曳引式电梯单控系统.docx

1 引言电梯是标志现代物质文明的垂直运输工具、是机电一体化的复杂运输设备它涉 及电子技术、机械工程、电力电子技术、微机技术、电力拖动系统和土建工程等多个 科学领域目前电梯的生产情况和使用数量已成为一个国家现代化程度的标志之一 随着现代化城市的高速发展，每天都有大量人流及物流需要输送为节约用地和适应 经贸事业的发展，一幢幢高楼拔地而起，这些高层建筑的垂直运输是一个突出问题， 与人们的工作和生活紧密相关随着社会的发展，电梯的使用越来越普遍，已从原来只在商业大厦、宾馆使用， 过渡到在办公楼、居民楼等场所使用，并且对电梯功能的要求也不断提高，相应地其 控制方式也在不停地发生变化对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器—接触器 控制系统进行控制，随着技术的不断发展，微型计算机在电梯控制上的应用日益广泛， 现在已进入全微机化控制的时代当今时代随着高层建筑的日益增多和建筑设计的档次的提高，使得人们对电梯的 要求也越来越高目前已不仅限于要求电梯搭乘快速、舒适，制造坚固，装潢考究， 人们对电梯的安全可靠性及多功能性正提出越来越高的要求，为此电梯正朝着控制智 能化的方向发展而电梯的核心是电梯控制器，电梯控制器的实现也有多种方式，诸如PLC、单片 机等等.在以往的电梯控制器设计中，大部分都是采用PLC来实现，但是PLC是基于外 围的硬件实现电梯的控制,而如果在采用PLC的基础上采用硬件描述语言来完成电梯 控制器的设计，这样就更能实现电梯的智能。

集选控制是一种将轿厢内指令与厅外召唤等各种信号集中进行综合分析处理的 高度自动控制功能它能对轿厢指令、厅外召唤登记，停站延时自动关门起动运行， 同向逐一应答，自动平层自动开门，顺向截梯，自动换向反向应答，能自动应召服务本设计所要达到的是曳引式电梯的单控实现，设计的内容主要是以一个比较完整 的电梯为例，介绍单控实现的具体方法，从操纵方法来看，属于集选控制电梯2 电梯控制系统的总体设计2.1 曳引电梯的基本结构 曳引式电梯是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯，其基本结构如图 2-1 所示电梯系统由电梯机械模型和控制装置组成，电梯机械模型包括电梯曳引机、变频 器、控制单元、终端保护装置、轿厢和轿架、导轮、对重、曳引钢丝绳对重、厅门、 召唤按钮箱、层楼指示灯箱等组成部分控制设备由PLC、变频器、电脑主机、PLC 控制键盘等组成1-减速箱；5-限速器；9-开关碰铁；13-轿门；17-对重，21-缓冲器；25-层楼指示灯29-开门机；33-曳引电机；6-机座;10-紧急1 2 口:-安全18-补偿坑行道底随旳6-一O- 32 03PJ ^12(34-制动器'井車终端钳；; 链;4-导向轮；8-曳引钢丝绳；12-轿架；16-绳头组合；20-张紧装置；24-呼梯盒；28-轿内操纵箱;32-控制柜；图2-1式电梯结构图2.1.1 曳引机电梯的曳引机是电梯的驱动装置，曳引机包括：1）驱动电动机：交流梯为专用 的双速电动机或三速电动机。

直流梯为专用的直流电机2）制动器：在电梯上通常 采用双瓦块常闭式电磁制动器电梯停止或电源断电情况下制动抱闸，以保证电梯不 致移动3）减速箱：大多数电梯厂选用蜗轮蜗杆减速箱，也有行星齿轮、斜齿轮减 速箱无齿轮电梯不需减速箱4）编码器：作用是把电动机所转的圈数按照一定的 编码规则记录下来，保存在高速计数器中此类计数器从 PLC 的一个高速输入端输 入 A 相计数脉冲信号，从 PLC 的另一个高速输入端输入 B 相计数脉冲信号， C251~C255 都是这一类的计数器，本程序将使用 C251 计数器5）曳引轮：曳引机 上的绳轮称为曳引轮两端借助曳引钢丝绳分别悬挂轿厢和对重，并依靠曳引钢丝绳 与曳引轮绳槽间的静摩擦力来实现电梯轿厢的升降6）导向轮或复绕轮：导向轮又 称抗绳轮电梯轿厢尺寸一般都比较大，轿厢悬挂中心间的距离往往大于设计上所允 许的曳引轮直径因此对一般电梯而言，通常要设置导向轮，以保证两股向下的曳引 钢丝绳之间的距离等于或接近轿厢悬挂中心和对重悬挂中心间的距离对复绕的无齿 轮电梯而言，改变复绕轮的位置同样可以达到上述目的对有齿轮曳引机由传统的蜗 轮蜗杆传动逐渐向行星式齿轮传动和高精度硬齿面圆柱齿轮传动发展之势，这有利于 缩小曳引机体积及提高承载能力和传动效率，而且可使其向高速化发展。

电梯曳引机电动机并不是通常体积的普通工业用的交流感应电动机，电梯时典型 的位能负载，根据电梯的工作性质，电梯曳引电动机应具有的特点如下：•能频繁地起动和制动；•起动电流较小；•电动机运行噪声低；•对电动机的散热要作周密考虑；•电梯曳引电动机为双绕组双速电动机；除了上述特点以外，电梯交流调速用曳引电动机往往备有两个轴伸端：其中一端 为传动端，与减速器耦合；另一端为非传动端，通常装有飞轮，用以增加运动系统的 转动惯量，改善起动过程乘坐舒适感2.1.2 导向系统导向系统由导轨、导靴和导轨架等组成它的作用是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动导轨固定在导轨架上，导轨架是承重导 轨的组件，与井道壁联接导靴装在轿厢和对重架上，与导轨配合，强制轿厢和对重 的运动服从于导轨的直立方向2.1.3 门系统门系统由轿厢门、层门、开门机、联动机构、门锁等组成轿厢门设在轿厢入口， 由门扇、门导轨架、门靴和门刀等组成层门设在层站入口，由门扇、门导轨架、门 靴、门锁装置及应急开锁装置组成开门机设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力 源升嘩显示轿箱图2-2电梯< 3：t J拟示意图爭动并关1】按同楔层显示2.1.4轿厢轿厢用以运送乘客或货物的电梯组件。

它是由轿厢架和轿厢体组成轿厢架是轿 厢体的承重构架，由横梁、立柱、底梁和斜拉杆等组成轿厢体由轿厢底、轿厢壁、 轿厢顶及照明、通风装置、轿厢装饰件和轿内操纵按钮板等组成轿厢体空间的大小 由额定载重量或额定载客人数决定轿厢外观如图 2-2 所示图 2-2 顺便把电梯其他 组成部分显示出来了2.1.5 重量平衡系统重量平衡系统由对重和重量补偿装置组成对重由对重架和对重块组成对重将 平衡轿厢自重和部分的额定载重重量补偿装置是补偿高层电梯中轿厢与对重侧曳引 钢丝绳长度变化对电梯平衡设计影响的装置2.1.6 电力拖动系统电力拖动系统由曳引电机、供电系统、速度反馈装置、调速装置等组成，对电梯 实行速度控制曳引电机是电梯的动力源，根据电梯配置可采用交流电机或直流电机 供电系统是为电机提供电源的装置速度反馈装置是为调速系统提供电梯运行速度信 号一般采用测速发电机或速度脉冲发生器，与电机相联调速装置对曳引电机实行 调速控制如图 所示，两个三相电机分别为门电机和曳引机，转换开关 CS1 用于控 制交流电源通断，熔断器FU1作短路保护，接触器KM1、KM2、KM3、KM4的主触头控 制电动机的运行状态，热继电器FR1、FR2作过载保护，PE接地。

主电路的特点是由 KM1、KM2实现三相电源任意两相的调换，以实现两个方向的稳定运行，要求KM1、KM2 不能同时动作以避免电源相间短路，有两个单向运行控制部分组成，两部分之间互锁 是通过将各自的常闭触点串接在对方的工作电路中来实现的，进一步保证电路的安 全、可靠L1L2KMKM2KM3KM14FR1匚匚FR2匚匚匚L3图 2-3 电气原理图2.1.7 电气控制系统电气控制系统由操纵装置、位置显示装置、控制屏、平层装置、选层器等组成, 它的作用是对电梯的运行实行操纵和控制操纵装置包括轿厢内的按钮操作箱或手柄开关箱、层站召唤按钮、轿顶和机房中 的检修或应急操纵箱控制屏安装在机房中，由各类电气控制元件组成，是电梯实行 电气控制的集中组件位置显示是指轿内和层站的指层灯层站上一般能显示电梯运 行方向或轿厢所在的层站选层器能起到指示和反馈轿厢位置、决定运行方向、发出 加减速信号等作用2.1.8 安全保护系统安全保护系统包括机械和电气的各类保护系统，可保护电梯安全使用机械方面的有：限速器和安全钳起超速保护作用；缓冲器起冲顶和撞底保护作用； 还有切断总电源的极限保护等电气方面的安全保护在电梯的各个运行环节都有。

限位器是当轿厢运行速度达到 限定值时，能发出电信号并产生机械动作的安全装置在整个系统中一共使用了 4 个限位器和 4 个传感器，4 个限位器是机械的只有上 行减速限位器和上行平层限位器，下行的也是限位器重的感应片和传感器是配合使 用的，只有当传感器与相应的铜片对齐时，传感器上的红灯才会亮2.1.9 变频器部分 变频器的设置在模型建立中式比较重要的，根据以下选择进行变频器的选取.(1) 变频器容量计算变频器的功率可根据曳引机电机功率、电梯运行速度、电梯载重与配重进行选取设电梯曳引机电机功率为P；,电梯运行速度为V,电梯自重为WI电梯载重为w:，配 重为w3，重力加速度为g,变频器功率为P在最大载重下，电梯上升所需曳引功率 为P :2P= (Wl+WZ-W3)g+F12其中F=K(wl+w2+w3)g电机功率P1,变频器功率P应接近于电机功率Pl，相对于P2 留有较大裕量，可取P=l.5P2因为：K=0.02，wl=1600Kg， w2=800Kg， w3=2000Kg， g=9.8m/s2,，v=1.5 m/s代入以上各参数，得P2=7.2Kw电机功率Pl=llKW，变频器的功率P应接近于电机功 率 Pl ，相对于 P2 留有较大裕量，可取 P=l.5P =10.8KW 。

2 根据以上的分析，选取变频器的额定功率为 11KW2）变频器制动电阻参数的计算由于电梯为位能负载，电梯运行过程中产生再生能量，所以变频调速装置应具有制动功能TD1000型变频器可采用能耗制动方式将再生能量消耗在制动电阻上，成本较低而且具有良好的使用效果能耗制动电阻 Rz 的大小应使制动电流12 的值不超过变频器额定电流的一半，即 I=U0/RZZ其中 U0 为额定情况下变频器的直流母线电压由于制动电阻的工作不是连续长期工作，因此其功率可以大大小于通电时消耗的功率根据这个原则，爱默生公司为各种型号的变频器配备了制动电阻，查阅TD1000变频器的使用说明书可得，电机额定功率为 11KW 时，选用的制动电阻型号为 R01- 1400W603） TD1000变频器的参数设置TD1000变频器共有134个功能参数需要设置，这些功能参数可以分为8组，每 一组参数的设定都具有特定的含义这 8 组参数分配及含义如表 2-1 所示范围说明1 F000 〜F019基本运行功能参数2 F020 〜F050辅助功能3 F051〜F062闭环控制功能4 F063〜F080输入输出端子功能选择5 F081〜F085显示功能设定6 F086〜F093电机特性参数及特殊功能7 F094〜F101记忆检查功能8 F102〜F134参数初始化表 2-1 TDI000 变频器的功能参数组号在进行参数的设定时，一般要遵循以下原则:1、 为减小启动冲击及增加调速的舒适感，其速度环的比例系数宜小些，而 积分时间常数宜大些;2、 零速一般设里为OHz，带速抱闸功能将影响舒适感。

3、 变频器其他常用参数可根据电网电压和电机铭牌直接输入（4）TD1000变频器的配线三种基本运行的控制部分配线分别如。