典型机电一体化产品-电梯论文.doc
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1、平顶山工业职业技术学院 前言电梯是光、机电一体化产品,是高层建筑的垂直交通工具。主要用于宾馆、办公楼、住宅楼、医院等场合。轿厢控制系统是电梯的主要部件。控制系统是电梯的心脏部件。控制系统的可靠性、稳定性决定电梯的档次。目前常用的控制系统有PLC控制和微机控制系统,国产的微机系统抗干扰能力较差,性能不稳定,应用不广泛。可编程控制器(PLC)是一种专为在工业环境是应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程序的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运用等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。从20世纪80年代我国兴起可编程控制器热以
2、来,可编程控制器在自动控制领域应用越来越广泛。早期电梯采用的继电器逻辑控制系统,现在逐渐被淘汰。PLC控制具有故障率低、可靠性高、使用寿命长、编程和维护方便等优点,目前在电梯行业已得到广泛应用。本文介绍了基于PLC的电梯控制系统的组成、原理,并给出了相关的硬件和软件设计。关键字 电梯 控制器 自动 组成 原理 目录前言1第一章 电梯的结构组成和工作原理31.1 电梯的结构组成31.2 电梯的工作原理5第二章 电梯控制的原理与实现52.1 电梯控制系统原理框图52.2 电梯控制系统硬件结构框图62.3 电梯控制系统构成62.3.1 变频调速回路72.3.2 输入输出回路72.3.4 电梯的运行控
3、制9第三章 电梯安全性检测分析103.1机振动检测技术113.2 控制系统检验123.3安全部件的检验12第四章 电梯的电力拖动系统134.1 电梯门机系统简介144.2 电梯主拖动18参考文献20第一章 电梯的结构组成和工作原理1.1 电梯的结构组成电梯基本组成1、机房(上、下、侧置式) 曳引机、控制机、限速器、总电源开关、通风设备1) 曳引机:电动机、电磁制动器、减速器、曳引轮、盘车手轮等。电动机:交流和直流两种。功率大小根据电梯载重和速度而定。 电磁制动器:电动机旋转时松闸,停止时制动,以保持轿厢位置不变的安全保险。曳引轮:增加两端悬挂重物的钢丝绳与曳引轮槽间的静摩擦力,v型、半圆型、下
4、部开缺口型。减速器:齿轮减速箱,无齿轮和有齿轮曳引机,盘车手轮。2) 控制柜控制柜:发出指令,检测各机器动作情况,具体控制功能,由主回路接触器,控制继电器和半导体元件等组成。3) 限速器电梯限速保护装置速度失控时,切断控制回路,以机械方式操纵安全钳动作将轿厢夹持在导轨上。限速器安全钳装置制动器工作原理:电梯准备通电启动时,制动器上电松闸,当电梯停止运行,或电动机掉电时,制动器立即断电并靠弹簧力使制动器制动,曳引机停止运行并制停轿厢运行。2、轿厢内:照明、通风、装饰壁板、扶手、地面、各种按钮操纵盘、轿厢位置指示器、停电、火灾、地震、超载、指示灯、对讲机、警铃顶部和底部:吊轮、平楼面装置(使轿厢自
5、动平楼层),闭门机构(自动开关门)、紧急制动装置(超速时使轿厢安全停止)、导靴(使轿厢沿导轨平滑升降)、随行电缆、补偿链或缆、电气接线箱、过载检测保护装置、紧急电源、供维修使用的操纵盘等轿厢前及上下部位的装置与轿厢顶部、底部装置相关联。平层感应装置作用:当电梯轿厢按轿内或轿外指令运行到站进入平层区时、平层隔磁(或隔光)板即插入感应器中、切断干簧感应器磁回路(或遮挡电子光电感应器红外线光线)、接通或断开有关控制电路、控制电梯自动平层、注意:平层感应装置安装在轿顶上、平层隔磁(隔光)板安装在每层站平层位置附近位置附近井道壁上。3、候梯门厅、轿厢位置指示器、运行方向灯、呼梯按钮、厅门地坎、门套、厅门
6、扇、中分式、旁开式。4、井道与井底装置导轨、导轨撑架:导向装置、轿厢、对重(与轿厢装载负荷重量相等)、平层感应器、主钢缆、补偿装置(修正轿厢侧与对重侧主缆绳重量比的变化、对称补偿法来平衡钢丝绳带来的载荷变化,补偿装置的重量等于曳引钢丝绳的总重量)、缓冲器(弹簧式和液压式)、限速器钢丝张紧轮。限速器安全钳装置:由限速器、限速钢丝绳、安全钳底坑张紧装置做成。限速器:安装在电梯机房的地面上安全钳:安装在轿厢两侧,贴近电梯导轨,它的联动装置设在桥顶;紧张装置:位于井道底坑,固定在轿厢导轨背面,作用是张紧限速器钢丝绳,该绳的两端分别绕过限速器轮和底坑张紧轮,两个接头固定在轿厢两侧。1.2 电梯的工作原理
7、 当轿厢运行时,通过限速钢丝绳带动限速轮旋转,当轿厢向下运行速度超过电梯额定速度的115%以上时,限速器上的电气开关先动作,切断电梯控制回路,曳引电动机和制动器的电源失电,制动器动作并抱闸,限速器机械动作,卡住限速钢丝绳,由于轿厢仍会继续向下运行,将安全钳联动装置向上提起,将轿厢紧紧地卡在导轨之间。第二章 电梯控制的原理与实现2.1 电梯控制系统原理框图电梯控制系统原理框图如图3.2所示,主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。平层感应器平层拖动减速减速点信号定向平层楼层信号位置信号起动指层轿内
8、指令、厅内召唤图示电梯控制系统原理框图2.2 电梯控制系统硬件结构框图系统由轿厢、开关门机构、曳引机构、控制系统等组成,如图3.1所示。曳引机门机显示现场信号PLC变频器电源PGggGgGGFGGG图3.2 电梯控制系统硬件结构框图2.3 电梯控制系统构成电梯控制系统主要由变频调速主回路、输入输出单元以及 PLC 单元构成,由如图2所示,PLC用来完成对电梯曳引电机及开关门机的起动,加减速,停止,运行方向,楼层显示,层站召唤,轿箱内操作,安全保护等指令信号进行管理和控制功能。2.3.1 变频调速回路变频调速主回路由三相交流输入、变频调速驱动、曳引机和制动单元构成.三相电源 R、S、T 经接线端
9、子进入变频器为其主回路和控制回路供电,输出端为两相电接电动机的快速绕组,外接制动单元减少了制动时间,加快制动过程。旋转编码器用来检测电梯的运行速度和运行方向,变频器将实际速度与变频器内部的给定速度相比较,从而调节变频器的输出频率及电压,使电梯的实际速度跟随变频器内部的给定速度,达到调节电梯速度的目的。变频器输入信号为:上、下行方向指令,低速、高速、检修速度编码指令。2.3.2 输入输出回路输入输出单元为 PLC 的 I/O 接口部分,主要由厅外呼叫、轿箱内选层、楼层及方向指示、开关门、井道内的上下平层、上下强迫换速开关、门锁、安全保护继电器、检修、消防、泊梯、称重等单元构成。(1)输入单元为:
10、厅外呼叫单元,用来对各层站的厅外召唤信号进行登记、记忆和消除;轿箱内选层单元,负责对预选楼层指令的登记、消除和指示;开关门按钮,输入 PLC 控制轿门的开闭(厅门也同时动作);上下平层装置,用来保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层;上下限强迫换速开关,用于保护电梯的高速运行安全,避免电梯出现冲顶或蹲底事故,当电梯到达上下端站时,装在轿厢边的上下限强迫换速开关打板,信号输入 PLC,PLC 发出换速信号强迫电梯减速运行到平层位置;门锁装置(或轿门和厅门联锁保护装置),轿门闭合和各厅门闭合上锁是电梯正常起动运行的前提;安全回路,通常包括轿内急停开关、轿顶内急停开关、安全钳开关、限速器断绳开关、限速器超
11、速开关、底坑急停开关、相序保护继电器、上下限极限开关等;检修、消防和泊梯,检修、消防和泊梯为电梯的三种运行方式,检修运行为电梯检修时的慢速运行方式,消防运行有消防返回基站和消防员专用两种运行状态,泊梯状态,消除内选和外呼信号,自动返回泊梯层、关门并断电;称重单元,用来检测轿厢负荷,判断电梯处于欠载、满载或超载状态,然后输出数字信号给 PLC,根据负载情况进行起动力矩补偿,使电梯运行平稳。(2)输出单元为:楼层及方向指示单元,包括电梯上下行方向指示灯、层楼指示灯以及报站钟等,目前的方向及层楼指示灯主要有七段码显示方式和点阵显示方式,本系统为七段码显示方式;开关门单元,用于控制电梯的厅门和轿门的打
12、开和关闭,在自动定向完成或电梯平稳停靠后,PLC给出相关指令,完成开关门动作。2.3.3 开关门控制(1)开门控制手动开关门时,当电梯运行到位后,按下SB16,X030闭合,M50置位,Y016得电,电动机正转,开门。开门到位,开门到位行程开关SQ1动作,X032闭合,M50复位,Y016失电,开门过程结束。当在关门过程中,按下SB16,停止关门,并开门。自动开关门时,当电梯运行到位后,电梯停止,T0开始定时,延时2S后,T0触电闭合,M50置位,开门。(2)关门控制手动关门时,当按下SB17,X031闭合,M51置位,Y015得电,电动机反转,关门。关门到位,关门到位行程开关SQ2动作,X0
13、33闭合,M51复位,Y015失电,关门过程结束。在开门过程中,按下SB17,停止开门,并关门。自动关门时,定时器T1控制。当电梯开门到位后,X031闭合,T1定时5S后,M51置位,关门。但在关门时,有客人经过红外线遮蔽,停止关门,遮蔽结束,继续关门。当关门过程受到压力,关门力限K4闭合,M50置位,开门。2.3.4 电梯的运行控制电梯的运行由变频器控制,一次完整的运行过程,就是曳引电动机从起动、匀速运行到减速停车的过程。为使乘客拥有良好的舒适感,电梯采用S型速度曲线。当PLC发出正转M100置位(或反转M101置位)即M120置位,Y002导通,高速运行,变频器从0Hz到50hz开始启动,
14、启动时间为3S,然后维持50Hz运行。当换速信号到时,PLC撤消高速信号Y002断开,同时输出爬行信号Y003导通,爬行频率为6Hz。从50Hz下降到6Hz在3S内完成。当到达6Hz速度时,就以此速度爬行。当平层信号(M301M341)到时,撤消正转(或反转)及爬行信号,变频器从6Hz减速到0。在整个运行过程中,变频器的零速输入点X001及异常输出点X003都是断开的,运行速度减为0时,;零速输入点闭合,通过PLC发出电动机抱闸和自动开门信号。当变频器出现异常时,X003导通,电梯无法运行。按下检修键SB19后,只能以检修速度运行。按下检修上行SB22时,Y002、YOO3闭合,以检修速度(1
15、0Hz)上行,松开按键,立即停止。同理,按下检修下行SB20时,Y002、Y003闭合,以检修速度(10Hz)下行,松开按键,立即停止。由于材料限制,本实验用OMRON,3G3JV小型变频器,两相交流电动机。实际根据需要所定。 变频器的参数设置为表2。n021控制电路的端口区控制运行n050可以反转n0950电机运行的最高频率(Hz)n140电机运行的最低频率(Hz)n163斜坡上升时间(S)n173斜坡下降时间(S)n202S形加减时间为0.5Sn2250设置固有频率f=50Hz(高速运行)端口S3n236设置固有频率f=6Hz (爬行运行)端口S4n2410设置固有频率f=10Hz (检修
16、运行)端口S5n362反转与停止 输入端口为S2N376多段速指令1 输入端口为S3n387多段速指令2 输入端口为S4n398多段速指令3 输入端口为S5N403零速输出 ON:零速中S0:为正转与停止端口第三章 电梯安全性检测分析随着高层建筑的不断增加,电梯的数量也与日俱增,电梯的安全检测变的越来越重要。文章围绕电梯的机振动检测、控制系统检验和安全部件的检验三大部分进行了分析,提出了一些改进措施,以期不断提高电梯安全检测的效率和质量。 如今的都市,高楼大厦鳞次栉比,高层住宅遍地开花,电梯也就成了必不可少的交通工具,甚至很多老住宅也都纷纷加装了电梯,我们俨然处在一个“电梯时代”。电梯的每次升
17、降,承载的不只是一般的物品荷重,更是一个个宝贵的人。但通过媒体报道可知,全国各地的电梯故障时有所闻:按钮失灵、变速运行、突然停运、轿厢自由坠落、运行中厅轿门突然打开等不一而足。据统计,全国电梯事故2006年39件,2007年33件,2008年38件,这就提醒我们,电梯安全管理人命关天,容不得半点麻痹大意。因此,除了必须提高电梯设计、制造与安装质量,电梯的定期检验及日常维护保养也是极为重要的工作。电梯的检验应该做到认真、负责,同时还必须掌握电梯相关的基本知识与检测技术。3.1机振动检测技术 人对不同频率的振动感觉是不同的,实验证明,在振动强度不大的振源作用下,频率为01Hz的振动主要影响头部,如
18、持续几分钟后往往有不舒服的感觉;12Hz的振动易使人打瞌睡;34Hz的振动使腰胸局部有较大振动;58Hz时不舒服感觉大;930Hz时脸、颈部振动大、视线受到干扰,30Hz时振感最明显;3080Hz时振感逐渐减小,到高频区时脚部有发麻感觉。除了频率对人员各部位有影响外,振动强度对人体亦有较大影响,一般来说如20Hz以下的振动,振动加速度达到10cm/s时使人引起感觉,随着振动加速度的增加感觉更加明显,如超过500cm/s即会造成人体器官平衡失调,导致神经与心血管障碍。人站在轿厢内,水平方向的振动比运行方向振动更让人有不舒服的感觉。所以历年来经过检测数据统计及参照优秀电梯制造企业内控指标的规定,均
19、证实现行标准规定正常运行轿厢内振动范围为水平振动不大于15cm/s;运行方向振动不大于25cm/s是合适的,而且按照国际通用惯例(包括天津奥的斯TOS31-87),振动加速度宜采用单峰值,滤波上限取为80Hz还是保留为100Hz是可供修订标准的考虑的,由于现用大量仪器均为100Hz,其实这对测值没有太大的影响。为了保障电梯乘员的身心健康,减小振动的不适感,预报故障以便及时修复,除检测振值大小,应对测得的振值进行频谱分析,所以往往采用专用振动测试分析仪,该仪器与微机相联进行频谱显示并分析,可确定是电机磁极引起振动、高速轴动不平衡振动、联轴节不同轴、还是蜗轮付与轴承振动以及该2处磨损状况。近期正在
20、研制多通道电梯振动采集分析仪,主要用于电梯新产品研制与电梯安装调试。众所周知,电梯轿厢的振动主要来源于曳引机运转产生的振动,曳引轮绳槽的误差,导向轮的偏差,钢丝绳直径偏差与各曳引绳张力不均匀,导轨质量及其安装误差,导靴形状与安装偏差,空轿厢自身不平衡,或与轿厢固有频率引起共振等,但这些振动源的振动频率是不相同的,根据振动检测值的频谱分析就可以找出振源,有针对性的采取措施,例如改变轿厢固有频率;更换曳引绳绳头组合件中弹性元件;更换轿厢与轿架间弹性元件等,并可观察对比效果。为此可采用8通道进行数据采集,在轿厢地板上三维方向测振,在轿架上相同三维方向及在曳引绳绳板或绳头拉杆上的运行方向进行数据采集,
21、从空载到满载各工况做轿厢上、下运行及正常平层,上述8通道同步采集,然后进行对比分析,以利设计出隔振与减振最佳设置,降低轿内振动强度,或将振动频率降到人的非敏感区范围。3.2 控制系统检验对电控系统,首先要熟悉电梯安全法规,即强制性标准GB7588电梯制造与安装安全规范,其中应特别注意“直接切断”的要求是当附录A列出的任一电气安全装置动作时要直接切断电动机供电与制动器供电,而不能用程序软件去控制,这是当前非专业电梯企业设计控制柜常犯的疏忽,而这个疏忽恐将酿成大祸。这里主要是考核安全继电器及线路板等,因此对这些电气元件采购后生产厂必须进行有效验收与筛选,对电气元件试验装置的要求在电梯生产许可证检查
22、条款中已有规定,但一般中小型企业仅采取通断电检查而已,所以应该有一个科学的严格的方法进行有效检验,进行考核筛选可采用强化模拟试验,该方法及其装备是当前急需开发的检验装置。此外当前生产电梯控制柜的单位很多,有些供给电梯厂,大部分供给电梯改造用,这些单位中除极少数较注意安全检验外,大都从未进行检测检验,这类控制系统有些存在着严重的安全隐患,所以对这类控制系统生产企业或引进的产品应该加强安全监督及检验,同时也督促各使用单位严格按照GB7588要求进行验收。3.3安全部件的检验门锁、限速器、安全钳与缓冲器四大安全部件。根据多起电梯案例分析,电梯伤人事故多与电梯门有关,而其中十有八九出在电梯的层门上,所
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