畢業(yè)設計基于變頻調(diào)速的電梯PLC控制系統(tǒng)的設計

1、湘潭大學畢業(yè)設計說明書題 目： 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 2010年05月20日 湘 潭 大 學畢業(yè)論文（設計）任務書設計（論文）題目： 基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)設計 學 號： 2006500615 學生姓名 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化指導教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求： 1、檢索國外電梯的發(fā)展動態(tài)，分析國內(nèi)的現(xiàn)狀； 2、分析基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)的關鍵技術問題； 3、完成基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)的總體方案設計； 4、完成基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)計算設計；

2、 5、完成基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)的硬件選擇及接線圖設計； 6、完成基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)的顯示電路模塊設計； 7、完成基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)的控制程序模塊設計； 8、完成畢業(yè)論文的文稿工作，要求：總字數(shù)不低于一萬字，使用a4編輯及打印裝訂成冊； 9、技術圖紙：控制系統(tǒng)原理圖1張（1號）、電梯門機主電路圖1張（3號）、電梯輸入輸出模擬圖1張（3號）； 11、翻譯英文技術資料：翻譯變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)的（或相關課題）開發(fā)及研究的英文資料。要求：3000單詞，復印原稿與翻譯(打印)稿同冊裝訂。 二、重點研究的問題： 1、電梯控制方案選擇設計； 2、基于變頻調(diào)速電梯的計算

3、機控制系統(tǒng)的軟件設計； 3、基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)硬件的設計。 三、進度安排 各階段完成的內(nèi)容起止時間1資料檢索、查詢2010年2月20 日 3月5 日2系統(tǒng)總體方案構(gòu)思及設計2010年3月6日 3月20日3完成變頻調(diào)速電梯方案選擇設計2010年3月 21日 4月10日4完成變頻調(diào)速電梯硬件設計； 2010年4月11日 4月25日5完成變頻調(diào)速電梯軟件的設計2010年4月26日 5月10日6畢業(yè)設計論文撰寫和編輯2010年5月11日 5月19日7交畢業(yè)設計說明書和圖紙，答辯準備2010年5月 20 日 5月 25 日四、應收集的資料及主要參考文獻1 巫莉，黃江峰. 電氣控制與plc應

4、用m. 北京:中國電力出版社，2008 2 李惠升.電梯控制技術m. 北京:機械工業(yè)出版社，2005 3 殷洪義，吳建華. plc原理與實踐m. 北京:清華大學出版社，2008 4 常曉玲.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機械工業(yè)出版社,2004 5 張漢杰.現(xiàn)代電梯控制技術m.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001 6 呂汀，石紅梅.變頻技術原理與應用m.北京：機械工業(yè)出版社，2003 7 王永華.現(xiàn)代電氣控制及plc應用技術m.北京：北京航空航天大學出片社，20088 吳忠智，黃立培，吳加林.調(diào)速用變頻器及配套設備選用指南m.北京；機械工業(yè)出版社，2003 9 馮垛生.變頻器實用指南m.

5、北京：人民郵電出版社，2007 湘 潭 大 學畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 2006500615 姓名 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)設計 評價項目評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，

6、論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評 價評閱人： 2010年5月 日 湘 潭 大 學畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學 號： 2006500615 學生姓名： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 83 頁 圖 表 3 張論文（設計）題目： 基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)設計 內(nèi)容提要：隨著電梯拖動技術、控制技術的快速發(fā)展，電梯已從直流電動機拖動到交流單速、交流雙速

7、電動機驅(qū)動，到交流調(diào)壓調(diào)速控制，發(fā)展到交流調(diào)壓調(diào)頻技術控制， 使得電梯運行的可靠性、安全性、舒適感、平層精度、運行速度、節(jié)能降耗、降低噪音等方面得到了極大發(fā)展。本設計在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎上，闡述了電梯的起源與與當今電梯的發(fā)展狀況及末來的發(fā)展趨勢，利用電梯的拖動原理和控制原理，簡單介紹了電梯的基本結(jié)構(gòu)及其安全裝置，電梯信號控制方案及變頻調(diào)速的基本原理，通過合理的設計變頻調(diào)速電梯的輸入輸出點數(shù)，選擇合理的plc及變頻器，設計了其硬件接線圖、門機主電路圖及程序流程圖，重點分析了電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)改造中如何用plc編制控制程序，合理的控制變頻器、顯示器、蜂鳴器及門機，研究并提出了基于plc和變頻器的

8、vvvf電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，完成了plc電梯控制程序的模塊設計，主要有一至五層指令登記與清除模塊、上/下行外呼召喚信號模塊、開/關門模塊、樓層顯示模塊、上/下行定向模塊、停層與啟動信號模塊及電梯啟動與停止速度控制模塊。并簡單介紹了當前電梯的群控發(fā)展趨勢。指導教師評語唐亮同學生在整個畢業(yè)設計過程中，態(tài)度端正，積極學習，刻苦鉆研，設計合理，說明書論述充分、通順、清晰，設計結(jié)論正確，反映出該生具有較強的分析問題和解決問題的能力，以及創(chuàng)新能力。建議評定成績?yōu)椋簝?yōu)秀。指導教師： 年 月 日答辯簡要情況及評語答辯小組： 年 月 日答辯委員會意見答辯委員會主任： 年 月 日目 錄第一章 課題意義11.1

9、電梯概述11.1.1電梯的起源與發(fā)展11.1.2國外電梯的情況31.1.3國內(nèi)電梯的情況31.2電梯發(fā)展趨勢41.3課題研究的意義5第二章 電梯控制系統(tǒng)的概要設計62.1可行性分析62.2電梯基本結(jié)構(gòu)設計62.2.1曳引機82.2.2曳引輪82.2.3減速器82.2.4 補償裝置92.2.5自動開門機92.3電梯控制柜92.4機械安全裝置10第三章 變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設計123.1控制方案比較123.2 電梯信號控制系統(tǒng)分類及特點比較123.2.1繼電器信號控制系統(tǒng)123.2.2微機信號控制系統(tǒng)133.2.3 plc信號控制系統(tǒng)133.2.4 plc簡介143.3電梯調(diào)速控制技術1

10、63.3.1變頻調(diào)速電梯調(diào)速基本原理163.3.2各調(diào)速技術比較17第四章 電氣系統(tǒng)構(gòu)架及基本方案確定184.1設計思想184.2系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)184.2.1電梯模型的主體結(jié)構(gòu)與控制柜184.2.2電梯層門194.2.3轎廂內(nèi)控制屏194.2.4系統(tǒng)構(gòu)成原理204.3變頻器的選擇214.3.1變頻器的基本構(gòu)成214.3.2變頻器分類214.3.3通用變頻器概況224.3.4 vs-616g5型變頻器簡介234.3.5安川變頻器的參數(shù)設置254.3.6變頻器容量計算274.4可編程序控制器(plc)的選擇274.4.1轎廂位置檢測274.4.2可編程控制器(plc)的選型28第五章 變頻調(diào)速電梯

11、硬件系統(tǒng)設計305.1硬件設計構(gòu)思305.1.1信號控制系統(tǒng)305.1.2電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能315.1.3電梯操作方式315.1.4速度給定曲線325.1.5減速及平層控制335.2 i/o點數(shù)的分配及機型的選擇335.2.1 plc輸入信號的確定335.2.2 plc輸出信號的確定345.2.3 內(nèi)部繼電器的確定355.3轎廂樓層位置顯示方式的確定365.4硬件接線圖38第六章 變頻調(diào)速電梯軟件件系統(tǒng)設計406.1程序流程圖406.1.1程序流程圖的作用406.1.2流程圖采用的符號406.2 plc電梯控制程序模塊設計426.2.1一至五層指令登記與清除426.2.2上/下行外呼召喚信

12、號登記與清除446.2.3開/關門控制456.2.4樓層顯示476.2.5上行定向控制486.2.6下行定向控制496.2.7停層信號506.2.8啟動信號516.2.9電梯啟動與停止速度控制526.3電梯控制程序總梯形圖536.4電梯控制程序語句表53第七章 電梯群控系統(tǒng)54第八章 程序調(diào)試運行56第九章 總結(jié)57參考文獻58附錄a 電梯硬件接線圖59附錄b 梯形圖60附錄c 語句表66附錄d 英文文獻70基于變頻調(diào)速電梯的計算機控制系統(tǒng)設計摘要：隨著電梯拖動技術、控制技術的快速發(fā)展，電梯已從直流電動機拖動到交流單速、交流雙速電動機驅(qū)動，到交流調(diào)壓調(diào)速(acvv)控制，發(fā)展到交流調(diào)壓調(diào)頻技術

13、(vvvf,variable voltage variable frequency)控制，使得電梯運行的可靠性、安全性、舒適感、平層精度、運行速度、節(jié)能降耗、降低噪音等方面得到了極大發(fā)展。本設計在介紹電梯基本結(jié)構(gòu)的基礎上，闡述了電梯的起源與與當今電梯的發(fā)展狀況及末來的發(fā)展趨勢，利用電梯的拖動原理和控制原理，簡單介紹了電梯的基本結(jié)構(gòu)及其安全裝置，電梯信號控制方案及變頻調(diào)速的基本原理，通過合理的設計變頻調(diào)速電梯的輸入輸出點數(shù)，選擇合理的plc及變頻器，設計了其硬件接線圖、門機主電路圖及程序流程圖，重點分析了電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)改造中如何用plc編制控制程序，合理的控制變頻器、顯示器、蜂鳴器及門機，研究

14、并提出了基于plc和變頻器的vvvf電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，完成了plc電梯控制程序的模塊設計，主要有一至五層指令登記與清除模塊、上/下行外呼召喚信號模塊、開/關門模塊、樓層顯示模塊、上/下行定向模塊、停層與啟動信號模塊及電梯啟動與停止速度控制模塊。關鍵字：電梯 調(diào)頻調(diào)壓 變頻調(diào)速 可編程程序控制器 安全控制the design of frequency-based elevator computer control systemabstract: as the rapid development of elevator drag and control technique，the eleva

15、tor has been developed from the dc motor drive to the ac single speed and ac double speed motor driveand then to the ac variable voltage(acvv) controlnow it is running to the variable voltage variable frequency(vvvf)control，and this development leads to the infinite progress of the elevators reliabi

16、lity，security,comfort，floor precision，lifting speed，power saving and noise preventingthis design introduces the basic structure of the lift, based on the origin and the described of elevatorr today and the future development trends, use the drag lift principle and control theory, briefly introduced

17、the basic structure and safety elevator devices, elevator signal control scheme and the basic principles of frequency control, frequency control through the rational design of elevator input and output points, select a reasonable plc and inverter, wiring diagram of the hardware design, door flowchar

18、t of the main circuit and the focus of the elevator frequency control system upgrade,how to prepare plc control program, a reasonable control of inverter, display, buzzer and door to study and put forward based on plc and inverter vvvf elevator control system implementations completed plc elevator c

19、ontrol program module design, the main one to five and remove the module command register, up / down signal modules for outbound calls, open / close module, floor display module, up / down directional module, stop layer and start signal start and stop modules and elevator speed control module.keywor

20、d: elevator vvvf frequency control of motor speed plc safety control第一章 課題意義1.1電梯概述1.1.1電梯的起源與發(fā)展電梯屬于垂直提升運輸設備，起源于我國古代農(nóng)業(yè)和建筑的原始提升工具。公元前十一世紀，我國北方勞動人民發(fā)明了轆轤。公元前236年，希臘人阿基米德設計出一種人力驅(qū)動的卷筒式卷揚機，共造出三臺，安裝在妮羅宮殿里。在瓦特發(fā)明了蒸汽機之后，于1850年，在美國紐約市出現(xiàn)了世界上第一臺由亨利沃特曼制作的以蒸汽機為動力的卷揚機。1852年美國人伊萊沙格雷夫斯奧梯斯發(fā)明了世界上第一部阻蒸汽機為動力、配有安全裝置的載人升降機

21、。這便是世界上第一部備有安全裝置的客梯，在1857年被安裝在紐約市豪華商廈里。在此期間，英國的5日姆斯特朗發(fā)明了水壓梯。隨著水壓梯的發(fā)展，蒸汽梯也就被淘汰了。后來發(fā)展為采用油壓泵和控制閥的液壓梯，而直到今天液壓梯仍在使用。在1889年，美國奧梯斯升降機公司推出了世界第一部以電動機為動力的升降機，這才開始出現(xiàn)了名副其實的電梯，同年在紐約市的馬累特大廈安裝成功。在1903年，又將卷筒式驅(qū)動方式改進為槽輪式(即曳引式)驅(qū)動。所謂卷筒式驅(qū)動，是將曳引繩纏卷在卷筒上來提升重物，而槽輪式也稱為曳引式驅(qū)動，是在曳引繩一端提升重物，另一端為平衡重，依靠曳引繩和曳引輪的繩槽之間的摩擦來驅(qū)動重物作垂直運動。因此，

22、只要在曳引系統(tǒng)的容量和強度允許范圍內(nèi)，通過改進曳引繩長度就可適應不同的提升高度，而不再像卷筒式那樣受卷筒長度限制。此外，當重物或平衡重碰底時，曳引繩與曳引槽會由于摩擦力減小而打滑，從而避免了像卷筒式那樣，在失控時造成的曳引繩斷裂等嚴重事故的發(fā)生。曳引式驅(qū)動可以使用多條曳引繩，面卷簡式驅(qū)動方式使用的曳引繩條數(shù)卻受到限制。曳引式驅(qū)動方式為長行程并具有高度安全性的現(xiàn)代電梯奠定了基礎。當時的電梯使用直流電動機驅(qū)動，用改變串接在電樞回路中的電阻值的方法來調(diào)節(jié)電梯運行速度。后來發(fā)明了交流感應電動機，在1900年開始用于驅(qū)動電梯。最初的交流電動機只是單速的，電梯運行性能很不理想。直到發(fā)明了交流雙速電動機，才

23、基本滿足了電梯的運行要求。隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多。所以，對電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)和動態(tài)特性提出了更高的要求。盡管交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，但在調(diào)速性能方面卻難以滿足更高的要求，而對直流電動機來講，由于后來采用了發(fā)電機電動機組調(diào)速系統(tǒng)，能較好地滿足電梯調(diào)速的高要求。因此，在20世紀前半葉，電梯的電力拖動，尤其是高層建筑物中的電梯速度的調(diào)節(jié)，幾乎都是采用直流調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1900年美國奧梯斯電梯公司制造出世界上第一臺自動扶梯。1915年已設計成功電梯自動平層控制系統(tǒng)。1933年美國制造出6ms的高速電梯。在第二次世界大戰(zhàn)以后，美國的建筑業(yè)得以快速發(fā)展，促使

24、電梯也進入發(fā)展時期，新技術被廣泛用于電梯。1949年研制出4-6臺電梯的群控系統(tǒng)。1955年出現(xiàn)了真空電子管小型計算機控制的電梯。1962年在美國已出現(xiàn)了8.5ms的超高速電梯。在1967年將固體晶閘管用于電梯拖動系統(tǒng)。隨著電力電子技術的發(fā)展，在用晶閘管取代直流發(fā)電機電動機組的同時，研制出了交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，是交流電梯的調(diào)速性能得到了明顯改善。1976年將微處理器應用于電梯。1977年日本三菱電機株式會社開發(fā)出了l0m/s的超高速電梯。至此，電梯的控制技術有了很大發(fā)展。進入80年代，電梯控制技術又有了新的變化。由于固體功率器件的不斷發(fā)展和完善以及微機技術的應用，出現(xiàn)了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。1984

25、年在日本已將其用于2m/s以上的高速電梯。1985年以后，又將其延伸到中、低速交流調(diào)速電梯。交流變頻調(diào)速技術被認為是電梯行業(yè)的當代技術。1985年日本生產(chǎn)出世界上第一臺螺旋式自動扶梯，使其明顯減少了占地面積。1993年日本生產(chǎn)的12.5m/s世界上最高速的交流變頻調(diào)速電梯已投入運行。當前，在電梯電力拖動方面，除了大容量電梯還采用直流拖動系統(tǒng)以外，用交流變頻調(diào)速方式取代直流調(diào)速方式，以成為高速電梯的主流。應用微機全面取代繼電器控制邏輯實現(xiàn)閉環(huán)控制，可進一步提高電梯的性能和可靠性，并可降低現(xiàn)場調(diào)試要求，是電梯控制技術的方恂。電梯群控系統(tǒng)是現(xiàn)代電梯的技術的又一重要組成部分。它不但有完善的分區(qū)服務、運

26、行監(jiān)控、客流交通統(tǒng)計分析等功能，還具備故障診斷功能。在電梯品種方面，出現(xiàn)了雙層電梯、大噸位的集裝箱電梯等。為適應摩天大樓對電梯的特殊要求，目前正在研制無繩宜線驅(qū)動電梯。對于電梯的曳引機，目前除了中、低速范圍的電梯還采用蝸輪副減速裝置外，其他均已采用圓柱斜齒輪曳引系統(tǒng)，使效率提高了15-25。此外，用電子位置傳感器取代機械選層器、用更先進的裝置取代門安全觸板、增設轎廂內(nèi)通信設施以及轎廂非安全門區(qū)語音提醒和運行狀態(tài)語音報告等裝置，也是電梯技術現(xiàn)代化的體現(xiàn)。對現(xiàn)代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對經(jīng)濟性、能耗、噪聲等級和電磁干擾程度等方面也有相應要求。隨著時代的發(fā)展，

27、對人在與外界隔離封閉的電梯轎廂內(nèi)心理上的壓抑感和恐懼感也有所考慮。因此，提倡對電梯進行豪華性裝修，比如：轎廂內(nèi)用鏡面不銹鋼裝潢、在觀光電梯井道設置宇宙空間或深海景象；進而主張電梯、扶梯應與大自然相協(xié)調(diào)，在扶梯的周圍種植花草；在轎廂壁和頂棚裝飾某些圖案甚至是有變化的圖案，并且在彩色調(diào)配上要令人賞心悅目；在轎廂內(nèi)播放優(yōu)美的音樂，用以減少煩躁；在轎廂內(nèi)播放電視節(jié)目，乘客可收看天氣預報、新聞等。時至今日，電梯已進入了全面發(fā)展的新時期。1.1.2國外電梯的情況當今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標志之一。在一些發(fā)達的工業(yè)國家，電梯的使用相當普遍。世界上有名的幾家電梯公司

28、，諸如：美國奧梯斯公司、瑞士訊達公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的51。其中，奧梯斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中新的組成部分。電梯是集機電一體的復雜系統(tǒng)，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應具有高度的安全性。事實上，在電梯上已經(jīng)采用了多項安全保護措施。在設計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。然而，只有電梯的制造。安裝調(diào)試、售后服務和維修保養(yǎng)都達到

29、高質(zhì)量，才能全面保證電梯的最終高質(zhì)量，在國外，已“法規(guī)”實行電梯制造、安裝和維修一體化，實行由各制造企業(yè)認可的、法規(guī)認證的專業(yè)安裝隊和維修單位，承擔安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗，從而為電梯運行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調(diào)查和科學計算，其結(jié)論是：乘電梯比走樓梯安全5倍。據(jù)資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。1.1.3國內(nèi)電梯的情況解放前，全國只有2000臺電梯，幾乎沒有電梯生產(chǎn)企業(yè)。解放后，隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，電梯企業(yè)應運而生。我國的電梯企業(yè)由60年代開始起步，到

30、了70年代已初具規(guī)模。改革開放以來，我國電梯的需求量急劇上升。在我國通過引進國際電梯標準以及發(fā)達國家的先進產(chǎn)品和技術，產(chǎn)生了一支以中外合資企業(yè)為主體的外向型企業(yè)隊伍。如中國迅達公司、天津奧梯斯公司、上海三菱公司、蘇州迅達公司和廣州電梯工業(yè)公司等企業(yè)，就是通過合資和補償貿(mào)易方式，引進發(fā)達國家的先進管理和技術，不斷改善現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和管理體制，使企業(yè)素質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量都提高到了一個新水平，推出一代電梯新產(chǎn)品。目前，交流調(diào)壓調(diào)速電梯技術已趨成熟，一些企業(yè)都有成功的產(chǎn)品。微機控制電梯是電梯技術的方向，一些生產(chǎn)企業(yè)與科研單位相結(jié)合，相繼推出了微機控制的電梯新機型，使控制功能得到增強，電梯的性能得到改善，明顯提

31、高了可靠性。除了合資企業(yè)外，也有其他廠家開發(fā)出了交頻調(diào)速電梯新產(chǎn)品。另外，用可編程序控制器取代繼電器控制系統(tǒng)的機型對單梯進行控制還是有前途的。有些生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)了緊急供電裝置、放火廳們、地震控制、自檢測以及語言合成等電梯新功能；對機械系統(tǒng)采用了新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術和新工藝?？傊?，與國外先進技術水平相比，雖然還存在一定差距，但國內(nèi)電梯技術正以迅猛的發(fā)展速度趕超世界先進水平。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達1萬臺左右，約占亞洲市場的1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻。近年來，為保證電梯最終質(zhì)量，在建立全國性完整的電梯管理法規(guī)、落實檢查機構(gòu)、壯大安裝調(diào)試隊伍、組建

32、維修保養(yǎng)網(wǎng)絡和提高相關人員技術素質(zhì)等方面，正在進行著一系列實質(zhì)性的工作。我國電梯行業(yè)，正在走向法規(guī)化，加速步入世界先進行列。1.2電梯發(fā)展趨勢隨著電梯技術發(fā)展，電梯己有了如下的變化:(1)電梯的速度需求越來越快，高速、超高速電梯的數(shù)量愈來愈多。(2)電梯的拖動技術有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點，逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩(wěn)，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合愈來愈廣泛的應用。(3)電梯的邏輯控制己從過去簡單的繼電器接觸器控制發(fā)展為可編程序控制器(plc)和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發(fā)展為集選控制、并聯(lián)控制群控等，電梯可靠性得到了很大提高。(4)

33、電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術，不斷滿足用戶的使用功能要求，如緊急停車操作，消防員專用，防搗亂系統(tǒng)等。(5)智能群控管理得到了廣泛應用。(6)機械傳動方面，由于國際上機械加工水平的不斷提高使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。21世紀的建筑將是智能化、多用途、多功能的建筑，它將集住宅、辦公、教育、購物、娛樂、休閑、體育、文化藝術等功能為一體。為適應這種需要，未來電梯的發(fā)展有以下幾個方面: (1)結(jié)構(gòu)不斷緊湊化，體積不斷輕型化，小巧化。隨著新技術、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的發(fā)展，電梯的機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單化、體積小型化、材料輕型化、工藝先進化、外觀

34、漂亮化。 (2)技術含量高，性能好。因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔凈、更安全、更安靜、更經(jīng)濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流，將來很有可能取代vvvf技術。另外，網(wǎng)絡控制和智能群控系統(tǒng)，以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。 (3)安裝更方便、更快捷。高效、安全、可重復使用的無腳架安裝，高層電梯安裝;隨著新技術的出現(xiàn)、應用、電梯給安裝帶來更大的方便，使電梯安裝更快、更高。此外，電梯的雙向安全裝置，無底坑、無線控制，綠色環(huán)保安全、節(jié)能、舒適、也將是未來電梯的重要發(fā)展方向。1.3課題研究的意義面對我國電梯行業(yè)的現(xiàn)狀，國家采取各種措施，大力發(fā)展我國的

35、電梯事業(yè)。目前，我國已有不少電梯公司，研制出多種型號的電梯系統(tǒng)，電梯的性能也得到很大的改善，我國電梯行業(yè)已初步形成規(guī)模。然而，我國生產(chǎn)的高性能電梯，大都集中在合資企業(yè)手中，特別是電梯控制系統(tǒng)，大多以進口國外為主。電梯作為現(xiàn)代建筑中的重要交通工具，它與一般的交通工具有著較大的差別。良好的電梯控制技術是電梯高質(zhì)量運行的重要保障，電梯運行安全舒適、高效、節(jié)能、控制器價格的低廉等都是電梯技術發(fā)展面臨的重大問題。（1）節(jié)能問題越來越多的電梯進入高層建筑，電梯的節(jié)能運行是電梯開發(fā)和使用的關鍵。從控制的角度來看，有效地改善供電電能的質(zhì)量、充分地利用電能是一個良好的舉措，現(xiàn)代vvvf電梯普遍采用的變頻裝置是對

36、上述問題的一個有效解決方案。(2)高效問題電梯作為一種位能型負載，運行過程中需要作頻繁地升降運動，研究一種或多種電梯速度給定曲線，合理地選擇運行速度曲線，是提高運行效率至關重要的一環(huán)，而目前國內(nèi)生產(chǎn)的大多數(shù)電梯存在著給定速度曲線實現(xiàn)困難、資源耗用率高等系列不足，極大地限制了電梯高效地運行。因而開發(fā)我們自己的高性能電梯控制系統(tǒng)，使我國的電梯行業(yè)立足國內(nèi)，走向世界顯得尤為重要，在這方面進行了有益的探索和實踐。根據(jù)當今電梯控制系統(tǒng)和電梯拖動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，本設計的采用三菱公司的fx2n系列變頻器，與安川公司的通用變頻器vs-616g5一起使用，完成電梯控制系統(tǒng)的硬件選擇與系統(tǒng)程序編制，開發(fā)其控制系統(tǒng)

37、。第二章 電梯控制系統(tǒng)的概要設計2.1可行性分析我國電梯控制系統(tǒng)主要有三種方式：繼電器控制系統(tǒng)、微機控制系統(tǒng)和plc控制系統(tǒng)。其中plc控制系統(tǒng)以其顯著的優(yōu)點成為電梯控制系統(tǒng)的主流。八十年代初投入使用的電梯大部分采用繼電器控制、交流調(diào)速方式，這類電梯普遍存在起動電流大、調(diào)速性能差、結(jié)構(gòu)復雜、舒適感差、能耗大等問題，加之使用年限較長、電梯零部件殘舊老化、故障頻繁、配件缺乏等原因，我們提出了采用vvvf變頻調(diào)速器將該類電梯改造成vvvf型電梯。從1990年底至1998底，利用可編程控制器(plc)與vvvf變頻器結(jié)合，利用plc變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，通過改變電機供電的電壓和頻率，平滑調(diào)節(jié)電梯速度，可以

38、獲得更好的乘坐舒適感，它平層精度高，并具有顯著的節(jié)能效果，保障了電梯的可靠性。由于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)具備了調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高、動態(tài)響應快、能四象限可逆運行等良好的技術性能，以及節(jié)約能源、減少維修費用、節(jié)省占地面積等優(yōu)點，近二十年來得到了日益廣泛的應用。交流變頻調(diào)速主要有兩大類，即交-交變頻和交-直-交變頻。交-交變頻調(diào)速方式屬一次換流，故變換器效率較高，同時其低頻脈動小。一般適用于大功率低速同步電動機，如軋鋼機、鼓風機、水泵、球磨機等。交-直-交變頻調(diào)速方式具有頻率范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、功率因數(shù)高等優(yōu)點，一直是中、小功率變頻調(diào)速的首選方案，并已有大功率產(chǎn)品。其特點是低頻脈動大，高頻性能佳。當然，

39、還有許多新型的交流變頻調(diào)速器在不斷涌現(xiàn)。可使輸入、輸出電壓、電流波形達到近乎完美的程度，功率因數(shù)超過0.95,，系統(tǒng)效率達98%以上，電機效率也明顯提高。2.2電梯基本結(jié)構(gòu)設計電梯是機與電緊密結(jié)合的復雜產(chǎn)品，其基本組成包括機械部份和電氣部份，從空間上一般劃分為以下幾部份：機房部分 包括電源開關、曳引機、控制柜（屏）、選層器、導向輪、減速器、限速器、極限開關、制動抱閘裝置、機座等。井道部分 包括導軌、導軌支架、對重裝置、緩沖器、限速器張緊裝置、補償鏈、隨行電纜、底坑及井道照明等。層站部分 包括層門（廳門）、呼梯裝置（召喚盒）、門鎖裝置、層站開關門裝置、層樓顯示裝置等。轎廂部分 包括轎廂、轎廂門、

40、安全鉗裝置、平層裝置、安全窗、導靴、開門機、轎內(nèi)操縱箱、指層燈、通訊及報警裝置等。圖2-1電梯基本結(jié)構(gòu)示意圖電梯各結(jié)構(gòu)設計主要有以下幾個結(jié)構(gòu)：2.2.1曳引機電梯的核心部分是它的傳動系統(tǒng)。電梯曳引驅(qū)動系統(tǒng)對電梯的起動加速、穩(wěn)速運行和制動減速起著控制作用，其性能直接影響電梯的起動、制動、加減速度、平層精度和乘坐舒適性等指標。目前電梯曳引電動機以感應電動機為主，其驅(qū)動技術經(jīng)歷了從繼電器控制的雙速驅(qū)動到可編程序控制的調(diào)壓調(diào)速驅(qū)動，進而到微機控制的調(diào)頻調(diào)壓及矢量控制驅(qū)動。電梯曳引機作為驅(qū)動電梯的動力源，主要采用電機配以減速器的傳動方式。 曳引驅(qū)動是采用曳引輪作為驅(qū)動部件。鋼絲繩懸掛在曳引輪上

41、，一端懸吊轎箱，另一端懸吊對重裝置，由鋼絲繩和曳引輪之間的摩擦產(chǎn)生曳引力驅(qū)動轎廂作上下運行。電梯曳引機的主要組成部分有：曳引輪、曳引繩、導向輪、反繩輪等。曳引機是電梯的主要拖動機械，它驅(qū)動電梯的轎廂和對重裝置作上、下運動。其組成部分主要有：曳引機動機、制動器、減速箱、曳引輪和底座。根據(jù)需要，有的曳引機還裝有冷卻風機、速度反饋裝置（光碼盤）、慣性輪等。根據(jù)電動機與曳引輪之間是否有減速箱，可分為有齒曳引機和無齒曳引機。曳引機具有以下主要性能：（1） 具有能重復短時工作、頻繁起、制動及正、反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)的特性。（2） 具有能適應一定的電源電壓波動，有足夠的起動力矩，能滿足轎箱滿負荷起動，加速迅速的特性。（

42、3） 具有起動電流小的特性。（4） 具有發(fā)電制動的特性，能由電動機本身的性質(zhì)來控制電梯在滿載下行或空載上行時的速度。（5） 具有較硬的機械特性，不會因電梯運行時負荷的變化造成電梯運行速度的變化。（6） 有良好的調(diào)速性能。（7） 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、工作可靠、噪音小及維護簡單。2.2.2 曳引輪曳引輪是嵌掛曳引鋼絲繩的輪子，也稱曳引繩輪或驅(qū)繩輪，繩的兩端分別與轎廂和對重裝置聯(lián)接。對于有齒輪曳引機，它安裝在減速器中的蝸輪軸上，而對于無齒輪曳引機，則裝在制動器的旁側(cè)，與電動機軸、制動器軸在同一軸線上。當曳引輪轉(zhuǎn)動時，通過曳引繩和曳引輪之間的摩擦力（也叫曳引力），驅(qū)動轎廂和對重裝置上下運動。它是電梯賴以運行的主

43、要部件之一。2.2.3 減速器對于有齒輪曳引機，在曳引電動機轉(zhuǎn)軸和曳引輪軸之間安裝減速器（箱），目的是將電動機軸輸出的較大轉(zhuǎn)速降低到曳引輪所需的較低轉(zhuǎn)速，同時得到較大的曳引輪矩，以適應電梯運行的要求。減速器多采用蝸輪蝸桿傳動，根據(jù)減速器的不同結(jié)構(gòu)，按傳動方式分為蝸輪蝸桿傳動和斜齒傳動，按蝸桿蝸輪的相對裝配位置分為蝸桿上置式和蝸桿下置式。2.2.4 補償裝置電梯在運行中，轎廂側(cè)和對重側(cè)的鋼絲繩以及轎廂下的隨行電纜的長度在不斷變化。隨著轎廂和對重位置的變化，這個總重量將輪流地分配到曳引輪的兩側(cè)。為了減少電梯傳動中曳引輪所承受的載荷差，提高電梯的曳引性能，宜采用補償裝置。補償裝置的型式采用

44、補償鏈，補償繩或補償纜。2.2.5自動開門機自動開門機裝在轎廂轎頂靠近轎門處，由電動機通過減速裝置(齒輪傳動或蝸輪傳動或帶齒膠帶傳動)帶動曲柄搖桿機構(gòu)去開、關轎門，再由轎門帶動層門開關。由轎門帶動層門開關有一個最大的好處就是安全，不會造成層門的誤開，早開晚開而造成重大安全隱患。早期的自動開門機常用直流電機，在勵磁作用下，通過對電樞進行串并聯(lián)電阻調(diào)整門電機轉(zhuǎn)動速度，從而調(diào)整電梯開關門速度。其中的幾個行程開關分布在轎頂門上或曲柄輪的半圓周上，由隨門機移動的固定檔塊分別按順序觸及開關門行程使行程開關動作。開門時，開門速度由啟動時的快速逐漸減慢直到開門過程完成。關門時，天門動作由快逐步到慢完成關門動作

45、。除，直流電機外，近年來，國內(nèi)外電梯生產(chǎn)廠家已經(jīng)在門電機上廣泛應用交流調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速（vvvf)技術，實現(xiàn)開、關門過程的無級調(diào)速，使開關門動作更加柔和、平穩(wěn)、準確和無噪聲。2.3電梯控制柜電梯控制柜一般安裝在機房曳引機旁，是電梯的電氣裝置和信號控制、處理中心。早期的電梯控制柜中有接觸器、電容、電阻器、信號繼電器、供電變壓器及整流器等。隨著電腦、電子技術的飛速發(fā)展，電梯控制柜變得越來越小，功能越來越強。目前，國產(chǎn)電梯控制柜大多由plc和變頻器組成，有些由電腦和變頻器組成，進口電梯多由全電腦板控制。它們的控制方法各不相同，但是最終目的都是一樣，就是達到對交流電動機進行控制。vvvf控制的電梯就是實現(xiàn)

46、對交流電動機進行調(diào)頻調(diào)壓調(diào)速控制?？刂乒竦碾娫从蓹C房的總電源開關引入，電梯控制信號由電線管或線槽引出，進入井道，再由扁型或圓型隨行電纜傳輸。由控制柜接觸器引出的驅(qū)動電力線，用電線管送至曳引機的電動機接線端子。另外，信號交換控制線分別接到井道中各層接線盒中，構(gòu)成電梯控制系統(tǒng)線路。當電梯在執(zhí)行任務時，按任一站層門召喚按鈕，其控制柜中相應的執(zhí)行軟件就對該層外呼手按鈕信號進行自保，并使召喚燈亮。當電梯到站時該信號復位(信號燈熄滅)。當層樓較多，例如超過20層，早期的純繼電器控制的信號屏由于體積太大，就必須分層樓示屏、召喚屏等不但體積大，控制變得復雜，可靠性也隨之降低。而plc和電腦控制的電梯控制柜就只

47、需改變軟件，幾乎不增加任何硬件。2.4機械安全裝置電梯是高層建筑物不可缺少的垂直運輸工具，它經(jīng)常長時間的頻繁操作運行，每天都要載成千上萬的乘客，所以安全是其首要的問題?，F(xiàn)代電梯都設有完善的安全保護系統(tǒng)，包括一系列的電氣安全裝置和機械安全裝置以防止任何不安全的情況發(fā)生。在電梯的安全保護系統(tǒng)中提供最后的安全保護裝置是限速器、安全鉗和緩沖器，也就是說，當電梯運行中無論何種原因使轎廂發(fā)生超速，甚至墜落的危險狀況而其它安全保護裝置均未起作用的情況下，則靠限速器、安全鉗和緩沖器的作用使轎廂停止，不致于令乘客和設備受到傷害。(1)制動器制動器是電梯的一個重要安全裝置，對主動轉(zhuǎn)軸起制動作用。除了安全鉗以外，只

48、有它能使工作中的電梯轎廂停止運行，另外它還對轎廂與廳門地坎平層時的準確度起著重要作用。對于有齒輪曳引機，制動器安裝在電動機的旁邊，即在電動機軸與蝸輪軸相聯(lián)的制動輪處；若是無齒輪曳引機，則安裝在電動機與曳引輪之間。電梯制動器應能產(chǎn)生足夠的制動力矩，而且制動力矩大小應與曳引機的轉(zhuǎn)向無關；制動時對曳引電動機的軸和減速箱的蝸桿軸不應產(chǎn)生任何附加載荷；當制動器松閘或合閘時，既要保證速度快，有要求平穩(wěn)，而且能滿足頻繁起、制動的工作要求；制動器的零件應有足夠的剛性和強度；制動器應具有較高的耐磨性和耐熱性；結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于調(diào)整；應有人工松閘裝置；噪音小。當電梯動力電源失電時，制動器能自動進行制動。當轎廂載

49、有125%額定載荷并以額定速度運行時，制動器應能使曳引機停止運轉(zhuǎn)。電梯正常運行時，制動器應在持續(xù)通電情況下保持松開狀態(tài)，斷開制動器的釋放電路后，電梯應無附加延遲地被有效制動。制動器的工作原理是：當電梯處于靜止狀態(tài)時，曳引電動機、電磁制動器的線圈中無電流通過，這時因制動電磁鐵的鐵心之間沒有吸引力，制動瓦塊在制動彈簧的壓力作用下，將制動輪抱緊，保證了電梯處于不工作的靜止狀態(tài)；當曳引電動機通電旋轉(zhuǎn)的瞬間，制動電磁鐵中的線圈也同時通上電流，電磁鐵心迅速磁化吸合的同時，帶動制動動臂克服制動彈簧的作用力，使制動瓦塊張開，與制動輪完全脫離，從而使電梯在無制動力的情況下得以運行；當電梯轎廂到達所需層站停車時，

50、曳引電動機失電，制動電磁鐵中的線圈也同時失電，電磁鐵心中的磁力迅速消失，鐵心在制動彈簧的作用下通過制動臂復位，使制動瓦塊再次將制動輪抱住，則電梯停止。近幾年來，對于所有交通流量密集的乘客電梯，其拖動控制系統(tǒng)中都采用了零速抱閘制動技術，使機械摩擦制動過程減少到極限狀態(tài)。(2)限速器與安全鉗限速器是檢測轎廂超速的裝置，在電梯正常運行時它不起作用，當電梯運行速度超過其額定速度并達到危險值(即限速器動作速度)時，它就操作電氣開關打開急?；芈罚闺妱訖C停轉(zhuǎn)，制動器制動，與此同時，它將操縱安全鉗使轎廂夾持在導軌上，迫使它停下來。限速器總是和安全鉗連用的，限速器是在電梯超速并大于設定值時開始動作令限速器繩停

51、止轉(zhuǎn)動的設備，而安全鉗則是在限速器繩的操縱下強制轎廂停住的執(zhí)行機構(gòu)。安全鉗裝置只在電梯向下運行時才起作用。其動作時序圖如圖2-2所示。 (3)緩沖器緩沖器是提供最后安全保護的一種電梯安全裝置，它安裝在電梯井道的底坑內(nèi)，位于轎廂和對重的正下方。當電梯在向上或向下運行中，由于鋼絲繩伸長、曳引摩擦力和抱閘制動力不足，或者控制系統(tǒng)失靈而超越終端層站底層或頂層時，將由緩沖器作用，以避免電梯轎廂或?qū)χ刈驳谆驔_頂，保護乘客的安全。轎廂緩沖器在保護轎廂撞底的同時，也防止對重的沖頂；同樣對重緩沖器在保護對重撞底的同時也防止了轎廂沖頂。 圖2-2限速器與安全鉗的動作時序圖第三章 變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)設計3.1控制

52、方案比較 目前我國控制方案主要有三種：繼電器信號控制系統(tǒng)、微機信號控制系統(tǒng)及plc信號控制系統(tǒng)。電梯控制系統(tǒng)可分為調(diào)速部分和信號控制部分，調(diào)速部分的性能對電梯運行時乘客的舒適感有著重要影響，而信號邏輯控制部分則是電梯安全可靠運行的關鍵。3.2 電梯信號控制系統(tǒng)分類及特點比較電梯的信號控制系統(tǒng)從系統(tǒng)的實現(xiàn)方法來看，經(jīng)歷了繼電器控制系統(tǒng)、可編程控制器(plc)系統(tǒng)和微機控制系統(tǒng)等多種形式，這些控制方式代表了不同時期電梯控制系統(tǒng)的主流，并且隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術的發(fā)展而逐步推陳出新。可編程序控制器(plc)最早是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運算操作的電

53、子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式己逐漸被plc控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展，電梯的拖動方式己由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，plc控制技術加變頻調(diào)速技術己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。3.2.1繼電器信號控制系統(tǒng)電梯繼電器控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點： (1)所有控制功能及信號處理均由硬件實現(xiàn)，線路直觀，易于理解和掌握，適合一般技術人員和技術工人所掌握。(2)系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查無需較高技術和特殊的工具儀器。(3)大部分電器均為常用控制電器，更換方便，價格較便宜。(4)多年來我國一直生產(chǎn)這類電梯，技術成熟，已形成系列化產(chǎn)品，技術資料圖紙齊全，熟悉、掌握的人員較多。而電梯繼電器控制系統(tǒng)也存在著一些問題： (1)系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高。(2)普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術水平難以提高。(3)電磁機構(gòu)及觸點動作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高。(4)由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高；而且檢查故障困難，費時費工