電梯結(jié)構(gòu)原理及控制系統(tǒng)分析

1、第一章緒論隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑不斷增多，電梯在國民經(jīng)濟和生活中有著廣 泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日常生活密不可 分。實際上電梯是根據(jù)外部呼叫信號以及自身控制規(guī)律等運行的，而呼叫是隨機 的，電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序控制或邏輯控制是不 能滿足控制要求的，因此，電梯控制系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制。目前電梯的控 制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、 運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變 頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器（PLC）取代微機實現(xiàn)信號集選控 制。從控制

2、方式和性能上來說，這兩種方法并沒有太大的區(qū)別。國內(nèi)廠家大多選 擇第二種方式，其原因在于生產(chǎn)規(guī)模較小，自己設(shè)計和制造微機控制裝置成本較 高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等特 點，所以現(xiàn)在的電梯控制系統(tǒng)廣泛采用可編程控制器來實現(xiàn)。電梯是將機械原理應(yīng)用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學、人體工程學及 空氣動力學等多學科和技術(shù)集于一體的機電設(shè)備，它是建筑物中的永久性垂直交 通工具。為滿足和提高人們的生活質(zhì)量，電梯的智能化、自動化技術(shù)迅速發(fā)展。 特別是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電梯的技 術(shù)含量日益提高。在改善電梯性能的同時，對電梯的設(shè)計、

3、管理和維護人員提出 了更高的要求。第二章電梯的結(jié)構(gòu)2.1電梯的基本結(jié)構(gòu)電梯是機與電緊密結(jié)合的復雜產(chǎn)品，是垂直交通運輸工具中使用最普遍的一種電 梯，其基本組成包括機械部份和電氣部份，結(jié)構(gòu)包括四大空間（機房部分、井道 和底坑部分、圍壁部分和層站部分）和八大系統(tǒng)（曳引系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、 轎廂、重量平衡系統(tǒng)、電力拖動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安全保護系統(tǒng)）組成。所示：12電梯基本結(jié)構(gòu)如圖，減速箱；曳引輪；曳引機底座；導向輪；限速器；機座；導軌支架；曳引鋼絲繩；開關(guān)碰鐵；緊急終端開關(guān)；導靴；轎架；轎門；安全鉗；導軌；繩頭組合；對重，補償鏈；補償鏈導輪；張緊裝置；緩沖器；底坑；層門；呼梯盒；層樓指示燈；隨

4、行電纜；轎壁；轎內(nèi)操縱箱；開門機；井道傳感器；電源開關(guān)；控制柜； 曳引電機；電梯的基本結(jié)構(gòu)剖視圖34-制動器2-1圖2.1.1機房部分機房用來安裝曳引機、電控屏、限速器等。機房可以設(shè)置在井道頂部，也可設(shè)置 在井道底部。當機房設(shè)于井道底部時，即為曳引機下置式曳引方式。這種方式結(jié) 構(gòu)復雜，建筑物承重大，對井道尺寸要求大，只有在機房無法頂置時才使用。對 于絕大多數(shù)電梯，橢均設(shè)于井道頂部。機房必須有足夠的面積，高度、承重能力及良好的 通風條件。組成：總電源控制盒、控制柜、曳引機、導向輪、限速器。2.1.2井道及底坑部分井道由圍壁、頂板及底坑圍成一個在納電梯轎廂和對重的有限空間。為了出人， 在每個層站開

5、有入口。井道的底坑深入地面，用于安裝緩沖器、限速器、鋼絲繩 漲緊裝置等。由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水設(shè)施。組成：導軌、導軌支架、對重、緩沖器、限速器張緊裝置、補償鏈、隨行電纜、 底坑、井道照明。2.1.3圍壁部分圍壁的作用是將電梯與外界分隔開，當導軌架直接安裝在圍壁上時，它還應(yīng)承受 費切力。圍壁的結(jié)構(gòu)分為封閉式和空格式。2.1.4層站部分層站是各樓層中，電梯停靠的地點。每一層樓，電梯最多只有一個站；但可根據(jù) 需要在某些層樓不設(shè)站。組成：層門（廳門）、呼梯裝置（召喚盒）、門鎖裝置、層站開關(guān)門裝置、層樓顯示裝置。2.1.5曳引系統(tǒng)電梯曳引系統(tǒng)的作用是輸出動力并且傳遞動力，從而使電梯完成

6、向上或向 下的運動。所示：22電梯的曳引系統(tǒng)如圖圖2-2電梯的曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪及反繩輪等組成。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，是 電梯的動力源，。曳引機由電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等 組成，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。 對于有齒輪曳引機，需在曳引電動機轉(zhuǎn)軸和曳引輪轉(zhuǎn)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 曳引轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)電梯運行的要求。制動器是電

7、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。電梯曳引鋼絲繩的兩端分別與轎廂和對重裝置聯(lián)接，繩承受著電梯全部懸掛重量， 且反復彎曲，承受很高的比壓，還要頻繁承受電梯起動和制動的沖擊。因此，對 電梯曳引鋼絲繩的強度、耐磨性和撓性均有很高的要求。時，在轎廂頂和對重架上應(yīng)增設(shè)反繩輪。反繩輪的個數(shù)1當鋼絲繩的繞繩比大于 可以是1個、2個甚至3個，這與曳引比有關(guān)。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，將曳引鋼絲繩引向?qū)χ鼗蜣I廂的鋼絲 繩輪，采用復繞型時還可增加曳引能力。導向輪安裝在曳引機架上或承重梁上

8、。導向系統(tǒng)2.1.6導向系統(tǒng)由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自 由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導軌固定在導軌架上，導軌架是承重導軌的組件，與井道壁聯(lián)接。導靴裝在轎廂和對重架上，與導軌配合，強制轎廂和對重的運動服從于導軌的 直立方向。2.1.7門系統(tǒng)門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯(lián)動機構(gòu)、門鎖等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導軌架、門靴和門刀等組成。層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導軌架、門靴、門鎖裝置及應(yīng)急開鎖裝置組成。開門機設(shè)在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。2.1.8轎廂轎廂用以運送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎 廂體

9、的承重構(gòu)架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂 壁、轎廂頂及照明、通風裝置、轎廂裝飾件和轎內(nèi)操縱按鈕板等組成。轎廂體空 間的大小由額定載重量或額定載客人數(shù)決定。組成：轎廂、轎廂門、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、通訊報警裝置。2.1.9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的額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重 側(cè)曳引.鋼絲繩長度變化對電梯平衡設(shè)計影響的裝置。2.1.10電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，對電 梯實行速度控制

10、。曳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直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋裝置是為調(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 度脈沖發(fā)生器，與電機相聯(lián)。調(diào)速裝置對曳引電機實行調(diào)速控制。2.1.11電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、控制屏、位置顯示裝置、平層裝置、選層器等組成， 它的作用是對電梯的運行實行操縱和控制。操縱裝置包括轎廂內(nèi)的按鈕操作箱或手柄開關(guān)箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中 的檢修或應(yīng)急操縱箱。控制屏安裝在機房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實行電氣控制的集中組 件。位置顯示裝置是指轎內(nèi)和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運行方向或轎廂 所

11、在的層站。選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號等作用。安全保護系統(tǒng)2.1.11安全保護系統(tǒng)包括機械和電氣的各類保護系統(tǒng)，可保護電梯安全使用。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等。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)都有。第三章電梯工作原理3. 1電梯系統(tǒng)工作原理電梯的安全保護裝置用于電梯的啟?？刂?；轎廂操作盤用于轎廂門的關(guān)閉、轎廂 需要到達的樓層等的控制；廳外呼叫的主要作用是當有人員進行呼叫時，電梯能 夠準確達到呼叫位置；指層器用于顯示電梯達到的具體位置；拖動控制用于控制 電梯的起停、加速、減速等功能；門

12、機控制主要用于控制當電梯達到一定位置后， 電梯門應(yīng)該能夠自動打開，或者門外有乘電梯人員要求乘梯時，電梯門應(yīng)該能夠 自動打開。電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖31所示：圖3-1電梯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電梯信號控制基本由PLC軟件實現(xiàn)。輸入到PLC的控制信號有運行方式選擇（如 自動、有司機、檢修、消防運行方式等）、運行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安 全保護信號、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。所示：23電梯信號控制系統(tǒng)如圖.安全保護信號運行控制信號運行方式選擇呼梯信號指示內(nèi)指令信號輸輸樓層顯示 入出PLC接接運行方式指示口 口外指令信號呼梯鈴開關(guān)門控制開關(guān)門信號 門區(qū)平層信號拖動控制系統(tǒng)第四章控制系統(tǒng)分析4.1

13、繼電器控制系統(tǒng)電梯繼電器控制系統(tǒng)是最早的一種實現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進入九十年代， 隨著科學技術(shù)的發(fā)展和計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對電梯的安全性、可靠性的 要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：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；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(shù)水平難以提高；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；系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，能耗較高，機械動作噪音大；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

14、難，費時費工。電梯繼電器控制系統(tǒng) 故障率高，大大降低了電梯的可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員帶來 不便和驚憂。且電梯一旦發(fā)生沖頂或蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可 能出現(xiàn)人身事故。4.2計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠 運行的工控機。工控機有通用微機應(yīng)用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標準化程 度高，品種兼容性強，軟件資源豐富，能提供實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快 速，實時性強，模型復雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護要 求工作人員應(yīng)具有一定的專業(yè)知識，技術(shù)水平較高，且工控機在整機水平上尚不 能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境?？删幊?/p>

15、控制器對此進行了改進，變通用為專用，有利于降 低成本，縮小體積，提高可靠性等特性，更適應(yīng)過程控制的要求。4.3 PLC控制系統(tǒng)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(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯 的繼電.器控制方式已逐漸被PLC控制所代替。同時，由于電機交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā) 展，電梯的拖動方式已由原來直流調(diào)速逐漸過渡到了交流變頻調(diào)速。因此，PLC 控制技術(shù)加變頻調(diào)速技術(shù)己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域，在發(fā)達的工業(yè)國家，可編程序控制器已經(jīng)廣泛地應(yīng) 用在所有的工業(yè)部門，隨著可編程序控制器的性能價格

16、比的不斷提高，過去許多 使用專用計算機的場合也可以使用可編程序控制器。比如用在開關(guān)量的控制，這 是可編程序控制器最基本最廣泛的應(yīng)用，它的輸入和輸出信號都是只有通、斷狀 態(tài)的開關(guān)量信號，這種控制與繼電器控制最為接近，可以用價格較低，僅有開關(guān) 量控制的功能的可編程序控制器作為繼電器控制系統(tǒng)的替代物。開關(guān)量邏輯控制 可以用于單臺設(shè)備，也可以用于自動線生產(chǎn)線，如機床控制、沖壓、鑄造機械、 運輸帶、包裝機械的控制，同樣也可以用于電梯的控制?？删幊绦蚩刂破鞯奶攸c：可靠性高、抗干擾能力強控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強編程簡單，使用、維護方便組合方便、功能強、應(yīng)用范圍廣體積小、重量輕、功耗低通過上述的簡述，PLC

17、電梯控制系統(tǒng)應(yīng)能夠達到如下要求：安全性電梯是運送乘客的，即使載貨電梯通常也有人伴隨，因此對電梯的第一要求便是 安全。電梯中設(shè)置有必要的安全措施，它們主要有：超速保護裝置轎廂超越上、下極限工作位置時，切斷控制電路的裝置，交流電梯(除雜物電梯)還應(yīng)有切斷主電路電源的裝置，直流電梯在井道上、下端站前，應(yīng)有 強迫減速裝置。撞底緩沖裝置對三相交流電源應(yīng)設(shè)斷相保護的裝置和相序保護裝置應(yīng)設(shè)置廳門、轎門電氣聯(lián)鎖裝置電梯因中途停電或電氣系統(tǒng)有故障不能運行時，應(yīng)有轎廂慢速移動措施.可靠性電梯的可靠性也很重要，如果一部電梯工作起來經(jīng)常出故障，就會影響人們正常 的生產(chǎn)、生活，給人們造成很大的不便。不可靠也是事故的隱患

18、，是不安全的起 因。要想提高電梯的可靠性，首先應(yīng)提高構(gòu)成電梯的各個零、部件的可靠性，只 有每個零、部件都是可靠的，整部電梯才可能是可靠的。乘坐舒適感根據(jù)人們生活中的經(jīng)驗證明，在運動速度不變的情況下，速度值的大小對人們的 器官基本上沒有什么影響，這只是指人們沿地面或空中的沿與地面平行的任意方 向運動的情況而言的。高速的升降運動就和上述運動有所不同。這是由于在升降 運動中，人體周圍氣壓的迅速變化，對人們的器官產(chǎn)生影響。例如耳膜會感到壓 力而嗡嗡響等等。只要采取一定措施，這些影響是可以消除的。所以目前電梯的 運行速度雖已高達10m/s。仍能使乘客無大的不適感。快速性電梯作為一種交通工具，對于快速性的

19、要求是必不可少的。快速可以節(jié)省時間， 這對于在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會中的乘客是很重要的?？焖傩灾饕ㄟ^以下方法得到:提高電梯額定速度集中布置多臺電梯，通過電梯臺數(shù)的增加來節(jié)省乘客候梯時間見面可能減少電梯起、停過程中加、減速所用的時間停站準確性電梯理想運行曲線根據(jù)大量的研究和實驗表明，人可接受的最大加速度為amW1.5m/s2，加速度變 化率P mW3m/s3，電梯的理想運行曲線按加速度可劃分為三角形、梯形和正弦波 形，由于正弦波形加速度曲線實現(xiàn)較為困難，而三角形曲線最大加速度和在啟動 及制動段的轉(zhuǎn)折點處的加速度變化率均大于梯形曲線，即Pm跳變到-Pm或由 -Pm跳變到Pm的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實現(xiàn)并且有良 好加速度變化率頻繁指標，故被廣泛采用。變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當變頻器接收到控制器發(fā)出的呼梯方向信號，變頻器依 據(jù)設(shè)定的速度及加速度值，啟動電動機，達到最大速度后，勻速運行，在到達目 的層的減速點時，控制器發(fā)出切斷高速度信號，變頻器以設(shè)定的減速度將最大速 度減至爬行速度，在減速運行過程中，變頻器能夠自動計算出減速點到平層點之間的距離