墙壁升降椅的设计

墙壁升降椅的设计第一章丶概述墙壁升降椅分为折叠椅和升降机两部分，随着变频技术和PLC控制技术的发展，工厂中的自动化生产线也越来越多，由于一些行业的生产工艺的要求或是由于生产车间和场地的特殊情况，要求一些生产线需要配置相应的物件提升装置。以前在工厂中经常看见一些升降机械，这些升降机械很多由工频电机直接带动运行，电气控制部分一般都很简单，多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式。这些升降机械存在一些明显的问题，如启动停止和运行不平稳，升降运动过程动作不可靠，自动化程度不高，故障率较高，设备能耗高，无法应急运行，存在安全隐患等等。基于这些问题使得这些升降机械很难在工厂生产中发挥高效率的作用，同时也使得国内这些生产的升降机械无法与进口的自动化生产线配套使用，也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序。应用西门子S7-200PLC和西门子MM420变频器组成的升降椅控制和驱动系统，可以完成对升降椅自动运行的智能化控制和管理，可以根据生产线的实际生产需要和具体工艺要求自动调整升降方向和速度快慢。也可以在变频器发生故障时自动将发生故障的电机切换到工频状态应急工作，系统设有西门子TP170A触摸屏，可以向工作人员提示设备的状态和故障信息。整个系统自动化程度高，应用范围广，可以在多个行业与国内外各型生产线配套使用。1.1丶组成及其功能墙壁升降椅主要由曳引机，导轨，对重装置，安全设置（如限速器，安全钳和缓冲器等），信号操纵系统，可折叠式座椅等组成。这些部分分别装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，两端分别连接轿厢和平衡重，电动机驱使曳引轮使之下降。墙壁升降椅要求安全可靠，传送效率高，平面准确和乘坐舒适等。（1）拽引系统墙壁升降机拽引系统的功能是输出东西和传输动力，驱动墙壁升降机运行。主要由拽引机，拽引钢丝绳，导向轮和反绳轮组成。拽引机为墙壁升降机的运行提供动力，有电动机，拽引轮，连轴器，减速箱和电磁制动器组成。拽引钢丝的两端分别连折叠椅和对重，依靠钢丝绳和拽引轮的摩擦使得折叠椅升降。（2）导向系统导向系统由导轨，导靴和导轨架组成。它的作用是限制折叠椅和对重的活动自由度，使得折叠椅和对重只能沿导轨多升降运动。（3）重量平衡系统重量平衡系统是由对重和重量补偿装置组成。对重由对重架和对重块组成。使得重量差保持在一定范围以内，保证墙壁升降椅的拽引传动正常。4）电力拖动系统电气拖动系统由拽引电机，供电系统，速度反馈装置，调速装置等组成，它的作用是对升降椅进行速度控制。拽引电机是升降椅的动力源泉，根据配置和采用交流电机或者直流电机。供电系统是为电机提供电源的装置。速度反馈系统是为调速系统提供升降椅运行速度信号。一般使用测速发电机或速度脉冲发生器与电机相连。调速装置对拽引电机进行速度控制。5）电气控制系统升降椅的控制系统由控制装置，操纵装置，平层装置等部分组成。其中控制装置根据升降椅的运动逻辑要求控制升降机的运行，设置在机房的控制柜上。操纵装置由升降椅上的按钮操纵升降椅的运行。平层装置是发出平层控制信号，使升降椅准确平层的控制装置。所谓平层是指升降椅在靠近某一楼层的停靠站时，欲使升降椅地坎与厅门地坎达到同一平面的操作。6）安全保护系统安全保护系统包括机械的和电气的各种保护系统，可保护升降椅的安全使用。机械方面有：限速器和安全钳起超速保护作用，缓冲器起撞顶和缓冲作用，还有切断总电源的极限保护装置。电气中的安全保护在各个运行环节中各有体现。

1.2丶结构原理升降椅是机电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分好比是人的神经，控制部分好比是人的大脑。各部分通过控制部分调度，密切协同，使得升降椅可靠运行。尽管种类繁多，但是现在使用的绝大多数为电力拖动，钢丝绳拽引式结构，下面是结构组成图。图1-1表示为机房平面布局。pa?cu1clmachine-reamMitHJW-芒百一1宮图1-1表示为机房平面布局。pa?cu1clmachine-reamMitHJW-芒百一1宮A图1-2表示为井道立体图口賤金主邛鲁r垂睡暑HL墓H鲁r垂睡暑HL墓H去鶉幷遗立而囲vertEcaila^i*图1-2图1-3为井道平面图1．3工作原理拽引绳两端分别连着升降椅和对重，缠绕在拽引轮和导向轮上，拽引电动机通过减速器变速后带动拽引轮转动，靠拽引绳和拽引轮的摩擦产生的牵引力，实现升降椅和对重的升降运动，并达到传输目的。固定在升降椅上的导靴可以沿着安装在建筑物上面的井道墙上固定的导轨往复升降运动，防止升降椅运动中的倾斜或者摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使升降椅停止运作，并在指定层站上维持其静止状态，使得人员出入。补偿装置用来补偿拽引绳运动中的张力和重量变化，使拽引电机运转稳定，升降椅能准确停靠。电气系统实现对升降椅的运动控制，同时完成选层，平层，测速，照明工作。指示呼叫系统随时显示升降椅的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。4升降椅的PLC控制系统的功能分析整个升降系统的组成由核心控制元件PLC,电机马达开关，按钮，指示灯和外部光电传感器等元部件组成。其中由面板旋钮开关和带锁的钥匙旋钮开关选择整个系统的工作状态，通过安全继电器的得失电来区分自动运行和手动运行的输出电源的通和断。这样就使得系统只有在自动运行和手动运行的输出电源通和断。当系统在手动运行状态下，PLC运行端子无输出电压。马达开关作用为当系统指令电机以工频方式工作时，起到保护电机的作用。人机界面能够方便操作人员对设备进行操作和监控，实时显示工作状态。指示灯向PLC传输外部状态信号，指示电梯的工作状态。自动化控制系统中的安全部分的紧急停止按钮拥有最高的设备输出终止权。第二章丶机械设计1可编程控制器机型的选择为了完成设定的控制任务，主要根据升降椅的控制方式与输入输出的点数和占用内存的多少来确定PLC的机型。所需输入输出点数与内存容量估算如下：（1）输入输出点的估算：采用PLC构成简易升降椅的电气控制系统。升降椅的上下行由一台电动机拖动，电动机正转为升降椅上升，反转为升降椅下降。一层有上升呼叫按钮K1和指示灯H1,二层有上升呼叫按钮K2,指示灯H2以及下降按钮K4和指示灯H4,三层有呼叫上升按钮K3和指示灯H3以及下降呼叫按钮K5和指示灯H5，四层下降呼叫按钮K6和指示灯H6。一至四层有到位形成开关SQ1—SQ4。一至四层呼叫按钮K7—K10和指示灯H7—H10o内存容量的估算用户控制程序所需内存容量与内存利用率，输入输出点数，用户的程序编写水平因素有关。因此，在用户编写前只能根据输入输出点数，控制系统的复杂程度进行估算。本系统开关量I/O总数只有36个，模拟量I/O总数只有0个。利用估算PLC内存总量计算公式：存字数二开关量I/O总点数*(10—15)+模拟量I/O总数*(150—250)再按30%左右预留余量。估算本系统需要约1K字节的内存容量。综合I/O点数以及内存容量，S7—200的CPU226输入，输出点数为24/16,以满足要求。2．2电气控制主电路图

曳引电机门电机曳引电机门电机图中KM1,KM2控制拽引轮电机正反转使电梯上下行，KM3,KM4控制椅子马达正反转，使得自动椅收缩。2．3安全保护装置（1）所示是目前广泛使用的电气开关或极限开关的安装示意图。其强迫换速开关、限位开关和极限开关均为电气开关，尤其是限位和极限开关必须符合电气安全触点要求。

3131、6—终端极限开关；2—上限位开关；3—上强迫减速开关；4—下强迫减速开关；5—下限位开关；7—导轨；8—井道顶部；9—井道底部（2）限速器绳的张紧轮安装在井道底坑。限速器绳绕经限速器轮和张紧轮形成一全封闭的环路，其两端通过绳头连接架安装在升降椅架上操纵安全钳的杠杆系统。张紧轮的重量使限速器绳保持张紧，并在限速器轮槽和限速器绳之间形成摩擦力。升降椅上、下运行同步地带动限速器绳运动从而带动限速器轮转动。如下图所示。

1—限速器；2—张紧轮；3—重砣；4—固定螺钉；5—连接升降椅架（3）在超速时，首先由甩块上的一个螺栓打动安全开关。当继续超速时，甩块进一步甩开触动棘爪卡在制动轮上，制动轮拉动触杆通过压杆将压块压在限速器绳轮的钢丝绳上。使绳轮和限速器绳被刹住压块的压紧力由弹簧调定。1—电气开关；2—甩块；3—触杆；4—绳轮；5—弹簧；6—压杆;7—压块：8—制动轮；9—底板限速器的动作速度应不小于115％的额定速度，但应小于下列值：配合楔块式瞬时式安全钳的为0．8m／s；配合不可脱落滚柱式瞬时式安全钳的为1.0m/s；配合额定速度小于或等于1m/s的渐进式安全钳的为1.5m/s；0.25配合速度大于1m/s的渐进式安全钳的为1.25u+—(u为升降椅额定速度)。对于载重量大，额定速度低的电梯，应专门设计限速器，并用接近下限的动作速度，若对重也设安全钳，则对重限速器的动作速度应大于轿厢限速器的动作速度，但不得超过10％。限速器绳应选柔性良好的钢丝绳，其绳径不小于6mm，安全系数不小于8。限速器绳由安装于底坑的张紧装置予以张紧，张紧装置的重量应使正常运行时钢丝绳在限速器绳轮的槽内不打滑，且悬挂的限速器绳不摆动。张紧装置应有上下活动的导向装置。限速器绳轮和张紧轮的节圆直径应不小于所用限速器绳直径的30倍。为了防止限速器绳断裂或过度松驰而使张紧装置丧失作用，在张紧装置上应有电气安全触点，当发生上述情况时能切断安全电路使电梯停止运行。限速器动作时，限速器对限速器绳的最大制动力应不小于300N,同时不小于安全钳动作所需提拉力的两倍。若达不到这个要求，很可能发生限速器动作时限速器绳在限速器绳轮上打滑提不动安全钳，而升降椅继续超速向下运动。为了提高制动力，没有夹绳、压绳装置的限速器绳轮应采用V型绳槽，绳槽应硬化处理。限速器必须有非自动复位的电气安全装置，在轿厢上行或下行达到动作速度以前莴时动作，使电梯主机停止运转。过去曾用过没有电气安全开关的摆锤式和离心压杆限速器现都应停止使用。限速器上调节甩块或摆锤动作幅度（也是限速器动作速度）的弹簧，在调整后必须有防止螺帽松动的措施，并予以铅封，压绳机构、电气触点触动机构等调整后，也要有防止松动的措施和明显的封记。限速器上的铭牌应标明使用的工作速度和整定的动作速度，最好还应标明限速器绳的最大张力。5）安全钳装置包括安全钳本体、安全钳提拉联动机构和电气安全触点。1—安全钳楔块；2—安全钳座；3—轿厢架；4—防晃架；5—垂直拉杆；6—压簧；7—防跳器；8—绳头；9—限速器绳；10—主动杠杆；11—安全钳急停开关；12—压簧；13—正反扣螺母；14—横拉杆；15—从动杠杆；16—转轴；17—导轨第三章丶技术要求3．1系统要求对于升降椅的控制，可选用继电-接触系统或可编程控制器来完成，但是二者有各自的特点：（1）、继电-接触系统：它的优点是线路直观，大部分电器均为常用电器，更换方便，价格较便宜。但是他触点繁多，线路复杂，电器的电磁机构及触点动作较慢，能耗高，机械动作噪音大，而且可靠性差。（2）、PLC在设计和制造上采取了许多抗干扰措施，使用方便，扩展容易。它使用了梯形图和可编程指令，易于掌握。总之，PLC取代继电-接触系统已经成为大的趋势。基于上述原因，我选择用可编程控制器来完成对升降椅的控制。3．2控制要求（1）、升降椅的控制要求：选向：根据升降椅各层内选外呼信号的先后和停止时升降椅所在的楼曾位置决定升降椅的运行方向。选层换速：指升降椅能够根据椅子上所选层而决定运行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原则。并且在每次平层的时候都能够换速。楼层位置的指示：选用了数码管显示的方法。由于FX2N系列已有内部计数-译码驱动模块，所以只要外部加上LED七段显示管和电源就可以显示楼层了。（2） 、自动椅的控制要求：要求当自动椅平层的时候，经过10秒钟后自动椅自动贴紧墙上。（3） 、补充要求：出了上述两个要求以外，还要注意的一点就是备用电机的使用，一但曳引电机出现故障，备用电机将手动控制转入运行状态，避免因曳引惦记出故障而引发的不必要的麻烦。3．3可编程控制器的要求（1）、由于市面上三菱产品型号较多，种类齐全，技术先进，所以选择较前沿的产品三菱FX2N系列产品。系统设计的硬件接线图如图所示。

2）、可编程控制器的硬件设计a、输入输出点的估算:首先列出被控制对象输入输出的设备名称，并根据所需要的输入输出点数进行统计，根据统计的数据，增加10%〜20%的可扩展余量后就得到了输入输出点数的估计数据。以此为依据可以算出I/O总点数约为100点。b、开关量输入、输出模块的选择:根据PLC输入、输出量点数与性质，可确定I/O模块型号与数量，高密度模块如32、64点，平均每点价较低，但受到工作电压、工作电流和环境温度的限制，同时应注意同时接通的点数不应超过总数的60%。c、I/O点的分配输出：名称输入点名称输出点关门极限开关X000自动椅层呼钮X020开门极限开关X001自动椅二层呼钮X021上下平层干簧触点X002自动椅三层呼钮X022轿子内关门按钮X003自动椅四层呼钮X023轿子内开门按钮X004自动椅五层呼钮X024一层上行召唤按钮X005层上行干簧感应触占八、、X025二层上行召唤按钮X006二层上行干簧感应触占八、、X026二层下行召唤按钮X007二层下行干簧感应触占八、、X027三层上行召唤按钮X010三层上行干簧感应触占八、、X030三层下行召唤按钮X011三层下行干簧感应触占八、、X031四层上行召唤按钮X012四层上行干簧感应触占八、、X032四层下行召唤按钮X013四层下行干簧感应触占八、、X033五层下行召唤按钮X014五层下行干簧感应触占八、、X034自动椅打开开关X015上下行强迫换速开关X035自动椅打开开关X016速度继电器感应触点X036椅区感应开关X017光点感应触点X037

输出：名称输入点名称输出点自动椅打开接触器Y003四层自动椅上指示按钮Y026自动椅闭合接触器Y007五层自动椅上指示按钮Y027上行交流接触器Y010一层上行召唤指示灯Y030下行交流接触器Y011二层上行召唤指示灯Y031加速接触器Y012二层下行召唤指示灯Y032快速接触器Y013二层上行召唤指示灯Y033慢速接触器Y014二层下行召唤指示灯Y034第一慢速减速接触器Y015四层上行召唤指示等Y035第二慢速减速接触器