些层楼不设站。 组成：层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置。2.1.5 曳引系统 电梯曳引系统作用是输出动力而且传输动力，从而使电梯完成向上或向下运动。电梯曳引系统图22所表示：图2-2 电梯曳引系统曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。曳引机是电梯关键拖动机械，它驱动电梯轿厢和对重装置作上、下运动，是电梯动力源，。曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，依据需要，有曳引机还装有冷却风机、速度反馈装置(光码盘)、惯性轮等。依据电动机和曳引轮之间是否有减速箱，可分为有齿曳引机和无齿曳引机。对于有齿轮曳引机，需在曳引电动机转轴和曳引轮转轴之间安装减速器(箱)，目标是将电动机轴输出较大转速降低到曳引轮所需较低转速，同时得到较大曳引转矩，以适应电梯运行要求。制动器是电梯一个关键安全装置，对主动转轴起制动作用。除了安全钳以外，只有它能使工作中电梯轿厢停止运行，另外它还对轿厢和厅门地坎平层时正确度起着关键作用。电梯曳引钢丝绳两端分别和轿厢和对重装置联接，绳承受着电梯全部悬挂重量，且反复弯曲，承受很高比压，还要频繁承受电梯起动和制动冲击。所以，对电梯曳引钢丝绳强度、耐磨性和挠性全部有很高要求。当钢丝绳绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。反绳轮个数能够是1个、2个甚至3个，这和曳引比相关。导向轮作用是分开轿厢和对重间距，将曳引钢丝绳引向对重或轿厢钢丝绳轮，采取复绕型时还可增加曳引能力。导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。2.1.6 导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成。它作用是限制轿厢和对重活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导轨组件，和井道壁联接。导靴装在轿厢和对重架上，和导轨配合，强制轿厢和对重运动服从于导轨直立方向。2.1.7 门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成。轿厢门设在轿厢入口，由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成。层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门靴、门锁装置及应急开锁装置组成。开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭动力源。2.1.8 轿厢轿厢用以运输乘客或货物电梯组件。它是由轿厢架和轿厢体组成。轿厢架是轿厢体承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成。轿厢体由轿厢底、轿厢壁、轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成。轿厢体空间大小由额定载重量或额定载客人数决定。组成：轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯报警装置。2.1.9 重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量赔偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。对重将平衡轿厢自重和部分额定载重。重量赔偿装置是赔偿高层电梯中轿厢和对重侧曳引钢丝绳长度改变对电梯平衡设计影响装置。2.1.10 电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯实施速度控制。曳引电机是电梯动力源，依据电梯配置可采取交流电机或直流电机。供电系统是为电机提供电源装置。速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信号。通常采取测速发电机或速度脉冲发生器，和电机相联。调速装置对曳引电机实施调速控制。2.1.11 电气控制系统电气控制系统由操纵装置、控制屏、位置显示装置、平层装置、选层器等组成,它作用是对电梯运行实施操纵和控制。操纵装置包含轿厢内按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中检修或应急操纵箱。控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实施电气控制集中组件。位置显示装置是指轿内和层站指层灯。层站上通常能显示电梯运行方向或轿厢所在层站。选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出加减速信号等作用。2.1.11 安全保护系统安全保护系统包含机械和电气各类保护系统，可保护电梯安全使用。机械方面有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用；还有切断总电源极限保护等。电气方面安全保护在电梯各个运行步骤全部有。第三章 电梯工作原理3. 电梯系统工作原理电梯安全保护装置用于电梯启停控制；轿厢操作盘用于轿厢门关闭、轿厢需要抵达楼层等控制；厅外呼叫关键作用是当有些人员进行呼叫时，电梯能够正确达成呼叫位置；指层器用于显示电梯达成具体位置；拖动控制用于控制电梯起停、加速、减速等功效；门机控制关键用于控制当电梯达成一定位置后，电梯门应该能够自动打开，或门外有乘电梯人员要求乘梯时，电梯门应该能够自动打开。电梯控制系统结构图图31所表示：图3-1 电梯控制系统结构图电梯信号控制基础由PLC软件实现。输入到PLC控制信号有运行方法选择（如自动、有司机、检修、消防运行方法等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信号、开关门及限位信号、门区和平层信号等。电梯信号控制系统图32所表示：图3-2 电梯信号控制系统 第四章 控制系统分析 4.1 继电器控制系统电梯继电器控制系统是最早一个实现电梯控制方法。不过，进入九十年代，伴随科学技术发展和计算机技术广泛应用，大家对电梯安全性、可靠性要求越来越高，继电器控制弱点就越来越显著。 电梯继电器控制系统存在很多问题：系统触点繁多、接线线路复杂，且触点轻易烧坏磨损，造成接触不良，所以故障率较高；一般控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂控制功效，使系统控制功效不易增加，技术水平难以提升；电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提升；系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大；因为线路复杂，易出现故障，所以保养维修工作量大，费用高，而且检验故障困难，费时费工。电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯可靠性和安全性，常常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧。且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不仅会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。4.2 计算机控制系统计算机控制系统在工业控制领域中，其主机通常采取能够在恶劣工业环境下可靠运行工控机。工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，能提供实时操作系统支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂工业对象控制占有优势。不过，它使用和维护要求工作人员应含有一定专业知识，技术水平较高，且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。可编程控制器对此进行了改善，变通用为专用，有利于降低成本，缩小体积，提升可靠性等特征，更适应过程控制要求。4.3 PLC控制系统可编程序控制器(PLC)最早是依据次序逻辑控制需要而发展起来，是专门为工业环境应用而设计数字运算操作电子装置。鉴于其种种优点，现在，电梯继电器控制方法已逐步被PLC控制所替换。同时，因为电机交流变频调速技术发展，电梯拖动方法已由原来直流调速逐步过渡到了交流变频调速。所以，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业一个热点。可编程序控制器应用领域，在发达工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在全部工业部门，伴随可编程序控制器性能价格比不停提升，过去很多使用专用计算机场所也能够使用可编程序控制器。比如用在开关量控制，这是可编程序控制器最基础最广泛应用，它输入和输出信号全部是只有通、断状态开关量信号，这种控制和继电器控制最为靠近，能够用价格较低，仅有开关量控制功效可编程序控制器作为继电器控制系统替换物。开关量逻辑控制能够用于单台设备，也能够用于自动线生产线，如机床控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械控制，一样也能够用于电梯控制。可编程序控制器特点： 可靠性高、抗干扰能力强 控制系统组成简单、通用性强 编程简单，使用、维护方便 组合方便、功效强、应用范围广体积小、重量轻、功耗低经过上述简述，PLC电梯控制系统应能够达成以下要求：（1）安全性电梯是运输乘客，即使载货电梯通常也有些人伴随，所以对电梯第一要求便是安全。电梯中设置有必需安全方法，它们关键有：超速保护装置轿厢超越上、下极限工作位置时，切断控制电路装置，交流电梯（除杂物电梯）还应有切断主电路电源装置，直流电梯在井道上、下端站前，应有强迫减速装置。撞底缓冲装置对三相交流电源应设断相保护装置和相序保护装置应设置厅门、轿门电气联锁装置电梯因中途停电或电气系统有故障不能运行时，应有轿厢慢速移动方法（2）可靠性电梯可靠性也很关键，假如一部电梯工作起来常常出故障，就会影响大家正常生产、生活，给大家造成很大不便。不可靠也是事故隐患，是不安全起因。要想提升电梯可靠性，首先应提升组成电梯各个零、部件可靠性，只有每个零、部件全部是可靠，整部电梯才可能是可靠。（3）乘坐舒适感依据大家生活中经验证实，在运动速度不变情况下，速度值大小对大家器官基础上没有什么影响，这只是指大家沿地面或空中沿和地面平行任意方向运动情况而言。高速升降运动就和上述运动有所不一样。这是因为在升降运动中，人体周围气压快速改变，对大家器官产生影响。比如耳膜会感到压力而嗡嗡响等等。只要采取一定方法，这些影响是能够消除。所以现在电梯运行速度虽已高达10m/s。仍能使乘客无大不适感。（4）快速性电梯作为一个交通工具，对于快速性要求是必不可少。快速能够节省时间，这对于在快节奏现代社会中乘客是很关键。快速性关键经过以下方法得到：提升电梯额定速度集中部署多台电梯，经过电梯台数增加来节省乘客候梯时间见面可能降低电梯起、停过程中加、减速所用时间（5） 停站正确性（6）电梯理想运行曲线依据大量研究和试验表明，人可接收最大加速度为am1.5m/s2，加速度改变率m3m/s3,电梯理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，因为正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在开启及制动段转折点处加速度改变率均大于梯形曲线，即 m跳变到-m或由-m跳变到 m加速度改变率，故极少采取，因梯形曲线轻易实现而且有良好加速度改变率频繁指标，故被广泛采取。变频器组成电梯系统，当变频器接收到控制器发出呼梯方向信号，变频器依据设定速度及加速度值，开启电动机，达成最大速度后，匀速运行，在抵达目标层减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器能够自动计算出减速点到平层点之间距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯平层过程中变频器经过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或降低制动斜坡值，反之则降低低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置410cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度平层，从而达成平层正确可靠。（其速度曲线图41所表示） 图4-1 抛物线直线综合速度曲线抛物线直线综合速度曲线加速时间起始阶段（ta/n）和最末段（ta/n）均为抛物线形速度曲线，而中间段（n-2）ta/n为直线形速度曲线；n为起动时间系数。参考文件1汪晓平主编.PLC可编程控制器系统.人民邮电出版社，.2李国厚主编.PLC原理和应用设计.化学工业出版社，.3程玉华主编.西门子S7-200工程应用实例分析.电子工业出版社,.4王卫星等著.可编程控制器原理及应用.中国水利水电出版社，.5胡学林编著.可编程控制器应用技术.高等教育出版社，1996.6刘载文等著.电梯控制系统.北京：电子工业出版社， 1996.7陈家胜主编.电梯结构原理及安装维修.北京：电子工业出版社，1990.8朱善君等著.可编程序控制系统原理、应用、维护.北京：清华大学出版社,1992.9王兆义主编.可编成控制器教程.北京：机械工业出版社，.10陈伯时等.交流调速系统.北京：机械工业出版社，.11孙振强主编.可编程控制器原理及应用.清华大学出版社,.