機(jī)電一體化之電梯

PAGE電梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)姓名：孔祥賀學(xué)號：1019030531班級：機(jī)械105指導(dǎo)教師：孫麗英PAGE14目錄摘要 2第一章緒論 3第二章電梯的結(jié)構(gòu) 32.1電梯的基本結(jié)構(gòu) 32.1.1機(jī)房部分 42.1.2井道及底坑部分 52.1.3圍壁部分 52.1.4層站部分 52.1.5曳引系統(tǒng) 52.1.6導(dǎo)向系統(tǒng) 72.1.7門系統(tǒng) 72.1.8轎廂 72.1.9重量平衡系統(tǒng) 72.1.10電力拖動系統(tǒng) 82.1.11電氣控制系統(tǒng) 82.1.12安全保護(hù)系統(tǒng) 8第三章電梯工作原理 83.１電梯系統(tǒng)工作原理 8第四章控制系統(tǒng)分析 104.1繼電器控制系統(tǒng) 104.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 114.3PLC控制系統(tǒng) 11結(jié)論……………………………14參考文獻(xiàn) 14摘要電梯是將機(jī)械原理應(yīng)用、電氣技術(shù)、微處理器技術(shù)、系統(tǒng)工程學(xué)、人體工程學(xué)及空氣動力學(xué)等多學(xué)科和技術(shù)集于一體的機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)、管理和維護(hù)人員提出了更高的要求。關(guān)鍵詞：plc，曳引，導(dǎo)向，控制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(jì)和生活中有著廣泛的應(yīng)用。電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實(shí)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(yùn)行的，而呼叫是隨機(jī)的，電梯實(shí)際上是一個人機(jī)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(jī)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(jī)作為信號控制單元，完成電梯信號的采集、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運(yùn)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(jī)實(shí)現(xiàn)信號集選控制。從控制方式和性能上來說，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(jì)和制造微機(jī)控制裝置成本較高；而PLC可靠性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)。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(jī)與電緊密結(jié)合的復(fù)雜產(chǎn)品，是垂直交通運(yùn)輸工具中使用最普遍的一種電梯，其基本組成包括機(jī)械部份和電氣部份，結(jié)構(gòu)包括四大空間（機(jī)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(dǎo)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(hù)系統(tǒng)）組成。電梯基本結(jié)構(gòu)如圖2—1所示：1-減速箱；2-曳引輪；

3-曳引機(jī)底座；4-導(dǎo)向輪；

5-限速器；6-機(jī)座；

7-導(dǎo)軌支架；8-曳引鋼絲繩；

9-開關(guān)碰鐵；10-緊急終端開關(guān)；

11-導(dǎo)靴；12-轎架；

13-轎門；14-安全鉗；

15-導(dǎo)軌；16-繩頭組合；

17-對重，18-補(bǔ)償鏈；

19-補(bǔ)償鏈導(dǎo)輪；20-張緊裝置；

21-緩沖器；22-底坑；

23-層門；24-呼梯盒；

25-層樓指示燈；26-隨行電纜；

27-轎壁；28-轎內(nèi)操縱箱；

29-開門機(jī)；30-井道傳感器；

31-電源開關(guān)；32-控制柜；

33-曳引電機(jī)；34-制動器電梯的基本結(jié)構(gòu)剖視圖圖2-12.1.1機(jī)房部分機(jī)房用來安裝曳引機(jī)、電控屏、限速器等。機(jī)房可以設(shè)置在井道頂部，也可設(shè)置在井道底部。當(dāng)機(jī)房設(shè)于井道底部時，即為曳引機(jī)下置式曳引方式。這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑物承重大，對井道尺寸要求大，只有在機(jī)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(jī)房必須有足夠的面積，高度、承重能力及良好的通風(fēng)條件。組成：總電源控制盒、控制柜、曳引機(jī)、導(dǎo)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(dǎo)軌、導(dǎo)軌支架、對重、緩沖器、限速器張緊裝置、補(bǔ)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(dāng)導(dǎo)軌架直接安裝在圍壁上時，它還應(yīng)承受費(fèi)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?？康牡攸c(diǎn)。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，從而使電梯完成向上或向下的運(yùn)動。電梯的曳引系統(tǒng)如圖2—2所示：圖2-2電梯的曳引系統(tǒng)曳引系統(tǒng)由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪及反繩輪等組成。曳引機(jī)是電梯的主要拖動機(jī)械，它驅(qū)動電梯的轎廂和對重裝置作上、下運(yùn)動，是電梯的動力源，。曳引機(jī)由電動機(jī)、聯(lián)軸器、制動器、減速箱、機(jī)座、曳引輪等組成，根據(jù)需要，有的曳引機(jī)還裝有冷卻風(fēng)機(jī)、速度反饋裝置(光碼盤)、慣性輪等。根據(jù)電動機(jī)與曳引輪之間是否有減速箱，可分為有齒曳引機(jī)和無齒曳引機(jī)。對于有齒輪曳引機(jī)，需在曳引電動機(jī)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(jī)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(yùn)行的要求。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，只有它能使工作中的電梯轎廂停止運(yùn)行，另外它還對轎廂與廳門地坎平層時的準(zhǔn)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(fù)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(qiáng)度、耐磨性和撓性均有很高的要求。當(dāng)鋼絲繩的繞繩比大于1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)可以是1個、2個甚至3個，這與曳引比有關(guān)。導(dǎo)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(fù)繞型時還可增加曳引能力。導(dǎo)向輪安裝在曳引機(jī)架上或承重梁上。2.1.6導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴和導(dǎo)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(dǎo)軌作升降運(yùn)動。導(dǎo)軌固定在導(dǎo)軌架上，導(dǎo)軌架是承重導(dǎo)軌的組件，與井道壁聯(lián)接。導(dǎo)靴裝在轎廂和對重架上，與導(dǎo)軌配合，強(qiáng)制轎廂和對重的運(yùn)動服從于導(dǎo)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(jī)、聯(lián)動機(jī)構(gòu)、門鎖等組成。轎廂門設(shè)在轎廂入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴和門刀等組成。層門設(shè)在層站入口，由門扇、門導(dǎo)軌架、門靴、門鎖裝置及應(yīng)急開鎖裝置組成。開門機(jī)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(yùn)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(fēng)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(dǎo)靴、開門機(jī)、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(bǔ)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(bǔ)償裝置是補(bǔ)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(jì)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(jī)、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調(diào)速裝置等組成，對電梯實(shí)行速度控制。曳引電機(jī)是電梯的動力源，根據(jù)電梯配置可采用交流電機(jī)或直流電機(jī)。供電系統(tǒng)是為電機(jī)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(yùn)行速度信號。一般采用測速發(fā)電機(jī)或速度脈沖發(fā)生器，與電機(jī)相聯(lián)。調(diào)速裝置對曳引電機(jī)實(shí)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(yùn)行實(shí)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(jī)房中的檢修或應(yīng)急操縱箱?？刂破涟惭b在機(jī)房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實(shí)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(yùn)行方向或轎廂所在的層站。選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運(yùn)行方向、發(fā)出加減速信號等作用。2.1.12安全保護(hù)系統(tǒng)安全保護(hù)系統(tǒng)包括機(jī)械和電氣的各類保護(hù)系統(tǒng)，可保護(hù)電梯安全使用。機(jī)械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護(hù)作用；緩沖器起沖頂和撞底保護(hù)作用；還有切斷總電源的極限保護(hù)等。電氣方面的安全保護(hù)在電梯的各個運(yùn)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(hù)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(dá)的樓層等的控制；廳外呼叫的主要作用是當(dāng)有人員進(jìn)行呼叫時，電梯能夠準(zhǔn)確達(dá)到呼叫位置；指層器用于顯示電梯達(dá)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；門機(jī)控制主要用于控制當(dāng)電梯達(dá)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3—1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(shí)現(xiàn)。輸入到PLC的控制信號有運(yùn)行方式選擇（如自動、有司機(jī)、檢修、消防運(yùn)行方式等）、運(yùn)行控制、轎內(nèi)指令、層站召喚、安全保護(hù)信號、開關(guān)門及限位信號、門區(qū)和平層信號等。電梯信號控制系統(tǒng)如圖3—2所示：圖3-2電梯信號控制系統(tǒng)第四章控制系統(tǒng)分析4.1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(shí)現(xiàn)電梯控制的方法。但是，進(jìn)入九十年代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(diǎn)繁多、接線線路復(fù)雜，且觸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)較復(fù)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(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動作速度比較慢，機(jī)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(jī)械動作噪音大；由于線路復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費(fèi)用高，而且檢查故障困難，費(fèi)時費(fèi)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(jī)械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。4.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，其主機(jī)一般采用能夠在惡劣工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行的工控機(jī)。工控機(jī)有通用微機(jī)應(yīng)用發(fā)展而來，在硬件結(jié)構(gòu)方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，能提供實(shí)時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速，實(shí)時性強(qiáng)，模型復(fù)雜的工業(yè)對象的控制占有優(yōu)勢。但是，它的使用和維護(hù)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(jī)在整機(jī)水平上尚不能適應(yīng)惡劣工作環(huán)境?？删幊炭刂破鲗Υ诉M(jìn)行了改進(jìn)，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。4.3PLC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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，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(jī)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(diǎn)?？删幊绦蚩刂破鞯膽?yīng)用領(lǐng)域，在發(fā)達(dá)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比的不斷提高，過去許多使用專用計(jì)算機(jī)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(jī)床控制、沖壓、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制，同樣也可以用于電梯的控制。可編程序控制器的特點(diǎn)：①可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)②控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、通用性強(qiáng)③編程簡單，使用、維護(hù)方便④組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣⑤體積小、重量輕、功耗低通過上述的簡述，PLC電梯控制系統(tǒng)應(yīng)能夠達(dá)到如下要求：（1）安全性電梯是運(yùn)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：① 超速保護(hù)裝置② 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(qiáng)迫減速裝置。③ 撞底緩沖裝置④ 對三相交流電源應(yīng)設(shè)斷相保護(hù)的裝置和相序保護(hù)裝置⑤ 應(yīng)設(shè)置廳門、轎門電氣聯(lián)鎖裝置⑥ 電梯因中途停電或電氣系統(tǒng)有故障不能運(yùn)行時，應(yīng)有轎廂慢速移動措施（2）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，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。（3）乘坐舒適感根據(jù)人們生活中的經(jīng)驗(yàn)證明，在運(yùn)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(yùn)動的情況而言的。高速的升降運(yùn)動就和上述運(yùn)動有所不同。這是由于在升降運(yùn)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(yùn)行速度雖已高達(dá)10m/s。仍能使乘客無大的不適感。（4）快速性電梯作為一種交通工具，對于快速性的要求是必不可少的?？焖倏梢怨?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：① 提高電梯額定速度② 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③ 見面可能減少電梯起、停過程中加、減速所用的時間（5）停站準(zhǔn)確性（6）電梯理想運(yùn)行曲線根據(jù)大量的研究和實(shí)驗(yàn)表明，人可接受的最大加速度為am≤1.5m/s2，加速度變化率ρm≤3m/s3,電梯的理想運(yùn)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(shí)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(diǎn)處的加速度變化率均大于梯形曲線，即ρm跳變到-ρm或由-ρm跳變到ρm的加速度變化率，故很少采用，因梯形曲線容易實(shí)現(xiàn)并且有良好加速度變化率頻繁指標(biāo)，故被廣泛采用。變頻器構(gòu)成的電梯系統(tǒng)，當(dāng)變頻器