教学型电梯模型的设计与实现机电基础综合实验指导书毕业论文.doc

2014～2015学年度 第一学期《机电基础综合实验》实验指导书机械电子工程系 实验模块：教学型电梯模型的设计与实现实验学时：32实验班级：11机械电子工程1,2机电工程学院 1．实验性质和任务本课程是机械电子工程的专业必修课课程设计的目的和任务在于使学生掌握机械设备电器控制的基本知识、基本原理和基本方法,以培养学生对电气控制系统的分析和设计的基本能力，加深学生对课程内容的理解，验证理论和巩固、扩大所学的基本理论知识2．实验要求通过本实验教学有计划的培养和训练，应达到以下诸方面的要求1.培养学生具有一定的实践技能，树立实事求是的思想和严谨的科学作风 2.能正确设计电气控制线路原理图3.能正确选择常用低压电气元件4.能独立的完成综合实验说明书，提高分析问题和解决问题的能力3．实验内容与学时安排本课程是项目式实践性教学，机电基础综合实验项目有：1.直线抓取机械手的设计与实现2. 教学型电梯实验模型的设计与实现3. 数控车床控制系统设计、调试与维修等项目学生可自主选择，内容主要包括以下六个部分：1. 常用低压电器认识；2. 机械设备电气控制的工作原理及组成；3. 基本控制电路设计；4. 电气控制线路原理图的设计和绘制；5. 正确选择常用低压电器，完成电器元件明细表；6. 独立的完成综合实验说明书，提高分析问题和解决问题的能力。

各项目组根据具体设计内容，参照模板、实验要求和设计内容自行编写实验报告教学型实验电梯模型简介基于PLC控制的教学电梯模型是依据机械电子工程专业机电基础综合实验教学的要求而开发的实验装置，主要功能包括PLC应用、基于交流电机及变频器的升降运动控制、基于直流电机的开关门控制、组态软件的使用、传感器的应用等通过该实验装置的操作，可掌握PLC控制系统软件和硬件结合的设计与调试方法、传感器、驱动器/执行器使用、PLC与触摸屏连接控制以及PLC控制变频器进行交流调速等应用所设计的教学电梯模型具有以下特点：（1）工业型材构架，采用标准配件，学生可参考使用说明自行搭建模型2）模型的底盘和电机采用封装结构，有效阻止杂物进入，增加装置使用寿命3）装置接口开放，可扩展性强，可根据教学需求与触摸屏、现场总线模块等配合，完成人机界面、现场总线等实验教学电梯模型结构如图：图1 教学电梯模型结构示意图1—交流电动机 2—编码器 3—触摸屏 4—PLC主机5—按钮 6—轿厢 7—变频器 8—控制柜（1）台架台架采用铝型材搭建，底座设置抽屉用于放置电源及接口单元和控制单元，台架底部装配可锁转轮，方便整个装置的移动。

2）PLC主机模块PLC主机模块采用三菱FX2n-64MR-001或西门子S7-200主机，所有接口均开放3）教学电梯主体电梯模型的硬件部分主要由PLC、变频器、电梯轿厢、电梯本体等构成电梯内有可开关门的轿厢，轿厢内由门控电机控制，执行开关门动作；轿厢由顶部升降电机带动可上下运动，用PLC的PWM脉冲输出功能驱动变频器，由变频器控制交流电动机的速度来实现主体的每一层均设有限位开关、外呼按钮和指示灯配备控制盒，方便电路的检查和各I/O工作情况的监控电梯提供接线端口，可方便的与多种型号的PLC相连接底盘设有光电编码器件，可精确定位各个机械元件采用铝材加工件固定 （4）PC机部分 PC机部分采用PC机+编程软件+组态王软件（或+触摸屏）的模式学生可以自由编写控制程序，完成相关实验5）配套设备系统还包含电涡流传感器（电缆信号检测）、压电传感器（轿厢物块超载检测）、光电传感器（轿厢开关门感应）等传感与测量设备教学电梯模型控制要求：教学电梯模型主要是模拟实际电梯中的大部分电气控制，控制要求如下:（1）电梯具有两种运行模式：自动模式和手动模式（也叫消防模式）2）在手动模式（消防模式）下，电梯轿厢可以实现上行、下行、开门、关门等动作，并且可以随时停止，随时开关门。

3）在自动模式下，电梯的控制比较复杂，具体如下：①当由手动模式改为自动模式或者电梯在自动模式下通电时,电梯关闭轿厢门，然后自动下降，返回下基准位置进行原点定位在此过程中，不响应任何呼叫信号到达基准位置后，电梯可以接受呼叫信号，进入正常运行阶段②当有外呼梯信号到来时，电梯去对应的楼层响应该呼梯信号电梯轿厢响应某一个请求信号时，首先自动开门如果有人按下关门按钮，轿厢将关门如果没有人按下关门按钮，电梯轿厢门将延时一段时间后自动关门③设计暂不涉及内呼梯信号④在电梯运行过程中，只响应经过楼层同方向的外呼梯信号，不响应经过楼层反向外呼梯信号但如果某反向外呼梯信号前方再无其他外呼梯信号，则电梯响应该外呼梯信号例如：电梯轿厢在一楼，将要运行到三楼，在此过程中可以响应二层向上外呼梯信号，但不响应二层向下外呼梯信号同时,如果电梯到达三层,如果四层没有任何呼梯信号,则电梯可以响应三层向下外呼梯信号否则,电梯将继续运行至四楼，然后向下运行响应三层向下外呼梯信号⑤电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能例如：电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯、三层向下外呼梯或者四层向下外呼梯信号到来，则电梯先去四楼响应四层向下外呼梯信号。

⑥电梯未平层或运行时，开门按钮、关门按钮均不起作用平层且电梯停止运行后，按开门按钮轿厢门打开，按关门按钮轿厢门关闭⑦电梯具有显示现在轿厢所处于的楼层以及电梯轿厢运行方向的能力，方便乘客⑧电梯运行具有加速和减速控制当电梯开始运行时，从某一个较低的初始速度开始加速，直到最高速度当电梯将要接近一个需要停下来的楼层时，从最高速度进行减速，最后以一个较低的速度平层楼层和平层检测采用旋转编码器累计脉冲计数来实现设计过程中学生可根据实际情况及自己的想法自行设计机械结构，不局限于图1所示结构实验安全操作规程为了顺利完成机电基础综合实验，确保实验时人身安全与设备可靠运行要严格遵守如下安全操作规程：1、在实验过程时，绝对不允许实验人员双手同时接到隔离变压器的两个输出端，将人体作为负载使用2、为了提高学生的安全用电常识，任何接线和拆线都必须在切断主电源后方可进行3、为了提高实验过程中的效率，学生独立完成接线或改接线路后，应仔细再次核对线路，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源4、如果在实验过程中发生过流告警，应仔细检查线路以及电位器的调节参数，确定无误后方能重新进行实验5、在实验中应注意所接仪表的最大量程，选择合适的负载完成实验，以免损坏仪表、电源或负载。

6、电源控制屏以及各挂件所用保险丝规格和型号不得私自改变其规格和型号，否则可能会引起不可预料的后果7、系统起动前负载电阻必须放在最大阻值，给定电位器必须退回至零位后，才允许合闸起动并慢慢增加给定，以免元件和设备过载损坏8、在直流电机启动时，要先开励磁电源，后加电枢电压在完成实验时，要先关电枢电压，再关励磁电源实验一 教学电梯模型认识实验（4学时）一、实验目的1、了解教学电梯模型的结构、用途和工作过程2、了解教学电梯电气控制的工作原理3、教学电梯控制方式选择4、正确选择常用低压电器，完成电器元件明细表二 、实验仪器与设备开关电源、变频器、三相交流电机、旋转编码器、PLC、PLC特殊功能模块、三菱PLC通讯线、电磁阀、铝型材、导线、接口端子、限位开关、标准件、导轨滑块、电控柜、电梯显示板（LED七段码）、按钮开关、交流接触器、电涡流传感器、轿厢超载检测、电梯平层感应器、霍尔传感器、霍尔开关、运算放大器、滤波器元件、工具包及其他非标零件三、预习要求1、了解工业常用电梯模型的结构、用途和工作原理2、复习电气控制有关常用低压电器基础知识3、电梯系统组成及电梯系统电气控制的原理四、实验内容与步骤1、常用低压电器认识低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。

控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类常用低压电器按种类可分为：刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等2、电梯系统模型结构与工作过程分析（1）电梯结构上可分为机械部分和电气部分，其中机械部分包括：轿厢系统，导向系统，曳引系统，门系统和重量平衡系统；电气部分包括电力拖动系统，电气控制系统和安全保护系统2）电梯工作原理简介：曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的3、教学电梯模型结构分析（1）轿厢系统：电梯轿厢是装载乘客或货物的箱形结构部件轿厢由轿厢架和轿厢体组成2）导向系统：导向系统由导轨,导靴和导轨支架组成导轨是电梯行驶在井道的安全路轨，导轨安装在井道壁上，被导轨支架固定连接在井道墙壁导轨架作为导轨的支撑件,被固定在井道壁上导靴安装在轿厢架和对重架的两侧,导靴的靴衬与导轨工作面配合，使一部电梯在曳引绳的牵引下，轿厢和对重分别沿着各自的导轨作上、下运动3）曳引系统：曳引系统的作用是向电梯输送与传递动力。

由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮和反绳轮等组成4）门系统：电梯门系统可以分为两部分，装在井道入口层站处的为层门，装在轿厢入口处的为轿厢门层门和轿厢门按照结构形式可分为中分门、旁开门，垂直滑动门、铰链门等中分式门主要用在乘客电梯上，旁开式门在货梯和病床梯上用得较普遍，垂直滑动门主要用于杂物梯和大型汽车电梯上铰链门在国内较少采用，在国外住宅梯中采用较多 （5）重量平衡系统：一般包含对重、轿厢、补偿链和随行电缆等，它能使对重与轿厢能达到相对平衡，保证电梯的曳引传动平稳6）电力拖动系统：电梯的电力拖动系统的功能是为电梯的提供动力，并对电梯的启动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用拖动系统的优劣直接影响着电梯起停时的加速和减速性能、平层精度、乘坐舒适感等指标目前电梯的拖动系统分为直流电动机拖动、交流电动机拖动和永磁同步电动机拖动7）电气控制系统：电梯的电气控制系统，主要是指对电梯主曳引电动机和门机的启动、运行方向、减速、停止的控制，以及对每层站显示、层站召唤、轿内指令、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电梯电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，PLC控制和微机控制的电梯产品已成为主流。

电梯电气控制系统结构上主要包含以下装置: 操纵箱； 召唤盒； 层站位置显示装置； 平停层装置(换速,平层装置)； 端站强迫换速开关,限位开关； 控制柜； 各位置检修箱8）安全保护系统：主要指设计电梯的上下行超速保护装置（限速器/安全钳），供电电源错相或电源欠压保护装置（相序继电器），在电梯自动关门过程中防止人员或物品被夹受损的安全触板，超载保护，消防功能及安全回路设计4、教学电梯模型控制方式选择控制方式的选择直接决定着电梯的自动化程度和运行性能随着微电子技术、交流调速理论和电力电子学的迅速发展及广泛使用，不仅提高了电梯的整机性能，而且也改善了电梯的乘坐舒适感、提高了电梯控制的技术水平和运行可靠性电气控制系统的类型除传统的继电器控制外，。