毕业设计（论文）-基于远程监控的节能电梯设计.doc

毕毕业业设设计计题题目目基于远程监控的节能电梯设计学学院院机械工程学院专专业业机械工程及自动化班班级级机自0711学学生生王景凤学学号号20070405118指导教师指导教师吴长忠二一一年六月八日济南大学毕业设计摘要电梯是特殊的机械产品，相对于一般的机械产品，电梯的制造成本高使用寿命长，并伴随现代化技术发展起来的作为载人的主要的垂直的交通工具。电梯又有特殊安全性能和技术的要求。伴随的计算机的发展，以及现代控制技术的发展开发了许多电梯的新技术。基于远程控制电梯作为未来智能电梯发展的方向，已经得到世界各电梯公司重视，随着网络技术的发展，当前国外电梯大公司基本上都已经发展并拥有了自己的远程监控系统，借助网络资源，计算机平台和通信技术，通过面向对象语言编程作为基于Internet电梯远程监控系统。同时电梯也向着高效低耗能的方向发展，本文利用能量回馈装置将机械能转化的电能回收到电网，虽然不会使电表反转，但是回收的电能可以供附近其它用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降，就表明可以达到节约电能的目的。本文介绍了电梯机械方面主要构件，以及其构件的基本功能。并对适合电梯的构件按条件进行了选型。控制系统利用PLC以及变频器的控制的设计实现电梯的安全运行。关键词：节能；电梯；远程监控济南大学毕业设计IABSTRACTElevatorisspecialmechanicalproductsrelativedtothegeneralmachineryproductselevatormanufacturecostishighLongservicelife.Andwithmoderntechnologydevelops.Asthemainverticalmannedvehicles.Elevatorsalsohasspecialsafetyperanceandtechnicalrequirements.Alongwiththedevelopmentofthecomputeranddevelopmentofmoderncontroltechnologywhichdevelopedmanyelevatornewtechnique.BasedontheremotecontrolelevatorisfuturedevelopingdirectionofintelligentelevatorTheelevatorcompanyhasbeentheworldattention.Alongwiththedevelopmentofnetworktechnology.ThecurrentforeignelevatorbigcompanybasicallyhasdevelopeditsremotemonitoringsystemUsingnetworkresourcescomputerplatsandcommunicationtechnologyThroughtheobject-orientedprogramminglanguageasaremotemonitoringsystemisbasedonInternetelevator.Meanwhiletheelevatorhasdeveloppedtohighefficiencyandlowenergyconsumption.UsingfrequencyconversioncontroltechnologyofthemechanicalenergyintoelectricalenergyrecycledtothegridNearotherelectricequipmentwilluseitforworkMakemotordragsysteminunittimeconsumptionpowerdropscanachievethepurposeofsavingenergy.Toachievethegoalofenergysaving.Thispaperintroducestheelevatormechanicalaspectsanditsmaincomponentscomponentsbasicfunctions.Suitableforelevatorcomponentsandtheselection.Thecontrolofthedesignofthesystemrealizationcankeepofelevatorsafetyoperation.Keywords:Energy-savingElevatorRemotemonitoring.济南大学毕业设计II目录摘要.IABSTRACT.II1前言.11.1电梯发展的现状.11.2基于远程监控节能电梯的优点.21.3本文的主要工作.22电梯的结构设计.32.1电梯的基本结构.32.2功能上的八大系统.32.3电梯的种类.42.4电梯的主要参数选择.42.5曳引机的选择.62.6曳引轮、曳引钢丝及其绳槽的选择.72.7电梯的导向的系统3电梯拖动与控制系统.113.1电梯电力拖动系统以及能量回统.113.2普通交流调速.113.3直流调压调速.123.4直流调压调速.143.5能量回馈系统.164电梯远程监控系统的设计.194.1概述.194.2数据分析模块.194.3数据维护模块.204.4实时监控模块.204.5监控系统主界面设计.214.6远程监控的连接.225电梯控制系统.245.1简述PLC的优点.245.2可编程控制器的原理.245.3PLC的设计方法及步骤.255.3.1PLC的IO点数.25济南大学毕业设计III5.3.2机型的选择.255.3.3IO单元输入点输出点的分配.266结论.28参考文献.29致谢.30济南大学毕业设计01前言1.1电梯的发展现状随着社会和经济飞速发展，人民的物质生活的需求日益提高，高层建筑林立和大批大批住宅楼群的涌现，电梯作为高层建筑的垂直交通工具，犹如地面的汽车一样。正与日俱增的投入使用。仅仅2006年，我国就销售了16.8万台，为全世界的电梯总产量的百分之五十。仅仅1980年到2006年，我国电梯产量就增加了五十倍。现如今，电梯的使用量已经成为衡量现代化程度的一种标志。电梯的远程控制是随着计算机控制技术和网络通讯技术发展逐步发展起来的，是电梯控制技术的前沿领域。远程控制电梯是机电一体化的设备，结构复杂，可靠性要求高，可以及时的发现故障，且可以更及时的知道发生状况的具体位置。远程控制电梯是由设在电梯维修中心的计算机服务器通过电话线、专用线路或网络，对于分散的电梯进行远程监控和操作，对电梯的运行状态和监测进行统计等。这种与保养方式和守候的服务方式深受国内外用户的信赖，是我国未来的电梯的工业发展的一个重要的方向。电梯的数量、面积使用的增多，是电梯的故障、电梯事故已经进入高发阶段，故障时间间隔明显变短，这已成为电梯安全生产中的重要隐患。采用科学的监控以及故障诊断系统，提高电梯的安全管理势在必行。目前远程控制电梯越来越受到关注，国外比较大型的公司都拥有自己的成熟的电梯远程控制系统。例如德国的蒂森克虏伯TE-E型电梯远程监控系统法国的AUTINOR公司的远程监控系统，国内的很多的科研机构以及公司都开始积极的研发自己远程监控电梯如凯博电梯，无锡的中秀公司的电梯远程监控系统。现在的房地产行业发展迅速，高层建筑以及各式各样的建筑层出不穷，而电梯作为楼宇内建筑受到了广泛的关注，电梯使用的增多也促使其用电量在高层建筑中所占的份额越来越大，目前已经达到了17%到25%，用电量仅次于空调，已经超过照明、以及用水的耗电量。随着现代社会发展中日益突出的能源的问题，建设绿色的节能世界环境更是全球范围内达成了广泛的共识，而目前我国又是一个耗能的大国，能耗的总量已经达到了世界第二名。为此中国政府要求在五年内达到能源的消耗降低百分之二十，所以国内的各个企业都开始了节能的举措。如何降低电梯的耗电量，减少能耗，已经成为整个行业领域及社会关注的热点。国外节能电梯的研究已经可以追溯到上世纪，但是我国这方面的研究仅仅从2002年才开始，短短的几年的时间里电梯节能得到了飞速的发展。但是可以能源再生制动回馈技术的电梯截至2008年底，仍然不足0.5%。用于远程监控节能电梯的具有广阔的发展空间，目前很多电梯行业的公司都将发展的方向投入到远程监控以及电梯节能。济南大学毕业设计11.2基于远程监控节能电梯的优点远程控制节能电梯使电梯更加的安全舒适，主要是高效化的服务，信息传送快捷，准确等大量的优点。下面介绍其几大优点。（1）安全性能高。其电梯的远程监控技术是当前先进的控制技术，这种先进的控制技术可以通过通讯线路传递电梯的运行和故障信息到控制中心，具有在线监控、在线分析、实时的数据存储以及数据报告自动生成的作用。维修人员可以通过远程监控系统第一时间得到故障的具体信息，更为准确的维修电梯。这是从层面上提高的了电梯的安全性能。（2）性价比更高。在电梯的生产过程中，远程控制电梯的成本比较而言会比较高，但是远程控制系统的实时监控的功能，首先是在维修人员到达维修地点之前就能知道维修项目，这会节省成本以及时间提高效率。更重要的是由于实时的数据存储功能，会在电梯出现故障之前就会检测到问题，这会减少电梯的维修费用。（3）节能。节能主要是从两个方面考虑的。首先，基于远程控制的节能电梯就设计了电梯的节能控制系统，使电能和机械能的互相转化，节能电能回流至电网中，提高了电能的利用率。其次，基于远程控制的电梯在控制方面会优化电梯群得运动，不再是仅仅让用户等待时间最短为目标，更多的是综合的考虑电梯的运行。这中整体的调度提高的电梯的使用效率也是一种节能的表现。（4）减少电梯的维修周期。电梯实时数据以及处理数据的结果会更加有效地对电梯的运行情况进行了解，维护更加方便有效。这样就会使电梯故障率降低。（5）提高维护质量和服务质量。电梯便被动的保养为主动的保养网络作为一个信息交换平台，运用Internet技术将每台电梯都联系在一起，也让电梯上网，通过公用电话网络进行数据的传动，就不用架设专用的线路，方便快捷，可靠性更加高。（6）节省人力。远程监控系统可以实现电梯设备无人值守。即使当电梯设备出现故障的时候，系统也会主动的通知电梯维修人员。1.3本文的主要工作（1）本文选择了电梯的类型，根据电梯使用选择了电梯的各种参数，并且介绍了电梯主要部件的基本的功能（2）阐述分析了电梯的无齿轮传动，并设计了本次毕业设计电梯所用的拖动方式和控制系统。（3）分析了基于Internet远程控制电梯运行的系统以及设计了本设计节能方式的控制系统。济南大学毕业设计22电梯的结构设计目前学校正在新建一些学院的办公用楼，随着办公大楼的增多，为了提高办公效率以及从总体上减少电能的用量，需要利用基于共用电话网远程控制节能电梯，不仅从整体提高电梯的利用率，而且更加安全可靠。设计出合理的控制系统是非常必要的。本次设计就是根据此目标设计电梯控制系统，选择适合电梯的元器件，从而达到安全节能控制的电梯。本次设计电梯的速度2.5ms，选用的是交流电梯高速客梯。2.1电梯的基本结构电梯是把机械和电气合为一体的复杂的产品，其中机械部分相当于人的躯体部分，电气相当于人的神经。两个互相配合，使电梯成为机电一体化综合产品。电梯的四大空间（1）机房。所属的主要构件是曳引机、控制柜、承重梁、复绕轮、导向轮、电源总开关、限速器、极限开关、超重保护装置、曳引钢丝绳、曳引钢丝绳头组合、似真报警器、盘车轮、松闸扳手、对讲电话。机房一般安装在电梯井道的顶层。安装一台或是多台曳引机及其附属的设备专用的房间。（2）井道。井道的主要构件是轿厢导轨和对重导轨及其接头板、导轨支架和导轨压码、缓冲器，底坑对讲机、井道灯、补偿装置、轿厢总体等等轿厢和对重装置还有液压柱塞运动的空间，以井道底坑的底，井道璧和顶为其界限的。（3）轿厢。其所属的主要构件有轿厢架、轿厢底、轿厢壁、轿厢顶、轿厢门、安全触板、绳头组合、到站钟、对讲电话、导靴、安全钳、轿厢超载保护装置、安全窗及其保护装置、自动门机构等等。轿厢是运送乘客以及其他的载荷的轿体部分。（4）层站。楼层显示器、层门、层门锁层门地坎、警铃、呼梯按钮、基站锁等等。层站是电梯在各个楼层用于乘客出入轿厢的地点。2.2功能上的八大系统功能上的八大系统电梯功能上的八大系统：（1）曳引系统：驱动电梯的运行系统，输出与传递动力。（2）导向系统：主要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上、下运动。（3）门系统：门系统是乘客和货物的进出口，开门机则设在轿厢上，是轿厢门和层门启闭的动力源。（4）轿厢：轿厢是用以运送乘客和货物的组件，是电梯的工作部分。轿厢体空济南大学毕业设计3间的大小是由额定载重量和额定载客量来决定的。（5）重量平衡系统：该系统由对重和重量补偿装置组成。（6）电力拖动系统：该系统对电梯实行速度控制。它由曳引机、供电系统、速度反馈装置、变频器和调速装置等组成。（7）电气控制系统：该系统对电梯的运行起着操纵和控制作用。选层器有指示和反馈轿厢位置、决定电梯运行方向、发出加减速信号等的作用。（8）安全保护系统：电梯上设有各类的机械和电气保护系统，以保证电梯的安全使用。电梯上设有各类的机械和电气保护系统，以保证电梯的安全使用。机械方面有：安全钳和限速器，起着超速保护作用；缓冲器，起着冲顶和撞底保护作用。电气方面有：供电系统断相错相保护装置、超速保护装置、超越上、下极限工作位置的保护装置、轿门电气联锁装置以及层门锁等。2.3电梯的种类机房的位置选用的上置式，机房上置式是目前没有特殊要求是普遍选择的类型。电梯的曳引机选用无齿轮无减速器的曳引机。（1）按电梯拖动方式的不，可以分为直流电梯、交流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯螺杆式电梯、永磁无齿轮曳引电梯。（2）按运行的速度分，有超高速电梯、高速电梯、快速电梯和低速电。其中高速电梯的运行速度在2到3ms。通常是在16层以上的建筑楼层内。由此可知本次设计电梯选用的额定速度是2.5ms。（3）按电梯的用途分类，电梯可以分为客梯、载货电梯、客货电梯、病床电梯、住宅电梯、杂物电梯、住宅电梯、船用电梯、观光电梯、车辆电梯以及还有其他应用的电梯。其他应用的电梯一般是用作专门的用途，例如冷库电梯、防爆电梯、建筑工程电梯、防腐电梯等等。（4）按照有无司机分类的电梯可以分为有司机电梯、无司机电梯、有或无电梯司机。（5）根据机房的位置可以分为上置式电梯、下置式电梯、旁置式电梯。上至式电梯机房位于井道上部，下置式即机房位于井道的下部，旁置式电梯是机房位于井道旁边，一般为小机房电梯、液压电梯。（6）按电梯曳引机结构的分类，可以分为有齿轮曳引机电梯、无齿轮曳引机电梯。无齿轮曳引机电梯没有减速器，由曳引电动机直接带动曳引轮运动。（7）其他使用的特殊梯和自动梯：斜行梯、座椅梯、冷库梯、消防梯、矿井梯、建筑施工梯、滑道货梯、运机梯、自动人行道等等。济南大学毕业设计42.4电梯的主要参数的选择由于是办公用楼，那么选用的额定载重量1350kg，电梯的额定的速度是2.5ms。乘客的数量由公式（人）电梯额定的载重量乘客数量18751350kg75（2.1）乘客的体重按照75kg计算。结果按照向下圆整到最接近的整数。故乘客人数为18人。由乘客人数查阅电梯的有关参数确定轿厢尺寸、轿门厅门的尺寸。此次设计电梯选用的主要参数见表2.1表2.1本电梯的主要参数主要用途用于办公楼乘客电梯额定载重量kg1350可乘人数人18宽度Amm1950深度Bmm1750轿厢高度mm2300宽度Emm1100深度Fmm2100轿门和厅门形式中分门宽度Cmm2600井道深度Dmm2600济南大学毕业设计5底坑深度PmmV=2.50ms2800顶层高度QmmV=2.50ms5400面积S2m25宽度Rmm3200深度Tmm5500机房高度Hmm28002.5曳引机选择本设计采用的是上置式传动方式，曳引系统中最重要的构件是曳引机，它是电梯的主要的动力源。由无齿轮曳引机代替传统的涡轮蜗杆传动。使机械传动效率更高。下面介绍各种曳引机，然后比较各种性能选择出本次设计的电动机。曳引机主要类型包括无齿轮曳引机、有齿轮曳引机、永磁同步曳引机。无齿轮曳引机有直流、交流、永磁三类无齿轮曳引机。其工作的原理是将曳引轮直接安装在电动机的轴上，来带动轿厢的运动。由于没有减速器，所以电机的转速是和曳引轮的转速是相同的，同时要求电动机具有低转速和大转矩的特性。同时也就同时没有了涡轮蜗杆的传动。优点是机构简单、体积轻、传动的效率高，而且传动平稳，主要是使用在高速电梯以及是无机房的电梯中。其缺点主要是耗能和成本都是比较大的。有齿轮曳引机主要是蜗杆副、圆柱斜齿轮、行星齿轮系三种形式的曳引机。其工作原理是含有减速器，通过中间有传动装置来实现轿厢的运动，比较常见的就是涡轮蜗杆的传动通过合理选择参数，来改善机械功能。主要的特点就是机构紧凑，受力方面是比较合理，尺寸小，传动平稳。但是也存在的问题是需要良好的润滑，传动效率低下，工作的时候发热比较大等缺点。只是使用于中低速的电梯，高速电梯中由于其传动的效率比较低，这样会造成传动过程中产生大量的热量，缩短的使用的寿命，产生能源的浪费。永磁同步曳引机永磁内转子式无齿轮、永磁外转子式无齿轮、永磁盘式无齿轮曳引机。工作原理是有永磁同步电动机驱动，结构上取消了涡轮蜗杆的传动、采用数字变频技术、同轴传动技术和组合的控制技术的组合的集合，由于有了永磁体代替了电机的转子的绕组，所以使得电动机运行的时候没有感应电流、感应电抗，同济南大学毕业设计6时又获得了电子额外的励磁电流，使得形成了转子的感应磁场的能量。其最主要的优势就是没有任何的传动的机构，从而使得永磁同步曳引机的体积非常小、重量轻、安全可靠，高性能、效率高。因而它的安装也是十分简单方便的。但是缺点也是十分明显的，造价高，而且由于永磁体是有寿命限制的，所以这又间接的提高了曳引机的成本。根据曳引机的以上的基本功能，将传动的涡轮蜗杆的传动改善为无减速器的无齿轮传动，由于本次设计的电梯选择的是高速电梯，因此无齿轮曳引机以及永磁同步曳引机符合条件。但是成本考虑来看，应该选择的是无齿轮曳引机，相对于永磁同步曳引机，无齿轮曳引机的造价便宜。根据电梯额定载重量为1350kg，速度是2.5ms，还有电梯选用的是无齿轮传动，没有减速器，所以其曳引比就是1:1，根据电梯曳引机规格系数表可得本次设计电梯的规格及系数曳引机基本的参数的选择见表2.2表2.2曳引机的基本参数曳引比1:1中心距mm300模数mm8节模比8速比316静阻距NM3420电动机功率KW15平均速度rmin960电动机型号ZTD曳引轮材料Qt600-3A曳引轮绕绳方式复绕式济南大学毕业设计72.6曳引轮、曳引钢丝及其绳槽的选择曳引轮的绳槽选用半圆形，钢丝绳的直径曳引轮是曳引机的驱动轮，也成为是绳轮。作为电梯的传递动力的结构承受的是轿厢的自重、电缆的重量、还有轿厢自重、载重、对重、以及轿厢的加速减速带来的冲击，轮绳和曳引钢丝绳的摩擦力产生的驱动力也要考虑在内。曳引钢丝绳简称曳引绳，就是电梯专用的钢丝绳。它承载了轿厢的载重、自重、对重等重量的总和。曳引钢丝绳的类别可分为6X19和8X19两种，本次设计选用的钢丝绳的参数为6X19-13-1300右交（2.2）式中6绳股的数量X绳股的形式是外粗式19绳股中钢丝绳的数量13钢丝绳的公称直径（mm）1300钢丝绳的抗拉强度）（2mmN右交股绳为右捻制方向曳引轮的绳槽可以分为三种，一种是半圆槽，一种是V型槽，还有一种就是凹形槽。半圆槽的使用特点是绳槽与曳引钢丝绳的接触面积大，因此曳引绳的变形量就会减小，造成了有利于延展曳引钢丝绳、增加曳引轮的寿命。多用于无齿轮的电梯上。V型槽会使钢丝绳和曳引轮的接触面积减少，接触的单位面积内获得压力大，钢丝绳的变形量增大，可以获得很大的驱动力，但是摩擦对材料表面的影响很大，摩擦系数下降很快，因此只适用于轻载以及低速的电梯中。凹形槽在半圆槽的基础之上，在其底部切制了楔形槽，这种型槽的摩擦系数大，而且曳引绳的摩擦小等特点，因此在电梯中的应用是比较少。图1.1是绳槽的简单的介绍济南大学毕业设计8图2.1曳引轮三种绳槽（a）为半圆槽（b）为V型槽（c）为凹形槽根据此次电梯设计中高速、无齿轮的特点选择曳引轮的绳槽，由于半圆型的绳槽曳引能力强以及适用于高速无齿轮的曳引机上，所以选择半圆型槽。由于曳引轮的直径要是曳引轮的45到55倍，钢丝绳的直径现在选用的13mm，所以曳引轮的直径则为650mm。2.7电梯的导向系统电梯的导向系统主要的部件是导轨架、导轨、导靴。其主要的功能就是对轿厢以及对重系统的运动进行导向限制的作用。由于本次设计的是高速电梯，则选择的是T型导轨。电梯的导轨安装在井道中轿厢和井道的相对的位置，对他们的运行起到了导向的作用。导轨的使用特点见表2.3表2.3导轨的类型及特点类型使用特点T型导轨使用范围极广，并且还有良好的抗弯的强度以及可加工性能济南大学毕业设计9L型导轨槽型管型一般是不经过加工的导轨，因此这几种导轨一般是用于速度底而且平稳性能要求不是很高的电梯中。图2.2T型导轨图济南大学毕业设计103电梯拖动与控制系统3.1电梯电力拖动系统以及能量回馈系统电梯的电力拖动系统，顾名思义，主要就是给电梯提供动力，对电梯进行稳态运行，动态的加速，减速的过程。电力拖动系统主要是由曳引电动机，供电系统，电动机调速装置，速度反馈装置构成。电梯的电力拖动系统主要类型交流变极调速系统、交流调压调速系统调速系统、变频变压调速系统、直流拖动调速系统。下面简单的介绍这几种调速系统的特点。（1）交流变极调速系统。该系统是大多采用开环式方式控制，线路简单，造价低廉，已经被广泛的用在了电梯之中，但是由于电梯的平稳性能较差，此种电梯一般都用在低速度的电梯中，电梯的额定速度一般不超过1ms.交流电动机可以得到两种或三种的转速。（2）变频变压调速系统。这种电动机是通过改变异步电动机供电电源的频率来改变电动机得同步转速，就是改变电动机施加在其两端的电流和电压的频率而改变转速。其控制的电梯的速度可以达到12.5ms，调速水平已经赶上直流调速，并且具有节能、高效、乘坐平稳等等的特点。（3）交流调压调速系统。基于大规模的集成电路和计算机技术发展使得交流调压调速得到了广泛的应用该系统采用了可控硅的闭合回路。制动的方式采用耗能制动和反接制动等，是电梯的平稳性能好，准确度高。性能明显高于交流双速调压系统。多用于速度在低于2.5ms的电梯中。（4）直流拖动调速系统.直流电动机具有调速性能好，调速的范围大的特点。因此具有速度快，舒适感好，平稳性能强。这种电梯具有两种系统：发电组构成的晶闸管励磁的发电机和晶闸管供电的电动机系统。把交流电变成可控的交流电，供给直流电动机，这样可以省去发电机组，这样可以降低造价，并且是结构简单。根据电梯的拖动系统的功能以及各自的特点，本次试验选择的是变频调压调速系统。下面用比较的方法介绍交流调压调速系统以及该系统的优点。济南大学毕业设计113.2普通普通交流调速由电机的原理可以知道，三相异步电机同步转速，转速为，pfn1060)1(0snn当电动机的转差率和电源的频率f不变的时候，同步转速以及转子的转速n与电0n动机的极对数p是相反的。即完成了电动机的调速。交流电梯就是三相交流感应电动机实现的曳引驱动的电梯。具有结构简单、维护方便的特点交流调速电动机拖动系统速度变化不能太大，一般是4:1或是6:1，国外最大可以达到9:1.因此电动机应该有比较大的转动转矩和硬的机械特性。普通的交流调速系统可以分为单速调节、双速和多速电梯。交流双速调节的优点中包括回馈制动，主要是当电梯运行到减速换点的时候，此时电梯电梯的机械特性是电梯的惯性即实际的转速要大于慢速绕组对应的旋转磁场同步转速。电动机工作在回馈制动状态，回馈的过程将高速运行时积攒的能量反馈给电网。3.3直流调压调速直流电梯用直流电动机作为动力源，是通过合理的选择调解的速度，实现电梯的平稳的运行以及准确的停止。直流电梯的调节性能好技术指标高，但是存在结构比较复杂，造价高的缺点，目前的直流调速电梯只是使用于对调速性能要去极高的非常特殊的场合之中。直流电动机的调速方法，根据电动机的机械特性方程，可以知道aeIICRCUn直流电动机有三种调节的方式。各种调节都有各自的优缺点。（1）电枢回路串电阻的调速。是通过电枢回路串入电阻的方法进行的速度的调节。此电动机调速的机械特性曲线如图。济南大学毕业设计12图3.1电动机调速的机械特性曲线由图可以知道，曲线相对于线可以认为是电动机的自然的特性的曲线，1R2R1R由的运动的曲线可以看出来，相对，可以看做是电动机串入调速电阻之后2R1R2R的曲线特性，可以看出来，串入电阻之后，电动机稳定运行速度下降了，达到了稳定的调速的目的，这种调速的方法调节十分简单，对设备的投资会减少，但是存在的缺点也是显而易见的，因为在串入电阻之后，电阻变大，特性曲线变得越陡，因此其机械的特性就会变得越软。（2）降压调速。就是改变电动机的出入电压的方法来调节电动机的速度。如图3.2所示。济南大学毕业设计13图3.2电机降压曲线图连续改变电枢供电的电压，就可以使得直流电动机实现无级调速在很宽的范围内。改变电枢供电电压的方法有两种，一种是采用发电机-电动机组供电的调速系统；另一种是采用晶闸管变流器供电的调速系。（3）弱磁调速。通过降低磁通的方法进行速度的调节。弱磁调节由于电动机额定运行时，磁通已经是接近了饱和了，所以磁通只能下调，所以称之为弱磁。弱磁的特点是可以使电动机速度上调，调节之后的机械特性会自然的变软，而且调节的范围是比较小的。弱磁调节一般是不会单独使用的。3.4交流调压调速交流调速是电梯的起加速度，稳态运行和减加速度的三个阶段的综合控制。其综合的控制性能远远高于交流双速电梯以及直流快速的电梯。一般是分为变压变频和交流调压调频。调压调速系统是引用了负反馈环节采用测速发电机作为速度反馈的交流调压调速的装置，双速梯采用串电阻或电抗起动，变极减速，一般起制动的加减速度比较大，运行平稳度性能差。主回路和控制回路集中在一个控制箱中，其特征在于主回路采用晶闸管反并联组成正反转供电源的功率模块；控制回路分为若干块电子线路插板组成；可控硅取代起制动用电阻，电抗器，从而控制起，制动电流，来实现系统闭环控制。通常采用速度反馈，运行中不断检查电梯运行速度是否符合理想速度曲线要求，以达到起制动舒适，运行平稳的目的。这种系统由于无低速爬行时间，电梯的总体运行性能变得跟好。（1）调压调速的基本原理.由电学的知识可知济南大学毕业设计14(3.1)()(sp322121211221LLwsRRwRUT式中：p电动机的极对数；角频率；1w带你动机定子电压；1Us转差率；、定子每相电阻；1R2R、定子每项漏感；1L2L可见，当电动机的定子和转子回路的参数恒定不变得时候s一定时候，T与定子绕组上的电压成正比当负载一定的时候，在不同的定子电压下，可以得到不1U同的稳定的转速。因为工作的时候电动机的工作电压是不允许超过电动机的额定电压的，所以电压只能下调，所以调速调压实际上就可以说成是降速降压了。（2）调压的方法。现在已经知道了可以通过改变定子的电压来调节速度，但是怎么调节定子的电压呢。如图3.3所示。图3.3调压方法前两个图使用的定子回路传入饱和电抗器以及在定子侧加调压变压器实现调压济南大学毕业设计15调速。第三个通过改变晶闸管的导通角来使得电动机的定子电压改变。调压调速采用速度反馈构成闭环调速调压方法，较之交流双速调节，调速的性能也得到了很大的改善。调速调压系统的静态特性图3.4所示。图3.4调速调压系统的静态特性曲线由图可以看出来，电动机带动恒转矩的性质的负载，稳定运行在a点，若是负载增加了，那么转速就会下降，负反馈种植将提高电动机的定子电压。使得在新的运行曲线的，反之，若是负载减少了，则曲线就会朝着相反的方向移动。a3.5能量回馈系统由于是在电梯运行过程中，电阻产生的能量非常高，电阻的局部的温度可以达到100摄氏度以上，为了是机房的温度维持在正常的工作温度，使得电梯免于高温的影响而产生故障，以往的用户一般是采用的大排风量的空调等降温器件，但是这些器件的使用往往会造成这些空调或是风扇的耗电量比电梯的运行还要花费更多的电能，增加了资源的浪费，能量回馈系统的出现改变了这种问题。济南大学毕业设计16交流变压变频调速实际上就是采用了交流异步电动机驱动。来自电源的三相交流电经过二极管模块组成的整流器作为全波整流并且经过电路的滤波，取得近似之流的电压值在经过大功率的三极管组成的逆变器变换成逆变电压，可变频率的三相交流电。在电动机的工作中，都会不可避免的出现发电的状态，从理论上说就是当电动机的实际的转速要大于变频器的实际的输出的同步转速，电动机发出的电能会直接储存在变频器直流母线滤波电容之中。如这部分电能没有消耗的话，就会使得直流母线电压迅速升高，这就会影响变频器的正常工作。以前是将这部分的电能在电阻上消耗掉，能量回馈系统是可以将这部分的能量收集并且反馈给电网。由此也可以得出要选择的拖动系统，就是交流变压变频的拖动的方式。因为只有这种变频的电梯中才能通过曳引变频器产生能量。电能的回馈装置，通过自动检测变频器的直流母线电压，将变频器直流的环节的直流电压逆变成电网电压同频同相的交流电压，而达到的回馈电网的目的。回馈电网的电能可以达到电能回馈的97%。节省20%左右的电能。因此，电梯节能的核心就是如何利用储存的势能，在回馈的过程中电表是不会翻转的，但是由于一幢大楼里有很多电气元件，反馈的电能被利用了，也就达到了电能回馈的目的。具体的线路如图3.5所示。图3.5电梯能量回馈示意图此外，能量回馈器具有十分完善的保护和扩展的功能，既可以用于现有的电梯改造，也可以用于控制柜的改造。没有能量反馈的系统如图3.6所示同时对电梯输入电流质量的改造都有十分重要的意义。其过程如图3.6所示。济南大学毕业设计17图3.6电梯能量回馈过程济南大学毕业设计184电梯远程监控系统的设计4.1概述该系统的设计充分考虑了用户的要求与使用习惯。监控系统软件采用了用可视化编程语言VisualC+6.0。监控系统的软件主要是对各地电梯运行情况进行状态监视，显示故障报警、各故障信息的详细资料，在线查询电梯的所有资料，比如：电梯用户、运行状况等。监控系统功能结构方面采用模块化设计思想。由三部分部分组成，分别是远程监控模块、运行数据模块以及远程控制模块。4.2实时监控实时监控实时监控包含了各个楼电梯的关门状态、故障状态、运行方向、消防状态、检修状态、楼层显示。如图4.1所示。图4.1实时监控画面实时监控画面对电梯的各种状态都进行了实时的监控，最重要是保证了电梯的安全性能，对电梯的的故障可以达到最快的显示。电梯的总层数、楼号名称都有明显的显示。运行状态包括开关门、上下行、司机、检修、自动、锁梯、轿厢优先、济南大学毕业设计19超载、外呼、满载、内呼等。维修保养包括维修保养的日期、开始时间、结束时间、人员工号等。但是用户信息与维修保养模块需人为的输入数据，消防状态的部分的内容通过系统将运行状态信息解包，然后自动存储在对应的数据库中。4.2运行数据分析模块管理人员可以在运行数据分析模块中对故障的次数按照电梯编号进行浏览，按照需要生成各类故障的汇总表，其中包括每年或每月的故障发生的原因和次数，某电梯的故障统计等，能够帮助电梯的生产商及时掌握电梯运行状况，同时提高了售后服务质量，对电梯的改进与开发有很大帮助。运行数据分析模块界面如图4.2所示。图4.2运行数据画面当查询电梯的故障信息时，能够知道发生故障的地点、时间、故障类型以及电梯在故障发生前后的运行状态，从而分析出电梯发生故障的原因。这样节省了电梯维修人员的维修时间，提高了维修效率。用户能够根据自己的需要打印电梯的用户信息、故障处理、运行状态等信息。而报表系统分析可以自动生成txt文档，对电梯的停靠层数进行精确到秒的记录。4.3远程控制模块济南大学毕业设计20远程监控模块。用户信息数据库包含电梯编号、电梯型号、所在建筑物名称。远程监控界面如图4.3所示。图4.3监控系统界面监控界面是对电梯进行的实时监控的功能的延伸，当在特定的时间可以开动精确的楼号的楼的备用电梯。消防开关以及对电梯的状态进行控制。这样可以在电梯的使用方面既节约了电梯的电能，又可以在突发时间来临时作出第一反应。4.4监控系统主界面设计程序的主界面有视图，根据不同的操作可以列表视图，可以对不同的类型增加相应的属性和方法实现该类对象的操作，是对象的定位以及数据处理更加方便快捷。视图为CView，在文件MainFrm.h中的类CMainFrame声明前定义2个常量，表示视图的类型。其定义如下：#defineELEVATORVIEW0#defineELEVATORINFOVIEW1还要为类CMainFrame声明2个成员指针变量，分别指向将要生成的视图对象，访问方式为Public在CMainFrame类前再次声明2个视图类，作用相当于通过#include包头文件，其定义如下：ClassCView；济南大学毕业设计21ClassCElevatorListView；1类定义ClassCMainFrame：publicCFrameWndPublic；CElevatorListViewm_pElevatorView；电梯列表视图CElevatorListinfoViewm_pElevatorinfoView；电梯详细信息图主界面视图CElevatorListView也可以是CElevatorinfoListView，这就是为类CMainFrame添加一个public类型的函数SwitchtoView来切换不同的视图。当nViewType=0时表示CElevatorListView视图的类型，当nViewType=1表示CElevatorinfoListView视图。4.5远程监控系统的连接远程监控是通过串行接口与PLC连接，如图4.4所示。图4.4串口连接图通过串口的并行连接，例如如下配置。如图4.5所示。济南大学毕业设计22图4.5串口配置济南大学毕业设计235电梯控制系统的选型5.1简述PLC的优点电梯控制系统有3种控制方式，即继电器控制、微机控制和PLC控制。继电器控制系统的故障率高、噪音大、功耗高，已不适应现在工作和生活的需要，正逐渐被淘汰。微机控制系统本身的抗干扰能力差，应用范围不广泛。PLC控制系统运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强，应用范围广泛。故选用PLC控制系统。可编程控制器简称PLC或PC，它将计算机与自动化技术融合为一体。PLC充分利用微型计算机的原理和技术，既能用来完成逻辑控制，也能实现模拟控制，既能用来控制工业现场的各种设备及自动生产线，也能与计算机联网，构成集散控制系统，已经在很多领域得到广泛应用。PLC控制具有下列特点。（1）结构简单。数字运算部分减少了，逻辑运算功能、计时、步进等功能得到了加强，从而减少了成本。（2）结构紧凑，抗干扰能力强。（3）不易丢失、损坏，使用维修方便，运行可靠。（4）编程器可一机多用，降低了成本。(5)采用了模块化结构，容易扩展，可应用于简单或复杂的控制系统。（6）编程简单，操作人员经过短时间的学习就可以应用自如。（7）接插件少，体积小，能够停电保护数据和状态。5.2可编程控制器的工作原理图5.1PLC控制系统示意图济南大学毕业设计24如图4.1所示为可编程控制器控制系统示意图，系统主要由输入模块、CPU模块、输出模块和编程器组成。PLC的基本工作如下:(l)输入现场信息:在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态(2)执行程序:顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算。(3)输出控制信号:根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。PLC是随着计算机技术以及继电接触控制技术发展而来，继电器接线复杂、能耗高、可靠性能差、通用性以及灵活性能差等一些缺点，PLC不仅是克服了继电器的这些缺点，又结合了微处理器的优点，并且考虑到了现场电气维修人员的工作的状态。而在PLC的编程方面，由于不需要专门的计算机编程的知识，采用的是继电器梯形图结构为基础的简单指令的形式，用户在应用的方面更加的便捷。（1）PLC的选型是为了得到最佳型号，在进行估算的时候，分析系统的控制的要求，明确控制的范围及动作。根据估算出PLC输入和输出点数、确定PLC功能、需要的储器的容量、外部的设备特性等等。PLC具有运算功能、控制功能、编程功能、通信功能。选择PLC系统可以支持标准通信协议和多种总线，可以连接到工厂的管理网（TCPIP）。通信协议要符合ISOIEEE通信标准，通信网络是开放的系统。（2）PLC的处理速度不是越快越好，而是应该与软件质量和程序长度有关系。目前的PLC处理的基本上可以满足用户的要求。5.3PLC的设计方法与步骤5.3.1PLC的IO点数根据电梯层站数、控制方式、模型等，计算PLC的输入、输出信号数量。控制信号输入信号有：30个门厅按钮，16个楼层感应传感器，19个轿厢内按钮，2个轿厢门限开关，1个检修开关，2个平层传感器，2个减速传感器，1个过载测量传感器，PG卡1个，1个障碍检测光电传感器，总共75个输入信号。输出信号:：19个轿厢内指示灯，30个门厅召唤按钮指示，17个楼层显示用七段码显示器引脚，2个开关门电动机驱动线圈，8个变频器控制引脚，2个电梯上下行指示灯，总共78个输出信号。5.3.2机型选择由上面分析可知，输入信号为75个，输出信号为78个。根据PLC的IO节点使用原则，即留出一定的IO点作为扩展时用，和系统设计实际需要的IO点数，故选择济南大学毕业设计25西门子的S7-300。变频器选择的是安川变频器的新系列：A1000变频器。这种变频器采用电流矢量控制，提高机械的控制性能。它作为通用变频器能适合绝大多数的应用场合，采用了各种现场网络通信选购卡可以适合网络控制。另行的24V控制电源装置，即使在停电的状态下也可以由上位的PLC进行信息的监控。此变频器低速下也能够实现平稳启动（1%额定转速），并且能够很精确地运行。它的自动调整功能可保证目前市场上的各种电动机高性能运行。安川A1000变频器的芯片连线如图5.2所示。图5.2安川A1000变频器连线图5.3.3IO单元输入点输出点的分配表4.2IO单元输入点输出点分配表输入