基于PLC控制的电梯系统设计论.doc

- 52 - 基于PLC控制电梯 绪 论随着科技的发展，工业控制的自动化程度不断提高，以微处理器为核心组成的可编程序控制器（PLC）得到了广泛的应用。很多工厂的生产流水线、加工设备、船舶上货物的装卸装置、电梯的运行等都由PLC控制，只要把预定的控制任务编成程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据输入各种指令，经过模拟量、数字量等输入输出部件对生产过程和设备进行控制。PLC在电梯中的应用也已很成熟，PLC作为主控制器，一方面要采集电梯的各种输入信号，包括电梯的位置、状态、内外指令的按钮信号、门锁信号、门区信号、井道内的强迫减速信号、防冲信号以及消防信号等。另一方面要把采集到的信号进行计算和处理给出电梯的楼层信号和速度信号，并驱动相应的开关门信号、方向继电器和抱闸继电器，以控制电梯的运行。安全和门锁回路，轿内指令和厅外按钮信号门区、门锁信号，井道信息 PLC可编程序控制器，楼层显示器，中间继电器、接触器，轿内指令和厅外指令灯，变频驱动装置 速度反馈信号，曳引马达。 随着我国建筑行业的快速发展和楼宇自动化、智能化的需求，电梯产品的用量剧增。据统计，我国目前以投入使用各类电梯约50万台，并且未来我国对电梯的需求具有稳步增长的趋势。我们利用PLC内的条件跳转和主控指令，把对电梯的控制程序划分为几个程序段：检修控制、正常加速和稳速段、减速爬行段、以及开关门阶段。当给电梯送电时，PLC就开始扫描电梯的所有输入、输出信号，检测电梯的安全回路是否接通、厅门轿门是否关闭、电梯处在何种状态。正常自动状态时，PLC检测门锁是否接通，若门锁不通则给出关门信号，控制电梯关门；当门锁接通时，进入待机状态，此时一收到指令信号电梯即起动。当电梯到达减速楼层时，通过比较楼层的基数脉冲和换速点脉冲是否相等，相等时给出同样的结果。 在高层建筑不断兴起的今天,电梯已成为人类不可缺少的运输工具。目前,我国住宅楼电梯大部分是采用继电器控制的,由于控制线路复杂、体积大、故障率高而且难于维护,使电梯难以达到安全、稳定、可靠的基本要求,事故时有发生。鉴于继电器控制存在着上述的种种弊端，进行将PLC应用于电梯控制,收到了良好效果。可编程控制器应用于电梯控制，用软件编程替代原有继电器硬件布线控制，使控制系统具有了极大的柔性和通用性。同时，由于PLC功能齐全、应用灵活，能够满足电梯控制的要求而且具有抗干扰性能强、操作方便、维护简单等特点，使得系统可靠性大大提高。 目前,PLC在电梯控制中主要解决以下几个问题。 A、合理利用PLC的硬件资源和软件资源,在保证电梯安全、可靠的运行条件下，减少PLC的输入输出端口，充分利用各种指令简化控制程序。 B、PLC的控制程序应具有最优化的逻辑判断能力,使电梯最合理地运行。 C、设计程序应尽量简单，便于理解，并且有一定的规律以便适合于不同控制楼层的需要。 D、PLC具有完善的停电记忆功能，保证在任何情况下都有可靠的工作状态。 E、处理控制电路尽可能可靠简单。 PLC 单元为电梯控制系统的核心部分，由 PLC 提供变频器的运行方向和速度指令，使变频器根据电梯需要的速度曲线调节运行方向和速度。通过 PLC 的合理编程，实现自动平层、自动开关门、自动掌握停站时间、内外呼信号的登记与消除、顺向截梯及自动换向等集选控制功能。电梯控制系统主要由调速部分和逻辑控制部分构成。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要作用，目前，大多选用高性能的变频器，利用旋转编码器测量曳引电机转速，构成闭环矢量控制系统。通过对变频器参数的合理设置，不仅使电梯在运行超速和缺相等方面具备了保护功能，而且使电梯的起动、低速运行和停止更加平稳舒适。变频器自身的起动、停止和电机给定速度选择则都有逻辑控制部分完成，因此，逻辑控制部分是电梯安全可靠运行的关键。这一切都表明该系列 PLC 不仅可以满足电梯对高可靠性的实际需求，而且在控制水平和性能完全可以替代进口的同类产品，并将突破电梯领域应用到更为广泛的行业，未来前景将更为广阔。更多免费论文尽在 /更多免费论文尽在 /更多免费论文尽在 /更多免费论文尽在 /更多免费论文尽在 / 目 录绪 论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -01第一章 电梯的概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -05 第一节 电梯的起源和发展- - - - - - - - - - - - - - - - - -05 第二节 电梯的分类- - - - - - - - - - - - - - - - - -07 第三节 电梯的基本结构- - - - - - - - - - - - - - - - - -09 1. 曳引系统- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -09 2. 轿厢和门系统- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10 3. 重量平衡系统- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10 4. 导向系统- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -10 5. 安全保护系统 - - - - - - - - - - - - - - - - - - -11 6. 电力拖动系统- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -12 7. 运行逻辑控制系统 - - - - - - - - - - - - - - - - - -12 8. 电梯的主要性能指标 - - - - - - - - - - - - - - - -12第二章 电梯的驱动控制系统- - - - - - - - - - - - - - - - -14 第一节 控制系统的组成- - - - - - - - - - - - - - - -14 第二节 电梯驱动控制系统的特点和要求- - - - - - - - - - - -17 第三节 交流电动机的转速调节 - - - - - - - - - - - - - - -18 第四节 交流双速电梯的主驱动系统 - - - - - - - - - - - - - -19第三章 电梯的电器控制系统 - - - - - - - - - - - - - - - - -20 第一节 电梯控制系统中的主要控制环节- - - - - - - - - - - -20 1. 电梯安全运行的条件 - - - - - - - - - - - - - - - - - -20 2. 电梯开关门控制环节- - - - - - - - - - - - - - - - - 21 3. 电梯的方向控制环节 - - - - - - - - - - - - - - - - - -22 第二节 电梯的自动定向环节环节电气原理- - - - - - - - - - -23 第三节 发生自动减速信号的控制环节- - - - - - - - - - - - -26第四章 电梯召唤指令和信号指示系统- - - - - - - - - - - - - - -28 第一节 电梯召唤指令- - - - - - - - - - - - - - - - -28 第二节 电梯的信号指示系统- - - - - - - - - - - - - - -30 第三节 电梯的消防控制系统- - - - - - - - - - - - - - - -32第五章 PLC控制系統- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 35 第一节 PLC控制系统- - - - - - - - - - - - - - - - - - 35第二节 七层电梯的控制程序- - - - - - - - - - - - - - -41毕业总节- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -47附表： PLC输入端子功能指示- - - - - - - - - - - - - - - - - -49主要参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -52第一章 电梯的概术第一节 电梯的起源和发展电梯是集机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术分支于一体的机电设备，它是建筑物中的永久性垂直交通工具。在电梯发明之前，人类就有了用“电梯”运货物或供人上下高层建筑的设计。早在公元前1世纪，罗马建筑师维特罗维斯就利用升降台上下运货或运人了。不过，这种升降台是用人力、畜力或水力通过滑轮来操纵的。中世纪时期，有许多修道院建在险峻的峭壁上，进出修道院惟一的通道，就是篮子做的升降台。乘客站在里面，然后用绳子通过滑轮吊着篮子上下升降。这就是最原始的“电梯”。到了17世纪，法国出现一种叫“飞椅”的升降装置。人们在飞椅上系一根绳子，绳子的另一端绕过楼顶的一只滑轮，系在平衡锤上。乘客坐好后，只要把飞椅上的一只沙袋仍下去，随着平衡锤的下降，较轻的飞椅和乘客就会上升到楼上的窗口，在爬进屋去。随着蒸汽机的出现，人们产生了用蒸汽的力量运送货物的设想。19世纪初，一个叫赛勒斯鲍德温的美国人设计出一种新型的水压升降机，用比较短程的活塞驱使升降机顶端的轮子转动，绕在轮子上的绳子就带动了升降台。这种升降机不需要庞大的液压缸及深井，而升降速度可达180m/min。1850年，又有一位美国人亨利沃特曼，他在纽约的曼哈顿仓库建造了一台利用以水压机为动力的升降机。他将一根缆绳一头系着升降台，另一头卷绕在称作卷扬机的圆柱形卷筒上。用蒸汽动力开动卷扬机，卷筒朝一个方向旋转，缆绳带着升降台上升；卷扬机朝相反的方向旋转，缆绳就放开，升降台便下降。这种卷扬机被称作“土电梯”。1854年的世界博览会上首次展示了老式木制电梯。一位勇敢的男子乘坐这种电梯升到4层楼的高处，俯视者参观数秒钟后，又平安地落到地面，而不是像当时其他类似机器那样剧烈地撞到地上。这就是电梯的初次亮相。在这个演示的前一年，发明者奥蒂斯还没有意识到他的发明有多重要。他在其工作的床垫厂里成功进行了电梯的实验，后来他将那家老床垫厂改造成世界第一家电梯厂。自纽约水晶宫展出了第一部电梯起，到1877年西班牙开始使用电梯，其间奥蒂斯创立了自己的品牌和威信，他的公司如今仍是世界第一的垂直电梯制造厂家。电梯很快就成为大城市饭店和百货公司不可缺少的交通工具。更重要的是，它完全改变了人们的习惯和城市的规划，对摩天大楼和立体城市的出现起了决定性的作用。在公开展示其发明10年之后，奥蒂斯开始收到源源不断的订单，订单不仅来自美国，也来自其他世界各地，电梯被安装在白宫，华盛顿的纪念碑和埃菲尔铁塔等著名建筑里。由于电梯的发明，数百万旅游者可以从帝国大厦的顶层观看梦幻般的景色，或者进入自由女神像、里约热内卢的耶稣像内部参观。英国的白金汉宫、莫斯科的克里姆林宫和梵蒂冈的圣彼得大教堂也是由于有了电梯才得以对外展示。奥蒂斯1857年在纽约一座55m高的大楼安装了第一部载客电梯，20年后，他的发明传入西班牙，按照合同，第一部电梯被安装在马得里阿尔卡拉大街5号的住宅楼里。20世纪初，马德里的建筑编年史也谈到了奥蒂斯的发明如何打开了王室的大门。1903年，在美国开始建筑最初的摩天大楼时，西班牙首都的王室里安装了3部最古老的电梯。最后一部电梯经过更新之后，一直使用到1998年，它是惟一保持了其古老面貌的电梯。没有电梯就永远不会出现立体城市，纽约就是个很好的证明。从1906年起曼哈顿开始流行修建摩天大楼，有了时刻准备迎接挑战的奥蒂斯公司，建筑师们开始设计越来越高的大楼。最早建造的是41层的辛格大厦，高186m;两年之后修建了52层的大都会人寿保险公司大厦，高213m；1929年和1931年建造了当时世界最高的摩天大楼：高319m的77层克莱斯勒大厦和381m高的帝国大厦。据世界最大的电梯生产商奥蒂斯公司的资料，现在每72h全世界的电梯运送的乘客人次相当于世界人口总数。随着电梯技术的不断发展，节约资源、提高工作效益、制造精良的设备以最高效和最可靠的方式来提高生产力成为电梯技术发展的一个重要方向。小机房、无机房电梯真实充分地体现了上述要求。由于减少了电梯所需的空间，所以大大降低了机房成本。小机房和无机房电梯具有以下几个方面的优越性能：(1) 缩短了建造时间 传统机房减少立刻降低了相应物料和建筑成本的需求。正如所期望的那样，现在的电梯的简捷高效的交货程序使每个环节都能准确运行。预装配是一切的关键，并且高效的安装方法确保电梯与整幢大楼的建筑进度计划迅速融为一体。(2) 节省能量 小机房、无机房电梯曳引机消耗的能量仅为传统曳引机的一半左右。(3) 保护环境 小机房、无机房电梯不仅耗能低，而且无须用油，从而消除了传统曳引系统和液压系统中油污染及火灾的潜在危险。(4) 结构紧凑 小机房、无机房电梯重量接近传统曳引机的一半，紧凑的尺寸减小了电梯所需空间，并意味着传统昂贵的机房已成为历史。从发展趋势上看，无机房电梯与有机房电梯将在较长的时间内在市场上共存。在提升高度小于30m、梯速1.6m/s以下时，无机房电梯将逐渐取代有机房电梯；而在提升高度大于30m，梯速2m/s以上时，有机房电梯仍将占据主导地位。驱动电动机转速的大大提高，减少了电动机的体积和重量，这一概念也将是今后电梯产品发展的方向。微型计算机（Microcomputer）技术仍将是电梯控制系统的主要控制部件。虽然在我国PLC（可编程逻辑控制器）已广泛应用在电梯的改造和中低层电梯上，但国外著名电梯品牌的控制系统仍多采用13位或32位微型计算机。CAN总线组成的串行通信技术，与早期采用的Bit总线组成的串行通信技术相比，具有传输快捷和切换方便的优越性，将成为电梯控制系统之间信息交换的主要方式。在欧美和日本等经济发达国家，液压电梯在电梯市场上占有相当大的比重，如美国在用电梯中40%50%是液压梯。由于液压梯具有运行速度低、载重量大、机房布置灵活、顶层高度小等特点，预计今后液压电梯将被广泛采用。双向限速器和安全钳将取代单向限速器和安全钳，在欧洲电梯安全规范EN-81新版本中已对双向安全钳做出了明确的规定。电梯群控系统（自动调度系统）采用32位或64位微机和智能型专家系统仍将是主流，新型的调度原则和应用软件将是各电梯公司群控系统技术开发的重点。无支撑（苗条型）结构和VVVF（变压变频）控制的节能型传动系统是自动扶梯的发展趋势；而适合于公共交通要求是全天候重型扶梯（可置于露天）随着城市地铁与公共交通枢纽的发展，其需求将会日益增多。随着人民生活水平的提高和居住条件个性化进程，家用小型乘客电梯（载重量200400kg/35人/梯速0.5m/s）将会迅速发展。随着现代化生产规模的不断扩大和人民生活水平的不断提高，电能供需矛盾日益突出，节电呼声日益高涨。有关统计数据表明，电动机拖动负载消耗的电能占总耗电量的70%以上。因此，电动机拖动系统节约电能具有特别重要的社会意义和经济效益。电动机拖动系统节约电能的途径主要有：一是提高电动机拖动系统的运行效率，如风机、水泵调速是以提高负载运行效率为目标的节能措施，再如电梯曳引机采用变频调速取代异步电动机调压调速是以提高电动机运行效率为目标的节能措施；二是将运动中负载上的机械能（动能、势能）通过能量回馈器变化成电能（再生电能）并回送给交流电网，供附近其他用电设备使用，使电动机拖动系统在单位时间内消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的。第二节 电梯的分类电梯可以按用途、驱动方式、提升速度、曳引电动机、操纵方式、有无蜗轮减速器或机房位置等进行分类 1.按用途分类1） 乘客电梯2） 载货电梯3） 客货（两用）电梯4） 住宅电梯5） 杂物电梯6） 船用电梯7） 汽车用电梯8） 观光电梯9） 病床电梯10) 其他电梯 2.按拖动方式分类1） 交流电梯2） 直流电梯3） 液压电梯4） 齿轮齿条式电梯 3.按电梯速度分类1） 低速电梯2） 快速电梯3） 高速电梯4） 超高速电梯 4. 按控制方式分类1） 手柄开关控制电梯2） 按钮控制电梯3） 信号控制电梯4） 集选控制电梯5） 并联控制电梯6） 梯群控制电梯 5. 按有无减速装置分类1） 无齿轮电梯2） 有齿轮电梯 6. 按操作方式分类1） 无司机电梯2） 有司机电梯3） 有/无司机电梯 7. 按驱动方式分类1） 液压式电梯2） 曳引式电梯3） 螺旋式电梯4） 爬轮式电梯 8. 按有无机房分类1） 有司机电梯2） 无司机电梯第三节 电梯的基本结构从总的来讲，电梯由机械系统和电气控制系统两部分组成；而电器部分由电力拖动系统，运动逻辑功能控制系统和电器安全保护等系统组成。一. 曳引系统 电梯曳引系统的功能是输出动力和传递动能，驱动电梯运行。主要由曳引机、曳引钢丝绳导向轮和反绳轮组成。 1. 曳引机 曳引机为电梯的运行提供动能，由电动机、曳引轮和电磁制动器组成。 2. 曳引钢丝绳 曳引钢丝绳由曳引钢丝、绳股和绳心组成 3. 导向轮和反向轮 导向轮是将钢丝绳向对重或轿厢的钢丝绳轮，安装在曳引机架或承重梁上。反绳轮是设置再机房上的定滑轮，其作用是根据需要，将曳引钢丝绳绕过反绳轮，用以构成不同的曳引绳传动比。 4. 根据电梯的使用要求和建筑物具体情况，电梯曳引绳传动比、曳引绳在曳引轮上的缠绕方式以及曳引机的安装位置都有所不同。二、轿厢和门系统 1. 轿厢 轿厢是用来安全运送乘客及物品到目的的箱体装置，它的运行轨迹是 在曳引机钢丝绳的牵引下沿导轨上下运行。 2. 门系统 电梯门分为轿厢门和厅门，轿厢门是用来封住出入口，厅门是为了确保在候梯厅的安全而设置的开闭装置只有在轿厢停层和平层时才能被打开。三、重量平衡系统对重是平衡轿厢重量的平衡重，与轿厢分别悬挂在曳引钢丝绳的两端。对重由以槽钢为主所构成的对重架和用灰铸铁制造的对重快组成。轿厢侧的重量为轿厢自重与负载之和，而负载的大小却在空载与额定负载之间随机变化。因此只当轿厢自重与载重之和等于对重重量时，电梯才处于完全平衡状态。此时的载重称为电梯的平横点，而在电梯处于负载变化范围内的相对平衡状态时，应使曳引绳两端张力的差值小于由曳引绳与曳引轮槽之间的摩擦力所限定的最大值，以保证电梯曳引传动系统工作正常。重量平衡系统由对重和补偿装置组成，如图所示:重量平衡系统1轿厢；2对重；3平衡补偿装置；4电缆四、导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架组成，导轨用来在井道中确定轿厢与对重的相互位置，并对他们的运动起导向作用。五、安全保护系统对现代电梯的运行必须保证安全。为此，设置了由电气安全保护装置和机械安全保护装置组成的电梯安全保护系统。 电气安全保护装置 为了保证电梯的安全运行，在井道中设置有终端超越保护装置。实际上，这是一组防止电梯超越下端或上端站的行程开关，能在轿厢或对重撞底、冲顶之前，通过轿厢打板直接触碰这些开关来切断控制电路或总电源，在电磁制动器的制动抱闸作用下，迫使电梯停止运行。终端超越保护装置包括：强迫换速开关、终端限位开关，如图所示:终端超越保护开关1 上中断极限开关；2上限位开关；3上强迫换速开关4下强迫换速开关；5下限位开关；6下终端极限开关其中强迫换速开关设置在井道底部和顶部换速点相应位置。当电梯由于失控而冲向井道底部或顶部时，首先经过并使其动作的开关是强迫换速开关，而通过控制电路迫使电梯减速、停止。 如果强迫换速开关没有起作用，电梯继续越出底层或顶层位置，则下限位开关或上限位开关动作，迫使电梯停止运行。此时，若有上面或下面层站召唤，电梯仍能上行或下行。若限位开关也没能使电梯停止运行时，则防止撞底或冲顶的最后保护装置便是终端极限开关。当电梯最后经过终端极限开关并使其动作时，便切断电梯总电源，但保留照明电源,通过电磁制动器使电梯停止运行。此时电梯不能再启动。 2. 机械安全保护装置当电梯电气控制系统由于出现故障而失灵时，会造成电梯超速运行。如果电气超速保护系统也失灵，甚至电磁制动器也不起作用，就会使电梯失控而出现“飞车”，甚至会出现曳引钢丝绳严重打滑等严重事故，这时就要靠机械安全保护装置提供最后的安全保护。对于电梯超速的失控现象的机械安全保护装置是限速器和安全钳，这两种装置总是相互配合使用。六、电力拖动系统电力拖动系统由曳引电动机、速度反馈装置、电动机调速控制系统和拖动电源系统等部分组成。其中曳引电动机为电梯的运行提供动力；速度反馈装置是为电动机调速控制系统提供电梯运行速度实测信号的装置，一般为与电动机同轴旋转的测速发电机，或电光脉冲发生器。七、运行逻辑控制系统电梯的电气控制系统由控制装置、操纵装置、平呈装置和位置显示装置等部分组成。其中控制装置根据电梯的运行逻辑功能要求，控制电梯的运行，设置在机房中的控制柜（屏）上。八. 电梯的主要性能指标电梯作为建筑物的垂直交通工具，其性能好坏直接影响到人们的生产生活，越来越引起人们的关注。对电梯性能的要求，一般有安全性、可靠性、舒适性和快速性、停站准确性、振动、噪声及电磁干扰、节能和装潢。 1. 安全性 电梯是运送乘客的，即使载货电梯通常也有人伴随，因此对于电梯的第一要求便是安全，电梯的安全与设计、制造、安装调试及检修各个环节都有密切的联系。任何一个环节出问题，都有可能造成不安全的隐患，以致造成事故。电梯中设置有必要的安全设施，主要内容包括： （1） 超速保护装置 超速保护装置主要由限速器和安全钳组成，设在机房的的限速器绳轮与设在底坑的张紧装置之间，是直径不小于7mm的较细钢丝绳。 （2） 轿厢超越上、下极限工作位置时，应切断控制电路的装置。当控制电路故障失灵时，轿厢可能超越下断站继续下行（或超越上断站继续上行），这时必须及时停止轿厢的运动，以防止撞底（又叫蹲底、冲底）事故的发生（或撞顶事故的发生） （3） 撞底缓冲装置 当上述极限位置保护仍未能使电梯轿厢停止运行时，向下运行就会撞向底坑（向上运行的轿厢就会冲向井道顶），就会出现撞底事故，为了减少撞底造成的危险在底坑对应轿厢重心的投影位置应安装缓冲装置。 （4） 对三相交流电源，应设有断相保护装置和相序保护装置。 （5） 设置厅门、轿门 电气连锁装置在厅门、轿门全部关好后才允许轿厢运行，以防止开门运行对乘客造成意外伤害。 （6） 电梯因中途停电或电气系统有故障不能运行时应有轿厢慢速移动措施。 2. 可靠性 电梯的可靠性很重要，电梯经常出现故障就会影响人们的正常的生产和生活，要想提高可靠性，首先应提高构成电梯的各个零部件的可靠性，电梯的故障主要表现在电力拖动控制系统中，因此，也要从电力拖动控制下手。 3. 舒适感与快速性 电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必要的，快速可以节省时间，快速性主要通过如下方法得到： （1） 提高电梯的额定速度 电梯的额定速度提高，运行时间缩短，达到为乘客节省时间的目的。 （2） 集中布置多台电梯，通过电梯数的增加来节省乘客候梯时间。 （3） 尽可能的减少电梯的起、停过程中加、减速所用时间。 4. 停站准确性 电梯轿厢的平层准确度与电梯的额定速度、电梯的负载情况有密切关系，因此检查平层准确度时，分别以空载、满载作上、下运行，到达同一层站停测量平衡误差，取其最大值作平层站的平层准确度。 5. 振动、噪音及电磁干扰现代电梯是为乘客、用户创造舒适的生活和工作环境，因此要求电梯运行平稳、安静、无电磁干扰。 6. 节能现代电梯应合理选择拖动方式，以达到节能的目的。 7. 装潢 电梯的装潢主要包括轿厢装潢、厅门装潢及候梯厅的装潢。第二章 电梯的驱动控制系统 电梯在垂直升降过程中 ，需要频繁的启动和制动，运行区间较短，经常处于过渡过程运行状态。因此，曳引机的工作方式属于间断周期性工作制。此外，电梯的负载经常在空载与满载之间随机变化，考虑到乘坐电梯的舒适性，需要限制最大运行加速度和加速度变化率。总之，电梯的运行对电力拖动系统提出了特殊要求。第一节 控制系统的组成一.电梯的电气控制系统 1概述 不同的电梯，不论采用何种控制方式，总是按轿厢内指令，层站召唤信号要求，向上或向下起动，起行，减速，制动，停站。 电梯的控制主要是指对电梯原动机及开门机的起动，减速，停止，运行方向，指层显示，层站召唤，轿车内指令，安全保护等指令信号进行管理。操纵是实行每个控制环节的方式和手段。二常规继电器控制的典型控制环节 1. 自动开关门的控制线路 自动门机是安装于轿厢顶上，它在带动轿门启闭时，还需通过机械联动机构带动层门与轿门同步启闭。为使电梯门在启闭过程中达到快，稳的要求，必须对自动门机系统进行速度调节。当用小型直流伺服电机时，可用电阻串并联方法。采用小型交流转矩电动机时，常用加涡流制动器的调速方法。直流电机调速方法简单，低速时发热较少，交流门机在低速时电机发热厉害，对三相电机的堵转性能及绝缘要求均较高。 2. 轿内指令和层站召唤线路 轿内操纵箱上对应每一层楼设一个带灯的按钮，也称指令按钮。乘客入轿厢后按下要去的目的层站按钮，按钮灯便亮，即轿内指令登记，运行到目的层站后，该指令被消除，按钮灯熄灭。电梯的层站召唤信号是通过各个楼层门口旁的按钮来实现的。信号控制或集选控制的电梯，除顶层只有下呼按钮，底层只有上呼按钮外，其余每层都有上下召唤按钮。 3. 电梯的选层定向控制方法，常用的几种如下； 1）手柄开关定向 2）井道分层转换开关定向 3）井道永磁开关与继电器组成的逻辑电路定向 4）机械选层器定向 5）双稳态磁开关和电子数字电路定向 6）电子脉冲式选层装置定向 4. 电梯的定向，选层线路 电梯的方向控制就是根据电梯轿厢内乘客的目的层站指令和各层楼召唤信号与电梯所处层楼位置信号进行比较，凡是在电梯位置信号上方的轿厢内指令和层站召唤信号，令电梯定上行，反之定下行。 方向控制环节必须注意以下几点： 轿内召唤指令优先于各层楼召唤指令而定向。电梯要保持最远层楼乘客召唤信号的方向运行在司机操纵时，当电梯尚未启动运行的情况下，应让司机有强行改变电梯运行方向的可能性在检修状态下，电梯的方向控制由检修人员直接持续揿按轿内操纵箱上或轿厢顶上的方向按钮，电梯才能运行，而当松开方向按钮，电梯即停止。 5. 楼层显示线路 乘客电梯轿厢内必定有楼层显示器，而层站上的楼层显示器则由电梯生产厂商视情况而定。过去的电梯每层都有显示，随着电梯速度的提高，群控调度系统的完善，现在很多电梯取消了层站楼层显示器，或者只保留基站楼层显示，到达召唤站时采用声光预报板，如电梯将要到达，报站钟发出声音，方向灯闪动或指示电梯的运行方向，有的采用轿内语音报站，提醒乘客。 6. 检修运行线路 为了便于检修和维护，应在轿顶按装一个易于接近的控制装置。该装置应有一个能满足电气安全要求的检修运行开关。该开关应是双稳态的，并设有无意操作防护。同时应满足下列条件： 一经进入检修运行，应取消正常运行，紧急状态下的电动运行，对接装卸运行。只有再一次操作检修开关，才能使电梯重新恢复正常工作。 上下行只能点动操作，为防止意外，应标明运行方向。轿厢检修速度应不超过渡0.63m/s 电梯运行应仍依靠安全装置，运行不能超过正常的运程范围。 7. 电梯的电气安全保护系统 一般设有如下保护环节： 1）超速保护开关 2）层门锁闭装置的电气联锁保护 3）门入口的安全保护 4）上下端站的超越保护 5）缺相，断相保护 6 电梯控制系统中的短路保护 7）曳引电机的过载保护 8. 电梯的消防控制功能 电梯应能适应消防控制的基本要求，有几种典型的消防控制系统： 电梯的底层（或基站）设置有供消防火警用的带有玻璃窗的专用消防开关箱。在火警发生时，敲碎玻璃窗，拨动箱内开关，就可使电梯立即返回底层。电梯的底层（或基站）设置有供消防火警用的带有玻璃窗的专用消防开关箱外，尚有可供消防员操作的专用钥匙开关，只要接通该钥匙开关就可使已返回底层（或基站）的电梯消防员使用。电梯返回底层（或基站）后，供消防员控制操作的专用钥匙开关设置在轿厢内的操纵箱上。消防员专用钥匙开关不是设在轿厢内操纵箱上，而是设置在底层（或基站）外多个召唤按钮箱中的某一个按钮箱上，只要消防员专用钥匙开关工作，即可使一组电梯中的所有电梯均投入消防紧急运行状态。三PC机在电梯控制中的应用 PC机是指可编程序控制器。PC机用于电梯控制系统的一些优点： 可靠性高，稳定性好;编程简单，使用方便;维护检修方便 四电梯的微机控制系统 1. 单片机控制装置 利用单片机控制电梯有成本低，通用性强，灵活性大及易于实现复杂控制等优点。 2. 单台电梯的微机控制系统 对于不要求群控的场合，利用微机对单梯进行控制。每台电梯控制器可以配以二台或更多台微机。如一台担负机房与轿厢的通信，一台完成轿厢的各类操作控制，还有一台专用于速度控制等。但无任如何应用微机控制单梯，总是包括三个主要部份： 电气传动系统控制，信号的传输与控制，轿厢的顺序控制。 3. 群控-多台微机控制系统 为了提高建筑物内多台电梯的运行效率，节省能耗，减少乘客的待梯时间，将多台电梯进行集中统一的控制称为群控。群控目前都采用多台微机控制的系统，梯群控制的任务是：收集层站呼梯信号及各台电梯的工作状态信息，然后按最优决策最合理地调度各台电梯；完成群控管理机与单台梯控制微机的信息交换；对群控系统的故障进行诊断和处理。目前对群控技术的要求是，如何缩短候梯时间和与大楼的信息系统相对应，并采用电梯专家知识，组成富有非常周到的服务及具有灵活性的控制系统 第二节 电梯驱动控制系统的特点和要求 电梯设备实质上仍属于起重运输机械的范畴，其于传动系统的特点基本相同，都属于位能负载。但一般起重机械仅仅是提升货物，对电力驱动系统的过程要求不是很高；而电梯不仅要运载货物，更重要的是运载人员，因此，对其电力驱动系统的动态和静态控制要求均很高。 1) 电梯的运行速度要尽可能快，因为人们用电梯运送货物或乘客乘上电梯后总希望能很快到达预定楼层，尤其在今天高层大楼林立的情况下，要求尽可能的提高电梯的运行速度。 2) 电梯在整个运行中，人们要求越稳定越好，这就是电梯在不同于其他起重运输机械的最主要的特点二，因为电梯是需要载人上下运行的，所以，无论什么样的电梯，对其电梯驱动系统的制动过程要求平稳而又不浪费时间，我们对电梯电力驱动系统的加、减速度有所限制。 总的来说，人们希望电梯的电力拖动系统能保证有良好的电梯运行舒适感，也就电梯运行越平稳越好（当然这样将会损失一些电梯的输送效率）；其次，若电梯运行的额定速度偏低，电梯的电力驱动系统也将变的比较简单； 由于机械系统的惯性始终存在，因此不可能再低速时出现过大的加速度。 3） 电梯既然是运载货物和乘客的垂直交通工具之一，则人们也要求电梯在达到预定楼层时停车平层准确，如果电梯停车位置与各楼层的平层差异太大时，无论是装卸货物或是乘客出入电梯均是不方便或不安全的，因此，电梯停靠准确与否是平衡电梯驱动系统的重要品质之一。 4） 电梯负载是一个恒定转矩的位能负载，而且运行方向不是上行就是下行，因此，从电力驱动角度看，电梯的电力驱动系统不仅能工作在1、2象限，而且能工作在3、4象限，因此，电梯对电力驱动系统的要求是能工作在4个象限，以适应电梯系统的不同负载和不同运行方向的要求。 从以上几个方面的叙述，可以概括为3个字，既电梯的电力驱动系统的要求快、稳、准，但真正能完美达到这一点是很不容易的还应当考虑大楼建筑物的高度、电梯使用的场所、消防规范要求等多种因素。为了达到对电梯电力驱动系统的快、稳、准要求，电力驱动系统应具有与一般起重运输机械电力驱动系统相同的特点： 1) 较宽的调速范围。 2) 对起动和制动的过渡过程必须加以控制。 3) 为了保证电梯的快、稳、准，对于小于1m/s的电梯，其驱动系统的控制可为开环控制；而对于大于小于1m/s的电梯，其驱动系统一般均为闭环控制，即输出的一部分反馈到输入端进行自动调节。 4)为了保证电梯在不同负载是停层的准确度，电梯的电力驱动系统的机械特性硬度是必须加以控制的。第三节 交流电动机的转速调节交流电动机的速度调节都是通过调节三相交流感应电动机本身的转速而实现的，由式n=60f/p可知，三相交流感应电动机的转速调节方法有：改变电动机定子端电压U、改变电动机定子绕组的极对数p，或改变施加于电动机电源频率f，或改变电动机定子、转子回路中的电阻、电抗，但最后一种方法再电梯中一般很少应用。 (1) 改变施加于三相交流感应电动机定子电压U的转速调节特性。 从式T=2Tmax/(s/sK+sK/s)(Tmax-交流电动机的最大转矩；sK-相应Tmax时的电动机转差率；s-相应T的电动机转差率)中知，当电动机定子电压U变化时将使电磁转矩成平方的变化，一般总是降低电网电压U故电磁转矩也将成平方的减少，由于电磁转矩的变化，电动机的转速也将变化，从而达到转速调节的目的。这种调速方法一般仅适用于启动和制动的短暂时间内，以限制启动电流和改善电梯的舒适感。 （2） 改变三相交流感应电动机定子绕组的极对数时的转速调节特性 当电动机的极对数p改变时，交流感应电动机的同步转速也将改变，所以交流电梯中也常用改变电动机极对数p的方法获得电梯所需要的转速调节特性。这种具有两种以上极对数的电动机，通常称为双速或多速电动机，这种电动机的定子绕组有两种结构形式各自独立绕组的多速电动机和按特殊接线法而改变极对数的单绕组多速电动机，改变其极对数的调素特性有如下特点： 1） 只能有级的调节交流感应电动机的转速，而不是无级的，因此，在转速的调节过程中，即从一个极对数相应的速度调节至另一极对数相对应的转速过程中，必定要采取有效措施防止电梯系统给乘客带来不舒服的感觉和对机械传动带来系统产生冲击，这样为了转速的调节需添置众多的附加设备，如接触器等。 2） 假若再改变电动机极对数的调节过程中，如保持其他特性不变，则对同一电动机的不同极对数时的机械特性曲线基本上是平行的，这是我们希望的调速特性，也就是希望其调速后新的机械特性硬度保持不变，这样才能保证交流双速电梯再不同的负荷时其停层准确度保持不变。 3） 由于在同一定子内要布置两套三相绕组，或改变单一绕组内的不同接线方法，则其不同极对数时相应的磁通量和功率是不一样的，极对数越大，其最大转矩也将稍微变化。 4) 外加涡流制动器等的转速调节特性 再交流电梯中除了对三相交流感应电动机的本身进行调速外，还可以利用外加器件调节交流感应电动机的最后输出速度。 由于交流电梯所获得的最终调速特性曲线是平行于电动机的固有机械特性，因此，其机械特性曲线硬度是不变的，这一点再交流电梯的主拖动系统中是很可贵的。 总之，对于电梯来说，许多调速方法均可运用，只不过其效果及调速性能不同而已。第四节 交流双速电梯的主驱动系统三相交流异步电动机定子内具有两个不同极对数的绕组，一般为6极同步转速为1000r/min和24极同步转速为250r/min两个绕组，这两个绕组可以是各自独立的双绕组双速绕组，也可以是单绕组双速绕组，通过工艺接线法使一个绕组获得两种极对数。其工作过程为快速绕组作为起动和稳速运行之用，而慢速绕组作为制动减速和慢速平层，停车之用，起动按时间原则进行，串电阻，电抗一级加速，而减速制动也按时间原则进行，两极再生发电制动减速，以慢速绕组进行低速稳定运行，直到平层停车。主驱动系统虽然是有级调速，但可以对高低速进行控制和调节。因此，电梯的运行效率和性能得到相当大的提高和改善，从而使得这种驱动系统在一般低速电梯中得到广泛运用。双速电梯的主驱动系统的制动和减速过程采用低速绕组的再生发电制动的原理，即在减速开始的瞬间，快速绕组虽然以从电网撒出，并立即进入低速绕组接入电网，而电动机的实际转速因电梯机械传动的惯性，维持在原快速状态的转速。因此，对低速绕组来说，此时的实际转速以高于低速绕组的同步转速，从而再低速绕组中产生再生发电制动减速过程，对低速绕组来说，电动机处于发电机的工作状态，即把快速运行时的所具有的动能反馈到电网中去，。这样的减速制动方式比较经济，电能消耗相对较少。 交流双速电梯的运行性能较好，而驱动系统及其相应的控制系统又不态复杂，因此，交流双速电梯在现在和将来都得到广泛应用。第三章 电梯的电器控制系统第一节 电梯控制系统中的主要控制环节一. 电梯安全运行的条件 电梯安全可靠运行的条件为： (1)电梯的轿厢门和各个楼层的电梯层门完全关闭好，这是电梯运行的关键，是保障乘客和司机等人员人生安全的最重要保证。 (2)必须要有确定的电梯上行或下行方向，这是电梯最基本的任务，既把乘客或货物送上或送下到需要停层的楼层。 (3)电梯系统的所有机械及电气安全保护系统有效而提高，这是确保电梯设备和乘客人身安全的基本保证。 二. 电梯开关门控制环节 小型直流伺服电动机作为自动开关门系统的驱动力，其电气原理图如图 （1）正常状态时的关门 当司机输入轿内指令时，电梯自动定出方