典型機(jī)電一體化產(chǎn)品-電梯(論文)

1、前言電梯是光、 機(jī)電一體化產(chǎn)品, 是高層建筑的垂直交通工具。 主要用于賓館、 辦公樓、 住宅樓、醫(yī)院等場合。轎廂控制系統(tǒng)是電梯的主要部件?？刂葡到y(tǒng)是電梯的心臟部件。 控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性決定電梯的檔次。目前常用的控制系統(tǒng)有 PLC 控制和微機(jī) 控制系統(tǒng),國產(chǎn)的微機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力較差,性能不穩(wěn)定,應(yīng)用不廣泛?？删幊炭刂破?PLC 是一種專為在工業(yè)環(huán)境是應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系 統(tǒng)。它采用一種可編程序的存儲器,在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì) 數(shù)和算術(shù)運(yùn)用等操作的指令, 通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè) 備或生產(chǎn)過程。從 20世紀(jì) 80年代我國興起可編程控制

2、器熱以來, 可編程控制器在自動控制領(lǐng)域應(yīng) 用越來越廣泛。 早期電梯采用的繼電器邏輯控制系統(tǒng), 現(xiàn)在逐漸被淘汰。 PLC 控制具有 故障率低、可靠性高、使用壽命長、編程和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),目前在電梯行業(yè)已得到廣 泛應(yīng)用。本文介紹了基于 PLC 的電梯控制系統(tǒng)的組成、原理,并給出了相關(guān)的硬件和 軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字 電梯 控制器 自動 組成 原理目錄第一章 電梯的結(jié)構(gòu)組成和工作原理1.1 電梯的結(jié)構(gòu)組成電梯基本組成1、機(jī)房(上、下、側(cè)置式 曳引機(jī)、控制機(jī)、限速器、總電源開關(guān)、通風(fēng)設(shè) 備1 曳引機(jī):電動機(jī)、電磁制動器、減速器、曳引輪、盤車手輪等。電動機(jī):交流和直流兩種。功率大小根據(jù)電梯載重和速度而定。電磁

3、制動器:電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時松閘,停止時制動,以保持轎廂位置不變的安全保險(xiǎn)。 曳引輪:增加兩端懸掛重物的鋼絲繩與曳引輪槽間的靜摩擦力, v 型、半圓型、下 部開缺口型。減速器:齒輪減速箱,無齒輪和有齒輪曳引機(jī),盤車手輪。2 控制柜控制柜:發(fā)出指令,檢測各機(jī)器動作情況,具體控制功能,由主回路接觸器,控制 繼電器和半導(dǎo)體元件等組成。3 限速器電梯限速保護(hù)裝置速度失控時,切斷控制回路,以機(jī)械方式操縱安全鉗動作將轎廂夾持在導(dǎo)軌上。 限速器安全鉗裝置制動器工作原理:電梯準(zhǔn)備通電啟動時,制動器上電松閘,當(dāng)電梯停止運(yùn)行,或電 動機(jī)掉電時, 制動器立即斷電并靠彈簧力使制動器制動, 曳引機(jī)停止運(yùn)行并制停轎廂運(yùn) 行。2、

4、轎廂內(nèi):照明、通風(fēng)、裝飾壁板、扶手、地面、各種按鈕操縱盤、轎廂位置指示器、停 電、火災(zāi)、地震、超載、指示燈、對講機(jī)、警鈴頂部和底部:吊輪、平樓面裝置(使轎 廂自動平樓層 ,閉門機(jī)構(gòu)(自動開關(guān)門 、緊急制動裝置(超速時使轎廂安全停止 、導(dǎo)靴(使轎廂沿導(dǎo)軌平滑升降 、隨行電纜、補(bǔ)償鏈或纜、電氣接線箱、過載檢測保護(hù) 裝置、緊急電源、供維修使用的操縱盤等轎廂前及上下部位的裝置與轎廂頂部、 底部裝 置相關(guān)聯(lián)。平層感應(yīng)裝置作用:當(dāng)電梯轎廂按轎內(nèi)或轎外指令運(yùn)行到站進(jìn)入平層區(qū)時、 平層隔 磁(或隔光板即插入感應(yīng)器中、切斷干簧感應(yīng)器磁回路(或遮擋電子光電感應(yīng)器紅外 線光線 、接通或斷開有關(guān)控制電路、控制電梯自動

5、平層、注意:平層感應(yīng)裝置安裝在轎頂上、平層隔磁 (隔光 板安裝在每層站平層位置附近 位置附近井道壁上。3、候梯門廳、轎廂位置指示器、運(yùn)行方向燈、呼梯按鈕、廳門地坎、門套、廳門扇、中分式、旁 開式。4、井道與井底裝置導(dǎo)軌、導(dǎo)軌撐架:導(dǎo)向裝置、轎廂、對重(與轎廂裝載負(fù)荷重量相等 、平層感應(yīng)器、主鋼纜、 補(bǔ)償裝置 (修正轎廂側(cè)與對重側(cè)主纜繩重量比的變化、 對稱補(bǔ)償法來平衡 鋼絲繩帶來的載荷變化,補(bǔ)償裝置的重量等于曳引鋼絲繩的總重量 、緩沖器(彈簧式 和液壓式 、限速器鋼絲張緊輪。限速器安全鉗裝置:由限速器、限速鋼絲繩、安全鉗底坑張緊裝置做成。 限速器:安裝在電梯機(jī)房的地面上安全鉗:安裝在轎廂兩側(cè),貼

6、近電梯導(dǎo)軌,它的聯(lián)動裝置設(shè)在橋頂;緊張裝置:位于井道底坑,固定在轎廂導(dǎo)軌背面,作用是張緊限速器鋼絲繩,該繩 的兩端分別繞過限速器輪和底坑張緊輪,兩個接頭固定在轎廂兩側(cè)。1.2 電梯的工作原理當(dāng)轎廂運(yùn)行時, 通過限速鋼絲繩帶動限速輪旋轉(zhuǎn), 當(dāng)轎廂向下運(yùn)行速度超過電梯額 定速度的 115%以上時,限速器上的電氣開關(guān)先動作,切斷電梯控制回路,曳引電動機(jī) 和制動器的電源失電,制動器動作并抱閘,限速器機(jī)械動作,卡住限速鋼絲繩,由于轎廂仍會繼續(xù)向下運(yùn)行,將安全鉗聯(lián)動裝置向上提起,將轎廂緊緊地卡在導(dǎo)軌之間。第二章 電梯控制的原理與實(shí)現(xiàn)2.1 電梯控制系統(tǒng)原理框圖電梯控制系統(tǒng)原理框圖如圖 3.2所示,主要由轎

7、箱內(nèi)指令電路、門廳呼叫電路、主 拖動電機(jī)電路、開關(guān)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。圖示電梯控制系統(tǒng)原理框圖2.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由轎廂、開關(guān)門機(jī)構(gòu)、曳引機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成,如圖 3.1所示。 圖 3.2 電梯控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.3 電梯控制系統(tǒng)構(gòu)成電梯控制系統(tǒng)主要由變頻調(diào)速主回路、輸入輸出單元以及 PLC 單元構(gòu)成,由如圖 2所示, PLC 用來完成對電梯曳引電機(jī)及開關(guān)門機(jī)的起動,加減速,停止,運(yùn)行方向, 樓層顯示,層站召喚,轎箱內(nèi)操作,安全保護(hù)等指令信號進(jìn)行管理和控制功能。 變頻調(diào)速主回路由三相交流輸入、變頻調(diào)速驅(qū)

8、動、曳引機(jī)和制動單元構(gòu)成 . 三相電 源 R 、 S 、 T 經(jīng)接線端子進(jìn)入變頻器為其主回路和控制回路供電,輸出端為兩相電接電 動機(jī)的快速繞組,外接制動單元減少了制動時間, 加快制動過程。旋轉(zhuǎn)編碼器用來檢測 電梯的運(yùn)行速度和運(yùn)行方向, 變頻器將實(shí)際速度與變頻器內(nèi)部的給定速度相比較, 從而 調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率及電壓, 使電梯的實(shí)際速度跟隨變頻器內(nèi)部的給定速度, 達(dá)到調(diào) 節(jié)電梯速度的目的。變頻器輸入信號為:上、下行方向指令,低速、高速、檢修速度編 碼指令。輸入輸出單元為 PLC 的 I/O 接口部分,主要由廳外呼叫、轎箱內(nèi)選層、樓層及 方向指示、開關(guān)門、井道內(nèi)的上下平層、上下強(qiáng)迫換速開關(guān)、門鎖、

9、安全保護(hù)繼電器、 檢修、消防、泊梯、稱重等單元構(gòu)成。(1輸入單元為:廳外呼叫單元, 用來對各層站的廳外召喚信號進(jìn)行登記、記憶和消除;轎箱內(nèi)選層 單元,負(fù)責(zé)對預(yù)選樓層指令的登記、消除和指示;開關(guān)門按鈕,輸入 PLC 控制轎門的 開閉(廳門也同時動作 ;上下平層裝置,用來保證電梯轎箱在各層?？繒r準(zhǔn)確平層; 上下限強(qiáng)迫換速開關(guān),用于保護(hù)電梯的高速運(yùn)行安全,避免電梯出現(xiàn)沖頂或蹲底事故, 當(dāng)電梯到達(dá)上下端站時, 裝在轎廂邊的上下限強(qiáng)迫換速開關(guān)打板, 信號輸入 PLC , PLC 發(fā)出換速信號強(qiáng)迫電梯減速運(yùn)行到平層位置; 門鎖裝置 (或轎門和廳門聯(lián)鎖保護(hù)裝置 , 轎門閉合和各廳門閉合上鎖是電梯正常起動運(yùn)行

10、的前提; 安全回路, 通常包括轎內(nèi)急停 開關(guān)、轎頂內(nèi)急停開關(guān)、安全鉗開關(guān)、限速器斷繩開關(guān)、限速器超速開關(guān)、底坑急停開 關(guān)、相序保護(hù)繼電器、上下限極限開關(guān)等;檢修、消防和泊梯,檢修、消防和泊梯為電 梯的三種運(yùn)行方式, 檢修運(yùn)行為電梯檢修時的慢速運(yùn)行方式, 消防運(yùn)行有消防返回基站 和消防員專用兩種運(yùn)行狀態(tài),泊梯狀態(tài),消除內(nèi)選和外呼信號,自動返回泊梯層、關(guān)門 并斷電;稱重單元,用來檢測轎廂負(fù)荷,判斷電梯處于欠載、滿載或超載狀態(tài),然后輸 出數(shù)字信號給 PLC ,根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行起動力矩補(bǔ)償,使電梯運(yùn)行平穩(wěn)。(2輸出單元為: 樓層及方向指示單元, 包括電梯上下行方向指示燈、層樓指示燈以及報(bào)站鐘等, 目

11、前的方向及層樓指示燈主要有七段碼顯示方式和點(diǎn)陣顯示方式, 本系統(tǒng)為七段碼顯示方 式;開關(guān)門單元,用于控制電梯的廳門和轎門的打開和關(guān)閉, 在自動定向完成或電梯平 穩(wěn)?？亢? PLC 給出相關(guān)指令,完成開關(guān)門動作。(1開門控制手動開關(guān)門時,當(dāng)電梯運(yùn)行到位后,按下 SB16, X030閉合, M50置位, Y016得 電,電動機(jī)正轉(zhuǎn),開門。開門到位,開門到位行程開關(guān) SQ1動作, X032閉合, M50復(fù) 位, Y016失電,開門過程結(jié)束。當(dāng)在關(guān)門過程中,按下 SB16,停止關(guān)門,并開門。 自動開關(guān)門時,當(dāng)電梯運(yùn)行到位后,電梯停止, T0開始定時,延時 2S 后, T0觸 電閉合, M50置位,開門

12、。(2關(guān)門控制手動關(guān)門時,當(dāng)按下 SB17, X031閉合, M51置位, Y015得電,電動機(jī)反轉(zhuǎn),關(guān) 門。關(guān)門到位,關(guān)門到位行程開關(guān) SQ2動作, X033閉合, M51復(fù)位, Y015失電,關(guān) 門過程結(jié)束。在開門過程中,按下 SB17,停止開門,并關(guān)門。自動關(guān)門時,定時器 T1控制。當(dāng)電梯開門到位后, X031閉合, T1定時 5S 后, M51置位,關(guān)門。但在關(guān)門時,有客人經(jīng)過紅外線遮蔽,停止關(guān)門,遮蔽結(jié)束,繼續(xù) 關(guān)門。當(dāng)關(guān)門過程受到壓力,關(guān)門力限 K4閉合, M50置位,開門。電梯的運(yùn)行由變頻器控制,一次完整的運(yùn)行過程,就是曳引電動機(jī)從起動、 勻速運(yùn) 行到減速停車的過程。為使乘客擁有

13、良好的舒適感,電梯采用 S 型速度曲線 。 當(dāng) PLC 發(fā)出正轉(zhuǎn) M100置位(或反轉(zhuǎn) M101置位即 M120置位, Y002導(dǎo)通,高 速運(yùn)行,變頻器從 0Hz 到 50hz 開始啟動,啟動時間為 3S ,然后維持 50Hz 運(yùn)行。當(dāng)換 速信號到時, PLC 撤消高速信號 Y002斷開,同時輸出爬行信號 Y003導(dǎo)通,爬行頻率 為 6Hz 。從 50Hz 下降到 6Hz 在 3S 內(nèi)完成。當(dāng)?shù)竭_(dá) 6Hz 速度時,就以此速度爬行。當(dāng) 平層信號(M301 M341到時,撤消正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn)及爬行信號,變頻器從 6Hz 減速 到 0。在整個運(yùn)行過程中,變頻器的零速輸入點(diǎn) X001及異常輸出點(diǎn) X003

14、都是斷開的, 運(yùn)行速度減為 0時, ;零速輸入點(diǎn)閉合,通過 PLC 發(fā)出電動機(jī)抱閘和自動開門信號。當(dāng) 變頻器出現(xiàn)異常時, X003導(dǎo)通,電梯無法運(yùn)行。按下檢修鍵 SB19后, 只能以檢修速度運(yùn)行。 按下檢修上行 SB22時, Y002、 YOO3閉合,以檢修速度(10Hz 上行,松開按鍵,立即停止。同理,按下檢修下行 SB20時, Y002、 Y003閉合,以檢修速度 (10Hz下行,松開按鍵,立即停止。由于材料限制,本實(shí)驗(yàn)用 OMRON , 3G3JV 小型變頻器,兩相交流電動機(jī)。實(shí)際根 據(jù)需要所定。 變頻器的參數(shù)設(shè)置為表 2。 第三章 電梯安全性檢測分析隨著高層建筑的不斷增加, 電梯的數(shù)量

15、也與日俱增, 電梯的安全檢測變的越來越重 要。 文章圍繞電梯的機(jī)振動檢測、 控制系統(tǒng)檢驗(yàn)和安全部件的檢驗(yàn)三大部分進(jìn)行了分析, 提出了一些改進(jìn)措施,以期不斷提高電梯安全檢測的效率和質(zhì)量。如今的都市,高樓大廈鱗次櫛比, 高層住宅遍地開花,電梯也就成了必不可少的交 通工具,甚至很多老住宅也都紛紛加裝了電梯,我們儼然處在一個“電梯時代” 。電梯 的每次升降, 承載的不只是一般的物品荷重, 更是一個個寶貴的人。但通過媒體報(bào)道可 知,全國各地的電梯故障時有所聞:按鈕失靈、變速運(yùn)行、突然停運(yùn)、轎廂自由墜落、 運(yùn)行中廳轎門突然打開等不一而足。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國電梯事故 2006年 39件, 2007年 33件, 2

16、008年 38件,這就提醒我們,電梯安全管理人命關(guān)天,容不得半點(diǎn)麻痹大意。因 此,除了必須提高電梯設(shè)計(jì)、 制造與安裝質(zhì)量,電梯的定期檢驗(yàn)及日常維護(hù)保養(yǎng)也是極 為重要的工作。電梯的檢驗(yàn)應(yīng)該做到認(rèn)真、 負(fù)責(zé),同時還必須掌握電梯相關(guān)的基本知識 與檢測技術(shù)。3.1機(jī)振動檢測技術(shù)人對不同頻率的振動感覺是不同的,實(shí)驗(yàn)證明,在振動強(qiáng)度不大的振源作用下, 頻率為 01Hz 的振動主要影響頭部,如持續(xù)幾分鐘后往往有不舒服的感覺; 12Hz 的振動易使人打瞌睡; 34Hz 的振動使腰胸局部有較大振動; 58Hz 時不舒服感覺大; 930Hz 時臉、頸部振動大、視線受到干擾, 30Hz 時振感最明顯; 3080Hz

17、 時振感逐 漸減小,到高頻區(qū)時腳部有發(fā)麻感覺。 除了頻率對人員各部位有影響外,振動強(qiáng)度對人 體亦有較大影響, 一般來說如 20Hz 以下的振動, 振動加速度達(dá)到 10cm/s時使人引起感 覺, 隨著振動加速度的增加感覺更加明顯, 如超過 500cm/s即會造成人體器官平衡失調(diào), 導(dǎo)致神經(jīng)與心血管障礙。人站在轎廂內(nèi), 水平方向的振動比運(yùn)行方向振動更讓人有不舒服的感覺。 所以歷年 來經(jīng)過檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及參照優(yōu)秀電梯制造企業(yè)內(nèi)控指標(biāo)的規(guī)定, 均證實(shí)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正 常運(yùn)行轎廂內(nèi)振動范圍為水平振動不大于 15cm/s;運(yùn)行方向振動不大于 25cm/s是合適 的,而且按照國際通用慣例(包括天津奧的斯 TOS

18、31-87 ,振動加速度宜采用單峰值, 濾波上限取為 80Hz 還是保留為 100Hz 是可供修訂標(biāo)準(zhǔn)的考慮的, 由于現(xiàn)用大量儀器均 為 100Hz ,其實(shí)這對測值沒有太大的影響。為了保障電梯乘員的身心健康, 減小振動的不適感,預(yù)報(bào)故障以便及時修復(fù),除檢 測振值大小, 應(yīng)對測得的振值進(jìn)行頻譜分析, 所以往往采用專用振動測試分析儀,該儀 器與微機(jī)相聯(lián)進(jìn)行頻譜顯示并分析, 可確定是電機(jī)磁極引起振動、 高速軸動不平衡振動、 聯(lián)軸節(jié)不同軸、 還是蝸輪付與軸承振動以及該 2處磨損狀況。 近期正在研制多通道電梯 振動采集分析儀,主要用于電梯新產(chǎn)品研制與電梯安裝調(diào)試。眾所周知,電梯轎廂的振 動主要來源于曳引

19、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動, 曳引輪繩槽的誤差,導(dǎo)向輪的偏差,鋼絲繩直徑 偏差與各曳引繩張力不均勻, 導(dǎo)軌質(zhì)量及其安裝誤差,導(dǎo)靴形狀與安裝偏差,空轎廂自 身不平衡,或與轎廂固有頻率引起共振等, 但這些振動源的振動頻率是不相同的,根據(jù)振動檢測值的頻譜分析就可以找出振源, 有針對性的采取措施, 例如改變轎廂固有頻率; 更換曳引繩繩頭組合件中彈性元件; 更換轎廂與轎架間彈性元件等, 并可觀察對比效果。 為此可采用 8通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集, 在轎廂地板上三維方向測振, 在轎架上相同三維方向 及在曳引繩繩板或繩頭拉桿上的運(yùn)行方向進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,從空載到滿載各工況做轎廂 上、下運(yùn)行及正常平層,上述 8通道同步采集,然后進(jìn)

20、行對比分析,以利設(shè)計(jì)出隔振與 減振最佳設(shè)置,降低轎內(nèi)振動強(qiáng)度,或?qū)⒄駝宇l率降到人的非敏感區(qū)范圍。3.2 控制系統(tǒng)檢驗(yàn)對電控系統(tǒng),首先要熟悉電梯安全法規(guī),即強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn) GB7588電梯制造與安裝 安全規(guī)范 ,其中應(yīng)特別注意“直接切斷”的要求是當(dāng)附錄 A 列出的任一電氣安全裝置 動作時要直接切斷電動機(jī)供電與制動器供電, 而不能用程序軟件去控制, 這是當(dāng)前非專 業(yè)電梯企業(yè)設(shè)計(jì)控制柜常犯的疏忽,而這個疏忽恐將釀成大禍。這里主要是考核安全繼電器及線路板等, 因此對這些電氣元件采購后生產(chǎn)廠必須進(jìn) 行有效驗(yàn)收與篩選,對電氣元件試驗(yàn)裝置的要求在電梯生產(chǎn)許可證檢查條款中已有規(guī) 定, 但一般中小型企業(yè)僅采取通斷電

21、檢查而已, 所以應(yīng)該有一個科學(xué)的嚴(yán)格的方法進(jìn)行 有效檢驗(yàn), 進(jìn)行考核篩選可采用強(qiáng)化模擬試驗(yàn), 該方法及其裝備是當(dāng)前急需開發(fā)的檢驗(yàn) 裝置。 此外當(dāng)前生產(chǎn)電梯控制柜的單位很多, 有些供給電梯廠, 大部分供給電梯改造用, 這些單位中除極少數(shù)較注意安全檢驗(yàn)外, 大都從未進(jìn)行檢測檢驗(yàn), 這類控制系統(tǒng)有些存 在著嚴(yán)重的安全隱患, 所以對這類控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)或引進(jìn)的產(chǎn)品應(yīng)該加強(qiáng)安全監(jiān)督及 檢驗(yàn),同時也督促各使用單位嚴(yán)格按照 GB7588要求進(jìn)行驗(yàn)收。3.3安全部件的檢驗(yàn)門鎖、限速器、安全鉗與緩沖器四大安全部件。根據(jù)多起電梯案例分析,電梯傷人 事故多與電梯門有關(guān), 而其中十有八九出在電梯的層門上, 所以層門門

22、鎖就成了電梯安 全檢驗(yàn)中的重中之重。 GB7588規(guī)定門鎖裝置的電氣觸點(diǎn)必須滿足安全觸點(diǎn)的要求,證 實(shí)門扇鎖閉狀態(tài)的電氣安全裝置的元件,應(yīng)由鎖緊元件強(qiáng)制操作而沒有任何中間機(jī)構(gòu), 只有當(dāng)機(jī)械鎖的嚙合深度不小于 7mm 時,電氣觸點(diǎn)方能接通。檢驗(yàn)過程中,應(yīng)手動將機(jī)械鎖緊裝置向鎖緊位置緩慢移動, 當(dāng)電氣裝置觸點(diǎn)似接未接時, 用直尺測量鎖緊元件 的嚙合深度, 7mm 是能夠滿足確保機(jī)械鎖將層門鎖緊的最小嚙合深度,注意,此處的 7mm 是電氣元件剛剛接觸時的深度,不是鎖緊后的嚙合深度,測量時應(yīng)注意區(qū)分它們 的區(qū)別。限速器, 包括電氣與機(jī)械動作速度的復(fù)驗(yàn)和機(jī)械動作后鋼絲繩在繩輪中或在夾繩裝 置內(nèi)的附著力檢

23、驗(yàn),對生產(chǎn)或改造企業(yè),無論國產(chǎn)或進(jìn)口的限速器必須逐個進(jìn)行檢驗(yàn), 并應(yīng)出具一份檢驗(yàn)合格證書, 同時檢驗(yàn)試驗(yàn)臺 (或裝置的測速與測力裝置必須經(jīng)過國 家計(jì)量檢驗(yàn)合格, 而對已有型式試驗(yàn)合格和檢驗(yàn)合格證書, 且已安裝在電梯上的限速器 原則上不再需要動作速度年檢, 對無型式試驗(yàn)合格證書的限速器建議由電梯質(zhì)量責(zé)任單 位作一次現(xiàn)場檢驗(yàn),并補(bǔ)一份合格證書。安全鉗是當(dāng)前最難以做好試驗(yàn)的部件, 首先是漸進(jìn)式安全鉗, 從設(shè)計(jì)角度來說應(yīng)該 注意到安裝原因或?qū)аツp狀態(tài)及轎廂偏載等各方面原因, 所以對制動楔塊應(yīng)能有適當(dāng) 擺動利于與電梯導(dǎo)軌導(dǎo)向面正常摩擦嚙合, 對安全鉗的允許容量的試驗(yàn)可以考慮采用模 擬方法, 否則以后對

24、高速及大噸位的漸進(jìn)式安全鉗的試驗(yàn)就難以實(shí)施, 而且應(yīng)該對模擬 試驗(yàn)進(jìn)行研究與實(shí)際對比驗(yàn)證,在有經(jīng)費(fèi)時應(yīng)開發(fā)這項(xiàng)工作。瞬時式安全鉗允許大質(zhì)量覆蓋小質(zhì)量使用。 對漸進(jìn)式安全鉗, 對同一速度可以進(jìn)行 多次不同質(zhì)量試驗(yàn)確定出容許質(zhì)量的系列范圍, 但對不同速度還是要通過試驗(yàn), 不允許 相互覆蓋。例如對某進(jìn)口安全鉗試驗(yàn)結(jié)果,在同一質(zhì)量下試驗(yàn)時,速度為 1.75m/s與 1.00m/s試驗(yàn)合格,但在 1.50m/s試驗(yàn)時卻不能達(dá)到合格要求。所以每種速度都需要進(jìn) 行試驗(yàn),當(dāng)前 GB7588中也是這樣規(guī)定的,但這方面還需要進(jìn)一步研究。緩沖器的試驗(yàn),對液壓緩沖器試驗(yàn)與應(yīng)用均比較成熟,但對彈簧類蓄能型緩沖器則存在問

25、題較 多,對 0.75m/s及 1.00m/s的電梯,撞擊時減速度較大,容易造成乘梯人員傷害。這方面需要進(jìn)一步 驗(yàn)證。第四章 電梯的電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源, 它驅(qū)動電梯部件完成相應(yīng)的運(yùn)動。 在電梯中主要 有如下兩個運(yùn)動:轎廂的升降運(yùn)動, 轎門及廳門的開關(guān)運(yùn)動。轎廂的運(yùn)動由曳引電動機(jī) 產(chǎn)生動力,經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進(jìn)行減速、改變運(yùn)動形式(將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動改變?yōu)橹本€運(yùn)動來 實(shí)現(xiàn)驅(qū)動,其功率在幾千瓦到幾十千瓦, 是電梯的主驅(qū)動。轎門及廳門的開與關(guān)則由開 門電動機(jī)產(chǎn)生動力, 經(jīng)開門機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速、 改變運(yùn)動形式來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動,其驅(qū)動功率較小 (通常在 200W 以下 ,是電梯的輔助驅(qū)動。4.1 電梯門

26、機(jī)系統(tǒng)簡介在電梯系統(tǒng)中, 為了使其能夠正常工作, 也為了提高電梯系統(tǒng)的可靠性一般在電梯 系統(tǒng)中都有一些附屬裝置, 電梯門機(jī)系統(tǒng)即是其中一個。 舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的 候梯時間,門運(yùn)行快捷、安靜,使乘客不會覺得候梯和運(yùn)行時間過長,因此,高效的電 梯應(yīng)該有一個良好的門機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。在電梯中,門機(jī)系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收來自上位管理與調(diào)度系發(fā)送的門機(jī)控制信 號,驅(qū)動門電動機(jī)運(yùn)行, 以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動開關(guān)。電梯門機(jī)系統(tǒng)主要由門 電動機(jī)、門電動機(jī)控制器、門電動機(jī)驅(qū)動裝置、門結(jié)構(gòu) (門系統(tǒng)機(jī)械部分 、安全檢測系 統(tǒng)、 大廳內(nèi)乘客監(jiān)測系統(tǒng)等組成。 下面簡單介紹各個組成部分及其速度曲線和運(yùn)行過程。 (

27、1 梯門電機(jī)控制系統(tǒng)這部分主要由門電機(jī)控制器、門電機(jī)驅(qū)動裝置以及門電動機(jī) 等組成。其中門電機(jī)控制器主要用來控制門電機(jī),使其沿給定門機(jī)曲線運(yùn)行,以快速、 安靜、準(zhǔn)確的開關(guān)電梯轎廂門和廳門。這部分如同一個小型的電機(jī)拖動控制系統(tǒng)。 (2 電梯的門結(jié)構(gòu)此部分主要由門扇、導(dǎo)軌、廳門門鎖等構(gòu)成,目前主要采用單扇 門和中分門兩種結(jié)構(gòu)。 為了提高門系統(tǒng)的快捷性, 高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門結(jié)構(gòu)。 其中門扇必須具有堅(jiān)固、防火的特點(diǎn);導(dǎo)軌用來支撐門扇,故必須表面光滑、堅(jiān)固且足 夠大,以便門扇可靠的移動; 廳門門鎖必須滿足安全要求,當(dāng)門扇到達(dá)關(guān)門點(diǎn)時應(yīng)及時 的鎖住門。這部分對乘客安全非常重要。(3 安全檢測在電梯

28、控制系統(tǒng)中,為了避免乘客被正在關(guān)閉的門扇傷害,在門系統(tǒng)中大都設(shè)置安全檢測系統(tǒng), 以檢測關(guān)門時是否還有乘客從電梯門上通過。 當(dāng)轎廂門正在 關(guān)閉時,如果此時有乘客欲進(jìn)、出入電梯轎廂 (包括乘客位于轎廂門前某段距離或乘客 阻擋轎廂門關(guān)閉 ,則轎廂門應(yīng)該停止關(guān)閉,且重新打開。轎廂門打開則不必有此過程。 目前的安全系統(tǒng)主要大都采用光電式裝置 (如光敏元件 ,也有的采用電磁式裝置。(4 大廳內(nèi)乘客檢測系統(tǒng)在一些高性能的電梯系統(tǒng)中,都設(shè)置了大廳內(nèi)乘客檢測裝 置,確定乘客是否全部進(jìn)入電梯。 當(dāng)乘客或物體仍在門檢測區(qū)域內(nèi)時,電梯的門系統(tǒng)能 自動延時關(guān)門, 確保乘客全部進(jìn)入電梯。 目前主要采用光電裝置和紅外光幕保

29、護(hù)裝置來 檢測乘客或物體。有的門機(jī)系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測乘客或物體, 由于受到性能和成本的限制,應(yīng)用的并不多。(5 門過載保護(hù)裝置有的門系統(tǒng)設(shè)有門過載保護(hù)開關(guān)裝置,當(dāng)電梯在開關(guān)門過程 中,因轎廂門受阻而導(dǎo)致動作力矩過大, 梯門會自動向反方向動作,從而達(dá)到保護(hù)門電 機(jī)的作用。(6 速度曲線及運(yùn)行過程電梯門機(jī)系統(tǒng)的速度曲線如圖 1-1所示。速度曲線大致可 分為四個階段:加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。 tl-t2時間段為加速階 段; t2-t5為勻速階段; t5-t 6為減速階段; t6-t7為門鎖定階段。以關(guān)轎廂門為例,在 t1時刻,門電機(jī)得到控制信號 (一般為脈沖

30、信號 ,經(jīng)過一段時間延遲,轎廂門開始動作,一直到 t2時刻,此段時間為加速階段,其運(yùn)行距離一般較短。從 t4開始到 t5時刻,為勻速階段。 此時, 如果有乘客在轎廂門前一定距離內(nèi)或者在門扇中間阻擋轎廂門的關(guān)閉, 則電機(jī)得到一個脈沖信號,則電機(jī)提前進(jìn)入減速階段,如 t3-t4時刻所示,然后反轉(zhuǎn), 轎廂門重新打開。直到全部乘客進(jìn)入轎廂,從時刻 t5 開始進(jìn)入減速階段。在 t6時刻, 轎廂門實(shí)際已經(jīng)關(guān)閉。在 t 6- t 7 的門鎖定階段電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動,轎廂門被壓緊,門刀關(guān) 門同時通過機(jī)械結(jié)構(gòu)關(guān)閉廳門直到 t 7時刻,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,門關(guān)閉過程結(jié)束。 圖示 電梯門機(jī)運(yùn)行速度曲線21345671v以上簡要

31、敘述了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。 在電梯門系統(tǒng)中, 還有一個重要的問題 就是門保持時間的選擇。 因?yàn)殚T的保持時間過長, 會影響電梯的運(yùn)行效率,而保持時間 過短又不能保證乘客全部安全的進(jìn)入轎廂。 因此應(yīng)對門保持時間進(jìn)行很好的選擇:在保 證乘客全部安全進(jìn)出電梯的情況下,盡可能的縮短電梯開關(guān)門時間。電梯門機(jī)拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng), 相對整個電梯系統(tǒng)來說,是不容忽視的。它是 電梯系統(tǒng)中動作最頻繁,也是直接面對乘客的部分。門機(jī)拖動系統(tǒng)從電流型式上分為直流調(diào)速拖動和交流調(diào)速拖動兩大類, 在交流調(diào)速 拖動中, 異步電動機(jī)門機(jī)調(diào)速拖動系統(tǒng)和同步電動機(jī)門機(jī)調(diào)速拖動系統(tǒng)已發(fā)展成為占有 相當(dāng)比例的兩類調(diào)速拖動系統(tǒng)。

32、目前有三大類門機(jī)拖動系統(tǒng):直流電動機(jī)門機(jī)拖動系統(tǒng)、 異步電動機(jī)門機(jī)拖動系統(tǒng)、永磁同步門機(jī)拖動系統(tǒng)。最老式的用傳統(tǒng)直流電動機(jī)調(diào)速的電梯門機(jī)一般由電動機(jī)配以繼電器、 限位開關(guān)和 電阻實(shí)現(xiàn)開關(guān)門的控制,由于控制簡單,調(diào)速性能好,變流裝置結(jié)構(gòu)簡單,長期以來在 調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域里占統(tǒng)治地位。但是由于直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、故障多、維護(hù)困 難且工作量大, 經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn); 機(jī)械換向器的換向能力限制了電動機(jī)的容量、 電壓和速度 ; 接觸式的電流傳輸又限制了直流電動機(jī)的使用場合;電樞在轉(zhuǎn)子上,電動 機(jī)效率低,散熱條件差,冷卻費(fèi)用高,這些固有的缺點(diǎn)限制了直流電動機(jī)向高轉(zhuǎn)速、高 電壓、大容量方向發(fā)展。在交

33、流電網(wǎng)上,因異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠、壽命長、成本低,保養(yǎng)維 護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn),所以長期以來,在不要求調(diào)速的場合,異步電動機(jī)占有主導(dǎo)地位,例如 風(fēng)機(jī)、 水泵、 普通機(jī)床的驅(qū)動中, 人們廣泛使用交流異步電動機(jī)來拖動機(jī)械工作。 但是, 它調(diào)速性能差,起動轉(zhuǎn)矩小,過載能力和效率低,并且在這類拖動中,其旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn) 生需從電網(wǎng)吸取無功功率, 故功率因數(shù)低, 輕載時尤甚, 這大大增加了線路和電網(wǎng)的損 耗,無形中損失了大量電能。當(dāng)前,電梯門機(jī)控制系統(tǒng)主要有由交流電機(jī)及其 VVVF 調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的, 也有少 數(shù)由直流電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的。 這些系統(tǒng)均有其固有的缺陷。 除整套系統(tǒng)的成本較 高外, 前者雖

34、然體積小, 壽命長, 但控制較復(fù)雜, 對控制系統(tǒng)中的處理器性能要求較高, 而且如果為同步電機(jī), 在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。而后者盡管控制簡單, 但直流 電機(jī)體積大,維護(hù)困難,壽命短,電刷結(jié)構(gòu)帶來電磁火花,易形成干擾。這些缺陷在電梯實(shí)際運(yùn)行中就表現(xiàn)為電梯門開關(guān)不正常, 維護(hù)工作量大等困擾操作人員的問題, 進(jìn)一 步可造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷害。相對而言,永磁同步電機(jī)結(jié)合了直流電機(jī)與交流同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),具有體積小, 壽 命長,控制簡單,調(diào)速精度高,且不會失步的特點(diǎn)。而且,從提高效率,節(jié)約能量方面 看,永磁同步電機(jī)也有優(yōu)勢。據(jù)報(bào)道,美國 55%以上的電力是消耗在電動機(jī)運(yùn)行上,因 此提高電動機(jī)的效

35、率很有意義。 在所有類型電機(jī)中, 永磁同步電動機(jī)的損耗最小、 效率 最高。 有資料做過對比分析, 對于 7.5kW 的異步電機(jī)系統(tǒng)效率可達(dá) 86.4%, 但是同樣容 量的永磁同步電動機(jī)效率可達(dá) 92.4%。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步,電子工業(yè)的發(fā)展,電子元 器件的價格不斷下降。考慮綜合指標(biāo) (系統(tǒng)性能、重量、能量消耗等 之后,永磁同步電 機(jī)的應(yīng)用正處于上升趨勢,其主要的原因有:(1高性能永磁材料的發(fā)展1983年問世的欽鐵硼永磁材料,由于其磁特性和物理特性優(yōu)異,成本低廉且材料 來源有保證 (我國占有世界蘊(yùn)藏量 8%以上的欽資源 , 所以在開發(fā)高磁場永磁材料 (特別 是欽鐵硼永磁材料 方面具有得天獨(dú)厚的有

36、利條件,我國的欽鐵硼永磁材料特性水平已 達(dá)到世界的先進(jìn)水平,為永磁同步電機(jī)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。永磁材料的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機(jī)的開發(fā)應(yīng)用。 在同步電動機(jī)中用永磁 體取代傳統(tǒng)的電勵磁磁極的好處是:簡化了結(jié)構(gòu),消除了轉(zhuǎn)子的滑環(huán)、電刷,實(shí)現(xiàn)了無 刷結(jié)構(gòu),縮小了轉(zhuǎn)子體積 :省去勵磁直流電源,消除了勵磁損耗和發(fā)熱。當(dāng)今中小功率 的同步電動機(jī)絕大多數(shù)已采用永磁式結(jié)構(gòu)。(2新型電力電子技術(shù)器件和脈寬調(diào)制 (PWM技術(shù)應(yīng)用電力電子技術(shù)是信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)間重要的接口,是弱電與被控強(qiáng)電之間的橋 梁。自 1958年世界上第一個功率半導(dǎo)體開關(guān)晶閘管發(fā)明以來,電力電子元件已經(jīng)歷了 第一代半控式晶閘管,第二代

37、有自關(guān)斷能力的半導(dǎo)體器件、第三代復(fù)合場控器件直至 90年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路 IPM 。半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高,容量迅速增 大,成本大大降低,控制電路日趨完善,它極大地推動了各類電機(jī)的控制。 70年代出 現(xiàn)了通用變頻器的系列產(chǎn)品, 為交流電機(jī)的變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件。 同時對同步電動機(jī)而 言解決了起動問題。 對最新的自同步永磁同步電動機(jī), 高性能電力半導(dǎo)體開關(guān)組成的逆 變電路是其控制系統(tǒng)中必不可少的功率環(huán)節(jié)。根據(jù)逆變器組成器件和工作方式的不同,可將自控式永磁同步電機(jī)作如下簡單分 類:一類電機(jī)為晶閘管無換向器電機(jī), 又稱為負(fù)載換向同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng):另一類電機(jī) 稱為自控式永磁同步電動機(jī)或者永

38、磁無刷直流電動機(jī)。根據(jù)電動機(jī)反電勢的波形形狀又可分為無刷直流電動機(jī) (簡稱 BLDCM 調(diào)速系統(tǒng)和 三相永磁同步電動機(jī) (簡稱 PMSM 調(diào)速系統(tǒng)兩種, 它們的區(qū)別在于前者的感應(yīng)電動勢為 梯形波, 電流為方波, 而后者的感應(yīng)電動勢和電流都為正弦波。 盡管 BLDCM 有調(diào)速系 統(tǒng)位置傳感器簡單、成本較低、材料利用率高、控制簡單等優(yōu)點(diǎn),但由于其原理上存在 固有缺陷,使得轉(zhuǎn)矩脈動較大, 鐵心附加損耗較大,因此只適用一般精度及性能要求低 的場合 ; 而 PMSM 不需要勵磁電流,逆變器供電的情況下,不需要阻尼繞組,效率和功 率因數(shù)都比較高, 而且體積較之同容量的異步電機(jī)小, 能克服 BLDCM 系統(tǒng)

39、的不足, 常 用于高精度、高性能的場合。4.2 電梯主拖動電梯的電力拖動系統(tǒng)對電梯的起動加速、 穩(wěn)速運(yùn)行、制動減速起著控制作用。拖動 系統(tǒng)的優(yōu)勢直接影響電梯的起動,制動加減速度,平層精度,乘坐的舒適性等指標(biāo)。 電梯的拖動系統(tǒng)經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的過程。 到目前為止應(yīng)用于電梯的拖動系統(tǒng)主 要有:(1單、雙速交流電動機(jī)拖動系統(tǒng); (2交流電動機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng); (3直 流發(fā)電機(jī) -電動機(jī)可控硅勵磁拖動系統(tǒng); (4可控硅直接供電拖動系統(tǒng); (5VVVF變頻變 壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。單、雙速交流電動機(jī)拖動系統(tǒng)交流電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊,維修簡單等特點(diǎn)。 單、 雙速交流電動機(jī)拖動系統(tǒng)采用開 環(huán)方式控制,線路簡

40、單,價格較低,因此目前仍在電梯上廣泛應(yīng)用。但它的缺點(diǎn)是舒適 感較差,所以一般被用于載貨電梯上。這種系統(tǒng)控制的電梯速度在 1米 /秒以下。交流電動機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)交流電動機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)國外已大量應(yīng)用于電梯。 這種系統(tǒng)采用可控硅閉 環(huán)調(diào)速, 加上能耗或渦流等制動方式, 使得它所控制的電梯能在中低速范圍內(nèi)大量取代直流快速和交流雙速電梯。它的舒適感好,平層準(zhǔn)確度高,而造價卻比直流電梯低,結(jié) 構(gòu)簡單,易于維護(hù),多用于 2米 /秒以下的電梯。直流發(fā)電機(jī) -電動機(jī)可控硅勵磁拖動系統(tǒng)直流電動機(jī)具有調(diào)速性能好,調(diào)速范圍大的特點(diǎn),因此很早就應(yīng)用于電梯,采用發(fā) 電機(jī) -電動機(jī)組形式驅(qū)動。 它控制的電梯速度達(dá) 4米 /秒, 但是 , 機(jī)組結(jié)構(gòu)體積大, 耗電大, 維護(hù)工作量較大,造價高,因此常用于對對速度,舒適感要求較高的建筑物中?？煽毓柚苯庸╇娡蟿酉到y(tǒng)可控硅直接供電拖動系統(tǒng)在工業(yè)上早有應(yīng)用,但用于電梯上卻要解決舒適感問題。 (尤其是低速段 應(yīng)此應(yīng)用較晚, 它幾乎與微機(jī)同時應(yīng)用, 比起電動機(jī) -發(fā)電機(jī)組形式的直 流電梯,它有很多優(yōu)點(diǎn)。如:機(jī)房占地節(jié)省 35%,重量減輕 40%,節(jié)能 25%到 35%。 世界上最高速度的 10米 /秒電梯就是采用這種系統(tǒng),其調(diào)速比達(dá) 1:1200。VVVF 變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)80年代初, VVVF 變頻變壓系統(tǒng)控制