觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計【全套圖紙】

...wd......wd......wd...觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：本設(shè)計電梯采用了線性調(diào)速的調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速(VVVF)技術(shù)，并且VVVF電梯采用PLC控制，有完善的自檢測、自診斷、自保護功能，因而十分安全可靠。而且本電梯是按照理想的電梯運行曲線，通過矢量控制軟件對電動機進(jìn)展準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，因而電梯平穩(wěn)、舒適。另外，本設(shè)計采用交流調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速與同規(guī)格的傳統(tǒng)電梯相比，可節(jié)能40%。本設(shè)計還重點研究了電梯門機拖動控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括兩大局部即硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，使其運行安全可靠、性能穩(wěn)定。本設(shè)計的門拖動控制系統(tǒng)采用了當(dāng)前最新的永磁同步伺服系統(tǒng)，這是本設(shè)計的重點和創(chuàng)新點。本設(shè)計的研究成果假設(shè)在實際電梯工程中得到應(yīng)用，必將取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。關(guān)鍵詞：調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速，可編程控制器〔PLC〕，永磁同步電機，電梯門機SightseeinglifttheelrctricalcontrolsystemdesignAbstract：ThedesignelevatorhasadoptedtheVVVFthatvariesmotorsspeedlinearly.BecausetheVVVFelevatorcontrolledbyPLChastheperfectself-inspection,self-diagnosis,andself-protection,itisperfectsafetyandveryrefability.Alsotheelevatorcomplieswiththeidealelevatorrunningcurve,andthemotorisaccuratelyadjustedbythevectorcontrolsoftware,soitismorecomfortable.Inaddition,theVVVFelevatoris40%morepowersavingthanthetraditionalone.Thisdesignalsostudiesthedesignoftheelevator'sdoor-motorcontrolsystem,includestwoparthardwaredesignandsoftwaredesign,makeitastableandreliabledoor-motorcontrollingsystem.Thedoor-motorcontrolsystemofthisdesignadoptsthenewestPermanentMagnetSynchronousMotor,whichisaimportantandnewestpoint.Theresearchmentionedinthisdesignifappliedtotheelevatorproject,willwineconomicandsocialbenefitwell.KEYWORDS:VVVF，PLC,elevator,PermanentMagnetSynchronousMotor,elevatordoor-motor目錄第一章引言…………11.1創(chuàng)新設(shè)計……………………11.2技術(shù)要求……………………1第二章電梯拖動系統(tǒng)方案設(shè)計………32.1電梯門拖動系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設(shè)計…………32.1.1電梯門機系統(tǒng)簡介……………………32.1.2電梯門拖動系統(tǒng)方案設(shè)計……………42.2電梯主拖動系統(tǒng)方案設(shè)計……………………102.2.1單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)………102.2.2交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)…………………102.2.3直流發(fā)電機-電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng)…………102.2.4可控硅直接供電拖動系統(tǒng)……………112.2.5VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)………11第三章電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計………133.1PLC控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較…………………133.2PLC控制系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)的比較………………153.3電梯控制系統(tǒng)方案設(shè)計…………………16第四章控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計…………174.1電梯控制系統(tǒng)原理框圖設(shè)計………………174.2電梯控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造框圖設(shè)計…………17第五章主要器件的選擇………………185.1門拖動主要元器件的重點選擇…………185.1.1永磁同步伺服系統(tǒng)的重點選擇……185.1.2變頻器的選擇……………………215.1.3旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇…………………215.1.4可編程控制器的選擇………………215.2主拖動主要元器件的選擇…………………225.2.1曳引電動機的選擇…………………225.2.2主拖動變頻器的選擇………………225.2.3旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇…………………245.2.4光電開關(guān)的選擇……………………255.2.5可編程控制器的選擇………………265.3其他元器件的選擇…………265.3.1交流接觸器的選擇…………………265.3.2電梯空調(diào)的選擇…………………275.3.3紅外光幕的選擇……………………285.3.4語音報站鐘的選擇……………30第六章硬件設(shè)計……………………326.1門拖動I/O接口電路設(shè)計…………………326.2主拖動I/O接口電路設(shè)計…………………32第七章系統(tǒng)軟件設(shè)計…………………347.1門拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計…………………347.1.1門拖動控制系統(tǒng)原理………………347.1.2門拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計…………347.1.3軟件調(diào)試…………357.1.4小結(jié)………………357.2主拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計…………………357.2.1主拖動控制系統(tǒng)原理………………357.2.2主拖動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計…………367.2.3程序設(shè)計說明……………………37第八章總結(jié)……………41參考文獻(xiàn)……………………42致謝……………………43第一章引言舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)?；谝陨峡紤]，本設(shè)計將重點研究門控系統(tǒng)，方案采用目前最先進(jìn)的永磁同步門控系統(tǒng)。觀光電梯井道和轎箱一般為太陽直射，熱量在井道內(nèi)聚集，在夏季溫度較高時，電梯內(nèi)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人的舒適溫度。在觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)是必然的選擇，這也是本設(shè)計人性化設(shè)計之一。本觀光電梯為某大型商廈設(shè)計，周圍環(huán)境嘈雜，方案安裝語音到站鐘，用于中〔英〕文報上行、下行、超載等語音，為乘客提供優(yōu)美的到站提示音，表達(dá)個性化設(shè)計。另外，為安全考慮，還應(yīng)設(shè)計好入口安全保護系統(tǒng)，方案安裝紅外線光幕式保護裝置，以保證乘客安全。1.1創(chuàng)新設(shè)計：〔1〕永磁同步門控系統(tǒng)：目前最先進(jìn)的門控系統(tǒng)，充分表達(dá)了本觀光電梯的高檔性?！?〕入口安全保護：將安裝紅外線光幕式保護裝置，以提高安全可靠性?！?〕電梯專用空調(diào)：觀光電梯內(nèi)安裝空調(diào)，滿足人性化設(shè)計要求?！?〕語音到站鐘：在嘈雜的商廈中，大功率語音報站鐘是個性化的設(shè)計表達(dá)本設(shè)計的電梯要求為某大型商場的觀光電梯(panoramiclift;observationlift)。因為乘客一般希望在轎內(nèi)多逗留片刻，以欣賞轎外風(fēng)景，所以不要求高運行速度，以低于同類客梯的速度為宜，故可v=1m/s。樓層數(shù)為10層；額定載重量為800kg。1.2技術(shù)要求：1、電梯停頓運行后，經(jīng)預(yù)定時間自動關(guān)閉通風(fēng)裝置和空調(diào)。2、考慮商場嘈雜，人性化的設(shè)計語音到站鐘。3、入口安全保護。為保證乘客安全，應(yīng)設(shè)有入口安全保護，例如安裝紅外線光幕式保護裝置。4、防超載裝置。

當(dāng)電梯載重量超過額定載重量時，電梯停頓運行并將門開啟，同時警告鈴響起警示，直到乘客疏散到額定范圍后繼續(xù)運行。5、超速保護系統(tǒng)。

當(dāng)電梯下降運行，速度超過額定速度1.3倍時，便自動切斷控制電源，超過額定速度1.4倍時，限速器――安全鉗動作，防止轎廂繼續(xù)下滑，可靠地制停。6、轎內(nèi)指令的登記與去除。7、轎外召喚的登記與去除。有司機狀態(tài)下，廳外召喚不參與選向而由司機控制。無司機狀態(tài)下，轎內(nèi)指令具有優(yōu)先權(quán)，即電梯停靠后，從電梯自動開門開場到自動關(guān)門完畢前，轎內(nèi)指令優(yōu)先與召喚信號。這段時間內(nèi)，召喚信號不參與選向控制。8、自動開關(guān)門電梯到達(dá)預(yù)定層并?？亢髴?yīng)自動將門翻開。電梯未平層后運行時，開門按鈕和關(guān)門按鈕均不起作用。有專職司機狀態(tài)下，按下關(guān)門按鈕，關(guān)門后自動運行；無專職司機狀態(tài)下，延時后自動運行。9、樓層指示。電梯運行層顯示為數(shù)字顯示。10、自動選向電梯應(yīng)根據(jù)所處樓層和轎內(nèi)指令確定的目的樓層〔無司機狀態(tài)還應(yīng)包括召喚信號確定的目的樓層〕自動的選擇運行方向。實現(xiàn)順向截車和最遠(yuǎn)層站的反向截車。11、自動運行。運行過程中的加速、減速等速度變化應(yīng)該自動進(jìn)展。換層、平層等位置控制應(yīng)該采用較、先進(jìn)的相對計數(shù)方式。12、應(yīng)具有各種相應(yīng)的安全保護以及報警、照明等功能。如電梯具有消防運行控制，具有超載不開電梯功能，具有防夾人功能等。13、電梯運行狀態(tài)由三擋位鑰匙開關(guān)實現(xiàn)。電梯運行狀態(tài)由司機，無司機和檢修三種狀態(tài)組成。檢修狀態(tài)時，點動控制開門，電梯慢速點動上下，以利于維修。14、在電梯轎廂運行過程中，轎廂上升〔后下降〕途中，任何方向下降〔或上升〕的外呼梯信號均不響應(yīng)，但如果某反向外呼梯信號前方再無其他內(nèi)、外呼梯信號時，那么電梯響應(yīng)應(yīng)該外呼梯信號。15、電梯應(yīng)當(dāng)具有最遠(yuǎn)反向外呼梯響應(yīng)功能。如，在電梯轎廂在一樓，而同時有二層向下外呼梯信號。16、設(shè)置停電時電梯就近平層和開門裝置。第二章電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計電力拖動系統(tǒng)是電梯的動力來源，它驅(qū)動電梯部件完成相應(yīng)的運動。在電梯中主要有如下兩個運動：轎廂的升降運動，轎門及廳門的開關(guān)運動。轎廂的運動由曳引電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)曳引傳動系統(tǒng)進(jìn)展減速、改變運動形式〔將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橹本€運動〕來實現(xiàn)驅(qū)動，其功率在幾千瓦到幾十千瓦，是電梯的主驅(qū)動。轎門及廳門的開與關(guān)那么由開門電動機產(chǎn)生動力，經(jīng)開門機構(gòu)進(jìn)展減速、改變運動形式來實現(xiàn)驅(qū)動，其驅(qū)動功率較小〔通常在200W以下〕，是電梯的輔助驅(qū)動。本局部內(nèi)容主要是電梯的電力拖動系統(tǒng)方案設(shè)計。2.1電梯門機拖動系統(tǒng)方案的創(chuàng)新性設(shè)計2.1.1電梯門機系統(tǒng)簡介在電梯系統(tǒng)中，為了使其能夠正常工作，也為了提高電梯系統(tǒng)的可靠性一般在電梯系統(tǒng)中都有一些附屬裝置，電梯門機系統(tǒng)即是其中一個。舒適的電梯系統(tǒng)應(yīng)該有較短的候梯時間，門運行快捷、安靜，使乘客不會覺得候梯和運行時間過長，因此，高效的電梯應(yīng)該有一個良好的門機驅(qū)動系統(tǒng)。在電梯中，門機系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收來自上位管理與調(diào)度系發(fā)送的門機控制信號，驅(qū)動門電動機運行，以控制電梯轎廂門和廳門的聯(lián)動開關(guān)。電梯門機系統(tǒng)主要由門電動機、門電動機控制器、門電動機驅(qū)動裝置、門構(gòu)造(門系統(tǒng)機械局部)、安全檢測系統(tǒng)、大廳內(nèi)乘客監(jiān)測系統(tǒng)等組成。下面簡單介紹各個組成局部及其速度曲線和運行過程。(1)梯門電機控制系統(tǒng)這局部主要由門電機控制器、門電機驅(qū)動裝置以及門電動機等組成。其中門電機控制器主要用來控制門電機，使其沿給定門機曲線運行，以快速、安靜、準(zhǔn)確的開關(guān)電梯轎廂門和廳門。這局部如同一個小型的電機拖動控制系統(tǒng)。(2)電梯的門構(gòu)造此局部主要由門扇、導(dǎo)軌、廳門門鎖等構(gòu)成，目前主要采用單扇門和中分門兩種構(gòu)造。為了提高門系統(tǒng)的快捷性，高性能的電梯系統(tǒng)多采用中分門構(gòu)造。其中門扇必須具有穩(wěn)固、防火的特點；導(dǎo)軌用來支撐門扇，故必須外表光滑、穩(wěn)固且足夠大，以便門扇可靠的移動；廳門門鎖必須滿足安全要求，當(dāng)門扇到達(dá)關(guān)門點時應(yīng)及時的鎖住門。這局部對乘客安全非常重要。(3)安全檢測在電梯控制系統(tǒng)中，為了防止乘客被正在關(guān)閉的門扇傷害，在門系統(tǒng)中大都設(shè)置安全檢測系統(tǒng)，以檢測關(guān)門時是否還有乘客從電梯門上通過。當(dāng)轎廂門正在關(guān)閉時，如果此時有乘客欲進(jìn)、出入電梯轎廂(包括乘客位于轎廂門前某段距離或乘客阻擋轎廂門關(guān)閉)，那么轎廂門應(yīng)該停頓關(guān)閉，且重新翻開。轎廂門翻開那么不必有此過程。目前的安全系統(tǒng)主要大都采用光電式裝置(如光敏元件)，也有的采用電磁式裝置。(4)大廳內(nèi)乘客檢測系統(tǒng)在一些高性能的電梯系統(tǒng)中，都設(shè)置了大廳內(nèi)乘客檢測裝置，確定乘客是否全部進(jìn)入電梯。當(dāng)乘客或物體仍在門檢測區(qū)域內(nèi)時，電梯的門系統(tǒng)能自動延時關(guān)門，確保乘客全部進(jìn)入電梯。目前主要采用光電裝置和紅外光幕保護裝置來檢測乘客或物體。有的門機系統(tǒng)還采用熱敏電磁裝置和圖像采集系統(tǒng)檢測乘客或物體，由于受到性能和成本的限制，應(yīng)用的并不多。(5)門過載保護裝置有的門系統(tǒng)設(shè)有門過載保護開關(guān)裝置，當(dāng)電梯在開關(guān)門過程中，因轎廂門受阻而導(dǎo)致動作力矩過大，梯門會自動向反方向動作，從而到達(dá)保護門電機的作用。(6)速度曲線及運行過程電梯門機系統(tǒng)的速度曲線如圖1-1所示。速度曲線大致可分為四個階段：加速階段、勻速階段、減速階段和廳門鎖定階段。tl-t2時間段為加速階段；t2-t5為勻速階段；t5-t6為減速階段；t6-t7為門鎖定階段。以關(guān)轎廂門為例，在t1時刻，門電機得到控制信號(一般為脈沖信號)，經(jīng)過一段時間延遲，轎廂門開場動作，一直到t2時刻，此段時間為加速階段，其運行距離一般較短。從t4開場到t5時刻，為勻速階段。此時，如果有乘客在轎廂門前一定距離內(nèi)或者在門扇中間阻擋轎廂門的關(guān)閉，那么電機得到一個脈沖信號，那么電機提前進(jìn)入減速階段，如t3-t4時刻所示，然后反轉(zhuǎn)，轎廂門重新翻開。直到全部乘客進(jìn)入轎廂，從時刻t5開場進(jìn)入減速階段。在t6時刻，轎廂門實際已經(jīng)關(guān)閉。在t6-t7的門鎖定階段電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轎廂門被壓緊，門刀關(guān)門同時通過機械構(gòu)造關(guān)閉廳門直到t7時刻，電機停頓轉(zhuǎn)動，門關(guān)閉過程完畢。圖1-1電梯門機運行速度曲線以上簡要表達(dá)了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。在電梯門系統(tǒng)中，還有一個重要的問題就是門保持時間的選擇。因為門的保持時間過長，會影響電梯的運行效率，而保持時間過短又不能保證乘客全部安全的進(jìn)入轎廂。因此應(yīng)對門保持時間進(jìn)展很好的選擇：在保證乘客全部安全進(jìn)出電梯的情況下，盡可能的縮短電梯開關(guān)門時間。2.1.2門機拖動系統(tǒng)方案設(shè)計電梯門機拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)，相對整個電梯系統(tǒng)來說，是不容無視的。它是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的局部。因此在實際應(yīng)用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)，其設(shè)計就顯得尤為重要。一、各種門機拖動系統(tǒng)的比較門機拖動系統(tǒng)從電流型式上分為直流調(diào)速拖動和交流調(diào)速拖動兩大類，在交流調(diào)速拖動中，異步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)和同步電動機門機調(diào)速拖動系統(tǒng)已開展成為占有相當(dāng)比例的兩類調(diào)速拖動系統(tǒng)。目前有三大類門機拖動系統(tǒng)：直流電動機門機拖動系統(tǒng)、異步電動機門機拖動系統(tǒng)、永磁同步門機拖動系統(tǒng)。最老式的用傳統(tǒng)直流電動機調(diào)速的電梯門機一般由電動機配以繼電器、限位開關(guān)和電阻實現(xiàn)開關(guān)門的控制，由于控制簡單，調(diào)速性能好，變流裝置構(gòu)造簡單，長期以來在調(diào)速系統(tǒng)領(lǐng)域里占統(tǒng)治地位。但是由于直流電動機構(gòu)造復(fù)雜、成本高、故障多、維護困難且工作量大，經(jīng)常因火花大而影響生產(chǎn)；機械換向器的換向能力限制了電動機的容量、電壓和速度;接觸式的電流傳輸又限制了直流電動機的使用場合；電樞在轉(zhuǎn)子上，電動機效率低，散熱條件差，冷卻費用高，這些固有的缺點限制了直流電動機向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向開展。復(fù)位時，X013Y005KA4……實現(xiàn)開門按鈕或安全觸板開門。5〕平層?？块_門。電梯到達(dá)準(zhǔn)備前往層站平層時，恰好電梯的速度為零，因而變頻器的輸出也為零。由于變頻器的輸出為零，……實現(xiàn)到站零速平層?？渴╅l開門。6〕紅外檢測信號開門關(guān)門過程中，紅外檢測信號發(fā)出，此情況電梯會重新開門。4.電梯消防功能的實現(xiàn)1〕消防回基站功能本設(shè)計采用兩個控制開關(guān)分別控制X035及X036的輸入，其功能分別為消防回基站和消防員專用功能。在發(fā)生火災(zāi)的情況下，消防員按動位于基站外的消防回基站按鈕SA1，進(jìn)而X035，M90，將廳內(nèi)外的上、下召喚信號復(fù)位，即消除內(nèi)外指令信號。當(dāng)電梯正處于上行時M10M7，到達(dá)換速的目的。當(dāng)X022Y000和Y007，到達(dá)斷電施閘就近平層的目的，Y053電梯下行直到X004時?？炕?。當(dāng)電梯處于下行時，M11Y054,電梯下行直到X004時?？炕尽．?dāng)電梯處于基站外?？块_門時，Y006KA5,門關(guān)妥Y054,電梯下行。當(dāng)電梯到達(dá)基站后，M600Y005KA4，實現(xiàn)基站開門待命。2〕消防員專用功能當(dāng)電梯到達(dá)基站并開門待命后，乘員全部走出電梯，消防員轉(zhuǎn)動SA2，并且是全部的外召喚信號復(fù)位，但內(nèi)指令仍然有效，消防員可根據(jù)需要操作。5.輕載防搗亂功能的實現(xiàn)由電梯稱重裝置檢測到預(yù)先設(shè)定的輕載信號后X012,當(dāng)有轎內(nèi)人員指令時，M50并對其脈沖上升沿進(jìn)展計數(shù)，當(dāng)累計計數(shù)小于預(yù)先設(shè)定值時，D100及M50復(fù)位，當(dāng)累計計數(shù)大于等于預(yù)先設(shè)定值時，轎內(nèi)所有指令復(fù)位。6.方向程序這一程序在電梯程序中是非常重要的。方向的實現(xiàn)在程序中是用內(nèi)部輔助繼電器M4和M5來表示方向，進(jìn)而定出電梯的運行方向。第八章總結(jié)本設(shè)計電梯主拖動控制系統(tǒng)采用PLC控制，有完善的自檢測、自診斷、自保護功能，因而十分安全可靠。而且本電梯是按照理想的電梯運行曲線，通過矢量控制軟件對電動機進(jìn)展準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，因而電梯平穩(wěn)、舒適。另外，本設(shè)計采用交流調(diào)壓調(diào)頻調(diào)速與同規(guī)格的傳統(tǒng)電梯相比，可節(jié)能40%。通過對本課題的畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)了我們綜合運用所學(xué)的根基理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力，完成基本工程訓(xùn)練和初步培養(yǎng)從事科學(xué)研究能力的重要環(huán)節(jié)；在畢業(yè)設(shè)計中注重培養(yǎng)查閱資料、方案論證、專業(yè)數(shù)據(jù)獲取及分析解決問題的能力，不僅如此，基于這次的畢業(yè)設(shè)計，不僅讓我穩(wěn)固了所學(xué)的專業(yè)知識，而且還讓我學(xué)到了很多關(guān)于機電一體化的很多經(jīng)歷，在搜集各種材料的同時，亦得到了不少關(guān)于本專業(yè)在社會實踐中的重要發(fā)揮，這次的畢業(yè)設(shè)計重在培養(yǎng)我們獨立設(shè)計，獨立完成任務(wù)的能力，發(fā)揮專業(yè)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，提高我們的創(chuàng)新設(shè)計的能力。因此，通過這次的設(shè)計后，我的能力又得到了更一層次的提高，這次的設(shè)計是重在觀光電梯的新形式創(chuàng)新，在此根基上用PLC設(shè)計增加了不少新的成分，相信本課題的設(shè)計對我以后的生活和學(xué)習(xí)一定有著重要的意義。參考文獻(xiàn)[1]黃立培.變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動機調(diào)速[M].北京：人民郵電出版社,1