上集选乘客电梯PLC控制系统设计说明书.doc

装订线毕业设计（论文）报告纸摘 要随着现代城市的发展，高层建筑日益增多，电梯成为人们日常生活必不可少的代步工具。电梯性能的好坏对人们生活的影响越来越显著，因此必须努力提高电梯控制系统的性能，保证电梯的运行既高效节能又安全可靠。可编程控制器（PLC）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。相对于传统的继电器接触器控制系统，它有许多独特的优点。目前，电梯的继电器控制方式已逐渐被PLC控制代替，因此，PLC控制技术加变频调速已成为现代电梯行列的一个热点。本设计采用德国西门子S7300可编程控制器CPU313C作为控制核心，扩充两个输入输出模块。电梯的主要功能有：响应内外呼梯信号，自动开关门， 自动平层，自动显示轿厢位置（楼层）等。采用了全新的设计理念和思路，在技术上有重要突破，使电梯具有升降平稳、舒适，运行安全、可靠的特点。关键词：可编程控制器（PLC），电梯电气控制系统,S7-300AbstractAlong with developing modern city,increasing high building,the elevator is beginning to play a vital role for walking tool in everyday life,therefore，the performance should be improved for both economy and efficiency.The programmable logic control(PLC)is designed specially for industry environment,which is being developed based on the requirement of sequential logic control.Herein,cause of its all merits,the elevators relay control mode has been replaced by the PLCgradually. Therefore,the PLC control technology and the frequency inverter has been becoming the focus.In this design I selected S7-300 Programmable Logic Controller as the control centre ,and expaned two I/O blocks. The main functions of the elevator are as fallows: response to signals of internal and external calls, automatic door switch, automatic level, automatically display the location of elevator and so on. The use of a brand new design concepts and ideasKeywords: PLC elevator controllable -like programmer, and an important breakthrough in the technical,together make the elevator have a smooth take-off and landing, comfortable, safe operation and reliable characteristics.Key words :Programmable Logic Controller (PLC),Elevator Control，S7-300目 录第一章 绪 论51.1 电梯发展简史51.2 电梯的发展现状71.3 课题意义及任务8第二章 电梯的分类及其主要结构102.1 电梯的分类102.2 电梯的组成结构14第三章 乘客电梯电力拖动系统233.1 电梯运行原理概述233.2 电梯电力拖动系统的功能243.3 电梯电力拖动方式的分类24第四章 电气拖动系统设计304.1主拖动系统工作过程分析304.1.1. 电动机的选择30第五章 集选乘客电梯逻辑控制系统概述325.1控制系统硬件设计325.2 S7-300简介335.3 I/O点数分配33第六章 元器件参数计算及元器件的选择366.1主要元器件的选择366.1.1交流接触器的选择366.1.2变压器的选择366.1.3 熔断器的选择376.1.4 热继电器的选择376.1.5 按钮的选用386.1.6 低压断路器的选用386.1.6 行程开关的选用396.1.7 钥匙开关的选用396.1.8指示灯的选用406.1.9相序继电器的选择406.2主电路元件选型清单416.3 控制电路图元器件清单41第七章 电梯控制系统功能分析427.1.电梯的全集选/上集选控制427.1.1.集选控制概述427.1.2.集选控制分类427.1.3.集选控制电梯控制性能437.1.4.上集选控制电梯控制性能4372 梯形图的设计和分析447.2.1 楼层信号控制447.2.2.轿内指令控制457.2.3.厅外召唤信号控制487.2.4.自动选向控制507.2.5.全集选/上集选547.2.6.起动换速控制557.2.7.平层控制及相序更正587.2.8开关门控制597.2.9超时返回基站617.2.10自动/检修61总 结63致 谢64参考文献64附录1: 指令程序清单65附录2: 完整梯形图程序清单75附录3: 元件名称及符号一览表88第一章 绪 论1.1 电梯发展简史电梯的起源在我国及国外都能找到其雏形，公元前1100 多年我国北方出现的辘轳是一种用于提水或升举重物的升降装置；古代希腊于公元前236 年出现的阿基米德绞车是一种升举重物的升降装置，它们的共同特点是都是由支架卷筒绳索摇杆盛物装置几部分组成的最原始、最简单的升降机械，由木竹材料制成，靠人力或畜力驱动，它们只能在很低速度下运行。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。随着社会的发展，建筑物规模越来越大，楼层越来越多。所以，对电梯的调速精度、调速范围等静态和动态特性提出了更高的要求。尽管交流电动机结构简单，造价便宜，但在调速性能方面却难以满足更高的要求，而对直流电动机来讲，由于后来采用了发电机一电动机组调速系统，能较好地满足电梯调速的高要求。因此，在20世纪前半叶，电梯的电力拖动，尤其是高层建筑物中的电梯速度的调节，几乎都是采用直流调速系统来实现的。1900年美国奥梯斯电梯公司制造出世界上第一台自动扶梯。1915年已设计成功电梯自动平层控制系统。1933年美国制造出6m/s的高速电梯。在第二次世界大战以后，美国的建筑业得以快速发展，促使电梯也进入发展时期，新技术被广泛用于电梯。1949年研制出4-6台电梯的群控系统。1955年出现了真空电子管小型计算机控制的电梯，1962年在美国己出现了8m/s的超高速电梯。在1967年将固体晶闸管用于电梯拖动系统，随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，使交流电梯的调速性能得到了明显改善。1976年将微处理器应用于电梯。1977年日本三菱电机株式会社开发出了10m/s的超高速电梯。至此，电梯的控制技术有了很大发展。1983年变压变频控制的电梯出现，由于变压变频调速（VVVF）的良好特点，目前新制造的电梯都实现了调压调频调速控制。在社会效益方面，电梯采用VVVF技术，保证了乘客的安全，降低了噪声，增强了舒适感，节约了能源，同时综合利用了原电梯曳引机、导轨、轿厢、层门等耐用设备。1996年交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯的出现使电梯技术又发生了一次革新。由于曳引机和控制柜置于井道中，省去了独立机房，节约了建筑成本，增加了大楼的有效面积，提高了大楼建筑美学的设计自由度。这种电梯还具有节能、无油污染、免维护和安全性高等特点。随着科技日新月异的发展，电梯也不断呈现出新的亮点。自从1889年升降机开始采用电力驱动，真正出现了电梯。电梯在驱动控制技术方面的发展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。电梯在逻辑操纵控制方式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，对于多台电梯还出现了并联控制与智能群控。1.2 电梯的发展现状电梯行业的发展非常迅速，当前的电梯发展主要呈现出以下纵、横向立体式趋势： 电梯设计人性化对现代电梯性能的衡量，主要着眼于可靠性、安全性和乘坐的舒适性。此外，对经济性、能耗、噪声等级和电磁干扰程度等方面也有相应要求。随着时代的发展，对人在与外界隔离封闭的电梯轿厢内心理上的压抑感和恐惧感也应有所考虑。 电梯发展智能化计算机、通讯技术的发展,使大楼的信息得以快速传递,从而可实现大厦智能化。智能大厦中的垂直交通工具显然应是智能化的。智能化的电梯首先要与智能化的大厦所有自动化信息系统联网,如与消防、保安、楼宇设备控制等系统交互联系,使电梯成为安全舒适、高效、优质的服务工具。为此，电梯在控制程序中采用了先进的调度原则，使群控管理具有最优的派梯模式。现在的群控算法已不是单一的依赖“乘客候梯时间最短”为目标了，而是采用模糊规则、神经网络、专家系统的方法，将综合考虑的因素（专家知识）吸收到群控系统中去。 电梯产品绿色化日益严重的环境污染问题迫使人们改变传统的思想观念，绿色产品、绿色技术、绿色产业、绿色企业等“绿色”新概念将成为近年和21世纪的主流色调，一个全球性的绿色市场为企业发展提供了广阔的空间。可以预言:谁最先推出绿色产品抢占绿色营销市场市场，谁就掌握了下一个世纪竞争的主动权。 绿色电梯的研究国外已经开始，研究的重点主要在电梯的制造。配置以及安装和使用过程中的节能和减少环境污染等方面。电梯能耗大约占大楼总能耗的3%-7%，它与大楼的功能、楼层的高度、面积以及客流量有关。 电梯技术多极化高度发展的电梯电气控制技术促进了电梯制造业的飞速发展。在短短的几十年间，世界各国先后研制了型号各异的低，中速电梯，性能优越的高速及超高速电梯，在这里面引入了先进的电子技术，自动控制技术，微机技术的数控电梯以及微机控制电梯等。近年来出现的交流调压调速，变压变频调速电梯，是占据现今电梯市场的主要电梯品种，它代表了当代世界电梯的发展水平。我国目前建成的最高大楼,上海浦东的金茂大厦,有88层,建筑面积22万平方米,集金融、商业、办公和旅游为一体,相当于一座垂直的城市,其中60台电梯。18台自动扶梯的作用是显而易见的。 当前，在电梯电力施动方面，除了大容量电梯还采用直流施动系统以外，用交流变频调速方式取代直流调速方式，已成为高通电梯的主流。 应用微机全面取代继电器控制逻辑实现闭环控制，进一步提高电梯的性能和可靠性，并减少现场调试要求，是电梯控制技术的发展方向。现代电梯技术更加强调运行质量和降低曝声，电梯控制趋向多微机分散分层控制。对于电梯的曳引机，目前除了中、低速范围的电梯还采用蜗轮副减速装置外，其它均已采用圆住树齿轮曳引系统，使效率提高15一25。 此外，用电子位置传感器取代机械选层器、用更先进的装置取代门安全触板、增设轿厢内通讯设施以及轿厢非安全门区语音提醒和运行状态语音报告等装置，也是电梯技术现代化的体现。总之，时至今日，电梯已进入了全面发展的新时期。无机房、无齿轮、电磁兼容性、远程监控等技术将是电梯工业今后几年的主要研究方向；另外，网络控制和智能群控系统，以其控制的先进性、快速性、准确性和可靠性亦是电梯的发展潮流。1.3 课题意义及任务 课题背景在现代社会和经济生活中，随着人口的增加、科学技术日新月异地发展、人们物质文化生活的逐步提高，建筑业得以迅速发展，大批的高楼大厦拔地而起，十几层至几十层的宾馆、饭店、办公楼、住宅楼鳞次栉比。电梯已是现代城市物质文明的一种标志，在高层建筑中，每幢大型高楼都可以说是一座垂直的城市，因此电梯的好坏尤为重要！毋庸质疑，电梯在人们物质文化生活中的地位将会和汽车一样，成为重要的的交通工具。在这个大背景的前提下，我们这个课题就显得很有意义！ 课题意义本课题的目的是锻炼我们综合运用所学的电机拖动、电气控制、电子技术、电梯技术及电气设备安装调试等知识，进行机电设备运动控制设计的基本训练，从而培养我们综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，完成基本工程训练和查阅资料、方案论证及分析解决问题的能力。 课题任务简述本设计的主要任务是为某台交流乘客电梯设计一套电气系统。电梯的电气系统包括电力拖动系统和逻辑操纵系统两部分，本设计选用了交流双速拖动系统，用可编程序控制器（PLC）作为主要逻辑控制装置，配以必要的外围线路，将拖动系统和逻辑控制系统组成一个有机的整体，以实现电梯的控制。 全集选和上集选是电梯的两种无司机控制方式。前者适用于电梯在正常情况下运送上、下大楼的的乘客，但在一天的某个时间区段内，可能出现上行客流量大、乘客主要集中在一楼大厅等候电梯的情况，需要电梯在这个阶段内最大限度的发挥上行输送能力，优先满足上行乘客的运送任务，此时要求电梯按上集选方式运行。为了顺利完成本设计任务，应详细了解电梯的结构、工作过程及对控制的要求，熟悉掌握可编程序控制器的组成、外部接线原理及基本指令，在通过对电梯各运行功能进行分析的基础上，充分发挥PLC的编程功能，使所设计的控制程序既能满足两种运行工况的需要，又尽量合理，简单，使两种工作状态的控制在同一程序中有机的结合起来，避免不必要的重复和冗余。第二章 电梯的分类及其主要结构2.1 电梯的分类电梯按其用途、速度、拖动方式、有/无司机操作及控制方式的不同可分为不同的类型。一、按用途分类 乘客电梯用来运载乘客及乘客随身携带的物品，有完善的安全装置。一般速度较快，门厅及轿厢装饰美观，有较好的舒适感。 客货两用电梯用于客货运送，轿厢的装饰与运动的舒适感较差，有必要的安全措施。 载货电梯运送货物、材料及设备，结构上较坚固，可分为有/无司机操作运行。 车辆电梯适用于多层停车厂及多层工厂车间的货物、车辆运输，由外按钮操作盘操作控制，具有点动功能，轿厢大时可以无顶。 病床电梯医院专用。主要用来运送医疗专用器械、其它小车辆及病人。轿厢具有长而窄的特点，由专职司机操作，一般速度较低，起停平稳。 住宅电梯供民用住宅使用的标准型电梯，具有良好的性能。可运送家用物品和其它物品，常采用下集选控制方式，轿厢装饰简单，价格也比较便宜。 杂物电梯亦称服务梯。仅用于运送炊事用具、食品、小件货物和书籍等，适用于宾馆、饭店、图书馆等。轿厢内不可做运行操作，禁止乘人。一般设计规定：轿厢底内面积要小于1m2，高度低于1.2m，且载重量小，厅门未关闭时，轿厢不能升降运行。 观光电梯轿厢壁透明，装饰豪华，供乘客观光用，一般速度不宜过高。 船舶电梯用于船舶上的升降装置，能在船舶摇晃中正常工作。 其它专用电梯供各种专门用途的电梯，如防爆电梯、矿井电梯、冷库电梯、饲料电梯等。 自动扶梯电梯产品的一个分支，与地面成3050度倾斜角，具有很高的运送能力。二、按拖动方式分类电梯按拖动方式不同可分为曳引式、液压式及齿轮齿条式电梯。 交流电梯曳引电动机驱动电梯运行，其结构简单、安全，行程及速度均不受限制，曳引电动机为交流电动机，常有： 交流单速拖动系统； 交流双速拖动系统； 交流调压调速拖动系统； 交流变频变压拖动系统； 直流电梯曳引电动机为直流电动机，可分为直流发电机-电动机组，晶闸管励磁拖动系统；晶闸管直接供电拖动系统。 液压电梯靠液力传动的电梯。其特点是载重量大、省电，机房可远离井道、噪音小及安全，无需终点限位开关。但行程受到限制且速度慢，住宅梯最高可达七层，故一般只做大型货梯用。按柱塞与轿厢的位置关系，有： 油缸柱塞直接顶升轿厢的柱塞直顶式液压电梯； 油缸柱塞设置在井道的侧面，借助曳引绳或链，通过滑轮组与轿厢连接，使轿厢升降的柱塞侧置式液压电梯。 齿轮齿条式电梯齿条固定在构架上，电动机齿轮传动机构安装在轿厢上，靠齿轮在齿条上的爬行来驱动轿厢升降，常用于室外建筑工程电梯。三、按速度分类 低速电梯（亦称丙类电梯）：速度为0.25、0.5、0.75、1m/s. 快速电梯（亦称乙类电梯）：速度为1.5、1.75m/s. 高速电梯（亦称甲类电梯）：速度为2、2.5、3m/s. 超高速电梯：速度在5m/s及以上。四、按有无司机分类 有司机运行：由专职司机操纵控制的电梯。 无司机运行：由乘客自己操纵，自动控制的电梯，具有集选功能。 有/无司机联合运行：可变换控制电路，平时由乘客自己操纵，客流量大或必要时，改由专职司机操纵集中运送的电梯。五、按控制方式分类电梯的控制方式较多，但综合起来，一般为如下几种： 手柄操纵控制由司机操纵轿厢内的手柄开关，实现轿厢运行控制的电梯，司机用手柄开关操纵启动、上行或下行和停层。当无开门机时，必须手动开启、关闭轿厢门和厅门，在停站楼面上或下0.51m之内有平层区域。停站时，司机只需在到达该区域时，将手柄开关回到零位，电梯就会以慢速自动到达楼层平面后停止。 按钮控制操纵厅门外的按钮或轿厢内按钮均可发出指令，使轿厢自动平层，停靠层站的控制。该电梯不需专职司机，由乘客自己操纵。每层候梯厅门旁有一个按钮，乘客按一下这个按钮就能使不在工作的空轿厢到来，乘客开了电梯门进入轿厢后将门关闭，再按轿内操纵盘上的目的层按钮，电梯就能起动行使，到达所需要的楼层，进行自动平层，然后停止。该控制方式常用于服务梯、货梯等。 信号控制一种具有高度自动化控制方式的有司机管理电梯。电梯司机将候梯厅的上、下召唤信号，轿厢内选层信号和其它各种专用信号加以综合分析判断后，控制轿厢运动。在轿厢内，将需要停站的楼层号按钮逐一按下，再按动关门按钮，则电梯自动关门，起动运行，并根据轿厢内预选登记的目的层信号及顺向的厅门外楼面呼叫信号逐一自动停靠消号。当一个方向指令完成后，自动换向，执行另一个方向的指令信号。 集选控制将厅门外的上下呼梯信号、轿厢内的选层信号和其它专用信号加以综合分析判断后，自动决定轿厢运行的无司机控制。电梯能自动登记所有的候梯厅内的呼梯信号及轿厢内的选层信号，在登记层站停靠。若运行前方不再有呼梯信号，轿厢就自动方向运行，依次应答反方向的呼梯信号。当无信号时，就自动返回基站关门待机。集选控制除具有信号控制的功能外，还具有自动延时关门、自动应答呼梯信号功能及超载检测装置等，可进行有/无司机转换操作，有司机操作即为信号控制。集选控制方式常应用于商场、宾馆、办公大楼等建筑物中的客梯运行。 下集选控制常为民用住宅采用。各层的候梯厅内有呼梯信号，只有轿厢向下运行时，才顺向应答截停。电梯在上行时，不能截停楼面上行的呼梯信号，乘客若想在某一层继续上行，必须先截停下行的电梯，返回到基站后再按轿厢内选层指令按钮去目的层。 并联控制两台或两台以上集中排布的电梯，共用候梯厅内的呼梯信号，按规定顺序自动调度，确定其运动状态的控制。电梯本身具有集选功能，无信号指令时，电梯分散停靠。一台停在基站，称为基梯；另一台停在中间层，称为自由梯；若三台并联，则第三台停在最高层。基梯应答基站信号，当基梯离开基站时，自由梯返至基站替补基梯，在运行时，各梯按运行方向顺向应答楼面的呼梯信号。 梯群控制对集中排布的多台电梯，共用候梯厅内的按钮，按规定程序集中调度和控制。采用微电脑控制操纵，能自动的将各时期繁忙和空闲情况以及候梯厅之呼唤信号（包括楼层召唤、运行方向及等候时间等），轿厢内呼唤之讯息（指轿厢位置、运行方向、乘客至目的层楼数目等变化情况）存放在计算机内，进行适当计算，选出电梯最佳的服务方案，以便缩短等候时间。具有在轿厢上方向运行高峰期，对电梯实行上方向运行直驶及集选控制、并联控制的功能，此控制方式常用于高级宾馆、大型办公大楼及超级市场。2.2 电梯的组成结构组成电梯的每个单元都有一定的功能，这些单元的功能构成了电梯的整体功能，达到电梯输送乘客或货物的目的。电梯的组成单元主要有：曳引系统、导向系统、轿厢、门系统、重量平衡系统、电气控制系统和安全保护系统等。图2-1：电梯的基本结构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； 4-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-制动器一、曳引系统曳引系统是电梯上升和下降的装置，由驱动电动机、减速箱、曳引轮、抗绳轮和制动器等部件组成。 曳引轮曳引轮是曳引机上的绳轮，也称曳引绳轮或驱绳轮。是电梯传递曳引动力的装置，利用曳引钢丝绳与曳引轮缘上绳槽的摩擦力传递动力，装在减速器中的蜗轮轴上。无齿轮的曳引机，则装在制动器的旁边，与电动机轴、制动器轴在同一轴线上。当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间摩擦力，驱动轿箱和对重装置上下运动，它是电梯赖以运动的主要部件之一。 曳引电动机根据梯型的不同，可分为笼式单速电动机、笼式双速电动机、笼式三速电动机或直流电动机；根据有无减速器可分为无减速器曳引机、有减速器曳引机；根据电动机与曳引轮之间是否有减速箱，又可分为有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。曳引电动机通过联轴器和蜗杆联结，蜗轮和曳引绳轮同装在一根轴上。由于蜗杆与蜗轮间啮合关系，曳引电动机能够通过蜗杆驱动蜗轮和蜗轮做正反向运动。由于电梯在运行中具有频繁启动、制动，短时工作，重复工作及正、反方向运行的特点，作为驱动曳引机工作的动力装置曳引电动机除了按种类分为交流和直流外，还应考虑到以下几方面的技术性能： 要有能重复短时工作，频繁启动、制动及正、反转运转的特性。 要有能适应一定的电源电压波动，有足够的起动力矩，能满足轿厢满负荷启 动、加速迅速的特点。 要有起动电流小的特性。 要有发电制动的特性，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。 要有较硬的机械特性，不会因电梯运行时负荷的变化造成电梯运行速度的变 化。 要有良好的调速性能。 运转平稳、工作可靠、噪声小及维护简单。 制动器制动器的工作原理当电梯处于静止状态时，曳引电动机、电磁制动器的线圈中均无电流通过，这时因电磁铁芯间没有吸引力、制动瓦块在制动弹簧压力作用下，将制动轮抱紧，保证电机不旋转；当曳引电动机通电旋转的瞬间，制动电磁铁中的线圈同时通上电流，电磁铁芯迅速磁化吸合，带动制动臂使其制动弹簧受作用力，制动瓦块张开，与制动轮完全脱离，电梯得以运行；当电梯轿厢到达所需停站时，曳引电动机失电、制动电磁铁中的线圈也同时失电，电磁铁芯中的磁力迅速消失，铁芯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，电梯停止工作。制动器是电梯机械系统的一个主要安全装置，对主动转轴起制动作用，除了安全钳以外，只有它能使工作中的电梯轿厢停止运行，另外它还对轿厢与厅门地坎平层时的准确度起着重要作用。根据电梯的乘坐舒适感和平层准确度，可以适当调整制动器在电梯起动时松闸，平层停靠时抱闸的时间，以及制动力矩的大小等。二、电梯速度和曳引机功率估算：采用有齿轮曳引机的电梯，其运行速度与曳引机的减速比、曳引直径、曳引比、曳引电动机的转速之间的关系可以用以下公式表示： （式2-1） 式中 V 电梯运行速度（ m/s ）；D曳引绳轮直径（m）；iy曳引比（曳引方式）；ij减速比；N 曳引电动机转速（r/min）由于曳引电机的工作条件比较复杂，所以对电机功率的计算比较复杂，一般常用以下公式计算： （式2-2）式中 P 曳引电动机轴功率 （kW ）；Kp 电梯平衡系数 （一般取 0.45-0.5）；Q电梯轿厢额定载重量 （ g k ）；V 电梯额定运行速度 （m/s）；电梯的机械总效率。采用有齿轮曳引机的电梯，若蜗轮副为阿基米德齿轮时，电梯机械总效率去0.50.55.采用无齿轮曳引机的电梯，电梯机械总效率去0.750.8。二、导向系统导向系统由导轨、导轨支架和导靴组成，起着使轿厢和对重只能沿着导轨方向上下运行的作用。 导轨每台电梯均具有用于轿厢和对重装置的两组至少4列导轨。导轨是确保电梯的轿厢和对重装置在预定位置上做上下垂直运行的重要机件，导轨生产和安装质量的好坏，直接影响着电梯运行效果和乘坐舒适感。 导轨架导轨架按电梯安装平面布置图的要求，固定在电梯井道内的墙壁上，是固定导轨的机件。每根导轨上至少设置两个导轨架，各导轨架之间的间隔距离应不大于2.5m。导轨架在井道墙壁上的的固定方式有埋入式、焊接式、预埋螺栓或涨管螺栓固定式、对穿螺栓固定式等四种。导轨架的形式与轿厢和对重装置在井道的内的平面布置形式、曳引方式有关。 导靴导靴稳装在轿架和对重架上，通过导靴衬或滚轮与导轨工作面配合，在曳引机的拖动下，经传动系统，使轿厢和对重装置沿着各自的导向装置上下运行。可分为滑动导靴和滚轮导靴。三、轿厢与门系统 轿厢轿厢是用来安全运送乘客及货物至目的层的箱体装置。包括轿厢架和轿厢体，在轿厢上设置导轨、安全钳、操纵箱、轿内指层灯、开关门机、轿门、安全触板、光电保护等部件。使轿厢通过曳引钢丝绳由锥套或轿顶吊轮加以悬挂，并通过安装在架上下两旁的导轨滑移运行。为了使乘客乘坐舒适，更加符合人性化的设计，现在绝大多数的电梯轿厢里装有照明、通风、装饰壁板、扶手、地面、各种按钮的操纵盘及轿厢位置指示器等。目前生产的豪华型电梯，轿厢内还设有闭路电视，背景音乐、地震、火灾、超载等各种指示灯显示，对讲机和警铃等。有的电梯为方便乘客的搭乘，装有主、副操纵盘或专供伤残人员使用的按钮及天气、日期等情况的荧光显示。 轿门轿门是为了确保安全，在轿厢靠厅门的侧面，设置供司机、乘用人员和货物出入的门。轿门按结构分为封闭式和栅栏式两种。80 年代后，已很少采用栅栏式轿门。按开门方向分为左开门、右开门、中开门三种。封闭式轿门的结构形式与轿壁相似。由于轿厢常处于运行的开关过程中，所以在客梯和医用电梯的轿门背面常作消声处理，以减少开关门过程中由于振动所引起的噪声。轿门上装有联锁触头，只有当轿门可靠关闭时电梯才能起动。当门扇开启时，运行中的轿厢立即停止运行。在门沿上装有可活动的安全触板，或装有由用户自己选配的光电保护或超声波保护装置，门关闭过程中如果有乘客进出轿厢，保护装置能使轿门立即停止关闭动作，并迅速地反向开启，以免挤伤乘用人员。 厅门厅门也称层门。厅门和轿门一样，都是确保安全，而在层楼的停靠站，通向井道的入口处，设置供司机，乘用人员和货物等出入的门。厅门的结构和工作情况与封闭式轿门相仿。厅门形式有：铰链门、栅栏门、中分门、旁开门及上下开启的直分门等。其中中分式门与旁开式门为电梯常用的厅门形式，但各有特点，具体如下：表2-1：中分式门与旁开式门的比较项 目两 扇 中 分 门（CO门）双 折 旁 开 门（2S门）开门最大宽度约为轿厢宽度的1/2约为轿厢宽度的2/3开门时间短长出入方便性好不如中分式开关门平稳性较好较差开门机构可靠性较好较差对井道宽度要求较大较小适应范围客梯货梯在实际调整过程中，为了提高电梯的运行效率，不但要求开关门速度快，而且噪音小。为了实现这一要求，开关门时初始速度较快，当门开到一定距离时速度降低，以减缓门与门框的撞击。 开关门与门锁装置门锁装置一般位于厅门的内侧。在门关闭后，将门锁紧，同时接通门电联锁电路。门电联锁电路接通后电梯方能起动运行。除特殊情况，是禁止从厅门外侧打开厅门的机电连锁装置。因此，门锁装置是电梯的一种安全设施。门锁装置分为手动开关门的拉杆门锁和自动开关门钩子锁两种。钩子锁也称自动门锁，由于自动门锁只装在厅门上，又称厅门锁。五、重量平衡系统由对重和重量补偿装置装置组成，其功能是使轿厢和对重的重量限制在某一数值下，保持电梯重量平衡，使电梯正常运行。对重和轿厢分别悬挂在曳引绳的两端，对重起着平衡轿厢重量的作用，但这种平衡是相对的、变化的。因为只有当载重加上轿厢自重等于对重时，轿厢才完全处于平衡状态，也是电梯所处的运行最佳状态。一般情况下，由于乘客人流的变化，在电梯升降的过程中，轿厢侧和对重侧的曳引绳的长度相对变化，这对轿厢运行有影响。不过在电梯提升高度不大时，对电梯的正常运行影响不大。但当电梯的提升高度超过30米时，就要影响电梯的相对平衡，而必须增设重量补偿装置：补偿钢丝绳或补偿链，它位于轿厢和对重的下部。对重装置位于井道内，通过曳引绳经曳引轮与轿厢连接。在电梯运行过程中，对重装置通过对重导靴在对重导轨上滑行，起平衡作用。客梯，一般采用1 : 1 吊索法的对重装置 。为了使对重装置能对轿厢起最佳的平衡作用，必须正确计算对重装置的总重量。对重装置的总重量与电梯轿厢本身的净重和轿厢的额定载重量有关，他们之间的关系是： (式2-3)式中 对重装置的总重量（kg）G 轿厢净重（kg）Q电梯额定载重量（kg）平衡系数(一般取0.450.55，通常客梯取0.45，货梯取0.55 )六、安全保护系统电梯的机械保护系统除了包括制动器、厅门和轿门、安全触板、厅门门锁外，还有轿顶安全栅栏，轿顶安全窗、底坑防护栅栏、限速装置、安全钳，缓冲器等等。其中，比较重要是限速装置、安全钳、缓冲器。 限速装置和安全钳限速装置由限速器、钢丝绳、涨紧装置三部分构成。根据电梯安装平面布置图的要求，限速器通常安装在机房内，涨紧装置位于井道底坑，用压导板固定在导轨上。限速装置与涨紧装置之间用钢丝绳连接，钢丝绳两端分别绕过限速器和涨紧装置的绳轮，固定在轿架上梁和安全钳的绳头拉手上。通过钢丝绳和限速装置连接在一起的安全钳，当电梯运行速度达到限速器的动作速度时，通过钢丝绳、安全钳传动机构等，使位于安全嘴内，加工成具有一定角度的斜面楔块，由于受安全嘴和盖板的限制，在安全钳拉杆的牵动下，把轿厢卡在导轨上，制止轿厢向下移动，防止轿厢坠落。 缓冲器轿厢或对重因任何原因在最下层不能停止，继续下降，各种安全装置都不能使之停止时而起缓冲作用及消除牵引力的安全装置。缓冲器设置在井道底坑。当轿厢或对重装置超越极限位置而发生撞底时，用来吸收轿厢或对重装置动能的制动装置。在轿厢和对重装置下方的井道底坑均设有缓冲器，分别称为轿厢缓冲器和对重缓冲器。同一部电梯中，二者其结构规格是相同的。缓冲器按结构分为弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。弹簧缓冲器受轿厢或对重装置的冲击时，依靠弹簧的变形来吸收轿厢或对重装置的动能。多用于V1.0m/s 的电梯上，V1.0m/s 的电梯一般采用油压缓冲器。油压缓冲器是以油作为介质来吸收轿厢或对重装置动能的缓冲器。这种缓冲器要比弹簧缓冲器复杂的多，在它的液压缸内有机械油或汽缸油。 安全保护系统动作流程关门碰到人体门安全装置动作门反向动作超速滑动轿厢超载引起轿厢滑动引起低速滑动缓冲器动作端站未停轿厢超速终端极限开关钢丝绳断裂限速器动作安全钳动作电梯停止制动器动作将轿厢夹持在导轨上图2-2：安全保护系统动作流程图七、电梯操纵控制系统的电气装置所谓电梯操纵控制系统是指对电梯运行实行监控操纵的系统。操纵控制的内容包括电梯的起.停.自动定向.自动选层.自动平层及顺向截梯等。集选控制是现代电梯的主要操纵控制形式。所谓集选控制就是综合了轿内与轿外乘梯人员的意愿对电梯的集中操纵控制。下面对操纵控制系统中常见的几个主要电气装置做简单介绍。(一) 操纵装置操纵装置是电梯司机或电锑乘用人员对电梯发出控制指令的电气装置。它实际上就是设置在电梯轿厢内的按钮盘及厅门口的呼梯按钮盒。按钮盘上通常没有各种功能的开关、按钮，例如起动(上、下行)按钮、选层按钮、应急按钮、警铃按钮、安全开关、照明开关、风扇开关、钥匙开关及换向开关等。厅门口(两侧或一侧)设置的按钮盒供轿厢外乘梯人员选层用，分上行按钮和下行按钮，按钮还带有灯光显示。厅门上端设置的信号灯指示了电梯轿厢所到达的楼层及轿厢正在运行的方向。(二) 平层装置平层装置实际上就是能产生电梯平层信号的传感器。电梯到达每一层站，平层装置都要发出一个到站(但不一定停梯)信号。根据电梯结构及用途的不同，平层装置也有不同的形式。干簧管磁感应器、双稳态磁开关、光电开关、霍尔开关及编码器等都是电梯中经常采用的平层装置。干簧管磁感应器平层装置是依靠安装在轿厢上的干簧管磁感应器与安装在井道壁上的遮磁板的相互作用，驱动干簧管触头动作。发出电梯平层信号。干簧感应器的结构如下图所示,在U型槽两侧,分别放置永久磁铁和干簧管,当没有隔磁板插入U形槽时,在磁场作用下,常闭接点2.3闭合；当将隔磁板插入U形槽时,永久磁铁磁场经气隙和隔磁板构成闭合磁路,于是在簧片弹性作用下,触点2.3断开,常开触点3.4闭合.这样,若将感应器安装在轿厢顶部,将隔磁板固定在导轨上所需的位置,则在轿厢运行过程中,通过隔磁板对感应器U形槽的插入从而使接点动作,便可检测轿厢在井道中的位置.隔磁板在井道中的具体安装位置,与不同的电梯和楼层高度有关。第三章 乘客电梯电力拖动系统电力拖动系统是电梯的动力来源，它驱动电梯部件完成相应的运动。在电梯中主要有如下两个运动：轿厢的升降运动，轿门及厅门的开关运动。轿厢的运动由曳引电动机产生动力，经曳引传动系统进行减速、改变运动形式（将旋转运动改变为直线运动）来实现驱动，其功率在几千瓦到几十千瓦，是电梯的主驱动。轿门及厅门的开与关则由开门电动机产生动力，经开门机构进行减速、改变运动形式来实现驱动，其驱动功率较小（通常在200W以下），是电梯的辅助驱动。3.1 电梯运行原理概述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设有停靠站。起点站设在一楼，终点站设在最高层，设在一楼的起点站常作为基站。起点站和终点站称两端站，两端站之间的停靠站称中间层站。各站的厅外设有召唤箱，箱上设有供乘用人员召唤电梯用的召唤按钮或触钮。一般电梯在两端站的召唤箱上各设一只按钮或触钮，中间层站的召唤箱上各设两只按钮或触钮。而电梯的轿箱内都设有（杂货电梯除外）操作箱，操作箱上设有手柄开关或与层站对应的按钮或触钮，供司机或乘用人员控制电梯的上下运行。召唤箱上的按钮或触钮称外指令按钮或触钮，操作箱上的按钮或触钮称内指令按钮或触钮。外指令按钮或触钮发出的电信号称外指令信号。内指令按钮或触钮发出的电信号称内指令信号。80年代中期后，触钮以被微动按钮所代替。 作为电梯基站的厅外召唤箱，除设有一只召唤按钮或触钮外，还设置一只钥匙开关， 以便下班关闭电梯时，司机或管理员把电梯开到基站后，可以通过专用钥匙扭动该钥匙开关，把电梯的厅轿门关闭妥当后，自动切断电梯控制电源或动力电源。电梯的运行工作情况和汽车有共同之处，但是汽车的起动，加速，停靠等全靠司机控制操作，因为汽车在运行过程中遇到的情况可能比较复杂，因此汽车司机必须通过严格的培训和考核。而电梯的自动化程度比较高，一般电梯的司机或乘用人员只须通过操作箱上的按钮或触钮向电气控制系统下达一个指令信号，电梯就能自动关门，定向，起动，加速，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以下达一个以上的指令信号，电梯便能自动起动和停靠，依次完成全部指令任务。尽管电梯和汽车在运行工作过程中有许多不同的地方，但仍有许多相同之处，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站上有顺向的指令信号，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在下达另外一个指令任务。在执行任务的过程中，从一个层站出发到另一个层站时，假若中间出现顺向指令信号，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。3.2 电梯电力拖动系统的功能电梯的电力拖动系统应具有如下功能：u 系统应有足够的驱动力和制动力，能够保证轿厢、轿门、厅门完成必要的运动时所需的力或力矩，以及运动停止时所需的制动力和力矩。u 满足运动过程中的速度控制要求，并具有良好的乘坐舒适性和平层准确度。u 系统响应速度快，动作灵活，具备迅速制停能力。u 系统工作效率高，节能省电。u 系统能够平稳运行，无明显振动或冲击，运行噪声低。u 系统满足电磁兼容方面的规定，对周围环境污染不超标。u 系统具备高可靠性，动作重复性好，维修量好，寿命长。3.3 电梯电力拖动方式的分类电梯的电力拖动系统对电梯的起动加速、稳速运行、制动减速起着控制作用。拖动系统的优势直接影响电梯的起动，制动加减速度，平层精度，乘坐的舒适性等指标。电梯的拖动系统经历了由简单到复杂的过程。到目前为止应用于电梯的拖动系统主要有：(1)直流电梯拖动系统；(2)交流双速电梯拖动系统；(3)交流调压调速（ACVV）电梯拖动系统；(5)交流调频调压（VVVF）电梯拖动系统。本次设计采用交流双速电机,故下面主要介绍交流双速电梯拖动系统. 交流双速电梯原理交流异步电动机定子绕组中通以三相对称电流，将在电动机气隙中产生一个旋转磁场。这个磁场的转速与电源频率、绕组极对数的关系可用下式表示： （式3-1）又称作异步电动机的同步转速。从式（3-1）可知，当改变绕组的极对数时，就可以改变同步转速，从而使电机的转速得到调节。因此，电动机极对数越多，电机转速越慢。这种改变极对数的调速范围一般不大，主要是受到电动机内空间的限制，实际上三绕组以上的多绕组多速电动机基本上没有产生。实现变极调速主要有两种方法：一是双绕组变极调速，一是单绕组变极调速。 交流双速电梯的主要特点基于变极调速原理，无论采用何种变极方式，变极调速都属于有级调速。因此，变极调速方式多用于对乘坐舒适感、平层精度要求不高的低速货梯上。用于交流双速电梯上的主驱动系统主要有双绕组6/24极变极电动机、单绕组6/24极变极电动机和三绕组6/8/24极变极电动机三种方式。与交流单速电梯比较，交流双速电梯的主要性能和特点如下： 运行效率高； 平层精度高； 主驱动系统复杂； 运行舒适感相对好些； 制动过程耗电少；(三) 电梯运行速度给定曲线 电梯在运行时，伴随着频繁的起动加速和制动减速过程，对电梯的电力拖动系统首先要考虑运行效率。其次，电梯是垂直升降的运输设备，与乘坐水平方内运动的交通工具相比，人对电梯运行速度的变化显得更为敏感。因此，对电梯拖动系统的控制，还必须要考虑乘坐舒适感。为此，需要给出既能提高电梯运行效率又能改善乘坐舒适感的电梯运行速度给定曲线。图a是由双速电动机拖动的双速电梯的速度曲线,由于采用开环控制,为了提高平层准确度,在停梯前有一个低速爬行阶段.这种速度曲线停车所用时间较长,舒适感较差,一般用