电梯电器控制系统设计本科毕业设计(论文)

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1、 xxx学院本科毕业设计（论文） 电梯电器控制系统设计学生姓名： x x 学生学号： 20091050xxx 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： xxx自动化xx 指导教师： xxxxxx 教授 助理指导教师： 二一三年六月xxx学院毕业设计（论文）摘要摘 要21世纪，随着科学技术的迅猛发展，不断涌现的高新技术，可利用的资源也越来越少。面对如此恶劣的环境，人们对于节电和环保的意识也越来越强，在这样的环境下传统的电励磁电机就受到了挑战，同时这也是给新型的电梯提供了广阔的发展机会。与此同时，数字信号处理器、新型电力电子器件以及PWM控制的发展得到了强有力的发展。比较传统的电磁电机，永磁同步电

2、机具有效率高且功率因数高，体积小，重量轻，材料使用率高等，具有无与伦比的优势。本设计在采用PLC和变频器相互结合而实现电梯常规控制的基础上，通过对变频器和PLC芯片的合理选择和设计，大大提高了电梯的控制水平，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制和运行效果。关键词：电梯；PWM控制；变频调速xxx学院毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRACT In the 21 century ,science and technology develop fast .High technology emerge endlessly and the resource day by day

3、,thus people become more aware of economizing electricity ,and protecting our environment ,which make the tradition electrical excitation confront great challenge ,as well as supplied with good chance . The development of the new power electronic devices ,digital signal processors and modern control

4、 theory ,the modern speed control technology has been developed .Compared to the traditional electrical excitation generator ,the permanent magnet synchronize generator has the advantage of high efficiency ,high factor ,small size ,less material ,less weight ,that can not be replaced .This design in

5、 use PLC and inverter elevator on the basis of conventional control, through the inverter and PLC chip design, selection and greatly improves the elevator control levels, and improves the comfort, Elevator makes elevator reaches more ideal control and operating results. Keywords: elevator ;PWM ;freq

6、uencyxxx学院本科毕业设计（论文）目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1电梯简史11.2国内外电梯的使用与生产情况11.3电梯的发展趋势22 概 述32.1电梯的概述32.1.1电梯的概念32.1.2电梯的分类32.1.3电梯的工作原理42.2电梯的基本结构52.2.1曳引系统72.2.2导向系统82.2.3门系统82.2.4轿厢82.2.5电力拖动系统92.2.6电气控制系统102.2.7安全保护系统103 电梯电力拖动控制系统113.1变频调速电梯系统运行原理113.2变频器123.2.1变频调速原理123.2.2变频器组成、工作原理及其分类123.2.3变频器机型

7、选择133.2.4变频器计算及其参数设置153.3电梯理想速度曲线设计163.3.1电梯快速性的性能要求163.3.2电梯舒适性的性能要求173.3.3电梯速度曲线173.4电梯曳引电动机及其功率确定183.4.1电梯对曳引机的要求183.4.2曳引电动机额定功率的粗选183.4.3曳引电动机过载、启动校验194 电梯电气控制系统214.1 PLC及其在电梯控制中的应用特点214.1.1 PLC定义及其特点214.2 PLC的选择224.2.1 轿厢楼层位置检测方法224.2.2 PLC机型的选择234.3 电梯电气控制系统设计方案244.4 电梯电气控制系统软件设计284.4.1 层楼继电器

8、回路的实现304.4.2 召唤回路314.4.3 指令回路324.4.4选向回路324.4.5 电梯的开关门环节344.4.6 电梯起制动环节354.4.7 故障报警374.4.8 电梯的通风系统374.4.9 电梯的照明系统375 总 结385.1 全文总结385.2 展望38参考文献39致 谢40附录A 电梯控制系统原理图41附录B 电梯控制系统梯形图42xxx学院本科毕业设计（论文） 1 绪论1 绪 论1.1电梯简史电梯的雏形源于公元前236年的古希腊，它是阿基米德设计的由人力驱动的卷筒式卷机。其实，我国北方农村常见的水井绞车辘轳，就是我们的祖先早在公元前使用的一种人力升降装备。1850

9、年，世界第一台用蒸汽机当做动力的卷扬机出现在美国，1889年，世界第一台电动机作为动力的升降机由美国的otis公司试制成功了，给之后的现代化的电梯有了一定的基础。20世纪初，美国有了曳引式电梯1。1933年，世界第一台运行速度为6m/s的电梯被安装在美国纽约的帝国大厦。20世纪80年代出现了交流变压变频（VVVF1）调速电梯开拓了电梯拖动的新领域。1.2国内外电梯的使用与生产情况1.国外情况90年代以来，400多万台电梯在世界各地运行着，同时每年以15万台的需求量增加着，预计近十年内世界年平均增长率为7%，亚太地区的年增长率为9%。2.国内情况解放前，我国基本没有自己的电梯制造业，只有美国ot

10、is公司在我国设立的维修点。解放初我国先后建立了十多个电梯制造厂，电梯制造业有了迅猛发展，但在5060年代期间，电梯的使用仅限于各大宾馆、饭店、外交公寓、以及国家的重要场馆和较大的公共场所，如人民大会堂、北京地铁车站、首都机场等。据有关资料统计，在19491979年间，我国生产的电梯总数只有一万台。自70年代开始，特别是到了80年代，随着经济建设的改革开放，我国的电梯的使用开始普及起来，截至1997年，全国累计生产各类电梯26万台。1.3电梯的发展趋势在我国，70年代的电梯产品主要是交流双速电梯，其调速原理是通过改变牵引电动机的极对数而实现高速与低速运行的，这种电梯结构简单，使用维护方便，尽管

11、平滑调速不够理想，舒适感较差，但在调速要求不高的场合，已能满足要求。80年代，交流调压调速电梯技术已趋成熟，其调速原理是通过改变三相异步电动机2的定子供电电压而实现电动机的转速变化，由于采用了闭环控制，使电机的转速跟踪给定速度变化，制动过程快而平稳，精度较高，其调速性能优于交流双速电梯。90年代，出现了调压调速调频电梯（VVVF电梯），其调速方法是调节交流电机定子绕组供电电压的幅值和频率。由于在VVVF电梯传动系统中，采用了微机控制技术、脉宽调制技术及矢量变换技术，使得其转速的控制与直流电机极为相似。这种电梯体积小、质量轻、节约能源、运行效率高，几乎囊括了以往电梯的所有优点，所以，自问世以来受

12、到了国内外电梯业的极大关注。当今，微机控制已成为电梯技术的发展方向，许多生产厂家与科研单位合作，相继推出了用可编程控制器（PLC）取代继电器控制和用微机控制的电梯新机型，使电梯的控制功能增强，性能明显改善，可靠性及舒适性有所提高。随着电梯技术的发展以及产量的提高，中国电梯在亚洲市场占用越来越重要的位置。48xxx学院本科毕业设计（论文） 2 概述2 概 述2.1电梯的概述2.1.1电梯的概念电梯是服务于规定楼层，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间的固定式升降设备。广义电梯概念包括载人（货）电梯、自动人行道、自动扶梯等，是指动力驱动，利用沿刚性导轨运行的箱体或者沿固定线路运动的梯

13、级（踏步），进行升降或者平行运送人或者货物的机电设备。狭义的电梯是指服务于规定楼层、有轿厢的垂直升降设备，不包括自动人行道、自动扶梯。自动扶梯（Escalator）是带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。自动人行道（Passengerconveyor）是带有循环运行式走道，用于水平或微倾斜的输送乘客的固定电力驱动设备。2.1.2电梯的分类（1）按电梯用途分类3 根据用户对电梯使用的要求，常用电梯种类有客梯、货梯、客货两用梯、医用梯、观光梯、自动扶梯及其他类型的特种电梯。（2）按电梯的运行速度分类 电梯运行速度在1m/s一下为低速电梯，12m/s为快速电梯，25m/s为

14、高速电梯，速度在5m/s及以上时为超高速电梯。（3）按电梯曳引电动机的供电电源分类 按曳引电动机的电源不同电梯可分为交流电梯和直流电梯。交流电梯又可分为采用交流异步双速电动机变级调速拖动的电梯，简称交流双速电梯；采用交流异步双绕组电动机调压调速拖动的电梯，简称ACVV拖动电梯；采用交流异步单绕组电动机调频调压调速拖动的电梯，简称VVVF拖动电梯。（4）按电梯操纵控制方式分类 按电梯操纵控制方式分类有较内手柄开关控制电梯、按钮控制电梯、信号控制电梯、集选控制电梯、并联控制电梯、程序控制电梯及智能群控电梯等。2.1.3电梯的工作原理一部电梯主要由轿厢、配重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成。

15、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，而电梯自动化的程度是比较高的，一般电梯的乘用或司机人员只用在操纵箱上的一系列的按钮下达一个个指令的信号，电梯

16、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

17、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。本设计主要研究六层六站的电梯控制系统，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：PLC电梯控制系统应具备：有司机、无司机、检修三种工作模式。系统应具备自动响应层楼召唤信号（含上召唤和下召唤）。具有轿厢层楼显示（十进制方式），能自动显示电梯运行方向。具有电梯直驶功能和反向最远停站功能，具有检修应急处理功能。电梯具有自动开关门和应急手动开门、关门按钮。2.2电梯的基本结构电梯是机、电一体化产品。其机械部分好比是人的躯体，电气部分相当于人的神经，控制部分相当于人的大脑。各部分通过控

18、制部分调度，密切协同，使电梯可靠运行。尽管电梯的品种繁多，但目前使用的电梯绝大多数为电力拖动、钢丝绳曳引式结构，图2.1所示是电梯的基本结构剖视图。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

19、源开关； 32-控制柜；33-曳引电机； 34-制动器图2.1 电梯的基本结构剖视图从电梯空间位置使用看，由四个部分组成：依附建筑物的机房、井道；运载乘客或货物的空间轿厢；乘客或货物出入轿厢的地点层站。即机房、井道、轿厢、层站。从电梯各构件部分的功能上看，可分为七个部分：导向系统、曳引系统、门系统、轿厢、电力拖动系统、安全保护系统和电气控制系统。2.2.1曳引系统曳引系统曳引轮、曳引机、反绳轮及曳引钢丝绳等组成。(1)曳引机曳引机是电梯的主要拖动机械，其作用是产生并传送动力，驱动轿厢和对重上下运行。分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。无齿轮曳引机，一般以调速性能良好的直流电动机作为动力，由于没有机

20、械减速机构，其传动效率高，噪声小，传动平稳，结构简单，用于速度大于2m/s的高速和超高速电梯上。有齿轮曳引机多用于速度小于2m/s的各种电梯上，为减小运行噪声和提高平稳性，一般采用蜗杆副作减速传动装置。这种曳引机主要由曳引机电动机、制动器及减速器等组成。(2)曳引轮曳引轮是挂曳引钢丝绳的轮子，通过曳引轮与钢丝绳之间的摩擦力产生曳引力带动轿厢与对重垂直运行。曳引轮装在减速器中的涡轮轴上，若是无齿轮曳引机，装在制动器为侧，与电动机轴。制动器轴在同一轴线上。为了提高曳引力并防止磨损打滑，在曳引轮上加工有曳引绳槽，曳引钢丝绳就位于绳槽内。要求曳引轮强度大、耐磨损、耐冲击。包角越大，摩擦力就越大。为了减

21、少曳引绳的弯曲能力，增加使用寿命，一般希望曳引轮越大越好，但过大会使体积增大，减速器速增大，因此应大小适宜一般要求大于钢丝绳直径40倍。(3)曳引钢丝绳每台电梯所用曳引钢丝绳的数量和绳的直径，与电梯的额定载重量、运行速度、井道高度及曳引方式有关。各类电梯采用的曳引钢丝绳根数因数一般应符合表1 曳引钢丝绳与安全因素电梯类型曳引绳根数安全因数客梯、货梯、医梯412杂货梯210可见悬挂电梯轿厢的钢丝绳除杂物电梯外，一般不少于根，其安全因数均不小于12。因此若干根钢丝绳同时断开，造成轿厢坠落下去的事故是不会发生的。但是由于电梯安装人员制作绳头时没有严格按有关标准和规范施工，则会发生个别曳引绳与锥套脱离

22、的情况。而由于使用不当和机电系统故障，如超载或某些机件损坏，造成轿厢的运行速度超过额定值，甚至有可能发生蹲底事故。(4)反绳轮反绳轮是指设置在轿厢顶和对重顶上的动滑轮及设置在机房的定滑轮.曳引钢丝绳绕过反绳轮可构成不同曳引比的传动方式。2.2.2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。2.2.3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

23、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。2.2.4轿厢轿厢是电梯用以承载和运送人员和物资的箱形空间。轿厢一般由轿底、轿壁、轿顶、轿门等主要部件构成，其内部净高度至少应为2m。2.2.5电力拖动系统电梯的电力拖动系统主要由操纵箱、楼层指示器、召唤盒、平层装置、检修开关、楼层检测器、安全保护器件、曳引电动机、电磁制动器及开关门电器等组成，它起着操纵和控制电梯运行的作用。1、操纵箱：操纵箱安装在电梯轿箱内靠门的轿壁上，包括运行方式开关、指令按钮、方向按钮、开关门按钮、检修运行开关、警铃按钮、直驶按钮、

24、风扇开关、召唤蜂鸣器、召唤楼层和召唤方向指示灯、照明开关等。2、楼层指示器：用于指示电梯目前所在位置及运行方向。通常，电梯层楼指示器有电梯上下运行方向指示灯、层楼位置指示灯及到站钟等。层楼指示器一般采用信号灯和数码管两种。3、召唤盒：是给厅外乘用人员提供召唤电梯的装置。在下端站只装一个上行召唤按钮，上端站只装一个下行召唤按钮，其余楼层根据电梯功能有上行下行召唤按钮。当按下按钮后，指示灯亮，控制系统登记召唤信号。4、平层装置：为保证电梯轿箱在各层停靠时准确平层，通常在轿顶装有平层装置。目前主要的平层装置有两种：一、隔磁板与干簧管感应器平层装置;二、圆形永久磁铁与双稳态开关平层装置。5、检修开关盒

25、：通常在电梯机房控制柜、轿箱内与轿箱顶，设有电梯检修开关盒，盒内一般有检修开关、急停按钮，开关门按钮以及慢上慢下按钮。轿顶检修开关盒还装有电源插座、照明等及其开关等。6、安全保护器件：a、机械安全保护系统1 电磁制动器 2轿门上的安全触板装置 3 自动门锁机构 4轿顶安全窗 5 轿顶安全栅栏 6限速器与安全钳 7 缓冲器 8底坑防护栏 b、电气安全保护系统1门开关保护 门两侧有安全触板和关门检测装置，当门未关完或有人触碰到安全触板时电梯不会启动。2电梯终端起越保护 电梯设有强迫减速开关、终端限位开关和极限开关，组成完善的电梯终端超越保护装置，实现减速保护、限位保护、极限保护3终端限位保护 终端

26、限位保护由上下终端限位开关来实现。当减速开关失灵，未能使轿厢减速停驶，当轿厢越出顶层或底层位置后，撞板使上限位开关或下限位开关动作，迫使电梯停止运行。2.2.6电气控制系统电气控制系统由位置显示装置、操纵装置、平层装置、控制屏、选层器等组成能够对电梯的运行实现运行和操作。位置显示就是指层站和轿内的指层灯。层站一般都是显示的是电梯运行的方向还有目前所在的楼层。选层器能够起到反和指示馈轿厢位置、发出加减速信号、决定运行方向等作用。2.2.7安全保护系统安全保护系统有械电气和机的各类保护系统，能够保护电梯安全使用。机械方面的有：安全钳和限速器在超速的时候起保护作用；缓冲器在撞底和冲顶时起保护作用；还

27、有断开总电源极限保护等。xxx学院本科毕业设计（论文） 3 电梯电力拖动控制系统3 电梯电力拖动控制系统电梯是一个综合性的有机整体，因此相当的复杂。同时电梯的使用攸关使用人的生命安全，因此必须添加很多的附属装置以保证其安全，使得电梯控制结构相当的复杂。另外，随着时代的发展和生活水平的不断提高人们对于电梯的要求也越来越高，就使得控制系统更加的复杂和合理化，以满足人们的需要。电梯控制系统框图如下：图3.1 电梯控制系统框图由上图可以看到，电梯控制系统主要由电梯电力拖动控制系统（调速控制变频器系统）和电梯电气控制系统构成。电梯电力拖动系统部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要的影响，而电气控制部

28、分是电梯安全可靠运行的关键。3.1变频调速电梯系统运行原理电力局送来的是380V动力电源变为可控的直流电，要经过变频器改变为可以调频调压的三相正弦交流电，使电动机运行。电梯检修的时候，PLC会给变频器发出检修运行信号和方向，系统按照之前编好的指令运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。3.2变频器3.2.1变频调速原理由电机学原理可知三相异步电动机的转速可由下式表示： 式（3.1）式中：为电机的电源频率，为电动机定子绕组的极对数，为转差率从上式3.1可看出，在极对数P和转差率不变的情况下，转速n与电机电源的频率成正比，改变电动机的频率就可以改变电动机的转

29、速，从而实现电梯的零速起动。3.2.2变频器组成、工作原理及其分类 变频器组成及工作原理变频器通常由主电路、控制电路和保护电路组成。主电路如图4.2所示。主电路包括整流器、逆变器和中间直流环节。图3.2 变频器主电路图其整流电路采用的是不可控的二极管整流电路，而变频器的输出频率和输出电压均由逆变器按PWM方式来完成。利用参考电压波与载频三角波互相比较来决定开关器件导通时间，从而实现调压。逆变器又称负载器，最常见的是由六个半导体的开关器件组成一个三相桥式的逆变电路，有规律的控制这些开关的通断，就可以得到任何频率的三相交流电输出。中间直流环节：因为逆变器负载是异步电动机，它是一个感性负载，故在电动

30、机和中间直流环节之间总有无功功率交换。此无功功率要用中间直流环节储能元件（电抗或电容）来缓冲，故又称中间直流环节为中间直流储能环节。 变频器的类型按电源的性质来分：电压型变频器，电流型变频器按输出电压调节方式分：PAM方式，PWM方式，高载波变频率PWM方式按控制方式分：U/f控制，转差频率控制，矢量控制按电压等级分：低压变频器，高压大容量变频器按用途分：通用变频器，高性能专用变频器，高频变频器，小型变频器。3.2.3变频器机型选择随着变频器性能价格比的提高，因为变频器具有很多优点，是的交流调速在应用的十分广泛。目前已经有了专门为电梯设计的变频器，其使用灵活，功能较强，但其价格相对较贵。因此，

31、选择了通用变频器安川VS-616G5型全数字变频器。电梯的调速要求除了一般工业控制的静态、动态性能外，它的舒适度指标往往是选择中的一项重要内容，此外电梯节约用电也日益受到重视。综合考虑各种因素，本设计选用安川VS-616G5型全数字变频器，它具有转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率，同时降低了电机运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。VS616-G5型的变频器是安川电机公司出品的一款通用型变频器。该变频器不只是考虑了V/f控制，还完成矢量控制，通过本身的无速度传感电流矢量控制还有自动调谐功能，可以很轻松的得到比较高的调速范围还有较高启动转矩V

32、S- 616G5变频器的标准规格：表3.1 616G5型变频器的标准规格电压220V400V容量范围1.2110KVA1.4460KVA电源电压频率200V： 三相 200V/208V/220V400V： 三相380V/400V/415V/440V/460V电压允许变动+10% -15%频率允许变动士5%控制特性控制方式正弦波PWM控制，V/f控制无传感器矢量控制(无PG)，带传感器矢量控制(带PG)带传感器V/f控制(用参数切换)启动转矩150%/1 Hz(无PG) I50%/0 r/min(带PG)速度控制范围1:100(无PG) 1:1000(带PG)速度控制精度士0.2%(无PG) 0

33、.02%(带PG)速度响应5Hz(无PG) 30Hz(带PG)转矩精度士5%转矩响应20Hz(无PG)以上 150HZ(带PG)以上频率控制范围0.14000HZ频率精度数字式指令士0.01 %(-10Cy+40C) 模拟指令士0. 1%(25C士l OC)频率设定分辨率数字式指令0.01 Hz/100Hz模拟式指令0.03HzJ60Hz输出频率分辨率0.01HZ过载量额定输出电流的150% 1 min频率设定信号-1010V 010V 420MA加减速时间0.016000S制动转矩约20%抑制高次谐波直流电抗器内带(200V 24kVA 400V 26kVA以下可选择)12相整流不能变动主要

34、控制功能再起动，下降控制，转矩控制.零点伺服控制操作装置16字X2线日语液晶显示接通插件板可选择16种（最多可装3块）保护功能电机保护，变频器过载，瞬时电流、电压下降，过电压，电压缺相。VS-616G5变频器的特点如下： 包括电流矢量控制在内的四种控制方式均实现了标准化。 有丰富的内藏与选择功能。 由于采用了最新式的硬件，因此，功能全、体积小。 保护功能完善、维修性能好。 通过LCD操作装置，可提高操作性能。3.2.4变频器计算及其参数设置 变频器的功率计算变频器的功率可根据电梯运行速度、曳引机电机功率、配重进行与电梯载重选取。设电梯运行速度为，电梯曳引机电机功率为，变频器功率为，电梯载重为，

35、电梯自重为，重力加速度为，配重为。最大载重情况下，电梯上升过程中所需要曳引功率有： 式（3.2）其中为摩擦力，s可不计。电动机功率P1，变频器它的功率应该接近电动机得功率，相对于留有较大裕量，因此可以取 式（3.3）变频器制动电阻参数的计算我们可以通过能耗制动单元使再生的能量全部消耗在制动电阻上面，成本很低而且使用效果良好，能耗制动的电阻的大小应该要使制动的电流不能过变频器的额定电流的一半，即 式（3.4）其中在额定情况下变频器直流母线的电压是。因为制动电阻它的工作不是一直长期的工作，所以功率可以远远小于通电时候消耗功率。3.3电梯理想速度曲线设计电梯理想速度曲线总体说来是现代社会中人们对电梯

36、的要求的概括，其中包括快速性，舒适性。然而快速性和舒适性是一对相互矛盾的要求。3.3.1电梯快速性的性能要求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。提高快速性的方法主要有三种方法： 提高电梯的额定速度。电梯的额定速度提高，运行的时间缩短，达到了为乘客节省时间的目的。提高速度的同时应加强安全性、可靠性的措施，故此梯速提高电梯的造价也随之提高。 集中布置多台电梯。通过增加电梯的台数来节省乘客的时间，该方法不是直接提高梯速但同样能够达到目的。但电梯的台数增加不是无限制的，通常在乘客高峰期时，使乘客的平均候梯时间小于30S即可

37、。 尽可能减少电梯起、停过程中的加减速时间。电梯是一个频繁起、制动的设备，在起、制动阶段不能太慢，GB/T100581997电梯控制技术中就规定了电梯加减速度的最小值：“直流快速电梯平均加、减速度不小于，直流高速电梯平均加、减速度不小于。”这就是对电梯快速性的要求。3.3.2电梯舒适性的性能要求 由加速度引起的不适人在加速上升或减速下降时，加速度引起的惯性力叠加到重力之上，使人产生超重感，各器官承受更大的重力；而在加速下降或减速上升时，加速度产生的惯性力抵消了部分的重力，使人产生上浮感，感到内脏不适，头晕目眩。 由加速度变化率引起的不适人体不仅对加加速度敏感，对加速度也很敏感。用a表示加速度，

38、用表示加加速度，则当加加速度较大时，人的饿大脑感到痛苦，其影响比加速度的影响还要严重。3.3.3电梯速度曲线当轿厢匀速升降或静止时，轿厢的加速度和加加速度都是零，乘客感到适应，想到快速性需要的要求，又要考虑舒适性需要的要求，在轿厢由静止启动到以额定的速度一直匀速运动的这个过程中，或者在匀速运动到静止状态的减速过程中，故有必要设计出电梯的运行速度曲线，使电梯轿厢按照这样的速度曲线运行，既能够满足快速性的要求，也能够满足舒适性的科学、合理要求的解决舒适性与快速性的矛盾。理想的电梯速度给定曲线如下图所示，图中a为加速度，v为速度。图3.3 电梯运行速度曲线图3.3中 ，为加速过渡阶段，为稳速运行阶段

39、（此时电梯速度为额定速度），为减速停车阶段。由于变频器在零速时有的额定转矩，保证了电梯在零速（时刻）时进行抱闸停车，消除了电梯停车时的冲击，使乘客更具有舒适感。3.4电梯曳引电动机及其功率确定3.4.1电梯对曳引机的要求 电梯是一个大惯量的拖动系统，要求电动机有较大的过载能力。 电动机能承受频繁起、停，能承受较高的每小时合闸次数。 电梯的运行属于周期断续工作方式，要求选用周期断续工作制的电动机。 对于交流电梯，要求曳引电动机有足够的起动转矩和尽量小的起动电流。3.4.2曳引电动机额定功率的粗选根据力学关系导出曳引电动机的额定功率： 式（3.5）式中，K系数，K=1.11.6Kp平衡系数，Kp=

40、0.40.5 取0.45Mn电梯额定载重量，Mn=1000Vn电梯额定速度，Vn=1.0m/s机械转动总效率，=0.5带入数据得Pn=11.8617.25KW根据实际电动机额定功率系列，粗选13KW的电动机即可满足要求。因此，电梯所选用的曳引电动机为YPTD160L14,电压：380V，功率：13KW，转速：1456r/min 。3.4.3曳引电动机过载、启动校验 初选电动机以上面介绍的方法粗选电动机的额定功率,将该电动机作为初选电动机可计算其额定转矩 式（3.6） 对交流电动机进行过载校验和起动校验1）过载校验 异步电动机机械特性曲线中最大转矩Mm与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的过载能

41、力，用表示 式(3.7)被称作电动机的过载倍数或最大转矩倍数。在实际应用时，需要考虑电网电压波动的影响，当电压下降10%时，最大转矩Mm降低到原值的0.92倍，过载倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的最大转矩不能大于等于要求的最大负载转矩Mmz，电梯就会失控，走不出预定的速度曲线，电梯的舒适性和快速性就会变差。因此，而要考察电动机的过载能力 式(3.8)所选电动机满足上式条件，过载校验通过。2）起动校验 异步电动机的起动转矩MQ与额定电磁转矩MN的比值反映了电动机的起动能力，用KQ表示 式(3.9)KQ被称作电动机的起动转矩倍数。同样，在实际应用时，需要考虑电网电压波动

42、的影响，当电压下降10%时，起动转矩降低到原值的0.92倍，起动转矩倍数也降低到原值的0.92倍，即0.81倍，如果此时电动机的起动转矩不能大于等于电梯满载时要求的负载起动转矩MQZ，电梯就转不起来。因此，需要考察电动机的起动能力 式(3.10)所选电动机满足上式条件，起动校验通过。只有过载校验、起动校验都通过了的电动机，才可以选作电梯曳引电动机。否则需要将初选电动机的额定功率适当加大后再进行上述校验，直至通过。当然，如果上述校验裕量很大，则可以适当减小电动机额定功率后再进行上述校验，直至裕量适当。xxx学院本科毕业设计（论文） 4 电梯电气控制系统4 电梯电气控制系统4.1 PLC及其在电梯

43、控制中的应用特点4.1.1 PLC定义及其特点国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准的草案中对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。他采用可编程序的存储器，在其内部存储和执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及有关外围设备，都应按便于与工业系统联成一个整体，易于增加其功能的原则设计。”（1）可靠性高由于在制造PLC时在硬件和软件两个方面采用了一系列抗干扰措施，如评比、滤波、隔离和故障诊断等，使PLC具有很强的抗干扰能力，其平均

44、无故障运行时间可达到5万10万个小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。（2）编程简单PLC是面向工控现场设计的，考虑到大多数电气工程技术人员对电气控制电路熟悉的特点，他经常采用的是一种面向控制过程得梯形图语言，继电器原理图与梯形图语言相类似，具有形象直观，易学易懂的优点，所以熟悉电气原理图的工程技术人员只需要几天时间就可熟悉梯形图的语言。（3）使用方便使用PLC时只需要进行和输入、输出接口相关的少量电气接线，当控制要求发生改变时梯形图程序修改也非常容易。PLC的功能强大，目前的PLC一般具有优游逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制和数据处理等基本功能，有的PLC还有A/D、D/A转

45、换，通信联网的功能。4.2 PLC的选择PLC电梯控制系统的控制核心是PLC。哪些信号需要输入PLC，PLC需要输出哪些信号，以及采用何种编程方式都需要仔细分析。输入输出点的确定是设计整个控制系统的首要问题，决定系统的程序及硬件线路的方案。4.2.1 轿厢楼层位置检测方法 轿厢楼层位置检测主要方法有如下几种:用干簧管磁感应器或其它位置开关:这种方法简单，直观，每层需使用一个磁感应器，因此低层建筑可以考虑此种方法来进行轿厢楼层检测。本设计所使用的楼层检测方法就是此种方法。楼层高的时后，会占用太多的PLC输入点，所以高层建筑不使用这种方法。2）用稳态磁保开关:这种方法要对磁保开关各种状态进行编码，

46、而只有格雷变形码适合，而它又是无权代码，运算的时候需要采用PLC指令译码，比较麻烦，由于需要软件译码让程序变的很庞大。3）利用旋转编码器:现在，PLC一般都有专用计数单元或高速脉冲输入端，计数准确，使用方便，在电梯的PLC控制系统里，能够用编码器探测电梯的准确位置，编码器可以直接和PLC的高速脉冲的输入端进行连接，电源能够使用内置PLC24V直流电源，硬件连接可谓简单方便。现在电梯设计使用此种方法的比较常见。 电梯位置的显示与确定：电梯里面的乘客和等待电梯的乘客都需要知道电梯目前的位置，因此都设置的有以楼层的标志的电梯位置。而这些都还不够，电梯的运行还需要精确的运行位置，要满足停车等的需要，传

47、统的电梯都是位置信号一般由设置在井道里面的位置开关，就像磁感应器来提供，轿厢上面设置的有隔磁板插入了感应器，发出电梯的位置信号，且启动楼层的指示。 轿厢的平层与停车：当轿厢开始运行后，需要确定停车的位置，平层则是指在停车的时候，轿厢的底面与门厅的地面相互水平的运动过程。平层一般有一定的误差规定，误差不得超过3mm。在平层的过程中，轿厢需先减速，再制动，这样能助于在平层时轿厢的准确性和稳定性，让乘客感觉更舒适。传统的电梯的平层信号一般是由平层感应器最先发出的。上下平层感应器一般都安装在轿厢的顶部，而隔磁板则是安装在井道壁上。在电梯上行时，由上平层感应器插入隔磁板上，发出电梯减速信号，电机速率减慢

48、，电梯开始减速。当下平层感应器插入隔磁板时，发出电梯停车及开门信号，电机停转，抱闸抱死。当电梯下行时，下平层感应器先插入隔磁板，发出电梯减速信号，电机减速，电梯减速，直到上平层感应器插入隔磁板时，发出电梯停车开门信号，电机停转，抱闸抱死。电梯中的平层感应器根据设计需求，选取不同的型号规格。因本设计是六层建筑的电梯设计，楼层较低，参考经济、安全以及实用价值，选取三菱通用电梯平层感应器YG30品牌型号传感器。4.2.2 PLC机型的选择PLC选择的依据主要决定于由两个方面：一是I/O的点数，二是用户存储器的容量。 I/O点数的估算根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到为了以后的调整和扩

49、充，一般在原有基础上加上10%15%的备用量。 用户存储器容量的估算是以及用户应用程序占用多少内存与许多因素(如I/O点数、程序结构、运算处理量、控制要求等)有关。根据自己所设计的为六层的电梯控制系统，根据需要控制的开关、设备大约有32个输入点，28个输出点需进行控制，同时留有20%的裕量，综合考虑后，系统选择了日本三菱公司的FX2N-80MR机型。FXZN系统PLC具有以下几方面的优点: FXZN配置十分灵活，除了主机单元外，还可以扩展其他模块，比如说：I/0模块，D/A模块，A/D模块和其它特殊功能模块。 FXZN指令功能丰富，不仅指令执行速度快而且含107条各种指令。 FXZN可用内部辅

50、助继电器M，定时器T，寄存器D，计数器C的功能，状态继电器S和数量满足了系统控制要求的需要，特别是高速计数器(C251等)能接受脉冲编码器脉冲。 FXZN的编程可用编程器，也能在PC机上使用三菱公司的专用编程软件包MELSEMEDOC来进行编程。编程语言可用指令表或梯形图。还能用PC机对系统进行实时监控。为程序的调试和维护带来极大的方便。4.3 电梯电气控制系统设计方案电梯电气控制系统设计方案的确定对于电梯电气控制系统整体软件设计起着至关重要的作用，这也是电梯电气控制系统的一个主贯穿线，它主要包括以下几个部分。 PLC的I/O地址分配：根据本设计中的电梯控制系统实现的控制功能和其实际的操作工艺

51、过程，首先归纳本系统中所有输入信号和输出信号；然后根据PLC的输入点和输出点进行I/O地址分配，使每个输入信号对应PLC内部的输入继电器，每个输出信号对应PLC内部的输出继电器。 PLC输入的信号确定：操作板上面应该拥有各楼层的选层按钮，6层共有6个。有司机时，应该有属于司机的直驶专用开关和下行、上行按钮，需要3点输入，检修时对应有检修开关，在关门和开门时应该有关开门限位开关，也需要3点输入。楼层的乘客在请求电梯时吗，除了顶层还有底层的是一个按钮之外其他都是两个按钮，6层就需要十个按钮。其它有司机/无司机方式选择、电梯上下终端的限位等触点或开关。轿厢通风信号及超载重量下需要2点输入。可知共需3

52、4点的开关量的输入端口。表4.1 输入地址分配表输入地址口含义输入地址口含义X001上终端限位开关X021内呼去2楼按钮X002下终端限位开关X022内呼去3楼按钮X003一楼上召唤按钮X023内呼去4楼按钮X004二楼上召唤按钮X024内呼去5楼按钮X005三楼上召唤按钮X025内呼去6楼按钮X006四楼上召唤按钮X026强迫向上按钮X007五楼上召唤按钮X027强迫向下按钮X010二楼下召唤按钮X030检修运行按钮X011三楼下召唤按钮X031司机/自动运行方式X012四楼下召唤按钮X032安全触板信号X013五楼下召唤按钮X033直驶按钮X014六楼下召唤按钮X034基站开关X015门锁

53、信号X035开门限位开关X016开门信号X036关门限位开关X017关门信号X037超重信号输入端X020内呼去1楼按钮X040CO2传感器检测输入 PLC输出信号的确定：控制电梯的上行和下行（即电机正还有反转）需要2点的输出。上、下行的指示灯有2点的输出。开门和关门需要2点的输出。由于采用十进制的显示的方式，LED是七段显示器需要有3点输出。轿厢内部输出的各层指令信号，共6点输出。每层召唤时，顶层和底层需要一个登记，其他每层两个登记显示，需要10个输出显示。轿厢照明与轿厢通风需要2点输出，故障报警也需要1点输出。共需28点的开关量的输出端口。表4.2 输出地址分配表输出地址含义输出地址含义Y

54、001楼层显示（高位）Y017电梯下行显示Y002楼层显示（中位）Y020一楼上召唤信号登记显示Y003楼层显示（低位）Y021二楼上召唤信号登记显示Y004KM1电动机正转Y022三楼上召唤信号登记显示Y005KM2电动机反转Y023四楼上召唤信号登记显示Y006开门继电器Y024五楼上召唤信号登记显示Y007关门继电器Y025二楼下召唤信号登记显示Y010内呼1楼指示灯Y026三楼下召唤信号登记显示Y011内呼2楼指示灯Y027四楼下召唤信号登记显示Y012内呼3楼指示灯Y030五楼下召唤信号登记显示Y013内呼4楼指示灯Y031六楼下召唤信号登记显示Y014内呼5楼指示灯Y032轿厢通风

55、输出继电器Y015内呼6楼指示灯Y033轿厢照明输出继电器Y016电梯上行显示Y034故障报警指示 内部继电器的确定：表4.3 内部继电器地址分配表内部继电器功能内部继电器功能M1向上运行监视M1011楼层楼继电器M2向下运行监视M1022楼层楼继电器M3上方向选择M1033楼层楼继电器M4下方向选择M1044楼层楼继电器M5向上方向控制继电器M1055楼层楼继电器M6向下方向控制继电器M1066楼层楼继电器M7减速输出继电器M150平层继电器M11强迫向上M200自运行开门禁止继电器M12强迫向下M201开门辅助继电器M13关门启动继电器M202关门辅助继电器M14启车继电器T0门锁信号延时

56、继电器M15运行继电器T1停站延时时间继电器M16安全触板继电器T2加速时间继电器M17直驶继电器T3减速时间继电器M18停层继电器T4照明延时时间继电器 轿厢层楼位置显示方式的确定：目前常用的轿厢层楼位置的显示方式有：二进制显示、直接位置显示、十进制的方式显示。为了节省三菱FX2N-80MR中PLC 的I/O点数，故采用十进制的显示方式。即Y0Y1Y2输出经过译码器译码后，再经过驱动器点亮对应的段。“0”表示暗，“1”表示亮（共阴极显示），共可显示层，即07（000111），用在轿厢楼层显示，可显示第1层7层，本系统只是需要显示第16层。 PLC编制方法：PLC采用模块化设计。模块化程序便于

57、调试、结构清晰。如：层楼继电器回路、召唤信号的登记与清除、内选信号指令登记与清除、开关门、运行方向的选择等。模块间不完全独立，它们之间存在着有机联系，且编程时要考虑各条指令间的逻辑关系。4.4 电梯电气控制系统软件设计电梯的整体运行过程：当乘客进入电梯内，由基站站根据选定的层，一层站按下相应的按钮，提前完成操作指令寄存器，电梯将自动确定方向的。按下启动按钮，电梯门，当门完全关闭，门锁开关闭合，门锁继电器，电梯启动，加速，稳速运行。当电梯抵达在一定距离的目的层站的前面，一个开关信号的电梯控制系统由井道行程开关，电梯将自动减速停车。当电梯进入平层区（即停靠站的上方或下方有限的距离），井层的传感器，

58、在电梯准确平层控制电平信号，并自动取消，自动门。电梯的一类，如果当找平精度超过标准规定的要求，电梯校正运行缓慢，在准确的并行位最低速度的电梯。如果你继续运行，司机只需按下启动按钮，然后按预登记的电梯楼，自动停止命令，自动门。在电梯运行过程中，如果楼层呼叫按钮被按下，只要运行方向同时电梯的方向的呼叫，电梯可以顺利停止。当寄存器命令相同的已被执行，电梯自动换向操作，运行在其他方向上登记指令执行。如果电梯在一层站关闭，人或物体接触门安全触板，或光学，非接触式检测关闭障碍的电子装置，电梯将立即停止并打开大门关闭。如果想把乘客电梯门时，可以用相同的电梯按钮方向压下，呼叫按钮，电梯立刻打开门，此操作的层，开门。如果因为过多的乘客电梯超载，超载检测装置发出过载信号，电梯停止了，打开门，直到极限载荷的要求，恢复电梯正常运行。如果停止时，自动关闭，启动，加速，稳速运行。在操作过程中，可以根据每个楼层的电梯呼叫信号，该呼叫信号按照运行方向，通过回答，自动停机，自动门。在相同的所有注册，如反向召唤信号，则电梯自动换向操作，信号调用响应反向大厅。如果没有电话信号，电梯将自动关闭，或自动回到基站。如果某