电梯控制系统设计-PLC控制系统设计【含10张CAD图纸+PDF图】
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目 录【摘要】(Abstract). 1第一章 绪论.21.1课题的目的和意义.21.2电梯技术发展概况.21.3本设计的内容结构.9 第二章 电梯控制系统112.1电梯控制系统概述.112.2电梯控制系统方案设计.14第三章 电梯门系统.173.1开、关门控制.173.2开、关门控制的典型控制电路.203.3新型门机控制系统.22第四章 轿厢控制.264.1轿厢控制程序功能.264.2轿厢内指令信号的登记记忆与消除.264.3电梯楼层检测及显示技术.29第五章 外呼板控制.315.1外呼板控制程序功能.315.2程序流程图.315.3厅外召唤信号的登记记忆与消除的继电器控制原理图.335.4厅外召唤信号的PLC控制梯形图.345.5截梯控制.355.6电梯按键智能连接控制.37第六章 电梯应急装置446.1电梯检修电路.446.2安全保护回路.466.3消防运行.48总结50【参考文献】.51英文文献及翻译资料.52摘 要电梯作为一种现代化的垂直交通工具，在工业生产和人们的生活之中己得到了广泛地应用。传统的电梯采用直流电动机驱动，存在着结构复杂、制造成本高、可维护性差等系列不足，采用异步电机取代直流电机己是大势所趋。交流变频调压调速电梯(VVVF)更是当前的发展方向。本章节主要介绍了有关交流变频调压调速电梯的电器控，阐述了电梯的控制原理，分析了电梯如何用PLC编制控制程序。其中主要是PLC控制,当然部分还仍然是用的继电器控制。详细介绍了各个部分的控制，剖析了电梯电器控制的整个过程。尤其是其中采用了一些当前电梯方面的最新技术成果，如电梯智能连接控制等。关键字：交流变频调压调速电梯 PLC控制 电梯智能控制AbstractElevator is a convenient vehicle which has been widely used in modemsociety. In traditional the elevators are usually driven by DC motors. Butbecause of some disadvantages such as their complex configuration,costliness, inconvenience of maintenance, they are gradually replaced byasynchronous machines. AC inverter surge speed lifts (VVVF) is the current direction of development.This chapter introduces the frequency of the exchange of electrical surge-speed elevator, the elevator control on the principle of how to use the elevator control procedures for the preparation of PLC. PLC control of which is, of course, also still is part of the relay control. Described in detail the various parts of the control, electrical analysis of the elevator control of the whole process. In particular, is one of a number of current use of elevators in the latest technological achievements, such as elevators, and other intelligent connection control.Keyword: Variable Voltage Vatiable Frequency Elevator PLC control Elevator Intelligent Control 第一章 绪论1.1 课题的目的和意义早期的电梯多采用传统的继电器控制方式，其最大缺点是可靠性差，故障率高，维修困难，远远不能满足现代都市人的需要，在20世纪80年代前期至90年代初，据有关资料统计，在所有交通工具中，电梯故障率居首位，随着科学技术的发展，这一切都己成为过去，现代电梯应用先进控制技术，大幅提高其运行平稳性及乘坐舒适感，使故障得到有限控制。电梯控制系统从继电器控制发展到PLC的控制方式，己经经历了一个相当大的技术飞跃，产品也己成型，且性能相当稳定，然而这并不能满足用户不断增长的需求。现今用户对电梯的智能化、调试、维修的简便性、电梯的自我故障诊断、远程监控等智能化控制提出更高的要求。1.2 电梯技术发展概况1.2.1 电梯的起源和发展电梯是高层宾馆、高层商店、高层住宅、多层厂房和多层仓库等高层建筑可缺少的垂直方向的交通运输工具。作为升陈设备，据说它起源于公元前336年的古希腊。 图1-1 曳引机电梯结构示意图当时阿基米槐设计出一种人力驱动的卷筒式卷扬机，共造出三台，安装在妮罗宫殿里。人们把这三台卷扬机看作是现代电梯的史祖。事实上，早在公元前，我们的祖先和古埃及也都曾经使用了这种人力卷扬机。 在瓦特发明了蒸汽机之后，于1850年在美国纽约市出现了世界第一台由亨利沃特曼制作的以蒸汽机为动力的卷扬帆。1852年美国人伊莱沙格冒夫斯奥梯斯(1811一1861年)发明了世界上策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，英国的阿姆斯持朗发明了水压梯。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。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，同年在纽约市的马家待大厦安装成功。在1903年，又将卷筒式(即鼓轮式)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简上来提升重物；而糟轮式也称为曳引式驱动，是在曳引绳一端提升置物，另一端为平衡重，依靠曳引绳与开有绳槽的曳引轮之间的摩擦来驱动置物作垂直运动。因此，只要在曳引系统的容量和强度允许范围，通过改变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简长度限制。此外，当重物或平街重碰底时，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，而卷简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，用改变串接在电报回路中的电阻但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，建筑物规模越来超大，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电动机组调速系统，能较好的满足电梯调速的基本要求。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，几乎都是采用直记调速系统来实现的。 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6ms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，该技术被广泛用于电梯。1949年研制出46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年在美国并出现了85ms的超高速电梯。在1967年将固体晶闸管用于电梯施动系统。随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流发电机。同时，研制出了交流调频调速系统，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年日本三奠电机株式会社开发出了10 ms的超高速电梯。至此，电梯的控制技术已有了很大发展。进入80年代，电梯控制技术又有了新的变化由于固体功率器件的不断发展和完善以及微机技术的应用，出现了交流变频调速(VVVF)系统1984年在日本已将其用于2ms以上的高速电梯。1985年以后，又将其延伸到中、低速交流调速电梯。交流变频调速技术被认为是电梯行业的当代技术。 1985年日本生产出世界上第一台螺旋式自动扶梯，使其明显减小了占地面积。1993年日本生产的125ms：世界上最高速的交流变频调压调速电梯已投入运行。1996年，交流永磁同步无齿轮曳引机驱动的无机房电梯出现，电梯技术又一次革新。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。2004年竣工的台北国际金融中心大厦将安装日本东芝电梯公司速度为1010m/min（16.8m/s）的超高速电梯。该电梯连接地下1层和第89层观光层，提升高度为388m。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，已成为高速电梯的主流。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，是电梯控制技术的方向。现代电梯技术，更加强调运行质量和降低噪声，电梯控制格趋向多微机分散分层控制。电梯群控系统是现代电梯技术的又一重要组成部分。它不但有完善的分区服务、运行监控、客流交通统计分桥等功能，还具备故障诊断功能。在品种方面，实现了双层电梯、大吨位的集装用电梯等。为适应摩天大楼对电梯的持殊要求，目前正在研制无绳直线驱动电梯对于电梯的曳引机，目前除了中、低速范围的电梯还采用蜗轮副减速装置外，其它均已采用圆拄树齿轮曳引系统，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。对现代电梯性能的衡量主要着雹于可靠性、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。在电梯反馈系统方面，除了采用旋转编码器获得电梯轿厢位置信号外，还有一些厂家采用绝对值编码器从电梯轿厢上反馈位置信号给系统，对曳引电机进行以距离为原则的控制，以实现直接平层技术，达到优越的电梯运行效果。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。因此，提倡对电梯进行豪华性装修，比如：轿厢内用镜面不锈钢装饰、在观光电梯井道设置宇宙空间或深海景象，进而主张电梯、扶梯应与大自然相协调，在电梯的周围种植花草；在轿厢壁和顶棚装饰图案，甚至是有变化的图案，并且在色彩调配上要令人赏心悦目；在轿厢内播放优美的音乐用以减少烦躁，在轿厢内播放电视，乘客可收看天气预报、新闻等。 时至今日，电梯已进入了全面发展的新时期。1.2.2 国外电梯生产与使用情况 当今世界电梯的生产情况与使用数量已成为衡量一个国家现代化程度的标志之一一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。 进入90年代，在世界各地运行的电梯有400多万台，其中日本就有34万台。全世界每年需求最大约在15万台左右。其中日本需3万合，美国需3万台，欧洲露5万台，东南亚耀L 2万台。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。 世界上有名的几家电梯公司，诸如；美国奥梯斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩公司等其电梯的产量已占世界市场的51。其中奥梯斯公司和三葵公司是世界上年产量很大的电梯生产企业。根据有关资料统计日本在1990一1991年一年中，共生产电梯31508“台。其中直流电梯为23台，占o1；交流电梯为22690台，占72；液压电梯为7829台，占248；住宅电梯966台。占31。在亚洲，日本对电梯市场占有绝对优势，其占有串为67。由日本的情况可见一斑。目前，国外除了以交流电梯取代直流电梯外，在低层楼房越来越多地使用液压电梯。此外，家用小型电梯将成为电梯家族中重要的组成都分。 电梯是机电一体的复杂系统，不仅涉及机械传动、电气控制和土建等工程领城，还要考虑可靠性、舒适感和美学等问题。而对现代电梯尤其重要的是，应具有高度的安全性。事实上，已为电梯设置了十几项安全保护装置。在设计电梯时，对机械零部件和电气元器件都取用了很大的安全系数和保险系数。然而，只有电梯的制造、安装调试、售后服务和维修保养的高质量，才能全面保证电梯的最终高质量。在国外，“法规”实行电梯制造、安装和维修一体化，实行由各制造企业认可的、法规认证的专业安装队和维修单位，承担安装调试、定期维修和检查试验，从而为电梯运行的可靠性和安全性提供了保证。因此，可以说乘坐电梯更安全。美国下家保险公司对电梯的安全性做过认真地调查和科学计算，其结论是：乘电梯比走楼梯安全5倍。据资料统计，在美国乘其他交通工具的人数每年约为8亿人次，而乘电梯的人数每年却有540亿人次之多。电梯控制系统方面，目前国外发达国家的电梯正在推广32位微机控制系统。他们都采用闭环反馈单微处理机控制系统或多微处理机协调控制系统。在电梯传动系 统方面，采用交流变压变频(VVVF)调速技术，实现电梯从超低速到高速无级调速的高精度运行，具有节能、对电网污染小、乘坐舒适感佳等优点。1.2.3 国内电梯生产和使用情况解放前，全国只有2000台电梯，几乎没有电梯生产企业。解放后，随着我国经济建设的发展，电梯企业应运而生。我国的电梯企业由60年代开始起步，到了70年代已初具规模。改革开放以来，我国电梯的需求量急剧上升。在1949一1979年的30年中，全国只生产了大约1万台电梯。在党的十一届三中全会之后，随着经济建设的发展，电梯的而求量开始增加。1980年生产的电梯已达2249台，1983年的产量为5087台，1985年全国生产了9178台电梯，比上一年增长了58。1989年电梯的产量为9552台，总产值为、95亿元。1990年生产了10 334台电梯。1980一1990年U年问，平均每年增长165。到1991年，产量巳超过12万台。截止1992年，在全国运行的电梯有10万合，其中客梯占40，其余为贷梯、杂物梯和自动扶梯。1993年的产量为24万台，总产值约为45亿元。到1994年，年产量已近3万台。在八五期间，电梯产量以年13的速度增长五年总霄求量上升到民4万台。1980年以前，全国电梯生产企业不足十家，1983年电梯生产企业增加到20家，到1991年，国内电梯生产企业已有200多家，多数为中、小型企业。其中年产量超过1000台的企业有5家。国家计委根据国情确定的行业生产规模为每年生产2000台。截至1991年，已有3家企业的设计生产能力达到或超过这个指标。由此可见80年代中期我国电梯工业已取得迅速发展。进入90年代，为把握生产质量采取了发放生产许可证制度。到1992年，已有110家电梯生产企业持有生产许可证，250家企业持有厂外安装许可证。在我国，通过引进国际电梯标准以及发达国家的先进产品和技术，引发出一支以中外合资企业为主体的外向型企业队伍。如：中国迅达公司、天津奥梯斯公司、上海三菱公司、苏州迅达公司和广州电梯工业公司等企业就是通过合资和补偿贸易方式引进发达国家的先进管理和技术，不断改善现有产品结构和管理体制，臣企业素质和产品质量上新水平，推出一代电梯新产品。诸如：苏州迅达公司的DYN2、NYNS，上海三菱公司的VVVF和广州电梯工业公司的YF40等。此外，沈阳电梯广和西安电梯厂在技术开发方面也取得了成效。在电梯协会成员企业当中，这些骨干企业的电梯产量占64左右，产值占82。目前，交流调压调速电梯技术已趋成熟，一些企业都有成功的产品，微机控制电梯是电梯技术的方向，一些生产企业与科研单位相结合，相继推出了微机控制的电梯新机型使控制功能得到增强，电梯的性能得到改善，明显提高了可靠性。除了合资企业外，也有其他厂家开发出了变预调速电梯新产品。另外，用可编程控制器(PLC)取代继电器控制系统的机型也已投产，使电梯性能得到改善，故障率明显降低。在技术上，应该说这是一大进步。调频对单梯进行控制还是有前途的。有些生产企业开发了紧急供电装置、防火厅门、地震控制、自检测以及语音合成等电梯新功能；对机械系统采用了新结构、新材料、新技术和新工艺。总之与国外先进技术水平相比，虽然还存在一定差距，但国内电梯技术并不逊色。自从2004年在国内WALESS电梯推出节能电梯概念后，全国各地已经将节能电梯的研发与制造成为了电梯生产的主流。不过真正节能电梯技术还是以WALESS节能电梯的模板进行自己控制技术与配置的更新为主，目前的节能电梯基本上包括采用节能主机的小机房电梯以及无机房电梯。在2006年全国节能电梯的采购达到历史最高，估计全国大约销售节能电梯4.8万台。而节能电梯处于领先水平的WALESS电梯继续推出了目前国内载重最大的无机房节能电梯，其载重达到3000KG，速度可以达到 0.75M/S，基本满足了所有工厂的载货需求；同时产品价格已经比较低，综合成本已经不会高于普通电梯，节约用电却要比普通电梯节约近一半。 3000Kg无机房载货电梯是目前国内最大载重的无机房电梯。无机房节能载货电梯的应用，可以使我们国家新建的工厂采用节能载货电梯。如果全国所有工厂的载货电梯全部采用节能电梯，那么到2020年时，就载货电梯一项就可以节约用电1200亿千瓦时，为我们国家能源战略发展贡献极大。中国电梯在亚洲市场越来越占有重要位置，每年销售量已达l万台左右，约占亚洲市场的15。一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。目前，国内电梯产业还有不完善之处。为此，建设部曾以建字(1992)144号文件形式发布了关于提高电梯质量的若干规定。提出对各厂家生产的机型进行整顿在八五期间，分批淘汰者型继电器控制的交流双速电梯以及1m5以下的低速电梯。到1997年将全部淘汰者型继电器控制电梯。提出统一技术标准，要在制造、安装、保养和维修等方面进行综合治理。提出开展产品质量认证，加强对安装单位的管理，严格检查验收，完善使用保养制度。近年来，为保证电梯最终质量，在建立全国性完整的电梯管理法规、落实检查机构、壮大安装调试队伍、组建维修保养网络和提高相关人员技术素质等方面，正在进行着一系列实质性的工作。我国电锑行业，正在走向法规化加速步入世界先进行列。1.2.4 电梯的发展趋势一、最新电梯应用技术：1、全数字识别乘客技术（所有乘客进入电梯前进行识别，其中包括眼球识别、指纹识别）；2、数字智能型安全控制技术（通过乘客识别系统或者IC卡以及数码监控设备，拒绝外来人员进入）；3、第四代无机房电梯技术（主机必须与导轨和轿厢分离，完全没有共振共鸣，速度可以达到2.0M/S以上，最高可以使用在30层以上）；4、双向安全保护技术（双向安全钳、双向限速器，在欧洲必须使用，中国正在被普遍使用）；5、快速安装技术（改边过去的电梯安装方法，能够快速组装）；6、节能技术（采用节能技术，使电梯更节约能源）；7、数字监控技术（完全采用计算机进行电梯监控与控制）；8、无线远程控制及报警装置（当电梯产生故障时，电梯可以通过无线装置给手机发送故障信息，并通过手机发送信号对电梯进行简单控制）。二、未来电梯展望未来电梯行业是一个兴旺的、健康的、向上发展行业，同时也是一个充满挑战、激烈竞争的行业。电梯行业的竞争，实则是质量、技术、售后服务的竞争。未来电梯将在以下几方面有重大发展:(1)电梯群控系统将更加智能化电梯智能群控系统将基于强大的计算机软硬件资源，如基于专家系统的群控、基于模糊逻辑的群控、基于计算机图像监控的群控、基于神经网络控制的群控、基于遗传基因法则的群控等。这些群控系统能适应电梯交通的不确定性、控制目标的多样化、非线性表现等动态特性。随着智能建筑的发展，电梯的智能群控系统能与大楼所有的自动化服务设备结合成整体智能系统。(2)超高速电梯速度越来越高21世纪将会发展多用途、全功能的塔式建筑，超高速电梯继续成为研究方向。曳引式超高速电梯的研究继续在采用超大容量电动机、高性能的微处理器、减振技术、新式滚轮导靴和安全钳、永磁同步电动机、轿厢气压缓解和噪声抑制系统等方面推进。采用直线电机驱动的电梯也有较大研究空间。未来超高速电梯舒适感会有明显提高。(3)电梯产业将网络化、信息化电梯控制系统将与网络技术相结合，用网络把各地的电梯监管起来进行维保;通过电梯网站进行网上交易，包括电梯配置、招投标等，也可以在网上申请电梯定期检验。(4) 绿色电梯要求电梯节能、减少油污染、电磁兼容性强、噪声低、长寿命、采用绿色装潢材料、与建筑物协调等，甚至有人设想在大楼顶部的机房利用太阳能作为电梯驱动补充 能源。(5)优质、高效的售后服务。此外，电梯的双向安全装置、无底坑、无线控制是未来电梯的重大革命。1.3 本设计的内容结构电梯控制技术是一门综合性极强的专业技术，它涉及到机械、自动化的多门专业课程。如：电路原理、电子技术、电机拖运、自动控制原理、计算机原理、检测技术、计算机控制、电力电子技术、交直流调速原理与系统、计算机接口技术、单片机原理等。通过此次设计，更好的掌握了电梯控制技术的同时，也进一步复习、巩固了以前所学的知识，学会了综合运用所学的知识，提高了自己分析问题，解决问题的能力。在设计过程中，查找了大量资料，培养了查找文献的能力。本设计共分六章编写，其内容结构如下：第一章为绪论，说明了设计的目的和意义所在，简单介绍了电梯的起源，发展，国内外现状及发展的趋势。第二章介绍了电梯的电力拖动系统。包括电梯控制系统及电梯电力拖动方式的选择。第三章着重介绍了电梯的门系统。包括电梯的开、关门控制，电梯典型电路结构，还介绍了二种新型门机系统。第四章介绍了轿厢控制。详细说明了厢轿内信号的登记记忆与消除在，还简要说明了电梯的楼层检测及显示技术。第五章介绍了外呼板控制程序设计。对电梯外部信号的登记与处理进行了详细的说明。详细讲解了截梯的控制过程，并引进了一种新型的电梯智能连接控制方法。第六章介绍了电梯的应急措施。从电梯的检修运行，安全保护和消防控制三个方面进行了介绍。第二章 电梯控制系统2.1 电梯控制系统概述2.1.1 电梯的基本构成示意图图2-1 电梯基本构成示意图2.1.2 电梯控制主程序流程图 图2-2 电梯控制主程序流程图2.1.3 电梯各基本构成主要功能分析 图2-3 电梯主要结构示意图(1)控制柜部分在电梯控制系统当中控制柜属于电梯控制的核心部件，它主要包括曳引机、减速器、变频控制器、电梯运行控制器、接触器、继电器等。电梯运行控制器向变频器发送电梯起、停、运行速度选择、方向控制。变频器接收到运行控制器指令后控制变频曳引电机转动，经减速器后控制轿厢的上下运动。(2)轿厢部分轿厢内主要有变频门机，操纵箱，轿厢控制器，轿顶控制器以及楼层显示部分。其中变频门机控制门的开关。电梯门是电梯一个比较重要的安全部件，由包括门锁、门刀、以及安全小扇或光幕等装置。操纵箱主要有内呼矩阵按钮、急停、直驶、有厌司机开关等。轿顶控制器主要有安全连锁开关和检修开关。(3)井道部分井道内主要有通讯电缆、平层、上下换速磁或光电开关、以及井道底部安全装置。电缆负贵电梯通讯，平层和换速开关控制电梯准确平层和换速。(4)外呼部分外呼主要有呼叫按钮和楼层显示部分。2.2 电梯控制系统方案设计2.2.1 方案设计原则电梯控制系统主要包括电梯运行控制器，轿厢控制器，以及各楼层外呼控制器。在进行各个控制器方案设计时，主要遵循以下基本设计原则和思想。(1)要求各部分抗干扰性强，安全可靠。电梯的安全性和可靠性是电梯的生命力。(2)要求各控制部分在软硬件上，能和各机械部分协调，实现电梯的各种保护。电梯是一种特殊的产品，对其安全性有特别的要求，为了防止出现各种可能的危险情况，电梯上装有各种各样的保护装置，有机械的，也有电器的保护，设计系统时要求各保护措施相互能协调一致。(3)要求系统有一定的扩展性，在满足使用要求的前提下，成本应低、调试、维修方便 。(4)符合国家对电梯安全性所提出的各种要求。2.2.2 电梯拖动方式的选择自70年代以来，随着电力电子技术和傲电子技术的发展，交流电动机的调速技术取得了巨大的进展。各种交流调速技术在工业领域存到广泛应用的同时，电梯的交流调速系统也日趋完善。除了前述的变极调速、交流调压调速(ACVV)电梯以外，交流变压变频调速是电梯的理想调速方法。交流变压变频调速电梯也称为VVVF电梯。VVVF是英文Variable Voltage Vatiable Frequency的缩写。VVVF电梯速度调节平滑，能获得十分良好的乘坐舒适感；能明显地降低电动机的起动电流。与其它类型交流调速系统相比，性能最好，运行效率最高，可以节能3050。在80年代初期，日本开发出了VVVF电梯。现在，VVVF调速技术已被用于快速、高速和超高速电梯。一、按恒压频比控制方式进行变频调速的装置其一种是直接变颜(交交变频)装置。这种装置的变颇为一次换能形式，即只用一个变换环节就把恒压恒频电源变换成VVVF电源，所以效率较高。但是，所用的元件数量较多，输出频率变化范围小，功率因数较低，只适用于低转速大容量的调速系统。 另一类为间接变频(交-直-交变频)装置。这种变频装量是将恒压恒速交流电源先经整流环节转换为中间直流环节，再由逆变电路转换为VVVF电源，如图2-4示。这种装置的控制方式有以下两种： 图2-4 间接（交-直-交）变频装置 1用可控整流器变压，用逆变器变频的交-直-交变频装置。这种装置的输入环节是由晶闸管构成的可控整流器。输出电压幅度由可控整流器决定，输出电压频率由逆变器决定也就是说，变压和变频分别通过两个环节并由控制电路协调配合来完成。这种装置结构简单，元件较少，控制方便，频率调节范围较宽。但是，在电压和频率调得较低时，电网端功率因数也降低。如输出环节由晶闸管构成，则输出电压谐波较大。2用不控整流器整流，通过脉宽调制方式控制逆变器同时进行变压变频的交直-交变频装置。由于输入环节采用不控整流电路所以电网端功率因数高，而且与逆变器输出电压大小无关。逆变器在变颜的同时实现变压，主电路只有一个可控的功率环节，简化了电路结构。逆变器的输出与中间直流环节的电容电感参数无关，加快了系统的动态响应。选择对逆变器的合理控制方式，可以抑制或消除低次谐波，使逆变器输出电压为近似的正弦波交变电压。这种控制方式称为正弦脉宽调制方式(Sinusoidal Pulse Width Modulation缩写为SPWM)。二、变频电梯系统运行原理电力电网送来的380V动力电源变为可控的直流电，经变频器转变为可调的频率可变的变频变压三相正弦交流电，驱动电动机平稳运行。若配置交流变频曳引机效果更佳，成本亦低。当电梯检修时 ，是点动运行方式，PLC向变频器发出方向和检修运行信号，系统按预先编好的速度指令向电动机输送点动频率(1OHz)的交流电，作上、下慢速运行。变频器内部带电流反馈和速度反馈。电梯的速度通过脉冲编码器反馈回变频器，当实际速度高于或低于给定速度时，变频器会自动调节输出电压(电流)和频率，使两者相等。电梯的速度总是跟随理想曲线的变化而变化的。 图2-5 电梯运行速度曲线图2-5 中 ，0一ti为加速过渡阶段，ti一t2为稳速运行阶段，t2- t3为减速停车阶段。由于变频器在零速时有150%的额定转矩，保证了电梯在零速(B点)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。第三章 电梯门系统3.1 开、关门控制在电梯系统中，门系统的主要任务是接收来自管理与调度PLC系统发送的门机控制信号，驱动门电动机运行，以控制电梯厅门和轿门的打开或关闭。对于门机控制系统而言，其必须具有运行快捷、安静、准确等特点。高性能的电梯系统必须有平稳、低噪、高效的门系统，以缩短乘客候梯时间，提高电梯的输送能力。电梯门系统主要由门电动机、门电动机控制器、门电动机驱动装置、门结构(门系统机械部分)、安全检测系统、大厅内乘客检测系统等组成。下面就各个部分功能作简要讲述。1.电梯门电机控制系统这部分主要包括门机控制器、门机驱动装置以及门电机等。其中门机控制器主要用来控制门电机，使其沿着门机给定曲线运行，以快速、安静、准确的打开或关闭电梯的厅门和轿门。这部分如同一个小型的电机控制系统。2. 电梯的门结构这部分主要由门扇、导轨、厅门门锁等构成，目前主要采用单扇门和中分门两种结构。为了提高门系统的快捷性，在高性能的系统中都采用中分门结构。其中门扇必须具有坚固、防火特点；导轨用来支撑门扇，因而必须表面光滑、坚固且足够大，以便门扇可靠的移动；厅门门锁必须满足安全要求，当门扇到达关门点时应及时的锁住厅门。这部分对乘客安全非常重要，在电梯开发时应引起足够的重视。3.安全检测系统在电梯控制系统中，为了避免乘客被正在关闭的门伤害，在门系统中大都设置安全检测系统，以检测关门时是否还有乘客从电梯门上通过。本文的安全系统采用光电式装置(如光敏器件)。4.大厅内乘客检测系统在一些高性能的电梯系统中，都设置了大厅内乘客检测装置，确定乘客是否全部进入电梯。当乘客或物体仍在门检测区内时，电梯的门系统能自动延时关门，确保乘客全部进入电梯。本系统采用光敏装置和热敏装置来检测乘客或物体。以上主要讲述了电梯门系统的组成和功能。在电梯门系统中，还有一个重要问题就是门保持时间的选择。因为门的保持时间过长，会影响电梯的运行效率，而保持时间过短时又不能保证乘客安全的出入轿厢。因此应对门保持时间进行很好选择，在保证乘客安全出入电梯的情况下，尽可能的缩短电梯开门和关门时间。一般而言设置在3-5s比较合适。3.1.1 开门控制正常情况下，开门的条件有以下几种：本层开门、停车状态按轿内开门按钮、关门过程中有红外线检测信号（这种情况下将重新开门）、正常运行换速平层停车自动开门。开门到位后，若没有碰到开门限位开关，或限位开关失灵，门电机会发生堵转，时间一长电机可能烧毁。为此设计了门电机保护程序，当开门动作时间超过正常开门时间2-3秒后，通过定时器计时自动断开开门信号，停止开门。(1) 本层开门本层开门是指电梯在停车状态和非检修（有/无司机）条件下，当轿厢所在层楼有上召唤且没有定下方向，或有下如而没有定上方向时，电梯自动开门。电梯本层开门的条件也可简化为，在停车状态下当轿厢所在层楼有厅外召唤时，电梯自动开门，如假设轿厢现停在二层，则M0.1为ON，当二层厅外有上召唤信号时I0.1为ON，在没有定下方向，且停车状态下M1.2为ON，发出本层开门控制信号。（2）开门控制及安全保护正常情况下，开门的条件有以下几种：本层开门、停车状态按轿内开门按钮、关门过程中有红外线检测信号（这种情况下将重新开门）、正常运行换速平层停车自动开门。开门到位后，若没有碰到开门限位开关，或限位开关失灵，则由于开门继电器吸合，门电机会发生堵转，时间一长电机可能烧毁。为此设计了门电机保护程序，当开门动作时间超过正常开门时间2-3秒后，通过定时器计时自动断开开门信号，停止开门。如没有外界开门信号，即I0.4和M1.2为ON，则定时器#TIM00开始计时，当计时时间到，如限位开关仍未有动作，则通过TIM00闭点断开Q0.3，停止开门。并由TIM00开点使定时器自锁，Q0.3维持OFF。当有开门信号时I4.0或M1.2为ON，其闭点OFF，定时器复位，TIM00闭品为ON，可再次进行开门控制。3.1.2 关门控制正常情况下，关门的条件有以下几种：停车状态下按关门按钮、无司机状态下自动关门时间到、锁梯时钥匙开关断开。停止关门或关门的条件：关门到位碰关门限位开关、有开门信号、开门继电器吸合、超载开关动作。如锁梯时，I5.2闭点为ON，可使Q0.2为ON，执行关门动作。而超载时，闭点I4.1为OFF，Q0.2也为OFF，不能关门运行。在关门梯形图中也设置了关门安全保护，因为关门限位开关若不动作或失灵，同样容易将门电机烧毁。与开门过程保护一样，可在开始关门后通过定时器计时，超过正常关门时间、自动停止关门、以保护门电机。3.2 开关门控制的典型控制电路自动开关门机安装在轿厢上,它在带动轿门启闭的同时,通过机械联动机构带动层门与轿门同步启闭。为使电梯门在启闭过程中达到快、稳的要求,必须对自动门机系统进行速度调节,当用小型直流伺服电动机时,可用电阻的的串、并联方法调速。直流电动机调速方法简单,低速时发热较少。 图3-1 直流伺服电动机的自动门机主电路原理图图(3-1)是小型直流伺服电动机的自动门机主电路原理图。当关门继电器KAC吸合后,直流110V电源正极经熔断器FU,首先供给直流伺服电动机的励磁绕组WM,同时经可调电阻RMKAC(1、2)触点电动机的电枢绕组KAC(3、4)触点电源的负极。另一方面,电源还经开门继电器KAO的常闭触点和电阻RC对电枢分流。当门关至约门宽的2/3时,限位开关SC1动作,使电阻RC被短接一部分,流经此部分的电流增大,则总电流增加,在电阻RM上的压降增大,从而使电动机电枢电压降低,门电动机MD转速下降,关门速度减慢。当门继续关至尚有100150mm时，限位开关SC2动作，又短接了电阻RC的很大一部分，关门速度再降低，直至门完全关闭，线圈KAC失电，关门过程结束，类似地可实现整个开门过程。当开关门继电器KAC、KAO线圈失电后，则门电动机所具有的动能将全部消耗在电阻RC和RO上，即将进入能耗制动状态。由于门完全关闭后，RC的阻值很小，这样能耗制动强烈而且时间很短，迫使电动机很快停车，在直流电动机的开关门系统中，无需机械制动来迫使电动机停止。自动开关门过程的操作可分以下几种情况：1 有司机操作 在电梯确定运行方向后，司机按住轿厢内操纵箱上已亮的方向按钮，即可使电梯进入关门状态，直至门完全闭合后电梯起动运行后方可松手，否则，门会重新开启。2 无司机操作 电梯到达某一层站开门后一段时间（事先设定），则自动关门；也可按关门按钮使电梯立即关门。无司机状态，当无轿内指令与厅外召唤时，轿厢应当“闭门候客”。若该层有乘客需用梯，只需按层站按钮即可使电梯门开启。3 检修状态下操作 检修状态下电梯的开关门操作均是点动有效。3.3 新型门机控制系统为适应国内电梯门机市场要求，电梯生产厂开发新型变频控制门机系统已经成为主要发展方向。Vacon变频器具有可编程功能，为用户提供了编程平台，用户可根据系统需要，编写出系统需 要的时序和电机运行曲线。编程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一个符合IEC1131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计Vacon NX特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器，PI控制器和积分器。NC1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。在系统设计时可取代PLC功能，使系统有最优的性能、最低的价格、最高性价比。用户可编写自己的门机控制专用软件。芬兰Vacon变频器门机系统新型变频控制门机系统硬件采用可编程Vacon NXL系列变频器。Vacon变频器门机控制系统接线图如图3-2所示。图3-2 Vacon变频器门机控制系统接线图输入输出端子功能为:1K0:DIN4(Vi) 故障复位信号，闭合起作用，2号端子;2DIN1 电机正转启动，开门信号，闭合起作用，8号端子;3DIN2 电机反转启动，关门信号，闭合起作用，9号端子;4K1:DIN3 关门到位位置信号XK1，10号端子;5K2:DIE1 开门限速位置信号XK3，AA板3号端子;6K3:DIE2 关门限速位置信号XK4，AA板4号端子;7K4:DIE3 开门到位位置信号XK2，AA板5号端子;8继电器输出RO1:关门到位输出，常开触点22号端子、21号端子;9继电器输出RO2:开门到位输出，常开触点25号端子、24号端子。4 开关、按钮及端子功能简述(1) 切换开关 当开关置于调试状态时，系统对外部信号不响应，按下手动开、关门按钮时，门机按要求关门或开门;当开关置于系统状态时，系统由外部信号控制，手动开、关门按钮不起作用。(2) 手动关门按钮当调试切换开关置于调试状态时，按下该按钮，门机做关门运动，无论门机在何位置，停止按该按钮，门机立即停止关门运动;当调试切换开关置于系统状态时，该按钮不起作用。(3) 手动开门按钮 当调试切换开关置于调试状态时，按下该按钮，门机做开门运动，无论门机在何位置，停止按该按钮，门机立即停止开门运动;当调试切换开关置于系统状态时，该按钮不起作用。(4) 门机位置控制信号 磁性开关XK1、XK2、XK3、XK4为门位置控制信号。磁性开关的位置如图3-3示。图3-3 磁性开关位置图5 控制曲线与参数组设置说明 由磁性开关和参数设定值，确定门机开关门电机运行曲线如图3-4所示。图中上半部分为开门曲线，下半部分为关门曲线，图3-4中P11.x为Vacon变频器门机控制专用参数组参数。图3-4 门机开关门电机运行曲线图6 Vacon变频器门机控制参数组(控制面板:菜单M2G2.11)利用Vacon变频器可编程功能，用NC1131-3编程工具编写了实现门机开关门控制曲线，增加门机控制专用参数组G11。如附表所示。综合上述，新型门机系统比典型电路优势明显，而且技术上也已经很成熟。所以在本电梯设计中使用的是Vacon变频器门系统。第四章 轿厢控制4.1 轿厢控制程序功能轿箱控制程序主要包括:CAN总线通信程序、按钮扫描程序、按钮灯扫描程序、楼层显示等程序。1） CAN总线通信程序主要完成轿箱板同主机板，以及所有外呼板的通信。 接收主机的广播信息。如当前楼层，运行方向和状态。 接 收主机的控制指令。如清某层的呼叫信号(内呼和外呼内显)。 接收外呼板的呼叫信号。 回应主机的控制指令。 回应外呼板的呼叫信号。2） 每隔一定的时间扫描矩阵按钮，检查是否有按钮按下。3） 每当有按钮按下，则置相应的按钮灯亮，或置相应的外呼楼层灯闪烁。4） 显示当前楼层及当前状态。4.2 轿厢内指令信号的登记与消除轿厢内操纵箱上对应每一层楼设一个带灯的按钮，也称指令按钮。乘客按下要去层站的指令按钮，按钮灯便亮，即轿厢内指令登记。电梯运行到达目的层站后，该指令被消除，对应的按钮灯熄灭。两种指令信号的登记记忆及消除电路原理介绍如下：1、串联式指令信号的的登记及消除电梯 所谓串联式是指呼梯信号的记忆与消除是串联在一起的。 图4-1 串联式呼梯登记记忆及消除电路示意图iSB为第i层的指令按钮。按下iSB，对应的指令继电器iK吸合，并由iK（6，12）触点使iK自保持，使按钮灯亮。当电梯到达第i层时，该层层楼iKAF吸合，其常闭触点iKAF（13，14）断开，iK释放，指令信号消除，按钮灯熄灭。对带有选层器的电梯，其厢指令信号可由选层器触点来消除。2、并联式指令信号的登记记忆及消除电路并联式电路的消号是当电梯到达指令信号层楼时，依靠该层的层楼继电器常开触点并联于指令继电器线圈的两端，即经限流电阻把指令继电器短接，从而使指令信号继电器释放消号。但消号必须在电梯即将到达该层而发出减速信号后（即快速运行接触器KMK释放,其常闭触点导通）方可实现。指令信号不是直接自保记忆，而是在有了指令信号后，使电梯定出运行方向，即方向继电器KU或KD吸合后，才可自保记忆。当电梯失去方向后（即KU、KD线圈均失电），即使层楼继电器未动作，也能把已登记的指令信号消除。由于串联式是利用层楼继电器的常闭触点串接于指令继电器的线圈回路中，如当该常闭触点接触不好时，会影响该层指令信号的登记和记忆。这样就会影响乘客到达该层使用电梯的要求。对于并联式电路，如该层的层楼继电器常开触点接触不好，则仅仅影响信号的消除，而不是影响该层信号的登记与记忆，即不影响乘客到达该层的使用要求。故一般电梯控制线路常用并联式的电路，串联式已很少见到。 图4-2 并联式指令信号登记记忆及消除4.3 电梯楼层检测及显示技术电梯楼层检测与显示的主要任务是检测电梯的当前位置，产生楼层显示信号，并动态的显示给用户;同时还显示电梯的运行方向。对于电梯的运行方向信号，可通过电梯的当前楼层与目的楼层的关系确定。对于楼层信号，传统的方法是采用位置传感器来确定，这样不仅使井道复杂，而且增加了电梯的成本。国外许多电梯公司先后投入人力和物力，研究出无位置传感器的电梯控制系统，大大简化了井道的复杂性。对于新型的楼层信号产生方法，目前主要采用计数器来实现。当前有一种结构简单、容易处理的新型楼层信号生成方法，其采用电梯减速停车时的换速信号作为楼层计数信号，利用计数器(称作楼层计数器)对其进行计数，根据所计数值确定电梯所在的楼层。在该方法中，为了防止楼层计数器计数出错，在电梯的底层和顶层安装行程开关，对楼层计数器进行自动校正，即当电梯运行到底层或顶层时，把楼层计数器换成相应的计数值，从而校正了电梯的层显信号，防止错误积累。还有一种新型楼层信号产生方法，该方法采用全程计数法，即利用光电编码盘产生位置脉冲信号，然后对整个井道位置脉冲信号进行计数，所计数值一方面用来确定电梯运行位置，另一方面通过一定的处理来确定电梯所在楼层。总之，无论那种方法，其目的都是为了简化井道的复杂性，降低电梯的成本，提高电梯的可维护性。在电梯的层显中，其显示信息可分为特殊信息和公共信息。其中特殊信息是那些对各楼层不相同的信息，主要是对各楼层呼梯信号的响应信息;而公共信息是指对各楼层来说相同的信息，主要有轿厢的运行位置、电梯运行方向以及运行状态等信息。就目前大多数电梯控制系统而言，其多采用七段数码管(LED)来显示电梯的层数，采用箭头指示电梯的运行方向，用发光二极管显示状态信息。这些己能满足用户的需要，无须作进一步的处理.在本系统中利用光电编码盘产生位置脉冲信号，然后对整个井道位置脉冲信号进行计数，所计数值一方面用来确定电梯运行位置，另一方面通过一定的处理来确定电梯所在楼层并且采用七段码的层显方式。第五章 外呼板控制5.1 外呼板控制程序功能外呼板控制程序主要包括:CAN总线通信程序、外呼按钮扫描程序、外呼按钮灯程序、楼层显示程序。1） CAN总线通信程序主要完成外呼板同主机板，以及轿箱板的通信。接收主机的广播信息。如当前层，运行方向。接收主机回应信号(登记外呼信号)。接收轿箱回应信号(登记外呼内显)。向主机板和轿箱板发送外呼信号。回应主机的控制指令。2） 外呼按钮扫描程序检测是否有按钮按下。3） 如有外呼按钮按下，则外呼按钮灯程序置相应的外呼灯亮。4） 楼层显示程序负责显示当前楼层。5.2 程序流程图 图5-1 外呼板程序流程图5.3 厅外召唤信号的登记记忆与消除的继电器控制原理下图所示的这部分电气线路结构与指令信号的线路基本相同，也是采用并联式。现就该电路的特点作几点说明如下。 图5-2 厅外召唤信号的登记记忆与消除线路原理图（1）该电路不仅起着各层楼厅外召唤信号的登记、记忆与消除，而且还起着无司机状态时的“本层厅外开门”功能。如电梯停在二层闭门侯梯时（无呼梯信号）时，有人按二层下呼按钮2SBD，则电流从P2SBD2KAFV2TKUKANKYTKAW线圈KMKN,使厅外开门继电器线圈KAW得电，把电梯门打开。（2）由上图可以看出，各个楼层的厅外召唤信号的消除是与电梯运行方向有关。当登记的某一召唤信号与电梯运行方向一致时，则电梯在该层发出减速信号（快车接触器KMK释放）后才能消号。而与电梯运行方向相反的厅外召唤信号则予以保留，不消号。这一点是与轿内指令信号消除的最主要区别。5.4 厅外召唤信号的PLC控制梯形图右图为召唤信号登记、消号、直驶和反向信号保持的一种软件实现方法。当1300或1301为ON时，分别进行上召唤和下召唤信号的直驶和反向信号保持。如当下行时0501为ON，如按直驶0008常闭点为ON，则1300为ON，此时在运行过程中，上召唤梯形图中的层楼信号10CH各点被1300并联，不能起消号作用，因而实现了反向信号保持和直驶外召唤信号均保持的功能 图5-3 召唤信号位处理梯形图由上述可以得知，PLC控制相对继电器控制结构简单，控制方便，所以现有的一般都采用PLC控制，有的甚至实现了微机控制。本系统采用的是PLC控制。5.5 截梯控制下面是一台电梯集选控制的定向、选层电路，它具有“有/无司机”选择操作功能，通常由轿厢内操纵箱上的手指开关或钥匙开关选择。无司机状态时，KAN吸合，有司机状态时，KAN则释放，直驶状态时，KAP吸合。 图5-4 有/无司机操作的定向选层电路1、有司机状态下的功能 有司机状态下KAN释放。（1）定向：电梯停止时，起动继电器KQ释放，由指令继电器的触点1K（1、7）nK(1、7)决定电梯的运行方向.因常开触点KQ开路，当层站有上、下召唤信号时，如第二层有上呼梯信号，可以使2KU吸合登记，但不参与定向。（2）轿厢内指令换速：电梯到达该层时发出换速信号。如第(n-1)层有轿厢内指令，(n-1)K吸合，电梯运行将到达三层时，(n-1)KAF吸合，电流经P(n-1)K(1、7) (n-1)KAF(1、7) (n-1)K（3、8）VKHS线圈N，使换速继电器KHS吸合，发出换速信号。（3）召唤信号顺向截梯：在有司机状态下，上下召唤信号不参与定向，但具有顺向截梯功能。如有第N层轿厢内指令，电梯正在上行中，此时KQ吸合，若第(n-1)层有人按了上呼按钮，使(n-1)KU吸合，电梯上行将到(n-1)层时，(n-1)KAF吸合，电流经PKYTKQKAN(2、8)(召唤公共线)(n-1)KU(1、7) (n-1)K(2、8 )(n-1)KAF(1、7) (n-1)K（4、9）KD(15、16)KAPVKHS线圈N，使KHS吸合换速。所谓“顺向截梯”，指层站召唤信号的方向与电梯运行方向一致，电梯停靠于有同方向召唤要求的层站。若是反向的召唤信号，则不能截停电梯。如上例中，若第(n-1)层不是按了上呼按钮，而是按了下呼按钮，就不能截住电梯。因为电梯处于上行状态，KU吸合，其闭触点KU（15、16）断开，虽(n-1)KD吸合，但KHS无吸合回路。(4)直驶功能：如轿厢内已满载或出于其它原因，司机不想让层站召唤信号截停电梯，只需按下“直驶”按钮，使KAP吸合，其常闭触点断开，召唤信号不能使换速继电器KHS吸合，则电梯不能换速停层。2、无司机状态下具有下列功能 无司机状态下KAN吸合。（1）召唤信号顺向截梯：与有司机状态相同，只是KHS吸合的通路略有不同，电流经PKU(或KD)常开触点KAN(1、7)召唤公共线，后面与有司机状态相同。（2）召唤信号定向：无司机状态下，召唤信号可定向。如第（n-1）层上呼召唤信号，（n-1）KU吸合，电梯在一层停几秒后，停车继电器KT释放，可使KU吸合。电流经PKT KAN(1、7)召唤公共线(n-1)KU(1、7) (n-1)K(2、8 )(n-1)KAF(15、16)nKAF（13、14） nKAF (15、16)KMRKDKU线圈N，电梯定向上行方向。（3）最远反向截梯：若电梯停在一层，二层、（n-1）层都有下行召唤信号，即2KD,3KD吸合，电流经召唤公共线(n-1)KD(1、7) (n-1)K(2、8 )(n-1)KAF(15、16)nKAF（13、14） nKAF (15、16)KMRKDKU线圈N,使KU吸合。二层也有相似回路，电梯直接驶到第（n-1）层，先响应（n-1）层下呼信号，然后在下行时再响应其它层下呼信号。那么，为什么电梯在上行经过二层时不会在二层停车呢？从图5-4可看出，到二层时，KHS没有吸合回路，电流只能由召唤公共线2KD(1、7)2K(2、8 )2KAF(4、19) nKD (3、8) KU (15、16)KAPVKHS线圈N,由于电梯处于上行状态，KU被（n-1）层信号（n-1）KD保持吸合，KU（15、16）常闭触点断开，KHS不可能吸合，因此上行经二层时，不产生换速信号。（4）反向截梯及紧急换速：如电梯停在一层，（n-1）层有下行召唤信号，电梯上行将要到达（n-1）层时，（n-1）KAF吸合，常闭触点（n-1）KAF断开，使KU释放（参见定向电路），电流经PKYT常闭触点KU常闭触点KD VKHS线圈N，使KHS吸合紧急换速的原理。电梯在快车运行时，若KU、KD同时吸合，即运行方向故障，使KHS吸合，电梯紧急换速。电流经P常开触点KU常开触点KD VKHS线圈N，使KHS吸合紧急换速。（5）轿厢内指令优先定向：KT为停车延时继电器，电梯运行时KT吸合，在电梯停层开门延时几秒后释放。电梯换速后，KU与KD释放。因此，在电梯换速到开门延时几秒这段时间内，常闭触点KT断开，电源P与召唤公共线之间断开，即使电梯未选向，全部外呼信号也不能选向，此时轿厢内指令可确定电梯的运行方向，故有轿厢内指令优先定向。如（n-1）层乘客要求向下，电梯在（n-1）层停止时，这时n层有外呼信号，（n-1）层乘客进入轿厢后可优先选择下行方向，不会因n层的外呼信号而上行。5.6 电梯按键智能连接控制现代高层搂宇中,电梯是人们来往最主要的搭乘工具,难以想象一个人要步行数十层高的办公室内办公、住宅的情况.但在乘用电梯时,部分楼层并不希望任何人都可以通过电梯进入另一方面,有时某特定时间内用户需使用电梯,但电梯却困保安管理需要已停运.这种情况给保安管理和使用者带来诸多不便.为解决此问题,智能卡电梯管理系统及方法（对比文件R1）公开了一种智能卡电梯管理系统，它在原有的楼层控制键盘和电梯楼层控制中心之间增设了智能卡电梯管理模块，它是一块IC卡控制板，其输入端接IC卡读写单元和楼层控制键盘，输出端通过输出接口单元接电梯楼层控制中心，根据设定的通行限制时间确定当前使用电梯是否受限制，如不受限制，任何人（包括闲杂人员）不刷卡即可自由使用电梯。如受限制，用户需刷卡，刷卡时智能卡电梯管理控制模块感应到卡后，会将卡内所有相关数据读出，并检查各数据（系统密码、有效期、权限、黑名单）是否合法，如数据合法，电梯将到达用户有权限的楼层，否则电梯不运行。这样就实现了电梯的自动管理，无需人为封锁那些需要保安的楼层，既节省了人力，又方便了真正有权限的人员的使用。只是在实际使用中，该系统施工工程量大。另外，该系统要求同时输入按健信号，为了采样按键信号和IC卡信号后，经控制器判断，然后才吸合开关。这样它就必须采用电梯的按键信号，为了采用按键信号，对许多电梯而言，要同时切断按键线的两个线，或者在切断电梯按键线的同时，还要切断公共线（当按键线和指示灯线有共用的地线时），因为只根据一根线上的信号有时很难判断按键是否按下。这不但造成施工量大，同时也可能存在与电梯设备的干扰问题。为了实现施工方便且能与电梯系统完全独立，下面提出一种新的电梯搂层按键智能连接控制装置，包括中央处理单元和其连接的权限数据输入接口单元，其特征是：还包括用于串联在电梯按键线上的一个或多个第一电子单元，第一电子单元开关的状态由中央处理单元管理，该开关属于输出接口单元。下面是这种装置的连接控制方法，其特征是包括如下步骤：A、通过权限数据输入接口数据接收乘梯人输入的权限数据；B、根据该权限数据进行判断，并根据情况分别处理：B-1、如果该权限数据有多个楼层的到达权限，则输出控制信号，控制第一电子开关中与权限楼层相应的开关动作，将有权限的楼层的按键盘线接通，使有权限的楼层的按键处于准备好被按的状态；B-2、如果该权限数据只有单个楼层的到达权限，则输出控制信号，控制与该楼层相应的第二电子开关动作，将有权限的楼层的按键线的两个线接通，使有权限的楼层直接接通，以便电梯到达该楼层而免除乘梯人的按键动作。由于采用了以上的方案，无论对单层卡或多层卡，刷卡后如果有权限，就直接听吸合一个开关（要么是吸合第一开关，要么是吸合第二开关），而不是等待按键信号作为必须的输入信号，因此它不需要切断两条按键线，而只是需要切断一根。它切断这根线的意义在于对通断进行控制而不是对按键是否按下进行探测。此处的分析说明，本方案可以使得在施工时针对每个楼层少切断一根线（而每个电梯有多达数十个楼层按键），这在实际中具有十分重要的意义，它不仅大大养减少了施工量，也最大程度地减少了对电梯原有系统的改动和影响。在使用时，对于单层权限的IC卡，可以直接接通相应楼层，不需按键即可到达，方便用户乘梯；对于多层权限的IC卡，用户刷卡后就名胜乘用普通电梯一样按键，也非常方便。这样将单层卡和多层卡在同一方案中实现，使本装置和方法的灵活性大大增强，可适应几乎所有电梯类型和客户需要。为了便于比较，先参见一般电梯的连接示意图，如图5-5，电梯按键一般有三根连线，一是按键线，用于传递按键是否按下的信号，二是指示灯线，当按键按下后为批示灯提供电源，三是公共线，是按键线和指示灯线的共用地。如图5-6所示，有时电梯按键一般有四根连线，两条是按键线，用于传递按键是否按下的信号，另外两条是提示灯线。以下的描述以有三根连线的情况为例进行说明，本领域的普通技术人员可以根据本发明的指示将其稍加修改，即可适用于四根线时的情况。图5-5 没有使用智能控制装置的电梯按键示意图（三根线时）图5-6 没有使用智能控制装置时的电梯按键连接示意图（四根线时）见图5-7，当按键按下时，相当于A与B短路，从而A与B也短路，A”和B”也短路，达到按键目的。一般而言，电梯会到达按键被按下的那些楼层。图中只画出了一个按键和它的接法，但显然一个电梯一般都会有多个楼层，在此略去（下同）。图5-7 没有使用智能控制装置时按键按下之后的示意图再参见图5-8，所示为对比文件R1实施过程中的一种典型接法示意图。它需要将原电梯按键三条连线中的两条切断，并且为了不致使指示灯失灵，还要加虚线所示的外接连线。图5-9是按键按下后的情况示意图，按下按键相当于A与B短路，也相当于A与B也短路，但由于信号受IC卡控制板控制，所以无法使A”和B”短路，达到IC卡控制的目的。此时，IC卡控制板可以综合IC卡读来的卡信息和所按的按键信息，确定是否让A”和B”短路。图5-105-15所示方案就是为解决此问题所提出的实施。图5-8 现有技术在实施对比文件R1时的电梯按键连接示意图图5-9 现在技术在实施对比文件R1时的电梯按键连接示意图如图5-10所示，本发明采用的方案无需切断两根连线，而只是切断按键盘线这一根，接上电子开关K1，为了单层操作简便（刷卡后自动按键而不需人工按键），还增加了电子开关K2。图5-10 本方案电梯按键连接示意图IC卡控制板只需对K1、K2进行正确控制即可：如图5-14所示，该装置包括中央处理单元和与其连接的数据输入接口及输出接口单元，以及上述电子开关K1和K2。其中K1和K2均有多个，分别对应于每个楼层按键。图中为了节省篇幅只画出其中一个。如图5-11，当按下按键时，相当于A与B短路，也相当于A 与B短路，但由于受IC卡控制板控制，所以无法使A”和B”短路，其效果与图5相似，但不同的是图7中只切断了一根线。如图5-12所示，一旦K1接通（这是由IC卡控制板控制的，通常对于有多层权限的IC卡是这样处理），电梯的操作就象是以前的电梯一样，不再需要由IC卡控制器控制，而是由电梯自身的控制器（电梯楼层控制中心）来控制。当然，K1没有被接通的那些楼层仍不能直通电梯楼层控制中心，因而按下后是不会有电梯动作的。如图5-13所示，对于只有单层权限的电梯，刷卡后IC卡控制器将K2吸合，这样就相当于直接按键，不需人工操作，非常方便。图5-11 本方案按键按下之后的示意图（无权限时）图5-12 本方案按键按下之后的示意图（刷多层权限卡后再按键）图5-13 本方案按键按下之后的示意图（刷单层权限卡后）本实施例中所讲的“数据输入接口”虽然是IC卡读写单元输入接口，可用于连接IC卡读写器，但它也可以是人体生物特征读写单元输入接口，用于连接指纹读写器或视网膜读写器；或者是密码键盘输入接口，用于连接密码键盘。当然，也不排除把IC卡读写器等设备直接做为本装置的一部分。所述电子开关一般用继电器，但也可用于三极管或CMOS开关管或晶闸管。所述输出接口单元需要为新的接法做相应的修改，由原先对应每个楼层有一个倍输出接口，变为对应每个楼层有两个信号输出接口，一个用于连接第二电子开关（K2），其信号是起模拟按键信号作用，另一个用于连接第一电子开关（K1），其输出信号是起按通按键作用。利用上述装置进行电梯楼层按键智能连接控制的方法包括如下步骤：A、通过数据输入接口接收乘梯人输入的权限数据；B、根据该权限数据进行判断，并根据情况分别处理；B-1、如果该权限数据有多个楼层的到达权限，则输出控制信号，控制第一电子开关（K1）中与权限楼层相应的开关动作，将有权限的楼层的按键线接通，使有权限的楼层的按键处于准备好的状态；B-2、如果该权限数据只有单个楼层的到达权限，则输出控制信号，控制与该楼层相应的第二电子开关（K2）动作，将有权限的楼层的按键线的两个线接通，使有权限的楼层直接接通，以便电梯到达该楼层而免除乘梯人的按键动作。如图5-15所示。图5-14 本方案装置示意图图5-15 利用上述装置进行电梯楼层按键智能控制连接控制的方法流程示意图 第六章 电梯应急装置电梯系统是一个对可靠性要求很高系统，必须设置应急装置，当电梯发生困梯(如运行中停电)时，使电梯系统进入救援运行状态，驱动电梯运行到平层位置，开门释放乘客。对于电梯的应急装置，其必须具有以下功能:1.能及时、准确的检测到电网工作情况(即正常工作或断电)。2.在 电梯运行过程中，当检测到电网断电时，电梯的应急装置应能自动的投入运行，发救援运行信号给管理与调度PLC系统，使电梯控制系统运行在救援状态。3.在救援运行期间，应能为轿厢提供短时的照明。4.能根据救援的省力方向作出状态判别，自动给定电梯就近停靠运行方向。5.驱动电梯运行，实现就近平层，开门释放乘客。针对上述应急装置的功能，出现了许多电梯应急处理系统。有些是为改造早期的电梯控制系统而设计的，有的是为开发新型电梯控制系统而研制的。它们有一个共同的特点，就是都采用微机进行控制。下面作简要介绍。对于早期的电梯控制系统，一般未设置救援装置，为了对其进行改造，都采用专门的应急(或救援)装置。该装置相当于一个小型的电梯控制系统。当电梯进行救援运行时，切断正常运行控制系统，而由救援装置控制电梯的运行，到达平层释放乘客。因而这种应急装置结构复杂，造价高。但对于旧电梯的改造，以提高其安全性是一个十分可取的办法。6.1 电梯检修运行电路各种型号的电梯均设有检修运行控制电路，由设在轿厢内和轿厢顶以及控制柜上的检修开关及按钮来操纵。检修运行只能点动、上下运行控制互锁。检修开关控制检修继电器，检修继电器可切断轿内指令、厅外上下召唤、平层回路、减速及高速运行回路，有的电梯还切断厅外指层回路。 （a）图6-1 (b)检修电路当轿厢内检修开关SAI置检修位置，轿顶检修开关SAO置于1端（正常位置），检修继电器KJM吸合，KJM（7、8）接通检修运行按钮电源，这时轿厢内检修操纵有效，按下轿厢内上行SBU（或下行SBD）按钮，KAU（或KAD）吸合，使接触器KMF（或KMR）吸合。由于KJM（13、14）断开，使快车接触器KMK不能吸合，只有慢车接触器KMM能吸合，使电梯向上（或向下）慢速运行，但无自保持，即松开SBU（或SBD）按钮，KAU（或KAD）释放，电梯停止当轿厢顶检修开亲SAO置在3端（检修位置）时，轿厢内检修操纵无效，只有用轿厢顶SBUO、SBDO检修按钮才能操纵电梯慢速上下运行，保证了轿厢顶检修操纵具有优先权。图中的接触器KMF、KMR、KMK、KMM线圈电路中串有门联锁继电器KSM（10、15）触点。在正常的运行状态下，只有把门关好后电梯才能运行。但该电路允许要检修状态下才可以开门运行。这样的电路虽然为检修人员提供了方便，但在使用时存在严重的安全隐患。因为SBO闭合就把门锁的安全回路全部短接，即任何一扇厅门开着的话，电梯仍能继续运行，这是现行安全规程所不允许的。6.2 安全保护电路6.2.1 安全保护电路1、安全保护继电器回路 电梯的安全保护装置大多数都是由机械和电气安全装置相互配合而构成的。交流变频调速调压电梯安全保护继电器KY回路通常包含有：轿厢急停开关、轿厢顶安全窗开关、安全钳开关、限速器断绳开关、底坑急停开关、相序保护继电器、快车热继电器、慢车热继电器。其作用就是当某一安全开关动作时，继电器KY释放，切断电源或控制部分电路，使电梯停止运行。有的电梯安全继电器KY回路中的安全开头还有：选层器钢带断带开关、电梯轿厢缓冲器开关、对重缓冲器开关、限速器超速开关、上下终端极限开关、调速装置故障触点、曳引电动机过热保护触点等。2、轿厢门及厅门联锁保护电路 电梯必须在轿门关闭（SM接通）和各厅门闭合上锁（1SMTnSMT接通）后，KSM吸合，电梯才能运行，否则电梯不能运行。如图6-1。6.2.2 过载保护电梯应该具有超载保护功能。特别是在无司机状态下，这种功能对于确保乘用人员的人身和电梯设备安全等都是非常重要的。 超载保护的控制原理。若电梯门开启后，由于过多的乘用人员涌入轿厢而造成超载时，位于轿底的超载装置使CZK动作电梯自动开起厅、轿门。发出蜂铃信号。超载指示灯亮。 超载装置。我国自50年代中期开始批量生产电梯以来，采用的超载装置主要有杠杆式、弹簧式、橡胶块式、传感器和电子称式等四种。前三种是借助轿厢底受重力作用时产生的位移，通过杠杆或联动机构碰撞微动开关实现超载保护的装置。第四种是应用当代传感和电子技术，根据电子称原理设计制造的超载保护装置。 经现场使用效果表明，第一种的灵敏度较差。例如常有进50kg左右出现超载报警，但是退下150kg左右报警信号仍解除不了等现象。第二、三种则会因天长日久造成弹簧疲劳，橡胶块老化，从而出现类似第一种存在的问题。因此使用效果均不能令人满意。以下简要介绍沈阳市大东仪器仪表技术开发部，近年来开发的第四种电梯用超载保护装置。该装置由4只荷置为o51t的传感器相信号处理显示仪构成。4只荷重传感器位于轿厢底部，与活动轿底联接，如图6-2所示。图6-2 荷重传感器装配示意图4只荷重传感受重力作用时，各只传感器输出与重力成线性关系的电压信号(mv级)，该信号经叠加、选择处理、放大、比较、功率放大后分别推动4只对应“轻载、半裁、满载、超载”的微型继电器输出“声、光”信号。用户可根据需要选用。 该装置的传感器装配简单方便，信号处理显示仅体积小重量轻，可安装在轿厢顶上。经现场测试，灵敏度(o一5t)为5kg，稳定性之土2，非线性度1，过载能力为150，工作温度为一20一十40，电源为一220土10即能正常工作。据国内十余家电梯厂应用语况，一致认为是目前国内一种比较好的电梯超载保护装置。6.3 消防运行6.3.1 消防自动返回下基站当接通消防开关I4.6为ON，并由其产生一个信号M10.1，该信号用于将所有内选外呼信号消号。当电梯正在上行时，Q0.0为ON，由M3.6立即发出消防强迫换速信号，就近平层，在停车后自动使内选一层信号M0.2为ON;如电梯处于停车状态或正在下行，自动消号后，电梯也将自动内选一层返回基站。6.3.2 消防员专用 电梯自动返回下基站停车后M0.0为ON，并使开门信号Q0.3为ON，则消防员专用信号M4.7接通，并自保。同时切断消防上行强迫换速Q0.4和自动内选一层M0.2程序，在消防员专用状态下，恢复内选功能。由消防员内选关门后，电梯只按内选指令正常换速平层停车，且在每次运行停止，由M10.2发出信号，用于每次运行停车后消除所有登记信号。如需再次运行，必须再次选择内指令信号。总 结经过三个多月的努力，毕业设计已接近尾声。回想起这几个月来不分昼夜的辛勤劳动，看到自己所做的成果，感慨万千。由于所设计的课题是有关电梯的，比较常见。所以在刚开始的时候查阅了大量相对完整的资料，而且通过实地的调查参观，大大加快了设计的速度。由于我进行的主要是有关电梯的电路控制部分，通过此次过程，掌握了电梯的基本原理，进一步掌握了电工技术、机械控制原理、单片机原理、自动控制原理、计算机控制、电力电子技术、计算机接口技术等专业知识，熟悉了电梯电路控制的全过程。学会综合运用所学的知识来解决实际问题，提高了自己分析和解决问题的能力。由于初次进行这方面的设计，考虑的问题也许不够全面，无疑会存在很多的不足。一方面此次仅限于纸上谈兵，没能运用到实际生产中去，在实际运用过程中，将有一些没有考虑到的情况，这也正是此次设计的局限性。另一方面还缺乏对相关技术更深的认识和了解，对其运行过程及作业环境也仅限于理论上的考虑，在设计初始在就存在欠缺。虽然设计过程出现了多方面的问题，但通过此次设计，还是学到了许多的知识，大大拓宽了自己的视野，无论对以后的学习还是工作都是很有利的。在此次设计过程中，得到了老师和同学们的帮助，特别是我的指导老师陈格平老师。他那严谨的治学精神和博学的专业知识令我钦佩。在此，向他表示真心的感谢，也向在此次设计中所有提供我帮助的人致谢。 阳洪裕 08.5.12【主要参考文献】1 中国电梯199019942 木村武雄等著电梯中国建筑出版社，19793 史倍芳等编电梯技术北京；电子工业出版社，19944 张福思等编著交流调速电梯北京：机械工业出版社，19935 顾绳谷主编电机及拖动基础北京：机械工业出版社，19946 黄俊等编电力电子交流技术北京：机械工业出版社19947 刘竟成主编交流调速系统上海：上海交通大学出版让，19848 陈伯时主编电力拖动自动控制系统北京：机械工业出版社，19939 潘新民编著微型计算机控制技术北京：人民邮电出版社，198810 孙和平编著计算机控制系统原理及设计北京：中国计量出版社11 冯乎单片机控制的全数字化新型调速系统单片机应用文集北京 大学出版社199112 GBT70251997 电梯主参数及斩厢、井道、机房的形式与尺寸13 GBl00581997 电梯技术条件14 GB75881995 电梯制造与安装安全规范15 JG/T 50091992 电梯操作装置、信号及附件16 李惠生主编 电梯控制技术.北京；机械工业出版社17 耿文学，华熔编微机可编程序控制器原理、使用及应用实例北京；电子工业出版社，199018 陈家盛编电梯结构原理及安装维修北京：机械工业出版社，199019 周明德编著微型计算机硬件软件及其应用北京：清华大学出版让，198320 陈粤初等编著单片机应用系统设计与实践北京；北京航空航天大学出版社，199121 张国琛主编建筑安装工程技师控制与检验评定手册北京：中国建筑工业出版社，199322 建筑电气设计编写组编建筑电气设计手册北京：中国建筑工业出版社199123 现行建筑施工规范大全北京：中国建筑工业出版社，199324 建筑电气设计技术工程(19)北京；中国建筑工业出版社，198825 张万奎主编电气控制技术北京：北京大学出版社附录外文翻译Space elevator economicsSpace elevator economics compared and contrasted with the economics of alternatives, like rockets.Costs of current systems (rockets)The costs of using a well-tested system to launch payloads are high. Prices range from about $4,300/kg for a Proton launch1 to about US$40,000/kg for a Pegasus launch (2004).23 Some systems under development, such as new members of the Long March CZ-2E, offer rates as low as $5,000/kg, but (currently) have high failure rates (30% in the case of the 2E). Various systems that have been proposed have offered even lower rates, but have failed to get sufficient funding (Roton; Sea Dragon), remain under development, or more commonly, have financially underperformed (as in the case of the Space Shuttle). (Rockets such as the Shtil-3a, which offers costs as low as $400/kg rarely launch but has a comparatively small payload, and is partially subsidised by the Russian navy as part of launch exercises.) Geosynchronous rocket launch technologies deliver two to three times smaller payloads to geosynchronous orbit than to LEO. The additional fuel required to achieve higher orbit severely reduces the payload size. Hence, the cost is proportionately greater. Bulk costs to geosynchronous orbit are currently about $20,000/kg for a Zenit-3SL launch. Rocket costs have changed relatively little since the 1960s, but the market has been very flat.3 It is, however, quite reasonable to assume that rockets will be cheaper in the future; particularly if the market for them increases. At the same time, it is quite reasonable to assume the market will increase, particularly if rockets will become cheaper. Rocket costs are significantly affected by production volumes of the solid parts of the rocket, and by launch site costs. Intuitively, since propellant is by far the largest part of a rocket, propellant costs would be expected to be significant, but it turns out that with hydrocarbon fuel these costs can be under $50 per kg of payload. Study after study has shown that the more launches a system performs the cheaper it becomes. Economies of scale mean that large production runs of rockets greatly reduce costs, as with any manufactured item, and reuseable rockets may also help to do so. Improving material and practical construction techniques for building rockets could also contribute to this. Greater use of cheap labour (globalisation) and automation is practically guaranteed to reduce manpower costs. Other costs, such as launch pad costs, can be reduced with very frequent launches. Cost estimates for a space elevatorFor a space elevator, the cost varies according to the design. Dr. Bradley Edwards, who has put forth a space elevator design, has stated that: The first space elevator would reduce lift costs immediately to $100 per pound ($220/kg).4 However, as with the initial claims for the space shuttle, this is only the marginal cost, and the actual costs would be higher. Development costs might be roughly equivalent, in real terms, to the cost of developing the shuttle system. The marginal or asymptotic cost of a trip would not solely consist of the electricity required to lift the elevator payload. Maintenance, and one-way designs (such as Edwards) will add to the cost of the elevators. The gravitational potential energy of any object in geosynchronous orbit (GEO), relative to the surface of the earth, is about 50 MJ (15 kWh) of energy per kilogram (see geosynchronous orbit for details). Using wholesale electricity prices for 2008 to 2009 (7.1 NZ cents per kWh) and the current 0.5% efficiency of power beaming, a space elevator would require USD 220/kg just in electrical costs. By the time the space elevator is built, Dr. Edwards expects technical advances to increase the efficiency to 2% (see power beaming for details). It may additionally be possible to recover some of the energy transferred to each lifted kilogram by using descending elevators to generate electricity as they brake (suggested in some proposals), or generated by masses braking as they travel outward from geosynchronous orbit (a suggestion by Freeman Dyson in a private communication to Russell Johnston in the 1980s). For the space elevator, the efficiency of power transfer is just one limiting issue. The cost of the power provided to the laser is also an issue. While a land-based anchor point in most places can use power at the grid rate, this is not an option for a mobile ocean-going platform. A specially built and operated power plant is likely to be more expensive up-front than existing capacity in a pre-existing plant. Up-only climber designs must replace each climber in its entirety after each trip. Some designs of return climbers must carry up enough fuel to return it to earth, a potentially costly venture. Contrasting rockets with the space elevatorGovernment funded rockets have not historically repaid their capital costs. Some of the sunk cost is often quoted as part of the launch price. A comparison can therefore be made between the marginal costs of fully or partially expendable rocket launches and space elevator marginal costs. It is unclear at present how many people would be required to build, maintain and run a 100,000 km space elevator and consequently how much that would increase the elevators cost. Extrapolating from the current cost of carbon nanotubes to the cost of elevator cable is essentially impossible to do accurately. Space elevators have high capital cost but presumably low operating expenses, so they make the most economic sense in a situation where they would be used to handle many payloads. The current launch market may not be large enough to make a compelling case for a space elevator, but a dramatic drop in the price of launching material to orbit would likely result in new types of space activities becoming economically feasible. In this regard they share similarities with other transportation infrastructure projects such as highways or railroads. In addition, launch costs for probes and craft outside Earths orbit would be reduced, as the components could be shipped up the elevator and launched outward from the counterweight satellite. This would cost less in both funding and payload, since most probes do not land anywhere. Also, almost all the probes that do land somewhere have no need to carry fuel for launch away from their destination. Most probes are on a one-way journey. Funding of capital costsNote that governments generally have not historically even tried to repay the capital costs of new launch systems from the launch costs. Several cases have been presented (space shuttle, ariane, etc), documenting this. Russian space tourism does partially fund ISS development obligations, however. It has been suggested that governments are not usually willing to pay the capital costs of a new replacement launch system. Any proposed new system must provide, or appear to provide, a way to reduce overall projected launch costs. This was the nominal impetus behind the Space Shuttle program. Governments tend to prefer to cut costs in many cases. Spending more money is something they are usually loath to do. Alternatively, according to a paper presented at the 55th International Astronautical Congress5 in Vancouver in October 2004, the space elevator can be considered a prestige megaproject and the current estimated cost of building it (US$6.2 billion) is rather favourable when compared to the costs of constructing bridges, pipelines, tunnels, tall towers, high speed rail links, maglevs and the like. It is also not entirely unfavourable when compared to the costs of other aerospace systems as well as launch vehicles.6 Total cost of a privately funded Edwards Space Elevator A space elevator built according to the Edwards proposal is estimated to cost $20 billion ($40B with a 100% contingency)7. This includes all operating and maintenance costs for one cable. If this is to be financed privately, a 15% return would be required ($6 billion annually). Subsequent elevators would cost $9.3B and would justify a much lower contingency ($14.3B total). The space elevator would lift 2 million kg per year per elevator and the cost per kilogram becomes $3,000 for one elevator, $1,900 for two elevators, $1,600 for three elevators. For comparison, in potentially the same time frame as the elevator, the Skylon, 12,000 kg cargo capacity spaceplane (not a conventional rocket) is estimated to have an R&D and production cost of a
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