电气控制技术在电梯中的应用毕业论文.doc

电气控制技术在电梯中的应用作 者 姓 名 ： 毕阔阔 专 业、班 级： 电气自动化1303班 学 号： 2013110302 校内指导教师： 丁燕 校外指导教师： 完 成 日 期 ： 2016.05.27 黄河水利职业技术学院自动化工程系黄河水院自动化工程系毕业论文摘 要当今世界电梯的生产情况和使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。随着城市人口的不断提高，人们物质文化生活水平的提高、建筑业不断的发展，已是高楼林立，电梯在人们的生产、生活、工作中日益重要。因此电梯的研究也越来越重要。国内外对电梯的研究一直没有停滞过。在中高层建筑中，电梯是必不可缺少的垂直运输设备。人们对电梯安全性、高效性、舒适度的不断追求推动了电梯技术的进步。电梯质量的好坏在很大程度上取决于它的控制系统。电梯控制系统在其整机性能中起关键作用，它主要对电梯曳引机的驱动、减速、停止、运行方向、选层停车、楼层显示、层站召唤、轿厢内显示、安全保护等信号处理和管理及开门电机的控制。本文主要介绍电梯的结构，从电气安全装置电路方面展开分析，结合一些电梯电气安全故障的检测处理，阐述电气控制在电梯运行中应用。关键词：电梯；电气控制系统；电梯结构- I -目 录摘 要I引 言11 电梯的主要系统11.1 电梯的曳引系统21.2 轿厢与门系统21.3 导向系统21.4 重量平衡系统31.5 电气控制系统31.6 电梯安全保护装置42 电梯的电气装置电路52.1 交流双速、继电器集选控制电梯电气控制系统52.1.1 交流双速拖动主回路图52.1.2自动开关门电机回路与安全回路52.1.3 继电器指令电路62.1.4 继电器召唤电路73 电气系统一般故障的检测判断73.1 电梯电气装置的安装规范53.1.1 故障的检查和处理73.1.2 电梯电器、电路控制8结 论13实习情况总结13参 考 文 献14致 谢16引 言电梯步入人类社会已有百年的历史，不管是垂直运行的电梯，还是倾斜运行的自动扶梯或是自动人行道，都经历了漫长的发展，人们对电梯的安全性、舒适性、高效性等方面的追求促进的电梯技术的进步。很早以前，人们就使用一些原始的升降工具运送人和货物。公元前100年前后，我国古人发明了轱辘，用卷筒的回转动作从而加大了物品的提升高度。19世纪初，在欧美开始使用蒸汽机作为升降的工具的动力。1845年，威廉汤姆逊研制出液压驱动的升降机，其液压驱动的介质是水。1889年，升降机开始采用电力驱动，真正意义上的电梯出现了。电梯在驱动控制技术方面的发展经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有无齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。随着不断的进步，电梯的电气控制进入一个新的发展时期。电梯控制技术的发展，始终与安全技术的发展紧密相连。当今电梯安全电气控制的重点是电气安全回路控制。其具体体现为由关键安全控制点设置的安全触点和安全电路组成的电气安全回路，对电梯驱动装置主控电器直接以硬件连接的控制。这种电路结构能够有效防止电磁干扰、软件程序错误对电梯关键安全控制环节的威胁，保证电梯关键安全控制电气环节的可靠性1。1 电梯的八大系统1.1 电梯的曳引系统 安装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置一导向轮使二者分开。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽内产生摩擦力。这样，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。即轿厢上升，对重下降；对重上升，轿厢下降。于是，轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行，电梯执行垂直运送任务。轿厢与对重能作相对运动是靠曳引绳和曳引轮间的摩擦力来实现的。这种力就叫曳引力或驱动力。曳引条件必须满足：T1T2C1C2ef2式中：T1T2为载有125额定载荷的轿厢位于最低层站及空轿厢位于最高层站的两种情况下，曳引轮两边的曳引绳较大静拉力与较小静拉力之比。C1与加速度、减速度及电梯特殊安装情况有关的系数，一般称为动力系数或加速系数。(C1；g：重力加速度，a：轿厢制动减速度)。C2由于磨损导致曳引轮槽断面变化的影响系数(对半圆或切口槽：C21，对V型槽：C212)。ef中，f为曳引绳在曳引槽中的当量摩擦系数，为曳引绳在曳引导轮上的包角。ef称为曳引系数。它限定了T1T2的比值，ef越大，则表明了T1T2允许值和T1T2允许值越大，也就表明电梯曳引能力越大。因此，一台电梯的曳引系数代表了该台电梯的曳引能力。1.2轿厢与门系统轿厢本身主要由轿厢架和轿厢体两部分构成，其中还包括若干个构件和有关的装置。轿厢体形态像一个大箱子，由轿底、轿壁、轿顶及轿门等组成。门系统主要包括轿门(轿厢门)、层门(厅门)与开门关门等系统及其附属的零部件。层门和轿门都是为了防止人员和物品坠入井道或轿内乘客和物品与井道相撞而发生危险，都是电梯的重要安全保护设施。电梯门主要有两类，即滑动门和旋转门，自动开门机是使轿厢门(含层门)自动开启或关闭的装置(层门的开闭是由轿门通过门刀带动的)。它装设在轿门的上方及轿门的连接处。为防止发生坠落和剪切事故，层门由门锁锁住，使人在层站外不用开锁装置无法将层门打开，所以门锁是个十分重要的安全部件。它是机电联锁装置，层门上的锁闭装置(门锁)的启闭是由轿门通过门刀来带动的。层门是被动的，轿门是主动门，因此层门的开闭是由轿门上的门刀插入(夹住)层门锁滚轮，使锁臂脱钩后跟着轿门一起运动。门锁的电气触点是验证锁紧状态的重要安全装置，要求与机械锁紧元件(锁钩)之间的连接是直接的和不会误动作的，而且当触头粘连时，也能可靠断开。现在一般使用的是簧片式或插头式电气安全触点，普通的行程开关和微动开关是不允许用的。1.3 导向系统导向系统功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只沿着各自的导轨作升降运动，使两者在运行中平稳，不会偏摆，有了导向系统，轿厢只能沿着左右两侧的竖直方向的导轨上下运行，对重只能沿着位于对重两侧的竖直方向的导轨上下运行。所以电梯的导向系统，包括轿厢的导向和对重的导向两部分。不论是轿厢导向和对重导向均由导轨、导靴和导架组成。1.4 重量平衡系统重量平衡系统是使对重与轿厢达到相对平衡，在电梯工作中使轿厢与对重间的重量差保持在某一个限额之内，保证电梯的曳引传动平稳、正常。它由对重装置和重量补偿装置两部分组成。对重装置起到相对平衡轿厢重量的作用，它与轿厢相对悬挂在曳引绳的另一端。补偿装置的作用是：当电梯运行的高度超过30m以上时，由于曳引钢丝绳和电缆的自重，使得曳引轮的曳引力和电动机的负载发生变化，补偿装置可弥补轿厢两侧重量不平稳。这就是保证轿厢侧与对重侧重量比在电梯运行过程中不变。1.5 电气控制系统1 操纵箱 手柄操纵箱一般由司机操纵使电梯门开启或关闭、起动或制停轿厢的手柄开关装置。扳手有向上、向下、停车三个位置。板面上一般设有安全开关，指示灯开关，信号灯开关，照明开关，风扇开关，应急开关等。常用在货梯上。 按钮操纵箱由乘客或司机通过按钮操纵电梯上、下、急停等的装置，并设有钥匙开关，用以选择司机操纵或自动操纵方式。另外还备有与电梯停站数相对应的指令按钮，记忆呼梯信号的指示灯，上下行方向指示灯，超载倍灯，警铃等。 轿外操纵箱操纵按钮一般装在每层层楼的层门旁侧井道墙上，按钮数量不多，形式比较简单。常用于不载人的货梯。(2) 轿顶检修盒在机房电气控制柜上及轿厢顶上，设有供电梯检修运行的检修开关箱。其电器元件一般包括有：电梯馒上、慢下的按钮，点动开关门按钮，急停按钮，轿顶检修转换开关，轿顶检修灯开关。(3) 控制柜控制柜是电梯电气系统完成各种控制任务，实现各种功能的控制中心。控制柜由柜体和各种控制电器元件组成。控制柜中装配的元件，其数量规格主要与速度、控制方式、曳引电机大小等参数有关，目前交流电梯主要有三个品种，每种因参数不同略有区别，交流双速电梯，控制系统现一般由微机组成，动力输出由接触器完成，接触器较多，交流调压调速电梯的动力输出由交流调压调速器完成，配以相对较少的接触器组成。变频变压调速电梯目前较多，由变频器配以很少的接触器完成电梯的动力输出，由微机控制，故障率较低，结构紧凑、美观。1.6 电梯安全保护装置(1) 防超越行程的保护为防止电梯由于控制方面的故障，轿厢超越顶层或底层端站继续运行，必须设置保护装置以防止发生严重的后果和结构损坏。防止越程的保护装置一般是由设在井道内上下端站附近的强迫换速开关、限位开关和极限开关组成。这些开关或碰轮都安装在固定于导轨的支架上，由安装在轿厢上的打板触动而动作。(2) 限速器安全钳及缓冲装置限速器是速度反应和操作安全钳的装置。当轿厢运行速度达到限定值时(一般为额定速度的115以上)，能发出电信号并产生机械动作，以引起安全钳工作的安全装置。所以限速器在电梯超速并在超速达到临界值时起检测及操纵作用。安全钳是由于限速器的作用而引起动作，迫使轿厢或对重装置制停在导轨上，同时切断电梯和动力电源的安全装置。安全钳则是在限速操纵下强制使轿厢停住的执行机构。任何曳引电梯的轿厢都必须设有安全钳装置，并且规定此安全钳装置必须由限速器来操纵，安全钳装置装设在轿厢架或对重架上，安全钳需要有两组，对应地安装在与两根导轨接触的轿厢外两侧下方处。常见的是把安全钳安装在轿厢架下梁的上面。电梯由于控制失灵、曳引力不足或制动失灵等发生轿厢或对重蹲底时，缓冲器将吸收轿厢或对重的动能，提供最后的保护，以保证人员和电梯结构的安全。缓冲器分蓄能型缓冲器和耗能型缓冲器。前者主要以弹簧和聚氨酯材料等为缓冲元件，后者主要是油压缓冲器。(3) 电梯控制系统中的短路保护一般短路保护，是由不同容量的熔断器来进行。熔断器是利用低熔点、高电阻金属不能承受过大电流的特点，从而使它熔断，就切断了电源，对电气设备起到保护作用。(4) 供电系统的相序和缺相保护当供电系统因某种原因造成三相动力线的相序与原相序有所不同，有可能使电梯原定的运行方向变为相反的方向，它给电梯运行造成极大的危险性。同时为了防止电动机在电源缺相下不正常运转而导致电机烧损。电梯电气线路中采用相序继电器，当线路错相或断相时，相序继电器切断控制电路，使电梯不能运行。(5) 主电路方向接触器连锁装置 电气连锁装置交流双速及交调电梯运行方向的改变是通过主电路中的两只方向接触器，改变供电相序来实现的。如果两接触器同时吸合，则会造成电气线路的短路。为防止短路故障，在方向接触器上设置了电气联锁，即上方向接触器的控制回路是经过下方向接触器的辅助常闭接点来完成的。下方向接触器的控制电路受到上方向接触器辅助常闭接点控制。只有下方向接触器处于失电状态时，上方向接触器才能吸合，而下方向接触的吸合必须是上方向接触器处于失电状态。这样上下方向接触器形成电气联锁。机械连锁装置为防止上下方向接触器电气联锁失灵，造成短路事故，在上下方向接触器之间，设有机械互锁装置。当上方向接触器吸合时，由于机械作用，限制住下方向接触器的机械部分不能动作，使接触器接点不能闭合。当下方向接触器吸合时，上方向接触器接点也不能闭合，从而达到机械联锁的目的。2 电梯的电气装置电路2.1 交流双速、集选继电器控制电梯电气控制系统2.1.1交流双速拖动主回路图图1-12.1.2自动开关门电机回路与安全回路图1-2(1) 安全回路各安全开关串连，某一安全开关动作时，电压继电器YJ失电，切断控制电源03号线，确保电梯运行安全。(2) 自动开关门电动机回路为使电梯门在启、闭过程中达到快、稳的要求，必须对自动门电动机进行速度调节。一般情况下，开门有一级减速，关门有两级减速。减速过程：门电动机正转，执行关门动作，关门至一定程度时，限位开关动作，关门电阻被短接一部分，使电动机电枢电压降低，从而关门速度变慢。(3)层楼继电器回路层楼信号作用：指示电梯所在位置。为下一步的选向、选层及指令和召唤的消除提供可靠信息。原理：在电梯井道中的每一层设置两个干簧管感应器，一个在上，一个在下，在电梯轿厢上设置隔磁板，电梯到达该层时，干簧管感应器动作，使该层的停站换速继电器动作，由停站换速继电器使其对应的该层的层楼继电器动作并保持，同时前一个层楼的层楼继电器释放。(4)指令记忆与消除回路乘客进入电梯按下某指令按钮，该指令被登记，相应指示灯亮；到达预选层楼，指令消除，指示灯熄灭。2.1.3 继电器指令电路图1-3（5)召唤记忆与消除回路一般情况下，采用顺向截车选层方式，故召唤回路是有方向的。2.1.4 继电器召唤电路图1-4(6)选向电路作用：根据目前电梯的位置和指令，召唤的情况，决定电梯的运行方向。(7)选层回路指令选层：绝对的优先，有指令一定停车；召唤选层：满足同向、非直驶情况时可以执行。(8)运行控制回路启动加速、额定速度运行；停站减速；平层停车；指示电路包括层楼指示、指令指示、召唤指示、超载指示、召唤与超载蜂鸣。3 电气系统一般故障的检测判断3.1电梯电气安装规范电梯制造与安装安全规范GB7588-2003第12.4.3.1条规定：切断制动器电流，至少应用2个独立的电气装置来实现，不论这些装置与用来切断电梯驱动主机电流的电气装置是否为一体。当电梯停止时，如果其中一个接触器的主触点未打开最迟到下一次运行方向改变时，应防止电梯再运行。电梯必须停机修理故障中，电气控制系统故障占全部故障的8090月前电梯所选的电器元件基本上是一般的机床电器，其结构特点、使用寿命、技术指标等均不能完全适应电梯运行的要求。尤其是继电器、接触器组成的有触点控制的电梯，其接头和触头敏众多，因而事故也比较多，因此电梯故障嗡测保护器已成为电梯不可能缺少的配套装置。一般要求保护器能实时检测被监测电梯的工作及外电源的当前状况，对当前的状况进行实时智能分析，尽可能给出确切结果，对结果不能确定的问题提供警报，要求人工干预，切断电梯拖动及检测到的外电源，提供保护器电源参与援救，包括拖动轿厢到平层，开门放客，提供语言报警、关门，电梯返回基站，可见电源系统是保护器的关键。3.1.1故障的检查处理对于电梯所出现的电气故障要及时判断时修理，以下简要介绍两类电气故障的检查步骤和方法。(1)短路故障检查方法短路造成的故障有两种情况，一种是电源间短路，短路后产生极大的短路电流，能将熔断器熔体烧毁；由于故障现象明显，对电路分析即能查得排除。另一种是局部电路短路，触点粘合，开关不释放等，这种短路不产生大电流，熔断器保持完好。一般表现为电梯失控或电路上出现某一继电器不能释放，这时也可根据这一继电器的有关电路进行分段断开，逐步将故障排除3。(2)断路故障检查方法断路故障一般表现在接头松动、开关和触点接触不良、断线或元件损坏。检查方法可用万用表检查和短路检查法。采用万用表检查断路故障时，可分别用电阻挡和电压挡和电压挡进行测量检查。在使用电阻挡检查时，需断开电路电源，根据电路原理图逐段测量电路的电阻，根据各段电阻值的大小来分析故障点。在使用电压挡进行检查时，需给电路接通电源，然后根据电路原理图逐段测量电路的电压，并根据电压值的大小分析确定故障点。采用短路方法检查，即根据电梯电气控制原理罔，对可能出现故障的触点、开关等部分电路进行短接。短接后，如果故障消除，将说明故障将在这一部分电路，随后缩小范同，重复检查，即可能定故障点。3.1.2电梯电器、电路控制(1)安全电器电梯的关键安全控制部位均有电气安全装置实施控制。电气安全装置须由符合安全触点或安全电路标准的电气部件组成。目前国内盛行将集中串联电气安全装置的电气安全网路通过中继控制电器控制电梯驱动主机供电的设备(主控接触器)。电梯遵循安全规范的前提是首先具有良好的机械和电气常规设计。而有些设计忽视了电梯电气安全回路中继控制电器的控制对象的电气参数。在电气安全回路的中继控制电器元件的选型中，存在着利用普通继电器控制直流电路时选型不当的现象。常见的错误为采用交直流两用继电器作为电气安全回路的中继控制电器时，未考虑继电器的直流负载控制的电路技术参数。另一个值得注意的是控制电器元件的额定值一般均为控制电阻性负载时的额定值，在电梯电气安全回路的中继控制这类电感性负载电路中，相应的控制能力将大幅度下降，电器触点持续拉弧、烧熔、粘连的现象就难以避免。在电气安全回路的中继控制这样的电路中，将可能造成电气安全回路失效的重大危险。随着交流变频技术在电梯上广泛应用。在电梯主拖动、门机拖动方面都采用了交流变频技术。但在控制电器设计选择方面也存在一些问题。最明显的是变频器与电动机之间的接触器的选型。由于电梯交流变频控制的安全需要，许多设计者将变频器与电动机之间加设了接触器。这类设计对接触器的选型都是按照交流工频条件确定。而忽视了变频器输出的电流为交流工频至低频直至直流的变流特性。因为工频交流接触器的分断能力难于有效分断直流电流，因此此类设计在变频器输出的电流为低频交流和直流时，接触器分断时触点问将产生严重拉弧，不能分断直至烧毁的后果。按照安全规范的要求，当变频器输出在停车期间未能关断电流时，检测监控装置将指令接触器分断电路。这就意味着此类设计在变频器低频输出时难以有效关断电路。这对变频拖动的电梯在减速和再平层状态的控制将产生严重的影响。(2)安全电路按照安全规范的要求，安全电路分为常规元件组成和含有电子元件的两类。安全电路都要进行故障安全评价。对于故障分析时需要考虑哪些故障，就是GB75882003中14.1.1.1和附录H叶|所列出的故障。把这些故障分别输入评价流程图中，只有能到达“可接受”的设计才是符合安全标准的。对含有电子元件的安全电路还需进行规定的型式试验合格。目前对安全电路进行故障安全评价这一环节未能得到有效地控制。使用计算机软件(程序)作为安全电路的组成部分，是电梯控制技术发展的趋势；而GB7588标准中提到的安全电路的三个组成部分却并不包含软件(程序)。结 论电气控制技术在电梯中运用十分广泛，是乘客安全保障的基石。此论文设计，主要论述了电梯的主要构造及其电气电路的动作原理，分析了一些故障的检查处理。全文由电梯构造概述，介绍了电梯的主要系统。论述了电气部分的设计及要求功能，并且给出了一些电气控制原理图，电路中涉及到的主要硬件。在校外一个学期的培训和工作，我收获了许多电梯方面的知识，也为这次毕业论文答辩打下了坚实的基础。毕业论文设计是一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过把几个月来所学的知识写成一篇完整的文章，不仅拜托了单纯的理论知识学习状态，也学会了将其与实际相结合，锻炼了我综合运用所学的专业知识，解决实际工程问题的能力。实习情况总结在西继迅达电梯公司的毕业实习生活中，我学习到很多，也品尝到很多辛酸和快乐。但我始终牢记，实习不是正式工作，而是一个学习过程。不管是一个经验或是教训，还是任何一个认知、一个心得、一