第二章電梯物理模型的設(shè)計

1、 第二章 電梯物理模型的設(shè)計2.1 電梯的概述2.1.1 電梯的結(jié)構(gòu) 電梯是機、電一體化產(chǎn)品。其機械部分好比是人的軀體，電氣部分相當于人的神經(jīng)，控制部分相當于人的大腦。各部分通過控制部分調(diào)度，密切協(xié)同，使電梯可靠運行。盡管電梯的品種繁多，但目前使用的電梯，絕大多數(shù)為電力拖動、鋼絲繩拽引式結(jié)構(gòu)，其機械部分由拽引系統(tǒng)，轎廂和門系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)，導向系統(tǒng)以及機械安全保護裝置組成。而電氣控制部分由電力拖動系統(tǒng)，運行邏輯功能控制系統(tǒng)和電氣安全保護等系統(tǒng)組成。一、拽引系統(tǒng) 電梯拽系統(tǒng)的功能是輸出動力和傳遞動力驅(qū)動電梯運行。主要由拽引機拽引鋼絲繩、導向輪和反繩輪組成。拽引機為電梯的運行提供動力，由電動機、拽引

2、輪、連軸器、減速箱、和電磁制動器組成。拽引鋼絲的兩端分別連轎廂和對重依靠鋼絲繩和拽引輪之間的摩擦來驅(qū)動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型還可以增加拽引力。二、導向系統(tǒng) 導向系統(tǒng)由導軌，導靴和導軌架組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使得轎廂和對重只能沿著導軌做升降運動。 三、門系統(tǒng) 門系統(tǒng)有轎廂門、層門、開門連動機構(gòu)等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導軌架等組成，層門設(shè)在層站入口處。開門機設(shè)在轎廂上，是轎廂和層門的動力源。四、轎廂 轎廂是運送乘客或者貨物的電梯組件。它是有轎廂架和轎廂體組成的。轎廂架是轎廂體的承重機構(gòu)，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由

3、廂底、轎廂壁、轎廂頂以及照明通風裝置、轎廂裝飾件和轎廂內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量和額定客人數(shù)決定。五、重量平衡系統(tǒng) 重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側(cè)拽引鋼絲繩長度變化對電梯的平衡設(shè)計影響的裝置。六、電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由拽引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成。它的作用是對電梯進行速度控制。拽引電機是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機或者直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋系統(tǒng)是為調(diào)速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈

4、沖發(fā)生器與電機相連。調(diào)速裝置對拽引電機進行速度控制。七、電氣控制系統(tǒng) 電梯的電氣控制系統(tǒng)由控制裝置、操縱裝置、平層裝置和位置顯示裝置等部分組成。其中控制裝置根據(jù)電梯的運行邏輯功能要求控制電梯的運行，設(shè)置在機房中的控制柜上。操縱裝置是由轎廂內(nèi)的按鈕箱和廳門的召喚箱按鈕來操縱電梯的運行的。平層裝置是發(fā)出平層控制信號，使電梯轎廂準確平層的控制裝置。所謂平層是指轎廂在接近某一樓層的?？空緯r，欲使轎廂踏板和廳們踏板處于同一水平面的操作。位置顯示裝置是用來顯示電梯所在樓層位置的轎內(nèi)和廳門的指示燈，廳門指示燈還用尖頭指示電梯的運行方向。八、安全保護系統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)包括機械的和電氣的各種保護系統(tǒng)，可保護電梯

5、安全的使用。機械方面的有限速器和安全鉗起超速保護作用，緩沖器起沖頂和撞底保護作用，還有切斷總電源的極限保護裝置。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)中都有體現(xiàn)。2.1.2 電梯工作原理引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉(zhuǎn)，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其

6、他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？?。電氣系統(tǒng)實現(xiàn)對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。2.1.3 電梯的分類 電梯作為一種通用垂直運輸機械，被廣泛用于不同的場合，其控制、拖動、驅(qū)動方式也多種多樣，因此電梯的分類方法也有下列幾種。一、按用途分類 這是一種常用的分類方法，但由于電梯有一定的通用性，所以按用途分類在使用中用得較多。但實際標準不很明確。1. 乘客電梯用于運送乘客為主，兼以運送重量和體積合適的

7、日用物件。適用于高層住宅、辦公大樓、賓館或飯店等人員流量較大的公共場合。其轎廂內(nèi)部裝飾要求較高，運行舒適感要求嚴格，具有良好的照明與通風設(shè)施，為限制乘客人數(shù)，其轎廂內(nèi)面積有限，轎廂寬深比例較大，以利于人員出入。為提高運行效率，其運行速度較快。派生品種有住宅電梯、觀光電梯等。2. 載貨電梯 用于運送貨物為主，并能運送隨行裝卸人員。因運送貨物的物理性質(zhì)不同，其轎廂內(nèi)部容積差異較大。但為了適應(yīng)裝卸貨物的要求，其結(jié)構(gòu)要求堅固。由于運送額定重量大，一般運行速度較低，以節(jié)省設(shè)備投資和電能消耗。轎廂的寬深比例一般小于1。3. 客貨兩用電梯 主要用作運送乘客，也可運送貨物。其結(jié)構(gòu)比乘客電梯堅固，裝飾要求較低。

8、一般用于企業(yè)和賓館飯店的服務(wù)部門。4. 病床電梯 用于醫(yī)療單位運送病人，醫(yī)療救護器械。其特點為轎廂寬深比小，深度尺寸大于2.4m，以能容納病床，要求運行平穩(wěn)，噪聲小，平層精度高。5. 雜物電梯 這是一種專用于運送小件品的電梯，最大載重量為500kg，如果轎廂額定載重量大于250Kg應(yīng)設(shè)限速器和安全鉗等安全保障設(shè)施。為防止發(fā)生人身事故，嚴禁乘人和裝卸貨物將頭伸入，為此限制轎廂分格空間高度不得超過1.4m，面積不得大于1.25，深度不得大于1.4m。其他特種用途的電梯還有汽車電梯，船舶電梯等。二、按速度分類電梯的額定運行速度正在逐步提高，因此按速度分類的國家標準正待頒布。目前的習慣劃分為：1. 低

9、速電梯 這種電梯額定速度0.75m/s。2. 中速電梯 這種電梯額定速度1m/s2.5m/s。3. 高速電梯 這種電梯額定速度2.5m/s4m/s。4. 超高速電梯 這種電梯額定速度4m/s。三、按拖動電動機類型分類1. 交流電梯 采用交流電動機拖動的電梯。其中又可分為單、雙速拖動，采用改變電動機極對數(shù)的方法調(diào)速。調(diào)壓拖動，通過改變電動機電源電壓的方法調(diào)速。調(diào)頻調(diào)壓拖動，采取同時改變電動機電源電壓和頻率的方法調(diào)速。2. 直流電梯 這是一種采用直流電動機拖動的電梯。由于其調(diào)速方便，加減速特性好，曾被廣泛采用隨著電子技術(shù)的發(fā)展，直流拖動正被節(jié)省能源的交流調(diào)速拖動代替。四、按驅(qū)動方式分類1. 鋼絲繩

10、驅(qū)動式電梯 它可分成兩種不同的型式，一種是被廣泛采用的摩擦曳引式。另一種是卷筒強制式。前一種安全性和可靠性都較好，后一種的缺點較多，已很少采用。2. 液壓驅(qū)動式電梯 這種驅(qū)動式電梯歷史較長，它可分為柱塞直頂式和柱塞側(cè)置式。優(yōu)點是機房設(shè)置部位較為靈活，運行平穩(wěn)，采用直頂式時不用轎廂安全鉗及底坑地面的強度可大大減小，頂層高度限制較寬。但其工作高度受柱塞長度限制，運行高度較低。在采用液壓油作為工作介質(zhì)時，還須充分考慮防火安全的要求。3. 齒輪齒條驅(qū)動式電梯 它通過兩對齒輪齒條的嚙合來運行；運行振動、噪聲較大。這種型式一般不需設(shè)置機房，由轎廂自備動力機構(gòu)，控制簡單，適用于流動性較大的建筑工地。目前已劃

11、入建筑升降機類。4. 鏈條鏈輪驅(qū)動式電梯 這是一種強制驅(qū)動型式，因鏈條自重較大，所以提升高度不能過高，運行速度也因鏈條鏈輪傳動性能局限而較低。但它在用于企業(yè)升降物料的作業(yè)中，有著傳動可靠，維護方便，堅固耐用的優(yōu)點。其他驅(qū)動方式還有氣壓式，直線電機直接驅(qū)動，螺旋驅(qū)動等。五、按控制方式分類目前電梯技術(shù)的發(fā)展使電梯控制日趨完善，操作趨于簡單，功能趨于多樣，控制方式正向廣泛應(yīng)用微電子新技術(shù)的方向發(fā)展。目前常見的控制方式有：微機集選控制（按鈕操縱）；門微機并聯(lián)、梯群控制（按鈕操縱）；繼電器信號控制和手柄控制（手柄或按鈕操縱）。除上述常見的分類外，目前還有按機房位置、鋼絲繩傳動型式等分類方法。2.2 電梯

12、的運行特點1.電梯的位置確定與顯示轎廂中的乘客及其門廳中等待乘坐電梯的人都需要知道電梯目前所處的位置，因此在轎廂及其門廳都設(shè)有顯示顯示樓層標志的電梯位置顯示裝置，此外，電梯的運行還需要更加準確的電梯位置信號，以滿足制動停車等控制的需要。傳統(tǒng)電梯的位置信號一般設(shè)在井道的位置開關(guān)，如磁感應(yīng)器提供，當轎廂上設(shè)置的隔磁板插入感應(yīng)器時，發(fā)出位置信號，并啟動樓層指示，如圖2.2 圖 2.1 電梯停層 、平層裝置2.轎廂內(nèi)的運行命令及門廳召喚信號 司機及乘客可按下轎廂內(nèi)的操控盤上的選層按鈕選定電梯運行的目的樓層，此為內(nèi)選信號。按鍵按下后，該信號應(yīng)該被記憶并使相應(yīng)的指示燈點亮。在門廳等候電梯的乘客可以按門廳的

13、上行或下行召喚信號，此為外喚信號。該信號也需記憶并點亮門廳的上行或下行召喚指示燈，這些保持信號在要求得到滿足時應(yīng)自動取消信號。3.電梯自動運行時的信號響應(yīng) 電梯自動運行應(yīng)根據(jù)內(nèi)選及外喚信號，決定電梯的決定電梯的運動方向及其在那些站點停站,一般情況下,電梯按照先上后下的原則安排運送乘客的次序,而且規(guī)定在運送次序確定以后不響應(yīng)中途反向呼喚要求,直到到達本方向最遠站點才開始返程。4.轎廂的啟動與運行 轎廂在運行方向確定，轎廂門已將關(guān)好時自動啟動并運行。5.轎廂的平層與停車 轎廂運行后需要確定在那一層站停車，平層是指停車時,轎廂的底與門廳 “地平面”應(yīng)相互平齊，一般規(guī)定有具體的平層誤差，如平層時兩平面

14、之間相差不超過5mm。傳統(tǒng)電梯的平層信號由平層感應(yīng)器發(fā)出。6.安全保護電梯的安全保護有很多,如沖頂與蹲底,斷鋼絲繩,轎廂內(nèi)人員的跌落,逃生等保護,還有消防運行等多項措施。2.3 系統(tǒng)控制方案的確定2.3.1 控制方式的選擇通用計算機和PLC均可以作為電梯系統(tǒng)的控制器，但控制方式的不同會使電梯具有不同的特點，如表2-2為PLC與通用計算機控制系統(tǒng)功能與特點的比較。 表2-2 PLC與通用計算機控制系統(tǒng)功能與特點的比較 比較項目 通用計算機 PLC 控制系統(tǒng) 工作目的 科學計算 工業(yè)自動控制 工作環(huán)境 對環(huán)境要求高對環(huán)境要求低 可在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描方式 系統(tǒng)軟件

15、需配備功能較強的系統(tǒng)軟件一般只需簡單的監(jiān)控程序 采用的特殊措施掉電保護等一般性措施采用多種抗干擾措施自診斷 斷電保護 可 編程語言匯編語言 高級語言 如BASIC,C等梯形圖 助記符語言SFC 標準化語言 對操作人員的要求需專門培訓 并具有一定的計算機基礎(chǔ)一般技術(shù)人員 稍加培訓即可操作使用 對內(nèi)存的要求 容量大 容量小 價格 價格高 價格低 此外，微機控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷而沒被廣泛采用。PLC控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設(shè)計和調(diào)試周期短等優(yōu)點，通過分析控制需求，本設(shè)計選擇了PLC作為控

16、制器。2.3.2 五層電梯系統(tǒng)的控制要求 根據(jù)論文設(shè)計的要求和依據(jù)論文要求選擇的電氣元件，如圖2-3所示：電梯模型交流電機變頻器 PLC樓層顯示通訊電纜PLC編程軟件 圖2-3 電梯系統(tǒng)硬件框圖 本次設(shè)計的電梯模型共有五層，電梯的每一層面均有升降及轎廂所在樓層的指示燈顯示；1-5所對應(yīng)的指示燈表示樓層號，每層的樓廳均有輸入（分上行和下行）按鈕召喚電梯。工作中的電梯主要對各種呼梯信號和當時的運行狀態(tài)進行綜合分析，再確定下一個工作狀態(tài)，為此它要求具有自動選向、順向截梯、反向保號、外呼記憶、自動開/關(guān)門狀態(tài)、停梯消號、自動達層等功能。分析以上控制要求，將電梯控制要實現(xiàn)的功能羅列如下：開始時，電梯處于

17、任意一層。當有外呼梯信號到來時電梯響應(yīng)該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時三秒后自動關(guān)門。當有內(nèi)呼梯信號到來時，電梯應(yīng)該響應(yīng)該呼梯信號，到達該樓層時，電梯停止運行，電梯門打開，延時三秒后自動關(guān)門。在電梯運行過程中電梯上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信號均不響應(yīng)，但如果反向呼梯信號前方無其它內(nèi)、外呼梯信號時，則電梯相應(yīng)該外呼信號，但不響應(yīng)三層向下外呼梯信號。同時，如果電梯達到四層，五層沒有任何呼梯信號，測電梯可以響應(yīng)四層向下外呼梯信號。電梯應(yīng)具有最遠反向外呼梯響應(yīng)功能。例如電梯在一樓，而同時有二層向下外呼梯，三層向下外呼梯，四層向下外呼梯，則電梯先去四樓響應(yīng)

18、四層向下外呼梯信號。電梯具有同向截車功能。電梯未平層或運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。平層且電梯停止運行后，按開門按鈕可使門打開，按關(guān)門按鈕可使門關(guān)閉。2.3.3 電梯控制系統(tǒng)總體方案的確定本系統(tǒng)主要有PLC、變頻器、控制箱、顯示器、拽引電機組成的變頻交流調(diào)速系統(tǒng)。通過PLC去控制電梯的運行方式，可以使控制系統(tǒng)的可靠性更高，結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊。本系統(tǒng)的硬件框架如圖2-4所示。PLC門電機樓層顯示呼梯顯示平層顯示呼梯信號電源拽引電動機變頻器 圖2.4 電梯控制系統(tǒng)框圖 從圖2-4可以看出，本系統(tǒng)由兩個部分組成，其中電梯控制的邏輯部分由PLC來實現(xiàn)。通過分析研究電梯的實際運行情況和控制規(guī)律，從而設(shè)計開發(fā)出電梯聯(lián)動控制程序，使得PLC能控制電梯的運行操作。電梯的調(diào)速部分則選用高性能的矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)拽引電機的變頻調(diào)速運行。 PLC首先接收來自電梯的呼梯信號、平層信號，然后根據(jù)這些輸入信號的狀態(tài)，通過其內(nèi)部一系列復雜的控制程序，對各種信號的邏輯關(guān)系有序的進行處理