工厂用自动升降梯的机电系统一体化设计.docx

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工厂用自动升降梯的机电系统一体化设计

1电梯的概述

1.1电梯的发明历史

1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。

他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。

令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。

“一切安全，先生们。

”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。

谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。

人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。

早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化：

即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。

早期的升降工具基本以人力为动力。

1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。

英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。

紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。

在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。

然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故。

而奥迪斯设计了一种弹簧，把两个钢齿嵌到滑道的V型切口中防止缆绳受到断裂，这样他就造出了世界上第一部安全电梯。

奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。

从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。

1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。

1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。

1.2电梯的分类及运行工作状况

1.2.1电梯的分类

按驱动方式分类：

1.交流电梯

2.直流电梯

3.液压电梯

4.齿轮齿条电梯

5.螺杆式电梯

6.直线电机驱动的电梯

按用途分类：

1.乘客电梯

2.载货电梯

3.病床电梯

4.服务电梯

5.观光电梯

7.车辆电梯

8.船舶电梯

9.建筑使用电梯

10.其它

1.2.2电梯的结构组成

一部电梯主要由以下几部份组成：

1.曳引系统

2.导向系统

3.门系统

4.轿箱系统

5.重量平衡系统

6.电力拖动系统

7.电气控制系统

8.安全保护系统

1.2.3电梯设计运行工况及主要参数

电梯在做垂直运行的过程中，有起点站也有终点站。

对于三层以上建筑物内的电梯，起点站和终点站之间还设有停靠站。

起点站设在一楼，终点站设在最高楼。

各站的厅外设有召唤箱，箱上设置有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮。

一般电梯在起点站和终点站上各设置一个按钮，中间层站的召唤箱上各设置两个按钮。

而电梯的轿厢内都设置有（杂物电梯除外）操纵箱，操纵箱上设置有手柄开关或与层站对应的按钮，供司机或乘用人员控制电梯上下运行。

召唤箱上的按钮称外召唤按钮，操纵箱上的按钮称指令按钮。

电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动、加速、停靠等全靠司机控制操作，而且在运行过程中可能遇到的情况比较复杂，因此汽车司机必须经过严格的培训和考核。

而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只需通过操纵箱上的按钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门、定向、起动、在预定的层站平层停靠开门。

对于自动化程度高的电梯，司机或乘用人员一次还可下达一个以上的指令信号，电梯便能依次起动和停靠，依次完成全部指令任务。

尽管电梯和汽车在运算工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多共同之处，其中乘客电梯的运行工作情况类似公共汽车，在起点站和终点站之间往返运行，在运行方向前方的停靠站上有顺向的指令信号时，电梯到站能自动平层停靠开门接乘客。

而载货电梯的运行工作情况则类似卡车，执行任务为一次性的，司机或乘用人员控制电梯上下运行时一般一次只能下达一个指令任务，当一个指令任务完成后才能再下达另一个指令任务。

在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间层站出现顺向指令信号，一般都不能自动停靠，所以载货电梯的自动化程度比乘客电梯低。

本课题主要研究单台四层电梯的PLC控制方法，分述其硬件设计和软件设计过程。

设计程序要求完成电梯控制系统主要达到以下要求：

1）系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。

2）具有轿厢层楼显示（二进制方式或十进制方式）。

能自动显示电梯运行方向。

3）具有电梯直驶功能和反向最远停站功能。

具有消防应急处理功能。

4）电梯开门时间设为3秒，电梯关门时间也设定为3秒。

5）具有应急手动开门、关门按钮。

规格参数

1000kg

速度

1.0m/s

层/站/门

4/4/4

设计井道尺寸（宽×深）

1250mm×1050mm

设计门洞尺寸（宽×高）

1100×2000mm

净门距（宽×高）

900×1900mm

提升高度

12.5米

设计底坑深度

500mm

开门方式

中分双扇门

注：

井道口尺寸以现场查勘为准

技术要求及性能、配置方案

曳引机

永磁同步无齿轮主机

控制系统

PLC模块化控制

门机系统

变频变压调速（VVVF）

电源

动力电源380V,50HZ；照明电源:

220V,50HZ

性能指标

①平层精度:

±5mm

②运行震动:

水平≤5gal（o-p）,垂直≤25mm5gal（o-p）；

③噪音:

轿内≤55分贝；井道内:

≤80分贝

电梯功能要求、功能名称、功能描述

全集选控制运行

电梯对候梯厅上下召唤信号、轿内选层指令及各种信号进行综合分析判断后，将自动优选与电梯运行方向一致的信号进行依次应答

电梯变频驱动（VVVF）

精确调整电动机转速，令电梯启动、运行、停止时的速度曲线平稳、圆滑，获得良好的舒适感

门机变频驱动（VVVF）

精确调整电动机转速，使门机的开启、关闭更轻柔灵敏

光幕保护

在轿厢门两侧安装光幕。

在开门过程中，任何一个光束被遮挡，被碰撞，门会立刻停止关闭，并反向开门

超载报警

轿厢超载时，电梯保持开门不运行且轿内蜂鸣器鸣响

安全停靠

电梯在层与层之间发生故障而未能自动排除，控制器自动进行安全检测，若符合启动要求，电梯以低速就近停层开门

报警铃

在紧急情况下乘客通过按动轿厢内报警按钮，轿厢顶上的电铃鸣响

报警铃

在紧急情况下乘客通过按动轿厢内报警按钮，轿厢顶上的电铃鸣响

轿厢应急照明

在轿厢内设置紧急照明装置，停电时照明灯会自动启用

轿厢风扇、照明自动关闭

在规定的时间内没有召唤和指令，轿厢内风扇和自动关闭以节约能源

满载直驶

当轿厢内载荷达到满载预设值时，即进入满载直驶状态，电梯将不再应答厅外召唤而直接响应轿内指令直达指定楼层

自动返回基站

在预定时间内如果没有召唤或指令，轿厢将自动返回基站，关门待机

超速保护

当轿厢下行速度超过规定值时，限速器带动安全钳动作，轿厢夹停在导轨上，保护乘客安全

电梯受阻失速保护

当曳引钢丝绳打滑达到预定时间时，电梯停止运行

开门保持时间自动调节

根据层站召唤或轿厢内指令自动调整开门保持时间

上电再平层

由于停电或电源故障引起轿厢停在两层之间，当电源恢复后轿厢将运行到平层位置

自动再平层

自动调整轿厢平层准确性

通话装置

轿厢内操纵面板上的对讲机可与机房、值班室、轿顶、底坑进行三方通话

检修操作

当进入检修状态时，轿厢以检修速度点动运行

即时关门

电梯停站开门后，按下关门按钮，门立即关闭

本层再开门

关门过程中，按本层站召唤按钮，电梯重新开门

停层开门

电梯停层后自动开门

重复关门

若关门受阻，电梯能重复关门动作

轿厢到站钟

设置在轿厢顶部，当电梯到达停靠楼层时，将发出清脆的铃声提示乘客已到站

火灾返回

系统接收到火警信号后，将取消所有的召唤信号，驱动电梯直接返回指定的避难层，使乘客安全撤离现场

消防功能

火灾时打开消防开关，所有召唤均被取消，电梯立即返回指定层站，供消防员专用，电梯只应答轿厢内的召唤

电梯装潢要求

轿厢

发纹不锈钢（钢板厚度1.2毫米）

轿门

发纹不锈钢（钢板厚度1.2毫米）

轿厢天棚

豪华装饰吊顶

轿内操纵箱

发纹不锈钢面版,微触按钮

厅外召唤箱

发纹不锈钢面版,微触按钮

厅门

全部为发纹不锈钢（钢板厚度1.2毫米）

门套

全部为发纹不锈钢小门套（钢板厚度1.2毫米）

轿底材料

塑胶地板

照明设施

高效节能专用灯具,日光型照明

说明：

上述参数仅为基本要求，供应商在投标中其投标产品可以高于基本要求，但不得低于其基本要求；投标产品必须是国内知名品牌或中外合资产品；中标供应商所投产品必须符合电梯制造与安装安全规范GB-7588-2003国家标准、电梯安装验收规范GB-10060-1993国家标准、电梯维修规范GB/T18775-2002国家标准。

2电梯控制部分

2.1电梯的电力拖动部分

电梯主拖动类型有直流电动机拖动、交流电动机拖动、直流G－M（即发电机－电动机组供电）拖动、晶闸管供电（SCR－M）的直流拖动和交流双速电动机拖动、交流调压调速（AVCC）拖动、交流变频调速（VVVF）等。

因直流电梯的拖动电动机有电刷和换相器，维护量较大，可靠性低，现已被交流调速电梯所取代。

为了得到较好的舒适感，要求曳引电动机在选定的调速方式下，电动机的输出转矩总能达到负载转矩的要求。

考虑到电压的波动、导轨不够平直造成的运动阻力增大等因素，电动机转矩还应有一定的裕度。

2.1.1曳引电动机的选型与计算

（1）主要技术性能参数

已知：

Q=1000额定载重量〔kg）

V=1电梯额定速度（m/s）

P=1100空轿厢及其支承部件的质量（kg）

i=2钢丝绳的倍率

H=12.5提升高度（m）

d=13钢丝绳直径（mm）

G=1575对重（Kg）

Dt=640曳引轮直径（mm）

Ψ＝0.475平衡系数

（2）曳引机功率计算及电动机选择

N=QV（1-Ψ）/102ηi

其中：

Q=1000kg

V=1.0m/s

Ψ=0.4-0.5取0.475（平衡系数）

η=0.60（机械效率）

i=2

得出：

N=QV（1-Ψ）/102ηi

=（1000×1×0.525）/（102×0.60×2）

=4.28KW

根据电梯曳引机系列表可初步选择曳引机，具体参数如下：

选取Y132m2-6型电动机，

P=5.5KWn=960r/min

T=9550×（P×η×i）/n=890Nm

D=Φ640mmV=1.0m/s

m=2940kgd=13mm

轴Q=kF=1.2×（1000×P）/V=6600N

曳引比i=2中心高L=132mm减速比j=21/1

（3）曳引机电动机的校核

1）P=5.5KW＞N=4.28KW

2）m=2940kg＞Q/2=500kg

3）实际运行扭矩M按超载10%计算：

M==525×9.8×0.64/4=823

4）主轴最大静载荷计算

曳引绳φ13的重量q=0.586kg/m

T=P+G+q×n×H+P+Q×Ψ=1100+1000+0.586×4×12.5+1100+1000×0.475=3705kg＜轴载=6600kg

综上所述选取的曳引机部件符合要求

2.1.2钢丝绳的选型与计算

（1）载重量为1000Kg曳引钢丝绳安全系数

曳引钢