两台电梯并联运行系统设计Word文档下载推荐.docx
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电梯属于垂直提升运输设备，于1850年，在美国纽约市出现了世界上第一台由亨利.沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬机.1852年美国人伊莱沙，格雷夫斯·
奥梯斯发明了世界上第一部以蒸汽机为动力、配有安全装置的载人升降机。
这便是世界上第一部备有安全装置的客梯，在1857年被安装在纽约市豪华商厦里。
在此期间，英国的阿姆斯特朗发明了水压梯。
随着水压梯的发展，蒸汽梯也就被淘汰了。
后来发展为采用油压泵和控制阀的液压梯，而直到今天液压梯仍在使用。
在1889年，美国奥梯斯升降机公司推出了世界第一部以电动机为动力的升降机，这才开始出现了名副其实的电梯，同年在纽约市的马累特大厦安装成功。
在1903年，又将卷筒式驱动方式改进为槽轮式〔即曳引式）驱动。
所谓卷筒式驱动，是将曳引绳缠卷在卷筒上来提升重物，而槽轮式也称为曳引式驱动，是在曳引绳一端提升重物，另一端为平衡重，依靠曳引绳和曳引轮的绳槽之间的摩擦来驱动重物作垂直运动。
因此，只要在曳引系统的容量和强度允许范围内，通过改进曳引绳长度就可适应不同的提升高度，而不再像卷筒式那样受卷筒长度限制。
此外，当重物或平衡重碰底时，曳引绳与曳引槽会由于摩擦力减小而打滑，从而避免了像卷筒式那样，在失控时造成的曳引绳断裂等严重事故的发生.
曳引式驱动可以使用多条曳引绳，而卷筒式驱动方式使用的曳引绳条数却受到限制。
曳引式驱动方式为长行程并具有高度安全性的现代电梯奠定了基础。
当时的电梯使用直流电动机驱动，用改变串接在电枢回路中的电阻值的方法来调节电梯运行速度。
后来发明了交流感应电动机，在1900年开始用于驱动电梯。
最初的交流电动机只是单速的，电梯运行性能很不理想。
直到发明了交流双速电动机，才基本满足了电梯的运行要求。
电梯在驱动控制技术方面经历了直流电机驱动控制，交流单速电机驱动控制，交流双速电机驱动控制，直流有齿轮、无齿轮调速驱动控制，交流调压调速驱动控制，交流变压变频调速驱动控制，交流永磁同步电机变频调速驱动控制等阶段。
电梯在操纵控制方面的发展经历了手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制等过程，对于多台电梯出现了并联控制、智能群控等。
可编程序控制器与继电器、微机在电梯控制中的应用比较
在电梯的电气系统中，逻辑判断起着主要的作用，其控制系统必须起动各种控制信号和执行元件（如接触器、继电器、发光指示器、电动机以及电子元件、电力电子器件等），要达到这些控制目的，其方法有：
1.继电器—接触器控制系统
这种控制系统是早期电梯多采用的一种控制系统。
优点：
与其它控制系统比较，其简单、易于理解和掌握、价格便宜。
缺点：
动合触点易磨损，且电接触不良；
体积大；
控制系统耗能大、动作噪声大；
维修保养工作量大、费用高。
因此这种控制系统仅用于速度不高、性能要求也不高的电梯中。
2.微机控制系统
电梯的微机控制系统实质上是使控制算法不再由硬件逻辑完成，而是通过程序存贮器中的程序来完成的控制系统。
因此对于有不同功能要求的电梯控制系统，只要改变程序存贮器中的程序指令即可，而无需变更或增减硬件系统的元件或布线。
因此，十分方便于使用和管理，并提高系统的可靠性，减小控制系统体积，降低了能耗及其维修保养费用。
虽然微机控制的电梯，与继电器控制的电梯比较，它具有较大的优越性。
但是，对一般的电梯而言，应用微机控制也有其局限性和不足之处。
其缺点是：
微型计算机是按数字运算的需要而设计的，功能比较齐全，结构比较复杂；
而一般的电梯控制只需要进行简单的逻辑运算，运算方式多为“与”、“或”、“非”几种，运算位数只需1位，即“1”与“0”。
因此，使用微机就有“大材小用”之嫌。
此外，微机的接口电路没有标准件，而且一般不控制强电。
但在电梯控制中，往往要求能直接控制110V或220V的用电设备，如用户专门配备接口电路既不方便又不可靠。
综上所述，造成用微机控制的成本、运行和维修费用均较高，因此，如在一般的电梯上使用微机控制在经济上不合算。
3.PLC控制系统
PLC充分利用了微型计算机的原理和技术，保留计算机控制的优点，而克服了它的缺点。
它具有强大的生命力，各工业部分纷纷用它来改造旧有的电梯控制电路，取得了明显的效果。
总之，PLC是采用微机技术制造的通用自动控制设备，它能控制开关量、模拟量、具有可靠性高、抗干扰能力强、并具有完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术、运算等功能，可以取代继电器为主的各种控制设备。
它不仅能用于控制机械设备、流水线和各种设备的运行过程，将PLC用于控制电梯各种操作和处理相关信息也是可行的。
控制方案的确定
在本论文中，采用可编程控制器与变频器为主要控制器件。
图1-1VVVF电梯速度图
控制器对变频器进行控制，然后再通过变频器对曳引机进行控制，以达到控制目的。
这种控制方法控制线路简单、动作灵敏、能耗小、编程简单、通用性强、出现故障机率小、占地面积小等优点。
因为电梯的梯速低于1.5ｍ/ｓ，所以只要能实现电机的正反转即可,而不必考虑电机的机械特性。
第2章硬件系统的设计
曳引电动机的选择
电动机额定转速的计算
电梯曳引传动方式为1：
1，这种传动方式一般只有曳引轮和导向轮，曳引轮的传动使轿厢和对重借助曳引轮槽与钢丝绳之间的摩擦力而运动，如图2-1所示。
钢丝绳一端固定在轿厢框架上，另一端固定在对重的框架上。
这种传动方式，其钢丝绳在曳引轮绕入和绕出两个分支的张力分别为轿厢侧和对重侧的重量。
图2-11：
1传动方式
在工程上，曳引电动机的额定转速常由下面的经验公式求出：
（2-1）
式中
—曳引轮直径（m）,为0.20m；
—曳引比，为1：
1；
—蜗轮-蜗杆减速机构的减速比，为20：
v—电梯额定运行速度（m/s），为0.72m/s；
n—电梯额定转速（r/min）。
将以上数据代入式2-1得：
查取《机械手册》，选取电动机的额定转速为1380r/min。
电动机额定功率的计算
对重起到平衡轿厢自重及载重的作用，从而大大减轻了曳引电动机的负担。
对重产生的平衡作用在电梯升降过程中是不断变化的，它是由对重架及对重块组成。
对重的计算可按下式进行计算：
（2-2）
—对重重量（kg）；
—轿厢自重（kg），约为300kg；
—电梯额定载重量（kg），约为1000kg；
—平衡系数，取0.4～0.5。
将以上数据代入式2-2得：
电梯工作在额定状态时，电动机所受的力矩
T=（
+
-
）*9.8*R（2-3）
=（250+1000-750）·
9.8·
0.1
=490（N/m）
电梯工作在额定状态时，电动机轴的角速度
（2-4）
电梯曳引电动机的额定功率
P=T·
Ω（2-5）
=9.8·
144
=14112w
即14.1kw，
查取《机械手册》，选取电动机的额定功率为15kw。
综上所述，选取曳引电动机的型号为YZTD180L2-4/12，该种电机为三相异步电动机，它的各项参数见表2-1。
表2-1YZTD180L2-4/12电动机参数
额定电压
80V
额定电流
32A
额定功率
5kw
额定转速
1380r/min
额定频率
50Hz
接线方式
Y接
绝缘等级
B级
过载倍数
1.5
变频调速系统的分析及选择
80年代初，通过变频器、实现商品化。
近20年的时间内，经理了由模拟控制到全数字控制和由采用BJT到采用IGBT两个大地方进展过程。
目前从一般要求的小范围调速传动到高精度、快影响、大范围的调速转动，从单片机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。
因此可以说在电气调速传动领域内，以变频器应用技术为代表的交流调速传动已经成为电气调速传动的主流。
在交流调速系统中，变频器的作用是将频率固定（通常为工频50Hz）的交流点（三相的或单相的）变换成频率连续可调（多数为0—400Hz）的三相交流电。
如图所示，变频器的输入端（R.S.T）接至频率固定的三相交流电源，输出端（U.V.W）输出的是频率在一定范围内连续可调的三相交流电，接至电动机。
变频器的使用如图2-2所示。
图2-2变频器的使用流程图
变频调速的基本原理
改变定子电源频率，可以平滑地调节同步转速n，从而使电动机平滑地调速，变频调速可以从额定频率向下调节，也可以从额定频率向上调节。
1.从额定频率向下调速
频率向下调时，电动机同步转速n1减小，因此，电动机转速也将随之下降。
此方法是在额定转速n以下调速。
为了使电动机过载能力保持不变，在调速过程中应使主磁通保持不变，既在改变频率的同时，改变电源电压的大小。
使得电动机的最大转矩Tmax基本保持不变。
1.从额定频率向上调速
频率上调时，n1增大，故电动机的转速n也增大，由于电动机的绝缘是按额定电压来设计的，因此不可能在正大电源频率f1的同时在Un的基础上在提高电源电压，这样变频调速过程中随着电动机f1的升高主磁通在减小，从而导致电磁转矩Tem和最大转矩Tmax减小。
变频器的基本构成
通用变频器的基本构成如图所示，主要由主电路（包括整流器、中间直流环节、逆变频）和控制电路组成。
图2-3变频器的基本接线图
1.整流器电网侧的变流器I是整流器，它的作用是把三相（也可以是单相）交流电蒸馏成支流电。
2.逆变器负载侧的变流器II为逆变器。
最常见的结构形式是利用六个半导体主开关期间组成三相桥式逆变电路。
只要有规律的控制逆变器中主开关器件的通与断，就可以得到任意频率的三相交流电输出。
3.中间支流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载。
无论电动机处于电动状态或是发电只动状态，其功率因数总不会为1。
因此，在中间直流环节和电动机之间总会有无功率的交换。
这种无功能量要靠中间直流环节的储能组件（电容器或是电抗器）来缓冲。
所以又称中间支流储能环节。
4.控制电路常由运算电路、检测电路、控制信号的输入、输出电路和驱动电路等构成。
其主要任务是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。
控制方法可以采用模拟控制或数字控制。
高性能的变频器目前已经采用微型计算机进行全数字控制，尽可能简化硬件电路，主要依靠软件来完成各种功能。
由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式完成的控制。
变频器的主要类型和特点
对异步电机进行变频调速，首先需要对电机提供一个频率可边的电源。
在许多场合，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，需要维持磁通恒定，这就要求定子供电电压也要做响应调节。
因此，对电动机供电的变频器一般都要见有调压（VV）和调频（VF）这两种功能。
变频器按装置形式可分为交--交变频器和交--直--交变频器；
按无功能量处理方式不同可分为电压源型变频器和电流源型变频器
1．按装置形式分类
交--交变频器交--交变频器又称直接变频器。
它把某一固定频率、固定电压的交流电源变换成电压和频率都可调的交流电源。
交--直--交变频器交--直--交变频器又称间接变频器。
它把交流电源先整流成幅值可变的直流电源。
然后再将此直流电源变换成频率可调的交流电源。
这种变频器实际上是由可控制整流器和逆变器组成的。
2．按无功能量撤离方式分类
在变频调速系统中，变频器的负载通常是异步电动机，其电流落后于电压，功率因素是滞后的，负载需要向电源吸取无功能量，因此在支流环节和负载之间将有无功功率的传输。
为了缓冲无功能t，在支流环节和负载之间必须设置贮能元件，根据贮能元件类型的不同，可以形成电压源型和电流源型的变频器。
电压源型变频器如图是一种典型的电压源型变频器。
这种变频器的特点是在直接侧并联一个大电容C，用电容贮能来缓冲电源和负载的无功功率传输。
从直流输出端看，电源因并联大电容，其等效阻抗变得很小，大电容又使电源电压稳定，因此具有恒电压源特点。
逆变器输出电压接近矩形波。
电流源型变频器图是一种典型的电流源型变频器，这种变频器的特点是在直流回路中串入大电感，利用大电感来限制电流的变化。
用以吸收无功功率。
因串联了大电感古电源的内阻抗很大，类似于恒流电流源。
逆变器输出电流接近矩形波。
变频器的选择
变频器自80年代进入实际应用以来，主要以交流电动机的节能应用为主。
但是进入90年代后，变频器得到了迅猛发展。
变频器的应用主要有2个方面：
一方面是为了节能需要而进行的变频器的应用；
另一方面是为了满足生产工艺调速的要求而进行的变频器的应用。
目前通用变频器已经在机械、冶金、石化、医药、造纸等行业得到了广泛的应用。
随着变频器性能价格比的提高，似的交流变频调速在电梯行业也得到广泛的应用。
目前，有为电梯控制而设计的专用变频器早已问世，其功能较强，使用灵活，编程简单，维护方便。
因此，本设计采用专用变频器。
AvyDrivel型变频器是西威公司面向世界推出的21世纪电梯专用变频器，具有优越速度控制特性和高转矩的面向现场矢量传动装置，专用于电梯工业及一般的起重应用。
这个变频器实现了食粮控制，通过其本身的自动调节功能与无速度传感器电流矢量控制，很容易得到高启动转矩与较高的调速范围。
根据本西西同的控制要求在这里我们选用AvyDrivel变频器的Avy2055-XXX-AC4型变频器。
其特点如下：
1.离线/在线自动整定：
速度—电流—磁场，调节器和电机参数自整定。
（可采用静态和动态方式完成）；
电机参数根据温度变化自动补偿
2.转矩控制：
通过内置功能，逐步在速度与转矩调节器间减刑通讯控制，瞬时过载能力可达200%。
3.高可靠保护：
电机和驱动器12t热敏保护。
4.丰富的参数选择：
专用启动目录、7段预置速度、5组独立的可规划斜坡曲线等。
5.优秀附加功能：
电子电位器功能、运转中重起动功能、负荷分配功能、PID模块功能、断电检测运行管理。
6.优化控制：
模拟和远程I/O管理、内部Linls的逻辑/数学运算功能。
7.丰富的选件配置：
I/O扩展卡、辅助编码器管理卡、现场总线扩展卡、可编程卡、安全保护展卡、内置PG卡。
曳引变频器结构及参数设置
由于采用PLC作为逻辑控制部件，故变频器和PLC通讯采用开关而不用模拟开关。
由于AvyDriveL是电梯专用吸变频器，因而用在电梯控制上为了满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求。
参数设置原则
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.为了提高运行效率，快车频率应选为工频，而爬行频率要尽可能低些，以减小停车冲击。
3.零速一般设置为0Hz，带速抱闸功能将影响舒适感
4.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。
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。
设电梯曳引电机功率为P1，电梯运行速度为v，电梯自重为W1电梯载重为W2，配重为W3，重力加速度为g，变频器功率为P。
在最大载重下，电梯上升所需要的曳引功率为P2
P2=[（W1+W2+W3）g+F1]v（式4-1）
其中F1=K（W1+W2+W3）g+δ，为摩擦力，δ可忽略不计。
电机功率为P1，变频器功率为P
应接近于惦记功率P1，相对于P2留有较大裕量，可取P≈1.5P2
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，所以变频器调速装置应具有制动功能。
AvyDriveL电梯主用型变频器可采用能耗只动方式将再生能消耗在制动电阻上，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I2的值不超过变频器额定电流的一半
I2=U0/R2≤In/2
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。
其它器件的选择和设计
除电动机、变频器、PLC、超载传感器，还要进行安全及门锁回路、传感器、控制要求等,在此仅作简单介绍。
安全及门锁回路的设计
要使电梯安全运行，还需要进行设计安全及门锁回路。
此回路实现的功能是，保证电梯安全地运行，当电梯在运行中时，各层的层门保持关闭状态；
当电梯停在某一楼层开门时，使轿厢门和层门同时打开；
当电梯要继续运行时，轿厢门和层门关闭。
如果出现故障，电梯就停止不再运行。
安全及门锁回路的接线原理图如图2-4所示。
图2-4安全及门锁回路的接线原理图
传感器选择
1．称重传感器选用的一般规则
在电子衡器中，选用何种称重传感器，要全面衡量。
下面就称重传感器的结构形式、量程，准确度等级的选择上讲述一般要考虑的几个方面。
结构形式的选择
选用何种结构形式的称重传感器，主要看衡器的结构和使用的环境条件。
衡器使用的环境若很潮湿，有很多粉尘，则应选择密封形式较好的；
若在有爆炸危险的场合，则应选用本质安全型传感器；
若在高架称重系统中，则应考虑安全及过载保护；
若在高温环境下使用，则应选用有水冷却护套的称重传感器；
若在高寒地区使用，则应考虑采用有加温装置的传感器。
量程的选择
称重系统的称量值越接近传感器的额定容量，则其称量准确度就越高，但在实际使用时，由于存在秤体自重、皮重及振动、冲击、偏载等，因而不同称量系统选用传感器的量限的原则有很大差别。
需要说明的是：
首先，选择传感器得额定容量要尽量符合生产厂家的标准产品系列中的值，否则，选用了非标准产品，不但价格贵，而且损坏后难以代换。
其次，在同一称重系统中，不允许选用额定容量不同的传感器，否则，该系统没法正常工作。
确度的选择称重传感器的准确度等级的选择，要能够满足称重系统准确度级别的要求，只要能满足这项要求即可。
若在一称重系统中使用了几只相同形式，相同额定容量的传感器并联工作时，其综合误差为Δ，则有:
（2－16）
其中Δ—单个传感器的综合误差；
n1—传感器的个数。
另外，电子称重系统一般由三大部分组成，他们是称重传感器，称重显示器和机械结构件。
当系统的允差为1时，作为非自动衡器主要构成部分之一的称重传感器的综合误差（Δ）一般只能达到0.7的比例成分。
根据这一点和式（2-16），自不难对所需的传感器准确度作出选择。
2．使用称重传感器注意事项
传感器的信号电缆，不和强电电源线或控制线并行布置（例如不要把传感器信号线和强电电源线及控制线置于同一管道内）。
若它们必须并行放置，那么，它们之间的距离应保持在50CM以上，并把信号线用金属管套起来。
若传感器信号线需要延长，则应采用特制的密封电缆接线盒。
若不用此种接线盒，而采用电缆与电缆直接对接（锡焊端头），则应对密
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