典型机电一体化系统产品Word文件下载.docx
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当电梯加速下降或减速上升时，支撑内脏的腹部肌肉就会失掉一部分重量，又产生失重感，因而会给乘客造成了身体的不适，甚头晕目眩。
实验证明，乘客感觉与电梯速度无关，而与加速度和减速度有关，所以考虑生理系数ρ=da/dt的影响，电梯行业一般ρ<
1.3米/秒3，又要使电梯运行中尽可能减少起动，制动过程中的加减速所用时间。
才能使电梯的运行速度（主要是起动和制动过程的速度）符合人体的要求。
第二章电梯的结构
2.1电梯的基本结构
电梯是机与电紧密结合的复杂产品，是垂直交通运输工具中使用最普遍的一种电梯。
电梯的基本组成包括机械部份和电气部份，结构包括四大空间（机房部分、井道和底坑部分、围壁部分和层站部分）和八大系统（曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、重量平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统、安全保护系统）。
电梯基本结构如图2—1所示：
2.1.1机房部分
机房用来安装曳引机、电控屏、限速器等。
机房可以设置在井道顶部，也可设置在井道底部。
当机房设于井道底部时，即为曳引机下置式曳引方式。
这种方式结构复杂，建筑物承重大，对井道尺寸要求大，只有在机房无法顶置时才使用。
对于绝大多数电梯，椭均设于井道顶部。
机房必须有足够的面积，高度、承重能力及良好的通风条件。
组成：
总电源控制盒、控制柜、曳引机、导向轮、限速器。
2.1.2井道及底坑部分
井道由围壁、顶板及底坑围成一个在纳电梯轿厢和对重的有限空间。
为了出人，在每个层站开有入口。
井道的底坑深入地面，用于安装缓冲器、限速器、钢丝绳涨紧装置等。
由于深人了地面，因此要求防水，最好有排水设施。
组成：
导轨、导轨支架、对重、缓冲器、限速器张紧装置、补偿链、随行电缆、底坑、井道照明。
1-减速箱；
2-曳引轮；
3-曳引机底座；
4-导向轮；
5-限速器；
6-机座；
7-导轨支架；
8-曳引钢丝绳；
9-开关碰铁；
10-紧急终端开关；
11-导靴；
12-轿架；
13-轿门；
14-安全钳；
15-导轨；
16-绳头组合；
17-对重， 18-补偿链；
19-补偿链导轮；
20-张紧装置；
21-缓冲器；
22-底坑；
23-层门；
24-呼梯盒；
25-层楼指示灯；
26-随行电缆；
27-轿壁；
28-轿内操纵箱；
29-开门机；
30-井道传感器；
31-电源开关；
32-控制柜；
33-曳引电机；
34-制动器
电梯的基本结构剖视图
图2-1
2.1.3围壁部分
围壁的作用是将电梯与外界分隔开，当导轨架直接安装在围壁上时，它还应承受费切力。
围壁的结构分为封闭式和空格式。
2.1.4层站部分
层站是各楼层中，电梯停靠的地点。
每一层楼，电梯最多只有一个站；
但可根据需要在某些层楼不设站。
层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置。
2.1.5曳引系统
曳引系统由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮及反绳轮等组成。
曳引机由电动机、联轴器、制动器、减速箱、机座、曳引轮等组成，它是电梯的动力源。
曳引钢丝绳的两端分别连接轿厢和对重（或者两端固定在机房上），依靠钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦力来驱动轿厢升降。
导向轮的作用是分开轿厢和对重的间距，采用复绕型时还可增加曳引能力。
导向轮安装在曳引机架上或承重梁上。
当钢丝绳的绕绳比大于1时，在轿厢顶和对重架上应增设反绳轮。
反绳轮的个数可以是1个、2个甚至3个，这与曳引比有关。
2.1.6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。
2.1.7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。
2.1.8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、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯报警装置。
2.1.9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。
2.1.10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。
2.1.11电气控制系统
电气控制系统由操纵装置、控制屏、位置显示装置、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。
位置显示装置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。
2.1.12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。
第三章电梯工作原理
3.1电梯系统工作原理
电梯的安全保护装置用于电梯的启停控制；
轿厢操作盘用于轿厢门的关闭、轿厢需要到达的楼层等的控制；
厅外呼叫的主要作用是当有人员进行呼叫时，电梯能够准确达到呼叫位置；
指层器用于显示电梯达到的具体位置；
拖动控制用于控制电梯的起停、加速、减速等功能；
门机控制主要用于控制当电梯达到一定位置后，电梯门应该能够自动打开，或者门外有乘电梯人员要求乘梯时，电梯门应该能够自动打开。
电梯控制系统结构图如图3—1所示：
图3-1电梯控制系统结构图
电梯信号控制基本由PLC软件实现。
输入到PLC的控制信号有运行方式选择（如自动、有司机、检修、消防运行方式等）、运行控制、轿内指令、层站召唤、安全保护信号、开关门及限位信号、门区和平层信号等。
电梯信号控制系统如图3—2所示：
图3-2电梯信号控制系统
第四章控制系统分析
4.1继电器控制系统
电梯继电器控制系统是最早的一种实现电梯控制的方法。
但是，进入九十年代，随着科学技术的发展和计算机技术的广泛应用，人们对电梯的安全性、可靠性的要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。
电梯继电器控制系统存在很多的问题：
系统触点繁多、接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高；
普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高；
电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高；
系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大；
由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高，而且检查故障困难，费时费工。
电梯继电器控制系统故障率高，大大降低了电梯的可靠性和安全性，经常造成停梯，给乘用人员带来不便和惊忧，且电梯一旦发生冲顶或蹲底，不但会造成电梯机械部件损坏，还可能出现人身事故。
4.2计算机控制系统
计算机控制系统在工业控制领域中，其主机一般采用能够在恶劣工业环境下可靠运行的工控机。
工控机有通用微机应用发展而来，在硬件结构方面总线标准化程度高，品种兼容性强，软件资源丰富，能提供实时操作系统的支持，故对要求快速，实时性强，模型复杂的工业对象的控制占有优势。
但是，它的使用和维护要求工作人员应具有一定的专业知识，技术水平较高，且工控机在整机水平上尚不能适应恶劣工作环境。
可编程控制器对此进行了改进，变通用为专用，有利于降低成本，缩小体积，提高可靠性等特性，更适应过程控制的要求。
4.3PLC控制系统
可编程序控制器（PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。
鉴于其种种优点，目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制所代替。
同时，由于电机交流变频调速技术的发展，电梯的拖动方式已由原来直流调速逐渐过渡到了交流变频调速。
因此，PLC控制技术加变频调速技术己成为现代电梯行业的一个热点。
可编程序控制器的应用领域，在发达的工业国家，可编程序控制器已经广泛地应用在所有的工业部门，随着可编程序控制器的性能价格比的不断提高，过去许多使用专用计算机的场合也可以使用可编程序控制器。
比如用在开关量的控制，这是可编程序控制器最基本最广泛的应用，它的输入和输出信号都是只有通、断状态的开关量信号，这种控制与继电器控制最为接近，可以用价格较低，仅有开关量控制的功能的可编程序控制器作为继电器控制系统的替代物。
开关量逻辑控制可以用于单台设备，也可以用于自动线生产线，如机床控制、冲压、铸造机械、运输带、包装机械的控制，同样也可以用于电梯的控制。
可编程序控制器的特点：
①可靠性高、抗干扰能力强
②控制系统构成简单、通用性强
③编程简单，使用、维护方便
④组合方便、功能强、应用范围广
⑤ 体积小、重量轻、功耗低
通过上述的简述，PLC电梯控制系统应能够达到如下要求：
（1）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便是安全。
电梯中设置有必要的安全措施，它们主要有：
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（除杂物电梯）还应有切断主电路电源的装置，直流电梯在井道上、下端站前，应有强迫减速装置。
③撞底缓冲装置
④对三相交流电源应设断相保护的装置和相序保护装置
⑤应设置厅门、轿门电气联锁装置
⑥电梯因中途停电或电气系统有故障不能运行时，应有轿厢慢速移动措施
（2）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，就会影响人们正常的生产、生活，给人们造成很大的不便。
不可靠也是事故的隐患，是不安全的起因。
要想提高电梯的可靠性，首先应提高构成电梯的各个零、部件的可靠性，只有每个零、部件都是可靠的，整部电梯才可能是可靠的。
（3）乘坐舒适感
根据人们生活中的经验证明，在运动速度不变的情况下，速度值的大小对人们的器官基本上没有什么影响，这只是指人们沿地面或空中的沿与地面平行的任意方向运动的情况而言的。
高速的升降运动就和上述运动有所不同。
这是由于在升降运动中，人体周围气压的迅速变化，对人们的器官产生影响。
例如耳膜会感到压力而嗡嗡响等等。
只要采取一定措施，这些影响是可以消除的。
所以目前电梯的运行速度虽已高达10m/s。
仍能使乘客无大的不适感。
（5）停站准确性
（6）电梯理想运行曲线
根据大量的研究和实验表明，人可接受的最大加速度为am≤1.5m/s2，加速度变化率ρm≤3m/s3,电梯的理想运行曲线按加速度可划分为三角形、梯形和正弦波形，由于正弦波形加速度曲线实现较为困难，而三角形曲线最大加速度和在启动及制动段的转折点处的加速度变化率均大于梯形曲线，即ρm跳变到-ρm或由-ρm跳变到ρm的加速度变化率，故很少采用，因梯形曲线容易实现并且有良好加速度变化率频繁指标，故被广泛采用。
变频器构成的电梯系统，当变频器接收到控制器发出的呼梯方向信号，变频器依据设定的速度及加速度值，启动电动机，达到最大速度后，匀速运行，在到达目的层的减速点时，控制器发出切断高速度信号，变频器以设定的减速度将最大速度减至爬行速度，在减速运行过程中，变频器的能够自动计算出减速点到平层点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行，使低速爬行时间缩短至0.3s,在电梯的平层过程中变频器通过调整平层速度或制动斜坡来调整平层精度。
即当电梯停得太早时，变频器增大低速度值或减少制动斜坡值，反之则减少低速度值或增大制动斜坡值，在电梯到距平层位置4—10cm时，有平层开关自动断开低速信号，系统按优化曲线实现高精度的平层，从而达到平层的准确可靠。
（其速度曲线如下所示）
图2-2抛物线—直线综合速度曲线
抛物线—直线综合速度曲线的加速时间的起始阶段（ta/n）和最末段（ta/n）均为抛物线形速度曲线，而中间段（n-2）ta/n为直线形的速度曲线；
n为起动时间系数。
第五章电梯的电气控制系统
5.1概述
电气控制系统是电梯的两大系统之一。
电气控制系统由控制柜、曳引电动机、制动器、减速器、开关门电动机及开关门调速开关、极限开关等几十电器元件构成。
电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。
随着科学和、技术的发展和技术引进工作的进一步开展，电气控制系统发展换代迅速。
在国产电梯中，在中间逻辑控制方面，已淘汰继电器控制，采用PLC和微机控制。
在拖动方面，除速度V≤0.63m/s的底速电梯仍有部分产品采用交流双电动机变极调速外，对于速度V≥1.0m/s的各类电梯，均采用交流调压调速和交流调频调速拖动系统。
新电气控制系统和拖动系统的出现，不但改善了电梯的性能，而且提高了电梯的运行可靠性能，使我国的电梯工业提高到一个新的水平，基本实现乘用安全、可靠、舒适的愿望。
5.2电梯电气控制系统中的资源配置
（1）控制柜
控制柜电梯控制柜安装在曳引机旁边，是电梯的电气装置和信号控制中心。
早期的电梯控制柜中有接触器、继电器、电容、电阻器、信号继电器、供电变压器及整流器等。
随着电脑、电子技术的飞速发展，电梯控制柜变得越来越小，功能越来越强，目前，电梯控制柜大多由PLC和变频器组成或由全电脑板控制。
它们的控制方法各不相同，但是最终目的都是一样，就是达到对交流电动机进行控制。
控制柜的电源由机房的总电源开关引入，电梯控制信号由电线管或线槽引出，进入井道，再由扁型或圆型随行电缆传输。
由控制柜接触器引出的驱动电力线，用电线管送至曳引机的电动机接线端子。
另外，信号交换控制线分别接到井道中各层接线盒中，构成电梯控制系统线路。
（2）曳引电动机
电梯曳引机在运行过程中需频繁的起动、制动，而且荷负变化大，需要专用的电动机。
对曳引电动机有如下的技术性能要求：
①电动机为短时重复工作制，应能频繁起动、制动及正反转运行；
②能适应一定的电源电压波动，有足够起动力矩，能满足轿厢满足负荷起动、加速迅速的要求；
③起动电流要小；
④要有较硬的机械特性，不会因电梯载重的变化而引起电梯运行速度的过大变化，而能由电动机本身的性质来控制电梯在满载下行或空载上行时的速度。
；
⑤要有良好的调速性能，尤其在低速时，转矩不能下降太大，避免造成电机步进；
⑥应运行平稳、工作可靠、噪音小且维护简单。
根据以上要求，选用ＹＴＤ系列电梯专用笼型双速交流异步电动机。
（3）门电机
门电机选用他励直流电动机。
（4）减速器
对于有齿轮曳引机，在曳引电动机转轴和曳引轮转轴之间安装减速器（箱），目的是将电动机轴输出的较大转速降低到曳引轮所需的较低转速，同时得到较大的曳引转矩，以适应电梯运行的要求。
减速器多采用蜗轮蜗杆传动，根据减速器的不同结构，按传动方式分为蜗轮蜗杆传动（常用）和斜齿轮传动。
蜗轮蜗杆传动（蜗杆减速器）是由带主动轴的蜗杆与安装在壳体轴承上带从动轴的蜗轮组成的。
特点：
传动比大（可达18～120）、噪声小、传动平稳、结构紧凑、体积较小、安全可靠；
而且当由蜗轮传动蜗杆时，反效率低，有一定的自锁能力；
可以增加电梯制动力矩安全系数，增加电梯停车时的安全性。
（5）制动
当电梯动力电源失电或控制电路电源失电时，制动器能自动进行制动。
当轿厢载有125％额定载荷并以额定速度运行时，制动器应能使曳引机停止运转。
电梯正常运行时，制动器应在持续通电情况下保持松开状态，断开制动器的控制电路后，电梯应无附加延迟地被有效制动。
（结构如图5—1）
图5—1制动器构造图
制动器的工作原理是：
当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁制动器的线圈中无电流通过，这时因制动电磁铁的铁心之间没有吸引力，制动瓦块在制动弹簧的压力作用下，将制动轮抱紧，保证了电梯处于不工作的静止状态；
当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈也同时通上电流，电磁铁心迅速磁化吸合的同时，带动制动臂克服制动弹簧的作用力，使制动瓦块张开，与制动轮完全脱离，从而使电梯在无制动力的情况下得以运行；
当电梯轿厢到达所需层站停车时，曳引电动机失电，制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁心中的磁力迅速消失，铁心在制动弹簧的作用下通过制动臂复位，使制动瓦块再次将制动轮抱住，则电梯停止。
（6）限速器－安全钳
电梯中限速器与安全钳成对出现和使用，是电梯中最重要的一道安全保护装置。
作用：
超载、打滑、断绳、控制失控等时，电梯轿厢超速向下坠落，限速器—安全钳动作，将轿厢紧紧地卡在导轨之间。
电梯一般只在轿厢侧设置限速器与安全钳。
限速器、限速钢丝绳、安全钳、底坑张紧装置。
工作原理：
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，切断电梯安全回路，曳引电动机和制动器的电源失电，制动器动作并抱闸；
甩块或飞球所产生的离心力相应增大．使限速器机械动作，楔块便卡住限速钢丝绳。
由于矫厢仍会继续向下运行，将安全钳连动装置向上提起，将矫厢紧紧地卡在导轨之间。
（7）缓冲器
缓冲器的作用是电梯最后一道保护装置。
将运动着的轿厢和对重在一定的缓冲行程或时间内减速停止。
缓冲器安装在底坑内，2吨以上电梯轿厢下装两个缓冲器，2吨以下电梯轿厢下装1个缓冲器。
对重侧一般只配1个缓冲器。
（8）对重
减小电梯曳引机的输出功率；
减小曳引轮与钢丝绳之间的摩擦曳引力，延长钢丝绳寿命；
如果电梯在“冲顶”和“蹲底”时，使电梯失去曳引条件。
（9）各种按钮
在控制系统的面板上主要使用了两种按钮，一种是旋钮，另一种是触点触发式按钮。
旋钮用于运行状态的选择，在此系统中，主要有两种运行状态：
运行和检修。
剩下的所有按钮均采用触点触发式按钮，即按下即接通，松开即复位。
（10）传感器
超重传感器是为了防止超重而设置的，若厢内重量超过标准，则无法关门，电梯无法上行或下行运行。
（11）关门防夹检测装置的种类有：
接触式——安全触板式（动作力≤0.5kg）；
感应式——光电式：
不接触。
作用是防止在关门时有人进出夹到乘客而设置的保护装置，
第六章电梯模型PLC控制系统设计
电梯除了了解其结构和原理，要求还能够进行简单的设计。
由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。
另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。
同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。
为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示（开关上带有指示灯）。
为了提高电梯的运行效率和平层的精度，系统要求PLC能对轿厢的加、减速以及制动进行有效的控制。
根据轿厢的实际位置以及交流调速系统的控制算法来实现。
为了电梯的运行安全，系统应设置可靠的故障保护和相应的显示[15]。
采用PLC实现的电梯控制系统由以下几个主要部分构成如图4-1所示。
图4-1PLC实现的电梯控制系统主要构成部分
根据电梯所处的位置和运行方向，在编程中，采用了四个优先级队列，即上行优先级队列、上行次优先级队列、下行优先级队列、下行次优先级队列。
其中，上行优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以上楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的阵列。
上行次优先级队列为电梯向上运行时，在电梯所处位置以下楼层所发出的向上运行的呼叫信号，该呼叫信号所对应的楼层所具有的脉冲数存放的寄存器所构成的队列。
控制系统在电梯运行中实时排列的四个优先级陈列，为实现随机逻辑控制提供了基础。
当电梯以某一运行方向接近某楼层的减速位置时，判别该楼层是否有同向的呼叫信号（上行呼叫标志寄存器、下行呼叫标志寄存器、有呼叫请求时，相应寄存器为l，否则为0），如有，将相应的寄存器的脉冲数与比较寄存器进行比较，如相同，则在该楼层减速停车：
如果不相同，则将该寄存器数据送入比较寄存器，并将原比较寄存器数据保存，执行该楼层的减速停车。
该动作完毕后，将被保存的数据重新送入比较寄存器，以实现随机逻辑控制。
系统還利用行程判断楼层，并转化成BCD码输出，通过硬件接口电路以L
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