交流双速电梯的毕业设计文档格式.docx

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第一章绪论

电梯的雏形是公元前1115年至1079年间我国劳动人民发明辘轳。

　　1852年，世界上第一台在德国柏林电梯诞生了，采用电动机拖动。

以后，美国出现以蒸汽机为动力的客梯。

美国人奥的斯研究出电梯的安全装置，开创了升降机工业或者说电梯工业新纪元。

　　1857年，世界第一台载人电梯问世，为不断升高的高楼提供了重要的垂直动输工具。

　　1889年奥的斯公司在纽约试制成功第一台电力驱动蜗轮减速的电梯，这一设计思想为现代化的电梯奠定了基础，它的基本结构至今仍被广泛使用。

在1852年的第一台电梯的诞生之后，随着社会的日益发展，高层建筑的不断曾多，电梯作为高层建筑不可缺少的运输工具，用于垂直运送乘客和货物，是机械，电气结合的机电一体化产品。

其电气控制系统包括拖动系统和控制系统两部分。

当今世界，电梯的生产情况与使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一。

在一些发达的工业国家，电梯的使用相普遍。

进入90年代，在世界各地运行的电梯有400多万台，其中日本就有34万台。

全世界每年电梯需求量大约在15万台左右。

其中日本需3万台，美国需2万台，欧洲需5万台，东南亚需1.2万台。

近十年世界年平均增长率为7%，亚太区的年增长率为9%。

世界上有名的几家电梯公司，诸如：

美国奥梯期公司，瑞士迅达公司、日本三菱公司和日立公司、芬兰科恩公司等，其电梯的产量已占世界市场的51%。

其中奥梯斯公司和三菱公司是世界上年产量很大的电梯生产企业。

在国内解放前，全国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。

改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。

在八五期间，电梯产量以每年13%的速度增长，五年总需求量上升到8.4万台。

1980年以前，全国电梯生产企业不足10家，1991年国内电梯生产企业有200多家。

进入90年代，为把握生产质量，采取了发放生产许可证制度。

到1992年，已有110家电梯生产企业持有生产许可证，260家企业持有厂外安装许可证。

目前，国内电梯产业还有不完善之处。

到1997年全部淘汰老型继电器控制电梯，而交流调压调速电梯技术已趋成熟，本次设计就是采用了交流调速系统。

第二章设备简介

2．1设备要求

设备的基本要求：

本设计的电梯为四层住宅区用的交流双速电梯。

其运行特点为，当电梯检测到启动信号时进行高速起动。

工作中，电梯从各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析根据省时，高效的原则确定下一个工作状态。

因此，要求具有自动定向、顺向截梯，反向保号，外呼记忆、提前换速自动开关门、停梯消号、自动达层，检修慢速和安全保护等各种功能。

用可编程序控制器PLC系统进行控制。

另外电梯的工作状态分为自动、司机、检修三种运行状态，电梯的上下行，开关门同样设有自动和手动部分；

厅门及轿厢内应有操作面板及相应运行指示，应设层楼及方向批示，要求层楼显示采用批示灯指示；

电梯要求设置优先服务层。

归纳对电梯性能的要求，不外乎如下几个方面：

A、安全性：

电梯是运送乘客的，即使载货电梯通常也有人伴随，因此对电梯的第一要求就是安全。

电梯中设置有必不可少的安全设施，如1）超速保护装置；

2）轿厢超越上/下极限工作位置时，切断控制电路的装置，交流电梯还应有切断主电路电源的装置；

3）撞底缓冲装置；

4）对三相交流电源应设断相保护和装置和相序保护装置；

5）应设置厅门，轿门电气联锁装置等等。

B、可靠性：

电梯的可靠性也很重要，如果一部电梯工作起来经常出故障，就会影响人们政党的生活和生产，给人们造成极大的不便，不可靠也是事故的隐患，是不安全的起因。

C、舒适感与快速性：

电梯的速度曲线：

电梯作为一种交通工具，对于快速性的要求是必不可少的。

快速可以节省时间，这对于处在快节奏的现代社会中的乘客是很重要的。

D、停站准确性等等。

2．2拖动系统

（1）、电动机驱动

〈1〉单、双速交流电动机；

交流单、双速交流电动机拖动系具有结构紧凑、维护简单的特点，又采用开环控制方式，线路简单，价格较低、因此得到了广泛的使用。

还采用涡流制动、能耗制动等方式用于交流电梯上，由此可得到满意的舒适感和平层和准确度，因而更增加了它的普遍适应性。

〈2〉交流电动机定子调压调速；

交流调速性能可以与直流调速相媲美。

交流调速系统具有以下几个主要优点：

交流电动机特别是笼型异步电动机的价格远低于直流电动机；

交流电动机不易出故障，维修简单；

交流电动机的使用场合没有限制；

交流电动机的单机容量远大于直流电动机。

〈3〉直流发电机的电动机、晶闸管励磁；

直流发电机的电动机虽然具有维护麻烦，价格较高缺点，但是它的调速性能好，能获得宽范围和平滑的调速，因此很久以来一直被用在调速指标较高的各种工作机械上。

此外直流电动机也较高的控制精确度、灵敏度和快速性，所以得到了广泛的应用直流电动机稍早已用于电梯，但是，它机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，且造价高。

而交流单，双速交流电动机拖动系统虽然具有舒适感较差的缺点，但具有结构紧凑，维修简单的特点，线路简单，价格较底，因此得到广泛的应用。

〈4〉晶闸管供电拖动系统；

晶闸管也称可控硅，它是一种大功率半导体器件。

具有体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长及使用维护方便等优点。

由于晶闸管大多工作于断续的非线性周期工作状态，产生的大量谐波会对电网产生不良影响，造成干扰源；

过载能力隔阂抗干扰性能较差、控制电路复杂等。

同时按它的变换功能来分，可分为可控整流、交流调压与调功、逆变与变频、斩波调压、无触点功率开关。

〈5〉VVVF变频调压调速拖动系统；

各种交流调速技术在工业领域得到广泛应用的同时，电梯的交流调速系统也日趋完善。

交流变压变频调速电梯也称为VVVF电梯，VVVF电梯速度调节平滑，呢感获得十分良好的乘坐舒适感；

能明显地降低电动机的启动电流。

与其他类型交流调速系统相比，其性能最好，运行效率最高，可以节能30%～50%。

在80年代初期，日本开发出VVVF电梯。

现在，VVVF调速技术已被用于快速、高速和超速电梯。

（2）液压驱动；

液压传动易于获得很大的里或力矩；

易于在较大范围实现无级变速；

传动平稳，便于实现频繁换向和自动防止过载；

便于采用点液联合控制以实现自动化；

机件在油中工作，润滑好，寿命长；

液压元件抑郁实现系列化、标准化、通用化；

所以在各个工业部门得到了广泛的应用。

但是由于泄露不可避免，并且油有一定的可压缩性，因而传动速比不是恒定的，不适于作定比传动；

漏油会引起能量损失（称容积损失），这是液压传动中的主要损失。

此外还有管道阻力及机械摩擦所造成的能量损失（称机械损失），所以液压传动的效率较低；

液压系统产生故障时，不易找到原因。

（3）气压；

气压传动以空气为工作介质，不仅易于取得，而且用后可直接排入大气，处理方便，也不污染环境；

因空气的粘度很小（约为油的1/104），在管道中流动时的能量损失很小，因而便于集中供气和远距离输送；

气动动作迅速，便于调节，维护简单，不存在介质变质及补充等问题；

工作环境适应行好，无论在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣环境中，还是在食品加工、轻工、纺织、印刷、精密检测等高净化、无污染场合，都具有良好的适应行，且工作安全可靠，过载能自动保护；

气动元件结构简单，成本低，寿命长，易于标准化，系列化和通用化。

但是由于空气具有较大的可压缩性，因而运动平稳行较差，而且工作压力低，不易获得较大的输出力或转矩；

有较大的排气噪声。

电梯的拖动系统经历了从由简单到复杂的过程。

由于电动机具有效率高，运转经济，种类和规格多，特性好，易于实现自动和远距离的操作和控制。

在现代化生产中多数采用电力拖动。

而目前用于电梯地拖动系统主要有：

单，双速交流电动机拖动系统；

交流电动机定子调压，调速拖动系统；

直流发电机--电动机，晶闸管励磁拖动系统；

晶闸管直接供电拖动系统；

VVVF变频变压调速拖动系统。

直流电动机稍早已用于电梯，但是，它机组结构体积大，耗电大，维护工作量较大，且造价高。

而交流单、双速交流电动机拖动系统虽然具有舒适感较差的缺点，但具有结构紧凑，维修简单的特点，线路简单，价格较底，因此得到广泛的应用。

2．3控制系统

继电器—接触器控制系统；

该系统是当前国内许多电梯厂家正在大量生产、使用的一种电梯控制系统。

该系统具有动合触点易模损，且电接触不良，易出故障。

动合触点断开和闭合缓慢，即有机械的和电磁的惯性影响存在。

体积大，是控制屏占用机房面积大，使得机房面积扩大。

控制系统耗能大、动作噪声大。

维修保养工作量大，费用高。

与其它控制系统相比有简单、易于理解和掌握的优点。

但总的与其他系统相比，具有较多的缺点，因此继电器——接触器系统只应用于电梯速度不高，性能要求也不高的场合。

（2）微型计算机控制系统；

随着半导体集成电路的出现和发展，尤其是70年代末至80年代初，微处理起开始在各个领域获得了广泛的应用，国外先进的工业国家已成功地把各类微机技术应用于电梯控制系统中，并取得了相当惊人的成就。

电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再有硬件逻辑完成，而是通过程序存储器中的程序指令完成的控制系统。

因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存储器中程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。

因此，十分方便于使用、管理，提高系统的可靠性，减小了控制系统体积、降低了能量消耗及其维修保养费用。

微型计算机控制系统是以微型计算机为核心部件的自动控制系统或过程控制系统，作为当今工业的主流系统，已取代常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备和很大部分操作管理的人工职能，并具有较高级复杂的计算方法和处理方法，使受控对象的动态过程按规定方式和技术要求运行，以完成各种过程控制、操作管理等任务。

同时它可分为五种类型，即计算机操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、集散型控制系统、现场总线控制系统。

（3）可编程控制器PC/PLC控制系统。

可编程控制器是专门为工业控制应用而设计制造的通用控制器。

它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，得到广泛的应用。

在应用范围方面，它可以实行逻辑控制，计数控制，步进（顺序）控制，PID控制，数据控制，通信和联网。

在它的发展趋势来看，它在缩小与工业控制计算机之间的差距，采用表面安装技术，丰富I/O模块，编程语言，网络功能等方面都有重大的发展。

目前电梯的控制普遍以下两种方式。

一种是以微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动系统则由变频器来控制的微机控制。

另一种是用可编程序控制器（PLC）取代微机（PC）实现信号的集选控制。

从控制方式和性能上来说，这两种控制方法没有太多的区别。

国内大多的电梯厂家选用第二种方法，其原因在于生产规模较小，自己设计制造微机控制装置成本高，而PLC可靠性高、程序设计方便灵活、使用维护简单、成本低廉等优点正好弥补了微机控制系统的不足。

2．4工作过程

电梯整个拖动系统由一台7.5KW6/24的交流双速电动机作主驱动，一台0.125KW电动机作并关门驱动机。

主电动机双速正反转运行，减速运行，门电机正反转运行。

工作中的电梯从各种呼梯信号和当时的运行状态进行综合分析后，根据省时、高效的原则确定下一个工作状态。

为此它要求具有自动定向、顺向截梯、反向保号、外呼记忆、提前换速、自动开关门停梯消号、自动达曾、检修慢速和保护各种功能。

如电梯停在顶层，第一、第二、第三同时有人呼上，电梯将按最佳的顺序运行，先到一层，然后二层停，再上行到三层停，再上行到四层，这叫反向呼梯，优先为最远服务。

主控运行过程如下，当PC扫描到起动信号时，并加速运行，根据舒适感的要求，起动电阻的切除时间为1s左右，可通过PC的定时器灵活地进行调整，当电梯运行到距本层位置1.6m处时，双稳态开关发出换速信号，PC收到此信号后，切断快速接触器，接通慢速接触器，电梯进行减速过程，一定时间后在进入把性爬行阶段，然后由本层干簧管感应器发出平层信号，PC根据此信号停梯、开门，完成一次主控运行服务。

本设计采用交流双速电动机拖动系统和可编程控制器PLC控制系统。

第三章总体设计方案

3.1控制选择

对于电梯的控制，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。

与继电-接触器相比，可编程控制器控制技术主要有以下优点：

（1）功能强，性能价格比高

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。

可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

（2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。

用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、大规模的系统。

可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

（3）可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

（4）系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

（5）编程方法简单

梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

（6）维修工作量少，维修方便

PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的住处迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。

基于上述原因，我选择用可编程控制器来完成对电梯的控制。

3.2调速选择

本设计交流双速电梯采用变极调速系统，是较为简单的调速系统，其控制线路简单，配套元件少。

该系统靠回馈制动实现减速，它将高速运行时积蓄的能量以电能的形式回馈给电网，所以它是一种最经济的调速方案。

由于本设计是为四层住宅区而设计的，它所采用的系统为：

1设计采用PX2-64MR型PLC控制，输入点为31个，输出点为18个。

该PLC系统可实现指层、轿内指令登记与消号、厅召唤指令登记与消号、自动选项、换速等电梯基本运行逻辑控制功能。

而PLC控制系统的一般组成：

A检测装置：

在每层楼中装有位置检测装置，以测定平层和换速。

在厅门和轿门上装有到位开关。

B执行机构：

利用PLC的内部结构，将采集的信号通过预定的程序进行控制。

C操作系统：

在厅外和轿内装有控制按钮，进行楼层的选择；

在轿厢顶和机房内装有检修及控制按钮，以便进行控制电梯的紧急情况。

D显示装置：

在大厅和轿厢内都有显示灯来显示电梯的运行状况，每一层楼都有其对应的显示灯来显示电梯此时的所在位置及上/下行的运行指示；

还有优先层楼显示及报警指示。

其框图如下（图3、1）

图3.1

2拖动系统该电梯采用交流拖动，升降电机为交流双速电机，具有正反转运行及减速运行；

门电路为一台0.125KW的交流电动机，具有正反转，开关门时具有缓冲装置；

电梯运行速度为1m/s。

3换速、楼层记数、平层信号

第4章硬件电路设计

4．1主电路设计

当可编程控制器发出控制信号到KM1、KM10时，KM1、KM10通电，电梯串电阻快速启动；

1S后KM9通切除电阻电梯进入了高速运行状态。

当电梯运行到距本层1.6m处时，换速装置开关发出信号，使KM1、KM9及KM10断同时接通KM2、KM8使电梯进入慢速运行，一定时间后切断KM8电梯进入串阻爬行状态。

停梯时接通KM3使电梯门打开。

在电路中还有许多的保护措施，当电压过低时，欠压继电器就切断电路。

同时当相序发生错误时，相序继电器马上工作，对错误的相序进行纠正等方面。

绘制主电路图如下（图4、1）：

图4.1

4．2．PLC控制电路设计

4．2．1输入部分

（1）平层换速（占用6个输入点）

用定时器控制平层换速，用前一层的平层信号作定时开始信号，即若在第n层停，就把第n–1层或第n+1的平层信号作定时开始信号。

平层信号由在每层楼设置的一个干簧管、轿厢设置的隔磁板获得。

这种设置优点在于便于扩展更多楼层的控制。

每一次要定时两次，两极换速，第一次定时时间到，牵引主电动机作变级换速，第二次定时时间到，切除电路中的调速电阻，这样的设置是使电梯有更好的舒适感，亦可以节省输入点，减少电缆的敷设，可靠性随之大为提高。

平层换速占6个输入点。

（2）安全触板（与手动开门共用，占1个输入点）

在有司机的情况下，安全触板不起作用，由司机来保证安全，一旦有危险，就由司机手动开门，解除危险；

在无司机的情况下，安全触板起作用，一旦安全触板被压下，轿厢就自动开门，因此安全触板和手动开门可以共用一个输入点。

（3）手动关门（占1个输入点）

在有司机的情况下，可以手动关门，，必须设置一个手动关门的输入点。

（4）开/关门到位（占用1个输入点）

开、关门到位的行程开关并接，作一个输入点，可以用开、关到位开关的常开触点串联在这个输入点上来区别开/关门到位信号，以便其控制其他信号，为了确保安全工作，在开关门过程中设定一个定时器，且定时要大于实际时间，作为二级保护，这定时器接在开/关门到位的两支路上起保护作用。

（5）上、下限位开关（占用2个输入点）

上、下限位开关不可能同时动作，因此可以把两个限位开关并联，作为一个输入点，由2条支路的通断来辨认上、下限位。

（6）外呼（占用6个输入点）

顶层、基站各需要一个外呼按钮，顶层是下呼，基站是上呼而中间曾既有上呼，又要有下呼因此必须设有3个输入点。

（7）内选（占4个输入点）

本方案是为4层楼设计的电梯，必须配置四个内选按钮，占4个输入点（n层占n个输入点）。

（8）手动、自动、检修功能选择（占用1个输入点）

电梯的运行状态有手动、自动和检修三中，考虑到输入点有限，可采用三位转换开关，如下面逻辑表所示（表4。

2。

1）：

自动

司机

检修

1

表4.2.1

由上逻辑表可知如图（图4.2.1）：

图4.2.1

因此三种状态都由2个输入点