電梯橋箱與控制系統(tǒng)設計.doc
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圖書分類號： TG5TB 密 級： 畢業(yè)設計(論文) 電梯橋箱與控制系統(tǒng)設計 DESIGN OF ELEVATOR BRIDGE BOX AND CONTROL SYSTEM 學生姓名 班 級 學院名稱 機電工程學院 專業(yè)名稱 機械設計制造及其自動化 指導教師 2013年 5月 22日 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文) 徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標注。 本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 論文作者簽名： 日期： 2013 年 5 月 22 日 徐州工程學院學位論文版權協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸徐州工程學院所擁有。徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學院可以公布學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 論文作者簽名： 導師簽名： 日期： 2013 年 5 月 22日 日期： 2013 年 5 月 22 日 II 摘要 本文主要對電梯轎廂及PLC控制系統(tǒng)進行設計。認真分析了電梯轎廂要求實現(xiàn)的功能和PLC控制系統(tǒng)所要求達到的標準，并了解了電梯轎廂及PLC控制系統(tǒng)的基本工作原理，基本機械結構，系統(tǒng)組成及功能。本次研究主要針對客用電梯轎廂的設計及對PLC控制系統(tǒng)的研究。 電梯是一個簡單的機電一體化產(chǎn)品，把紅外技術，單片機，繼電器，電機等相關技術融為一體。其主要技術路線是通過PLC系統(tǒng)控制，觸發(fā)電機工作，通過控制電機的行程從而來控制電梯的上下運動。 設計主要包括了電梯轎廂結構，PLC控制系統(tǒng)設計。本文對設計中，轎廂的結構圖，裝配圖，零件圖等都有詳細的說明。 關鍵詞 轎廂；PLC控制系統(tǒng)；繼電器；單片機 Abstract In this paper, I introduce the design of elevator car box and PLC control systems. Analysis of the elevator demands of the functional requirements and the PLC control system requirements of the standard, understanding of the elevator car box and PLC control system works, the basic structure of the system components and functions. The study of the passenger elevator car box on the design and PLC control system. Elevator is a simple mechanical and electrical integration products and integration of infrared technology, SCM, relays, electrical and other related technologies. The main routes through the technology PLC control system, triggering the electrical work, by controlling the motor trip to control the lift up and down movement. Design includes the structure of the elevator car box, PLC control system design. In this paper, the design of the structure of the Cabin, assembly, parts map, there have been detailed instructions. Keywords Elevator car box PLC control system Relay control SCM 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文) 目 錄 摘要 I Abstract II 目 錄 I 1 緒論 1 1.1 課題研究背景及意義 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 2 1.3 設計質(zhì)與任務 3 2電梯轎廂設計 4 2.1基本概念 4 2.1.1轎廂 4 2.1.2轎底 4 2.1.3轎壁 5 2.1.4轎頂 5 2.2轎廂稱重裝置 6 2.3轎廂面積的有關規(guī)定 6 3電梯的電氣自動控制系統(tǒng) 9 3.1電梯控制系統(tǒng)概述 9 3.1.1繼電器—接觸器控制系統(tǒng) 9 3.1.2半導體邏輯控制系統(tǒng) 9 3.1.3微機控制系統(tǒng) 10 4 PLC控制電梯系統(tǒng)方案設計 11 4.1 PLC在電梯中的發(fā)展前景 11 4.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 13 4.3 PLC控制電梯系統(tǒng)方案設計 13 5電梯控制系統(tǒng)框圖設計 14 5.1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設計 14 5.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結構框圖 14 5.3電梯控制PLC系統(tǒng)的基本結構圖 15 6電梯控制系統(tǒng)的硬件設計 16 6.1電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 16 6.2速度給定曲線 16 6.3減速及平層控制 17 6.4電梯控制系統(tǒng)結構組成 17 6.5 PLC的選型 18 6.6電梯升降主電路 18 6.7電梯的主要電氣設備 18 6.7.1曳引電動機的選擇 18 6.7.2旋轉編碼器的選擇 19 6.8其他元器件的選擇 20 6.8.1空氣電磁式交流接觸器 20 6.8.2機械連鎖（可逆）交流接觸器 20 6.8.3真空接觸器 20 6.9電梯的整體裝置示意圖 21 6.10樓層位置顯示功能 22 6.11設計流程圖 23 7電梯控制系統(tǒng)的軟件設計 24 7.1電梯的三個工作狀態(tài) 24 7.1.1電梯的自檢狀態(tài) 24 7.1.2電梯的正常工作狀態(tài) 24 7.1.3電梯強制工作狀態(tài) 24 7.2 PLC輸入/輸出分配表 25 7.3 PLC的外部電氣控制接線圖 27 7.4 PLC程序梯形圖設計 28 結論 39 致謝 40 參考文獻 41 附錄 42 附錄1 42 附錄2 43 44 1 緒論 1.1 課題研究背景及意義 現(xiàn)代社會，經(jīng)濟技術飛速發(fā)展，各種高層建筑物拔地而起，由于樓層數(shù)越來越高，傳統(tǒng)的樓梯以無法適應這種高層建筑，一種方便快捷的樓道交通系統(tǒng)電梯就孕育而生，并隨技術的不斷發(fā)展，對電梯的要求不在只限于單一的能到到目的即可，而是對電梯的各類調(diào)速精度及調(diào)速范圍等的靜、動態(tài)特性提出了更高的要求。電梯是集機電一體化產(chǎn)品的復雜系統(tǒng)，它涉及到的領域包含機械、電氣、土建等各方面。同時可靠性、舒適感和美學等問題也應在設計中加以考慮。安全性是現(xiàn)代電梯設計的第一要義。事實上，各項保護措施已被運用于電梯，目的就是能在電梯運行過程中盡量減少故障率，確保人們生命財產(chǎn)安全。在電梯工程師在構思設計電梯之初，就已經(jīng)嚴格把關對機械零部件和電器元件的選擇，因而選擇了擁有較高的安全系數(shù)和保險系數(shù)的零部件來確保電梯使用時的安全。為了能充分保證最終生產(chǎn)出的是高品質(zhì)電梯，就必須對電梯制造、安裝、調(diào)試、售后服務和維護加以嚴格控制。在國外，對電梯制造、安裝和維修等一體化服務國家已通過立法形式來監(jiān)管。這就能從源頭上把關以此來保證電梯的各項安全指標。因此，在電梯行業(yè)已經(jīng)成熟且技術比較完善的今天，乘坐電梯其實是相當有安全保障的，無須過多擔心電梯在使用期內(nèi)的安全性能。美國一家保險公司曾就對電梯的安全性展開做過一系列嚴謹?shù)恼{(diào)查，并分析各種數(shù)據(jù)來得出其結論：乘電梯的安全系數(shù)是相當高的，與人們常規(guī)思維不同的是，它甚至可比走樓梯安全高5倍以上。 當前，可編程序控制器(PLC)和微機技術相結合而組成的電梯運行邏輯控制系統(tǒng)，正處于快速發(fā)展階段，并在市場上占有很大份額。采用PLC控制系統(tǒng)的電梯與傳統(tǒng)電氣邏輯電路相比具有可靠性高、維護方便、開發(fā)周期短等優(yōu)點。因此，在運行時該電梯可以表現(xiàn)處更加可靠的安全性，并且具有非常大的靈活性和操控性，因此用它來完成各種復雜的電梯運行控制任務已成為現(xiàn)實，它現(xiàn)已逐漸成為電梯控制領域的一股新潮，代表著未來電梯行業(yè)的發(fā)展方向。把微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通信技術等一系列先進技術應用于傳統(tǒng)的順序控制器上而形成的新一代工業(yè)控制裝置就是可編程控制器，其目的是用它來取代繼電器線路來執(zhí)行邏輯、計算、技術等順序控制功能，建立柔性程控系統(tǒng)。1978年，國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。”因此，可編程控制器及其相關的應用設備，都應該要按照以下原則，即方便與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能來進行設計。 可編程控制器與繼電器相比具有通用性強、靈活性好、接線簡單等特點。PLC是針對普遍的工業(yè)環(huán)境設計的，可以通過選配不同的控制模塊，以適用于各種不同的工業(yè)系統(tǒng)。由于PLC是用邏輯控制的，當生產(chǎn)工藝和設備改變時，不用改變PLC的硬件，只需改變程序即可。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的控制系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應用程序。系統(tǒng)程序用以來提供運行平臺，同時，還能為PLC程序的可靠運行及信息與信息之間的轉換進行必要的公共處理；用戶程序是根據(jù)用戶按照控制的要求來進行設計的。可編程控制器的優(yōu)勢在于不需要使用處于分離狀態(tài)的繼電器、計數(shù)器和步進開關等低壓開關設備，而是利用編好的程序來進行定時、計數(shù)、順序及步進等控制路徑，所以他的可靠非常高；并且它還具有A\D和D\A轉換模塊、數(shù)據(jù)處理和運算、運動控制等功能，因此，既可以用于對開關量進行有效控制，又可以應用于對模擬量進行有效控制；同時，它不僅具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，另一方面還可以實現(xiàn)對一個機群亦或是多條生產(chǎn)線進行同步控制。這種便利在于它既可以實現(xiàn)現(xiàn)場領域控制，也可以通過計算機來實現(xiàn)遠距離控制。它不僅可以充分借用微處理器所獨具的強大運算處理的功能的優(yōu)勢以此來滿足符合各類工業(yè)領域內(nèi)的所需的實時控制要求，同時也可以充分考慮到現(xiàn)場電氣設備技術維護人員的傳統(tǒng)的技能和已經(jīng)形成的各種習慣。它的編程語言簡單、非常容易掌握，同時，采用了與實際電氣原理圖非常接近的圖形編程方式，并不需要專門的計算機知識和語言，只需要一定的電工和工藝知識就可很快的掌握它。因此，可編程序控制器（PLC）在現(xiàn)代工業(yè)自動化控制中是一股新興力量，已成為非常具備潛能的先進控制技術。當前，PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱(PLC、CAD／CAM、ROBOT)之一。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展狀況 電梯是一種被運用于各類高層建筑中的不可缺少的新型交通工具。它的主體結構就是由轎廂組成，并且必須在傾斜角小于十五度的剛性導軌之間來執(zhí)行升降垂直運行任務。無論是轎廂設計尺寸還是其結構形式，其唯一的設計目的就是為了能使乘客出入或裝卸貨物方便來服務的。在多層的各類公共建筑大樓內(nèi)就能見到電梯的身影，它是輸送人員或貨物的垂直提升設備的一種交通工具，可見電梯在人們?nèi)粘Ｉ钪幸寻缪葜鵁o法替代的角色。 電梯這種提升設備所擁有的歷史相當悠久。追溯過去，我們偉大的祖先就已經(jīng)懂得制造且利用人力做動力的簡單提升設備的案列，透過我國北方部分農(nóng)村的手搖軸轆提取井水的升降提水裝置，就能清晰的看到電梯的歷史年輪。所以說，我國也是世界上最早出現(xiàn)電梯雛形的國家之一。 首次應用于美國紐約市的一臺客梯是在1765年瓦特發(fā)明蒸汽機并經(jīng)過改進作為提升設備動力基礎上形成的。隨著阿姆斯特朗發(fā)明了水壓梯，蒸汽機梯被慢慢的取代了他的地位。伴隨著經(jīng)濟社會科技的飛速發(fā)展，新的動力設備不斷出現(xiàn)，其優(yōu)良性能是以前的動力設備無法比擬的，因而舊的設備被漸漸取代了。如液壓泵和液壓控制閥是當時典型的新設備。 電機的發(fā)明是人類歷史上的重大轉折，它為現(xiàn)代工業(yè)動力設備的解決作出了重大貢獻。法拉第是電機的始祖，在1831年發(fā)明發(fā)電機。經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，美國率先把直流電機應用于電梯升降的驅動單元，開創(chuàng)了電梯發(fā)展的新局面并為今天的電梯發(fā)展奠定了基礎。二十世紀初，不帶減速器的無齒輪高速電梯在美國孕育而生。卷筒式傳動被改進為曳引槽輪式傳動，這項改進對今天仍有不可忽視的重要作用。它為今天高層的大行程電梯的運行理論奠定了深厚的基礎。隨著動力問題被解決后，電氣控制及速度調(diào)節(jié)等研究又成為一項新課題。因此，美國又投入巨大人力財力加以研究并獲成功。終于在1915年，世界上第一個自動平層控制系統(tǒng)以及高速電梯（6m/s）誕生了。 我國電梯事業(yè)起步較晚，但發(fā)展較快。1952至1954年隨著第一個五年計劃的開展，國家先后在各工業(yè)發(fā)達地區(qū)建立了三家電梯制造廠，并先后成立相關科研單位，獨立自主的研制出具有自主知識產(chǎn)權的各類電梯產(chǎn)品，如交流貨梯、客梯，直流快速、高速客梯等。在黨和政府的領導下，我國電梯業(yè)呈現(xiàn)一派欣欣向榮的景象。人民大會堂、北京飯店等政府機關和國家賓館都是運用我國自主研制的電梯產(chǎn)品裝備，打破了這一行業(yè)由國外的技術壟斷。60年代開始這些企業(yè)又開始研制自動扶梯和自動人行道，并獲得了成功。典型案例是北京地鐵車站的自動扶梯設備；北京首都國際機場的自動人行道。這些集中再現(xiàn)展示了我國自主創(chuàng)新能力的。 隨著我國對外開放程度的加深及對內(nèi)搞活經(jīng)濟政策深入貫徹執(zhí)行。在通過不斷引進和吸收來自國外先進的電梯技術、先進的電梯制造工藝與設備、先進的科學管理等手段，在消化吸收加以整合成自己的技術，又把我國電梯工業(yè)又推向一個新臺階。產(chǎn)量不僅連續(xù)多年飛速增長，而且產(chǎn)品質(zhì)量和整機性能也明顯提高。同時為了進一步推動和發(fā)展電梯工業(yè)，增強國內(nèi)企業(yè)的競爭力，在北京、廣州、天津、上海等地先后成立了中外合資電梯制造公司。通過引進、消化、吸收策略使國產(chǎn)電梯的控制和驅動技術能達到國際領先水平標準。并且產(chǎn)生了一大批能耗較小、效率較高、速度較快、平層和舒適感好的交流調(diào)速電梯、直流高速電梯被大力向市場推廣，因此取得了良好的收益。國家為了嚴控產(chǎn)品質(zhì)量，提升國產(chǎn)電梯競爭力，近年來通過立法形式發(fā)布了一批跟進國際標準水平的電梯制造標準。規(guī)范了我國電梯行業(yè)出現(xiàn)的各種亂象。必須采用新的標準來去更新、設計電梯產(chǎn)品才能入主市場，此舉使我國電梯工業(yè)平穩(wěn)有序快速的發(fā)展。 1.3 設計性質(zhì)與任務 該設計課題為五層客乘樓房所用電梯，所設計的主要內(nèi)容為：電梯系統(tǒng)圖的設計、電梯橋箱的設計、和控制系統(tǒng)的設計。 主要參數(shù)： 載重量：1000kg 行頂高度(OH)：1600mm 速度：60m/min 井底深度(PP)：4450mm 最大加速度：2m/s2 井道尺寸(A*B)：2150mm*2200mm 2電梯轎廂設計 2.1基本概念 2.1.1轎廂 一般電梯的轎廂是由轎底，轎壁，轎頂，轎門等幾大機件組成，轎廂出入口及內(nèi)部凈高度至少為2M，轎廂的面積應按GB7588—2003的8.2條規(guī)定進行有效控制。 圖2-1 2.1.2轎底 轎底通常是一種水平的金屬框架，一般我們在該框架沿著轎廂寬度方向來設置橫梁，而轎廂的木質(zhì)地板或金屬地板就被放置在水平框架上。水平框架及地板的設計，按兩倍額定載荷計算。圖2-2為轎底與龍門轎架的一種連接形式。 圖2-2轎架示意圖 1—上梁 2—立梁 3—拉條 4—轎底 5—下梁 2.1.3轎壁 轎壁一般采用為1.2—1.5mm厚的薄鋼板制來制成槽鋼形式，同時堵頭采用的是在壁板的兩頭分別焊接一根角鋼。對于安裝在一個井道內(nèi)的兩臺電梯，有的要求在鄰近的轎壁上開設安全門，以便疏散發(fā)生事故的電梯內(nèi)的乘客。 開設安全門的條件是，兩轎廂的水平距離不超過0.75m，安全門的尺寸至少應為1.8m高、0.35m寬。 觀光電梯可使用不小于10mm厚度的夾層玻璃作為轎壁，玻璃上應具有商家名稱和商標，玻璃形式及厚度等永久性標志。若使用玻璃做轎壁，則在距離轎底0.9—1.1m的高度處設置一個扶手，這個扶手應牢固固定在轎壁上。 2.1.4轎頂 轎頂應能支撐兩個人，記載叫定的任何位置上，均能承受2000N的垂直力而無永久變形。 轎頂應具有一塊至少0.12㎡站人用的凈面積，其小邊至少應為0.25m。如果有轎頂輪固定在轎架上，應設置有效的防護裝置，目的是為避免以下事故發(fā)生：1、損害人體；2、雜物進入繩與繩槽間；3、在懸掛鋼絲繩松弛時脫離繩槽位置。 在對轎頂輪進行檢查和維護時，防護裝置的結構應不妨礙該行為的進行，檢修箱和電源插座應被設置于轎廂頂上。 大多數(shù)電梯在轎頂上一般并不用考慮設置轎頂?shù)陌踩?，但也會時常根據(jù)實際情況和客戶要求來設置安全窗，安全窗的設計尺寸為0.35m*0.5m?？紤]到發(fā)生故障情況下，撤出乘客需要一定的時間，在具有封閉門的轎廂，應把通風問題加以考慮。 在位于轎廂上部的通風孔，應保證其有效面積至少為轎廂有效面積的1%，在位于轎廂下部任何孔洞，其面積也不應少于轎廂有效面積的1%，這樣才能發(fā)揮通風孔的實際功用。 2.2轎廂稱重裝置 當轎廂載荷超過預設值的時后，電梯應確保無法啟動運行，并同時要發(fā)出警報。只有在轎廂中載荷等于或小于額定載荷的情況下電梯才能開始啟動運行。能完成載荷稱重功能的裝置稱為轎廂稱重裝置，如果按照工作原理來分一般可分三類：1：機械式；2：橡膠塊式；3：壓力傳感式。 它又可以分類為設在轎底下的機械稱重裝置和設在轎頂和機房的機械稱重裝置。它的原理是磅秤原理，即當轎廂在受到載荷后，連接塊就會在重力作用下向下移動，當角內(nèi)重量達到預設值時，此時在轎底的下移過程會使得連接塊上的開關碰塊碰觸到微動開關，從而使電梯的控制線路被切斷。此時電梯就無法再被啟動，催動警報器發(fā)出聲響，然后超載燈亮。而我們可以通過移動秤砣或副砣來調(diào)節(jié)稱量值。 轎頂及機房中機械式的稱重裝置都利用的是杠桿原理，稱重裝置與轎頂或機房中繩頭懸掛板需結合在一起，這樣維修和保養(yǎng)起來就比較方便，但隨著鋼絲繩和補償繩的長度會在使用過程中發(fā)生變化，此時必須通過修正稱重值來達到要求。 2.3轎廂面積的有關規(guī)定 轎廂的有效面積是指通過測量在轎廂地板以上1.0m高度處所得的轎廂的面積，排除供乘客用的扶手所占面積。 為了防止乘客人數(shù)超過電梯規(guī)定的額定載重量根據(jù)GB7588—95第8.2條，轎廂的有效面積應予以限制。 電梯額定載重量與轎廂最大有效面積之間的關系應符合表2-1規(guī)定。 表2-1 額定載重量與轎廂最大有效面積的關系 額定載重量/kg 轎廂最大有效面積/m^2 最多乘客人數(shù) 300 0.90 4 400 1.17 5 630 1.66 8 750 1.90 10 800 2.00 10 1000 2.40 13 1250 2.90 16 1500 3.40 20 1600 3.56 21 1800 3.88 21 2100 4.36 28 2500 5.00 31 超過2500kg后，每增加100kg載重量，則面積會增加0.16m^2。對于中間載重量的衡量，面積可以通過線性插入法來計算得出結果。 乘客電梯額定載重量與轎廂有效面積之間的關系，也可由圖2-2決定。 圖中 AK-----轎廂有效面積（m^2）; GO-----額定載重量（kg）。 最多乘客人數(shù)用下式求得 GO/75=乘客數(shù) 計算轎廂實際有效面積時，圖2-3中陰影部分面積應包括在內(nèi)。 圖2-2 額定載重量與轎廂最大有效面積關系 圖2-3 中分門、旁開門的轎廂的有效面積 一般乘客電梯的載重量、乘客人數(shù)、轎廂尺寸與電梯井道尺寸之間的關系如圖2-4 圖2-4轎廂大小與載客數(shù)的關系圖 3電梯的電氣自動控制系統(tǒng) 3.1電梯控制系統(tǒng)概述 對于一般普通的集選控制系統(tǒng)來說，大致可以由以下幾部分組成。1：轎內(nèi)指令登記與消號；2：廳外召喚登記與消號；3：安全保護電路；4：定向選層線路；5：啟動線路；6：減速平層線路；7：樓層指示線路；8：開關門控制線路；9：驅動回路控制線路；10：檢修運行線路；11：消防運行線路；12：主控回路等。這幾部分的互相配合共同以構成電梯的控制系統(tǒng)且能夠實現(xiàn)電梯的登記，開關門，啟動，運行，減速，平層等各種所需的功能。 在電梯的電氣自動控制系統(tǒng)中，最重要的功用是邏輯判斷，而在邏輯判定過程中，邏輯運算的支配功能又占有非常舉足輕重的地位。電梯的電氣自動控制系統(tǒng)通過啟動各種控制信號元件，如：接觸器，繼電器，發(fā)光指示器，電動機等來實現(xiàn)各種所需的功能。 從系統(tǒng)的實現(xiàn)方法來看，電梯的控制系統(tǒng)經(jīng)歷了很大變革。從最初的繼電器控制，繼而發(fā)展為可編程控制（PLC）及單片機控制，之后的多微機控制等多種形式，能實現(xiàn)的功能越來越強大。這些控制方式代表著在不同時期各電梯控制系統(tǒng)的主流，并且伴隨著大規(guī)模集成電路和計算機技術的發(fā)展而逐步推陳出新。 3.1.1繼電器—接觸器控制系統(tǒng) 這種控制系統(tǒng)是在當前國內(nèi)許多中小電梯企業(yè)還在普遍使用的一種電梯電氣自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)相比，優(yōu)勢在于結構相比而言簡單，且易于技術人員理解和掌握。但如果從使用觀點看，該系統(tǒng)也有以下缺點。1：接點容易磨損，電接觸不太好；2：接點閉合比較緩慢，會產(chǎn)生延遲效應；3：體積龐大，控制屏（柜）所占用機房的面積較大；4：控制系統(tǒng)所消耗的能量比較大；5：維修保養(yǎng)的工作量大、耗費成本費用高。 鑒于該系統(tǒng)有上述諸多劣勢，繼電器—接觸器系統(tǒng)現(xiàn)在僅僅被應用于電梯速度不高（v≤1.0m/s）且要求不十分高的場合。 3.1.2半導體邏輯控制系統(tǒng) 20世紀60年代末，伴隨著半導體技術及其器件的發(fā)展和廣泛應用，晶體二極管，三極管等電子器件相繼替代了繼電器—接觸器有觸點系統(tǒng)的地位，并開始在電梯控制領域獨樹一幟。這種控制技術克服了上述傳統(tǒng)的繼電器—接觸器系統(tǒng)存在的缺點，因為其沒有觸點的磨損或接觸不良等問題，從其可靠性來評判可以冠以“半永久性的”系統(tǒng)的稱號，因此不存在接點使用的壽命問題。特別是隨著計算機技術在工業(yè)控制系統(tǒng)中的廣泛應用，由可編程控制器（PLC）取代繼電器而工作的電梯控制系統(tǒng)開始大量涌現(xiàn)。通過可編程控制器不但可以實現(xiàn)原本由傳統(tǒng)繼電器可以實現(xiàn)的邏輯控制功能，而且最重要的優(yōu)勢是可編程控制器的“可編程功能”的運用。如果要改變電梯的運行控制功能時，只需通過更改程序就可以達到要求，而無需像繼電器控制系統(tǒng)那樣大范圍的接線?？删幊炭刂破鹘M成的電梯控制系統(tǒng)與繼電器電梯控制系統(tǒng)相比，可靠性大幅提高，而故障率卻急劇下降，維修非常方便，同時噪聲也大為降低。 3.1.3微機控制系統(tǒng) 隨著大規(guī)模集成器的出現(xiàn)，尤其是20世紀70年代末和20世紀80年代初開始，微機在各個領域內(nèi)的廣泛應用，國外電梯制造商已成功把微機技術應用于電梯控制系統(tǒng)，并取得了相當驚人的成就。國內(nèi)的幾家電梯合資企業(yè)也相繼推出了一些不同的微機控制系統(tǒng)。 電梯的微機控制系統(tǒng)實質(zhì)上是使控制算法不再由“硬件”邏輯所固定，而是通過一種所謂“程序存儲器”中的程序“軟件”而固定下來的控制系統(tǒng)。因此對于有不同功能要求的電梯控制系統(tǒng)，只要修改“程序存儲器”中的指令程序---“軟件”即可，而無需變更或減少“硬件”系統(tǒng)的布線。因而十分便于使用、管理和改變功能要求。另一方面也減少了控制系統(tǒng)體積，降低能耗和降級維修保養(yǎng)費用。 4 PLC控制電梯系統(tǒng)方案設計 4.1 PLC在電梯中的發(fā)展前景 繼電器組成的順序控制系統(tǒng)是最早的一種被人掌握來實現(xiàn)電梯控制的一種方法。但是，伴隨著科學技術和計算機技術的飛速發(fā)展，人們對于電梯的選擇不再僅限于單純的滿足基本功能要求。安全、可靠成為電梯行業(yè)能否立足市場的首要前提，此時繼電器控制的在安全可靠性上的劣勢成為它發(fā)展的瓶頸。 可編程序控制器(PLC)最早是以順序邏輯控制為基礎而逐步發(fā)展并突飛猛進的，設計之設想就是專門針對惡劣的工業(yè)環(huán)境。從這個角度，由于 PLC控制系統(tǒng)具有無可比擬的抗惡劣環(huán)境的優(yōu)勢，已漸漸取代了原先的電梯的繼電器控制方式在市場上的地位，成為這一行業(yè)的領軍者。同時，伴隨著電機交流變頻調(diào)速技術的飛速發(fā)展，電梯的拖動系統(tǒng)也已從原來直流調(diào)速過渡到了交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。因此，這兩大技術的出現(xiàn)運用使得其已成為現(xiàn)在電梯行業(yè)能否立穩(wěn)腳跟的關鍵。 電梯繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點：1、由硬件就可以實現(xiàn)一切的控制功能及信號的處理，連接的線路比較直觀易懂，不需高深專業(yè)化理論做基礎鋪墊，便于普通技術人員能快速牢固掌握；2、在后期系統(tǒng)的保養(yǎng)、維修及故障檢查方面無需較高的技術和特殊的昂貴的設備檢測儀器；3、大部分電器均為常用控制電器，因此，更換方便，價格較便宜，所耗費成本較低；4、技術發(fā)展歷史相對久遠并已成熟，己形成了系列化，各種技術資料圖紙齊全，便于設計查找。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：1、接點易磨損，電接觸不好；2、接點閉合緩慢；3、體積大，控制屏（柜）占機房面積大；4、控制系統(tǒng)的能量消耗大；5、維修保養(yǎng)工作量大、費用高。5、故障率高也大大降低了電梯的可靠性和安全性，給給乘用人員帶來不便和驚憂，嚴重時還會導致人身財產(chǎn)安全。 PLC是一種用于工業(yè)自動化控制的專用計算機，在實質(zhì)上它屬于微機控制方式。PLC控制一般具有以下優(yōu)勢。即可靠性高、易于操作、維修方便、編程簡單、靈活性強等。 第一，可靠性：即指產(chǎn)品的有效性和可維修性。1、由于PLC不需要大量的觸點和接線等現(xiàn)實電子元件，這將使得它的接線量大幅縮減。同時，對系統(tǒng)進行維護時簡單便利，且所需維護時間短。2、一系列可靠性設計的方法被運用于設計，使其可靠性大大提高，安全有保障。3、PLC具有編程簡單，操作方便，維修容易，只要一般的技術人員就能勝任，可以節(jié)約企業(yè)的人力成本。4、PLC是專門針對惡劣工況的工業(yè)生產(chǎn)過程控制控制裝置，無論在編程語言還是硬件方面，其性能都比普通計算機更加可靠。5、在PLC的硬件方面，采用可靠性電子元件；通過先進的工藝制造流水線制造；對干擾的屏蔽、隔離和濾波等；設置斷電保護，存儲器內(nèi)容的保護等，各種措施都能保證其安全性能。 第二，易操作性：1、操作簡便。對PLC的編程操作包括程序輸入和程序更改。大多數(shù)PLC都會采用編程器進行輸入和更改的操作。編程器均提供了輸入信息的顯示屏，如果對大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序可以顯示出來，非常直觀。2、編程方便。 多種程序設計語言可供PLC使用。由于梯形圖是一種圖形化的語言，沿用了傳統(tǒng)的電氣控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)和并聯(lián)等術語和一些圖形符號，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握的；3、維修方便。由于PLC具有自診斷功能，這可以大大降低對維修人員維修技能要求。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障時，維修人員可以根據(jù)PLC自帶的自診斷功能來很快的找到故障的部位，進行維修。 第三，靈活性。 1、編程的靈活性。PLC采用的編程語言有梯形圖、指令表、順序功能圖，功能模塊和結構化文本。編程方法的多樣性使編程更加方便、應用面可拓展性加強。2、擴展的靈活性。它可根據(jù)實際應用的規(guī)模不同，即可進行容量的擴展、功能的擴展、應用和控制范圍的擴展。3、操作的靈活性。操作PLC控制柜十分靈活方便，監(jiān)視和控制其運行情況將變得十分容易。 PLC控制電梯的優(yōu)點：1、PLC通過軟件編程程序實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，可靠性較傳統(tǒng)繼電器控制大為提高。2、沒有現(xiàn)實觸點，接線形式簡單，控制系統(tǒng)實際結構簡單。3、PLC只需通過輸入程序的改變即可來實現(xiàn)各種復雜的控制要求。 4、PLC可自動完成故障檢測并予以報警加以顯示，從而來提高其運行的安全性，以便于保養(yǎng)檢修。5、可用于群控調(diào)配和多機管理，以此來提高電梯運行效率。為便于比較PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)缺點現(xiàn)列表如下，詳見表4-1。 從表4-1可以看出，PLC控制系統(tǒng)具有繼電器控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，因此傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)將逐漸淘汰，并且PLC控制系統(tǒng)將代替其占據(jù)市場是大勢所趨。 表4-1 PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng) 比較項目 繼電器控制系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 控制功能 實現(xiàn) 繼電器數(shù)量大，接線方式比較復雜 只需通過預先編制的程序來實現(xiàn)各種控制功能 對控制要求變更適應性 適應性較差，需重新設計，改變繼電器種類和接線 適應性強，只需針對程序進行必要修改 控制速度 低，靠機械動作實現(xiàn)目的 極快，靠微處理器進行運算處理 特殊功能 一般沒有 有 安裝，施工 連線多，施工繁鎖 安裝容易，施工方便 可靠性 差，觸點多，故障多 高，元器件的篩選和抗老化等可靠性措施 壽命 短 長 可擴展性 困難 容易 維護 工作量大，故障不易查找 有自診能力，維護工作量小 4.2 PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)比較 微機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領域中，它的主機一般需采用能夠抵抗惡劣工業(yè)環(huán)境并能可靠運行的工控機來實現(xiàn)。工控機的發(fā)展以通用計算機為基礎，因此在硬件結構方面，總線標準化的程度較高，品種的兼容性比較強，軟件資源非常豐富，能為操作系統(tǒng)提供實時技術支持。因此，在要求快速，實時性強，模型復雜的工業(yè)對象要求的控制上凸顯其優(yōu)點。然而，它的使用和維護比較復雜，要求的工作人員必須有一定的專業(yè)知識為基礎，并且要求其技術水平優(yōu)異。另一方面，工控機的另一劣勢在于它的整機水平還無法完全適應惡劣工作環(huán)境。在此背景下，可編程控制器對此不足之處進行了全方位的改進，變通用為專用，更有利于降低成本，來縮小體積，從而提高可靠性等特性，更可以適應過程控制的要求。PLC控制系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)比較見表4-2。 從表4-2可見，在控制功能方面，PLC與通用計算機相比，工作更穩(wěn)定可靠，而且編程簡單，使用方便，應用設計和調(diào)試周期可大大縮短，加之又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境下和強電一起工作，容易實現(xiàn)機電一體化。 表4-2 PLC控制系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的比較 比較項目 通用計算機系統(tǒng) PLC控制系統(tǒng) 工作目的 進行科學計算，運行 實現(xiàn)完全工業(yè)自動化控制 工作環(huán)境 對工作環(huán)境要求高 可適應惡劣的工業(yè)現(xiàn)場 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件 需配備功能較強的系統(tǒng)軟件 只需簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施 掉電保護等一般性措施 多種抗干擾措施，自診斷，斷電保護，可在線維修 編程語言 匯編語言，高級語言 梯形圖，指令表，順序功能圖，功能塊圖 對操作人 員的要求 需專門培訓，需一定的計算機基礎的專業(yè)人才 一般的技術人員，稍加培訓即可 對內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價格 價格高 價格低 其他 若用于控制，一般需自行設計 機種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 4.3 PLC控制電梯系統(tǒng)方案設計 本設計通過多種方案的比較和參照，可看出PLC控制具有顯著的優(yōu)點：在電梯控制中運用PLC進行控制，用編程軟件通過預設的程序實現(xiàn)對電梯運行的自動控制，其運行的可靠性和安全性能較傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)大幅提高。同時，它還可實現(xiàn)只需增加或修改軟件中的程序來實現(xiàn)各種復雜的控制系統(tǒng)的所要求的控制功能，方便性大為提高；除此之外，可進行故障自動檢測并根據(jù)具體情況加以報警來顯示，從而提高電梯的運行安全性和可靠性，并便于檢修。 綜上所述，本設計采用PLC控制。 5電梯控制系統(tǒng)框圖設計 5.1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖設計 電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖3-1所示，主要由轎箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主拖動電機電路、開關門電路、檔層顯示電路、按鈕記憶燈電路、樓層檢測與平層檢測傳感器及PLC電路等組成的。 平層感應器 平層 拖動 減速 減速點信號 定向平層 樓層信號 位置信號 起動 指層 轎內(nèi)指令、廳內(nèi)召喚 圖5-1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖 5.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結構框圖 系統(tǒng)由曳引機構、開關門機構、轎廂、控制系統(tǒng)等組成，如圖3-2所示。曳引系統(tǒng)的主要功能是輸出和傳遞動力，使電梯運行。門系統(tǒng)的功能是封住層站入口和轎廂人口。而轎廂是運送乘客和貨物的電梯組件，是電梯的主要工作部分。 曳引機 門機 顯示 現(xiàn)場信號 PLC 變頻器 電源 PGggGgGGFGGG 圖5-2 電梯控制系統(tǒng)硬件結構框圖 5.3電梯控制PLC系統(tǒng)的基本結構圖 轎廂操作盤 廳外呼叫廳 安全裝置 井道裝置 指揮層 調(diào)整器 拖動控制 門機控制 輸入接口 PLC主機 CPU存儲器 輸出接口 圖5-3電梯控制PLC系統(tǒng)的基本結構圖 6電梯控制系統(tǒng)的硬件設計 6.1電梯控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 電梯PLC控制系統(tǒng)有如下要求: 1、電梯在運行過程中,到達停層位置時能夠實現(xiàn)自動開關門或手動開關門操作。 2、 利用LED顯示電梯廂外的呼喚信號，電梯廂內(nèi)的指令信號和電梯到達信號； 3、能自動判斷電梯的運行方向，并發(fā)出相應的指示信號； 4、 電梯上行下行由一臺電動機牽引。電動機正轉，電梯上升；電動機反轉，電梯下降； 5、 電梯轎箱門由另一臺小功率電動機驅動。電動機正轉，轎箱門打開；電動機反轉，轎箱門關閉； 6、每一層樓設有呼叫按鈕；轎廂內(nèi)開門按鈕，關門按鈕；轎廂內(nèi)設有樓層選擇指令按鈕。 6.2速度給定曲線 電梯的速度給定曲線在設計電梯過程中是要被考慮的一個關鍵環(huán)節(jié)，不僅是為了滿足乘客舒適感，而且是為了提高運輸效率及滿足正確平層要求。人們對于速度變化的敏感度主要是在電梯運行過程中產(chǎn)生的各種超重和失重感，即電梯運行中加速度的大小變化。因此，平滑的加速和減速以減小運行過程中的超失重感是人們獲得舒適感的重要保證。 為了減少超失重反應，將電梯的起動過程，運行過程及制動過程的速度曲線是由兩段拋物線（S曲線）和一段直線連接構成，如果需要改變加速度只需改變斜率即可。加速斜率是用速度給定從0加速到1000轉與所需要的時間的比值來定義。其意義為加速度由0加速到1000轉與所需要的時間的比值。因此通過改變起動加速時間就可實現(xiàn)獲得不同的起動曲線斜率，也即是產(chǎn)生加速過程中的超重感。增大加速時間值那么起動曲線變緩，加速度減小。反之，起動曲線變急，加速度增大。如果要實現(xiàn)曲線變化率的變化，那么可通過改變曲線起始、終了加速時間來實現(xiàn)。由于本設計系統(tǒng)采用了型號為VS-616G5變頻器，包括了對曲線加速時間設定功能，因此可以通過調(diào)整加速時間來與曲線加速時間實現(xiàn)匹配，這樣就可以獲得較為理想的起動曲線。同理，按此方法制動曲線的調(diào)整也可有這樣實現(xiàn)。如圖6-1所示的電梯理想速度給定曲線，其中a代表電梯加速度，v代表電梯速度。 圖6-1速度運行曲線 在0～t3時間內(nèi)為加速起動階段，其中0～t1和t2～t3時間內(nèi)為拋物線速度曲線，在t1～t2時間內(nèi)為直線速度曲線；t3～t4時間內(nèi)為穩(wěn)速運行階段；t4～T時間內(nèi)為減速制動階段。減速制動階段速度曲線與加速起動啟動階段在理想情況下對稱。 6.3減速及平層控制 電梯的工作特點決定了它得頻繁起動與制動。在工作過程中，為了獲得舒適感以及提高工作效率，就必須使電梯能平滑減速逐漸過渡到速度為零，準確實現(xiàn)平層功能，也就是實現(xiàn)“無速停車抱閘”功能，使得電梯由于種種原因產(chǎn)生的爬行現(xiàn)象或低速抱閘等現(xiàn)象完全消失，也就是直接停止。要實現(xiàn)這一目標，最主要是能夠準確發(fā)出并檢測到減速信號，當接近層樓面時，根據(jù)距離檢測信號能精確地使速度給定曲線得到矯正。由于本系統(tǒng)采用的是旋轉編碼器來檢測轎廂位置，因此只要電梯一運行，計算機就可以精確地獲取電梯走過的距離，在到達與減速點相匹配的預置數(shù)時即可自動發(fā)出減速命令而實現(xiàn)。 由于現(xiàn)實工況的多樣性，不管以何種方式產(chǎn)生的減速命令，由于負載會發(fā)生變化、電網(wǎng)隨時間產(chǎn)生波動、鋼絲繩由于磨損會打滑等原因，都會使減速過程產(chǎn)生較大誤差而不能達到平層技術要求也就無法實現(xiàn)精確平層，要解決這個問題，我們一般采取在離層樓100～200mm處安裝一個平層矯正器，這樣才能使電梯在這種工況下實現(xiàn)準確平層工作。 6.4電梯控制系統(tǒng)結構組成 電梯模具由變壓穩(wěn)壓電源、PLC、轎廂、限位開關、呼梯按鈕、交流電機、繼電器、LED數(shù)碼管、支架、導軌等組成。為了便于觀察,對電梯所在的樓層進行顯示,我們采用LED數(shù)碼管顯示,而對電梯的運行方向,樓層和轎廂的呼叫信號以指示燈顯示。 6.5 PLC的選型 根據(jù)所需的控制信號,輸入點數(shù)24點,輸出點數(shù)28點,選擇三菱PLC FX2N--64MR構成基本控制單元。 6.6電梯升降主電路 電梯的上升和下降是由一臺交流電機來完成的。如圖所示，KM1、KM2為電機正反轉接觸器，用以實現(xiàn)電梯的上升和下降控制。KM3為電梯減速運行接觸器，用以實現(xiàn)電梯的減速控制，當電梯收到停層指示后，KM3斷電釋放，串入阻抗，使電路的電流減小，實現(xiàn)電梯的上升與下降的減速運行。到達平層時，接觸器全部斷電釋放，抱閘抱死使電機停止運行。 圖6-2電梯升降主電路 6.7電梯的主要電氣設備 6.7.1曳引電動機的選擇 本設計電梯采用有齒曳引機，1:1繞法的曳引系統(tǒng)，額定梯速為60m/min，額定載重量1000kg，則電動機額定功率為： 式(6.1） 其中k=1.1~1.6 Kp=0.45 Mn=1000Kg Vn=60 m/min=1 m/s 所以P=10.78~15.69KW 根據(jù)實際電動機額定功率系列，粗選13kW電動機即可滿足要求，相當于系數(shù)k取1.4。由電動機選型參數(shù)表，選YPTD160L1-4。 表6-1 電動機選型參數(shù)表 型號 功率/ kW 電壓/ V 電流/ A 轉速/ r/min 頻率/ Hz 功率因 數(shù)cos 噪聲 dB(A) 額定工 作制 YPTD160M1-4 9 380 18.5 1456 50 0.85 60 S2/1h YPTD160M2-4 11 380 22.3 1456 50 0.86 60 S2/1h YPTD160L1-4 13 380 25.9 1456 50 0.865 60 S2/1h 6.7.2旋轉編碼器的選擇 轎廂樓層位置檢測方法主要方法有如下幾種： 1、干簧管磁感應器：采用這種方法的優(yōu)點是直觀、方便、簡單，但由于需要在每一層設置一個磁感應器，因此，當樓層較高時，會使得PLC的輸入點數(shù)不夠使用。 2、穩(wěn)態(tài)磁保開關：該方法要對每一個磁保開關在其不同狀態(tài)位置都進行相應的編碼，而適合電梯控制的編碼程序只有格雷變形碼這一種程序，但由于它是沒有權代碼的，進行運算時必須通過采用PLC指令譯碼，比較麻煩，即使使用軟件譯碼也會導致程序變的相當龐大復雜，占據(jù)內(nèi)存。 3、旋轉編碼器：目前，市場上的PLC一般都具有高速脈沖輸入端或專用計數(shù)單元模塊，因此計數(shù)準確，使用方便，所以在電梯PLC控制系統(tǒng)中，可通過編碼器來測取并獲得電梯運行在任意過程中的準確位置，編碼器既可以與PLC高速脈沖輸入端直接相連，也可利用內(nèi)置的24V直流電源來與其相連，所以硬件的連接相當方便。 綜上分析可見，用旋轉編碼器檢測轎廂位置要普遍優(yōu)于其他方法，故本設計選擇采用此法來作為檢測轎廂位置。其旋轉編碼器與安川VS616-G5變頻器構成閉環(huán)控制，電源可利用PLC內(nèi)置24V直流電源。 三菱PLC允許的脈沖輸入頻率通常為20KHz，記為fo，假設梯速為v，單位mm/s，電機轉速n，單位r/s，每轉脈沖數(shù)P，計數(shù)精度S，單位mm/脈沖，輸出頻率為f 。于是，有下列關系式： 式(4.2） 式(4.3） 對本設計來說，v=1.0m/s，n=1456r/min，fo=20KHz，取P=800，帶入上式得： f=8001456/60=19.4KHz
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