自动化工程案例10电梯

1、自动化工程案例自动化工程案例10-电梯电梯简介简介 电梯是用电力拖动的轿箱运行于铅垂的或电梯是用电力拖动的轿箱运行于铅垂的或倾斜不大于倾斜不大于15两列刚性导轨之间运送乘两列刚性导轨之间运送乘客或货物的设备。客或货物的设备。电梯的分类电梯的分类 根据根据建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，建筑的高度、用途及客流量（或物流量）的不同，而设置不同类型的电梯而设置不同类型的电梯。目前目前电梯的分类方法大致如下：电梯的分类方法大致如下： 按用途分类：按用途分类： 乘客电梯乘客电梯 载货电梯载货电梯 观光电梯观光电梯 建筑施工电梯等建筑施工电梯等 按驱动方式分类：按驱动方式分类： 交流电梯。用交

2、流电动机作为驱动力的电梯，交流电梯。用交流电动机作为驱动力的电梯，又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、又可分为交流单速、交流双速、交流调压调速、交流变频变压调速等。交流变频变压调速等。 直流电梯。用直流电动机作为驱动力的电梯。直流电梯。用直流电动机作为驱动力的电梯。这类电梯一般为额定速度在这类电梯一般为额定速度在2.0m/s以上的高速以上的高速电梯。电梯。 直线电动机驱动的电梯等。直线电动机驱动的电梯等。 按速度按速度分类：分类：（我国习惯我国习惯） 低速电梯。常指速度低于低速电梯。常指速度低于1.0m/s的电梯。的电梯。 中中速电梯。常指速度在速电梯。常指速度在1.02.0m/s的电梯

3、。的电梯。 高速电梯。常指速度高于高速电梯。常指速度高于2.0m/s的电梯。的电梯。 超高速电梯。常指速度超过超高速电梯。常指速度超过5.0m/s的电梯。的电梯。 其它分类方式：其它分类方式： 按机房位置按机房位置分类分类:机房在机房在井道顶部的（上机房）电梯井道顶部的（上机房）电梯；机房机房在井道底部旁侧的（下机房）电梯在井道底部旁侧的（下机房）电梯；以及以及机房在井道内部的（无机房）机房在井道内部的（无机房）电梯。电梯。 按轿厢尺寸分类，则经常使用按轿厢尺寸分类，则经常使用“小型小型”、“超大型超大型”等词汇表示。等词汇表示。 有有机机房房电电梯梯 无无机机房房电电梯梯电梯与土建工程的关系

4、电梯与土建工程的关系 电梯与土建工程关系密切，因为电梯的零部件分散电梯与土建工程关系密切，因为电梯的零部件分散安装在电梯的机房、井道的墙壁周围，在设计和建安装在电梯的机房、井道的墙壁周围，在设计和建造建筑物时对机房、井道、坑底有要求造建筑物时对机房、井道、坑底有要求。 这些这些要求是：机房的尺寸、通风和张明，井道顶部要求是：机房的尺寸、通风和张明，井道顶部空间和底坑的尺寸要求，机房承重钢梁安装技术要空间和底坑的尺寸要求，机房承重钢梁安装技术要求等。电梯的质量在一定程度上取决于安装质量求等。电梯的质量在一定程度上取决于安装质量。电梯与土建工程的关系电梯与土建工程的关系 无无机房电梯是指不需要专门

5、为电梯建造机机房电梯是指不需要专门为电梯建造机房的电梯。房的电梯。 小机房电梯是指为电梯建造的机房面积只小机房电梯是指为电梯建造的机房面积只需等于井道横街面积，高度可以不大于需等于井道横街面积，高度可以不大于2300mm的电梯。的电梯。电梯结构电梯结构 1. 轿厢轿厢 2. 轿门轿门 3. 层门层门 4. 轿门和厅门的开关机构轿门和厅门的开关机构 5. 门锁装置门锁装置 6. 曳引机构曳引机构 曳引机构曳引机构（1）按驱动电机分类）按驱动电机分类：1交流电动机驱动的交流电动机驱动的曳引机曳引机2直流电动机驱动的直流电动机驱动的 曳引机曳引机3永磁电动机驱动的曳引机永磁电动机驱动的曳引机。 曳引

6、机构曳引机构（2）按有无减速器分类）按有无减速器分类：1有齿轮曳引机（图有齿轮曳引机（图10-1）2无齿轮曳引机无齿轮曳引机(图图10-2)。 有齿轮曳引机即有减速器曳引机，它由曳有齿轮曳引机即有减速器曳引机，它由曳引轮、减速箱和制动轮组成，用于低速和引轮、减速箱和制动轮组成，用于低速和中速中速电梯电梯，常用常用涡轮蜗杆涡轮蜗杆减速减速。 图图10-2 无齿轮曳引机机械结构图无齿轮曳引机机械结构图 无齿轮曳引机即无减速器曳引机，曳引机无齿轮曳引机即无减速器曳引机，曳引机由曳引轮和制动轮组成，广泛用于中高速由曳引轮和制动轮组成，广泛用于中高速电梯上电梯上。 由于由于无齿轮曳引机没有减速器，所以磨

7、损无齿轮曳引机没有减速器，所以磨损比较低，使用寿命比较比较低，使用寿命比较长。长。 现在现在新施工的电梯几乎全部采用无齿轮曳新施工的电梯几乎全部采用无齿轮曳引机。引机。 永磁同步曳引机具有低速大转矩、节省能源、永磁同步曳引机具有低速大转矩、节省能源、体积小、低速运行平稳、噪声低、免维护等优体积小、低速运行平稳、噪声低、免维护等优点，越来越引起电梯行业的关注点，越来越引起电梯行业的关注。 无无齿轮永磁同步电梯曳引机，主要由永磁同步齿轮永磁同步电梯曳引机，主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统组成电动机、曳引轮及制动系统组成。 曳曳引轮和制动轮同轴连接，采用双点支撑，由引轮和制动轮同轴连接，采用双

8、点支撑，由制动器、制动轮、制动臂和制动瓦等组成曳引制动器、制动轮、制动臂和制动瓦等组成曳引机的制动系统。机的制动系统。 为了提高电梯的安全性和平层准确度，电为了提高电梯的安全性和平层准确度，电梯上必须设有制动器，当电梯的动力电源梯上必须设有制动器，当电梯的动力电源失电或控制电路电源失电时，制动器应自失电或控制电路电源失电时，制动器应自动动作，制停电梯运行动动作，制停电梯运行。 在在电梯曳引机上一般装有图电梯曳引机上一般装有图10-3所示的电磁所示的电磁式直流制动器。式直流制动器。 图图10-3 电磁式直流制动器电磁式直流制动器闸瓦架闸瓦架电磁铁电磁铁制动轮制动轮闸瓦闸瓦抱闸弹簧抱闸弹簧 这种制

9、动器主要由直流抱闸线圈、电磁铁这种制动器主要由直流抱闸线圈、电磁铁芯、闸瓦、闸瓦架、制动轮（盘）、抱闸芯、闸瓦、闸瓦架、制动轮（盘）、抱闸弹簧等组成弹簧等组成。 电动机电动机通电时制动器松闸，电梯失电或停通电时制动器松闸，电梯失电或停止运行时抱闸。止运行时抱闸。电梯的引导系统及对重电梯的引导系统及对重（1） 电梯的引导系统，包括轿厢引导系统电梯的引导系统，包括轿厢引导系统和对重引导系统两种。这两种系统均由导轨、和对重引导系统两种。这两种系统均由导轨、导轨架、导靴三种机件组成。导轨架、导靴三种机件组成。 导轨主要用于电梯的轿厢和对重装置在井导轨主要用于电梯的轿厢和对重装置在井道作上下垂直运动的重

10、要机件，类似于火道作上下垂直运动的重要机件，类似于火车的铁轨车的铁轨。 导轨架是固定导轨的机件，固定在电梯外井道导轨架是固定导轨的机件，固定在电梯外井道内的墙壁上。内的墙壁上。 导导靴是确保轿厢和对重沿着导轨上下运行的靴是确保轿厢和对重沿着导轨上下运行的装置，安装在轿架和对重架上装置，安装在轿架和对重架上 ，也是保持轿，也是保持轿门层门地坎、井道壁及操作系统各部件之间的门层门地坎、井道壁及操作系统各部件之间的恒定位置关系的装置。电梯产品中常用的导靴恒定位置关系的装置。电梯产品中常用的导靴有滑动导靴和滚动导靴两种。有滑动导靴和滚动导靴两种。（2）对重对重装置，对重装置在井道内通过曳引装置，对重装

11、置在井道内通过曳引绳经曳引轮与轿厢连接绳经曳引轮与轿厢连接。 作用作用是在电梯运行过程中，起平衡轿厢的是在电梯运行过程中，起平衡轿厢的作用，达到减小牵引力的目的。对重装置作用，达到减小牵引力的目的。对重装置由对重架和对重铁块两部分组成。由对重架和对重铁块两部分组成。机械安全保护系统机械安全保护系统 机械保护有超速保护装置、缓冲器、门锁等。机械保护有超速保护装置、缓冲器、门锁等。 限速器，限速器是限制电梯运行速度的装置，一般限速器，限速器是限制电梯运行速度的装置，一般安装安装在机房。当电梯上行或下行超速时，通过电气在机房。当电梯上行或下行超速时，通过电气触点使电梯停止运行。当下行超速电气触点动作

12、仍触点使电梯停止运行。当下行超速电气触点动作仍不能使电梯停止，速度达到一定值后，限速器机械不能使电梯停止，速度达到一定值后，限速器机械动作，拉动安全钳夹住导轨将轿厢制停。当断绳造动作，拉动安全钳夹住导轨将轿厢制停。当断绳造成轿厢（或对重）坠落时，也由限速器的机械动作成轿厢（或对重）坠落时，也由限速器的机械动作拉动安全钳，使轿厢制停在导轨上。新式的限速器拉动安全钳，使轿厢制停在导轨上。新式的限速器有双向限速功能。有双向限速功能。 安全钳，安全钳装置是在限速器的操纵下，安全钳，安全钳装置是在限速器的操纵下，使电梯使电梯轿厢轿厢紧急制停夹持在导轨上的一种紧急制停夹持在导轨上的一种安全装置。它和限速器

13、配合使用，对轿厢安全装置。它和限速器配合使用，对轿厢超速提供了最后的综合保护。超速提供了最后的综合保护。 缓冲器，缓冲器的位置设在井道底部的地缓冲器，缓冲器的位置设在井道底部的地面上，其面上，其作用作用是：当轿厢或对重超越极限是：当轿厢或对重超越极限位置发生墩底时，用来吸收或消耗轿厢或位置发生墩底时，用来吸收或消耗轿厢或对重动能的制动装置。轿厢缓冲器在防止对重动能的制动装置。轿厢缓冲器在防止轿厢撞底的同时，也防止了对重冲顶。反轿厢撞底的同时，也防止了对重冲顶。反之亦然。在电梯中常见的缓冲器有弹簧缓之亦然。在电梯中常见的缓冲器有弹簧缓冲器和油压缓冲器两种。冲器和油压缓冲器两种。 门锁，门锁装在层

14、门上，是使层门保持关闭的装置。门锁，门锁装在层门上，是使层门保持关闭的装置。 在锁住层门时，沿开门方向用小于在锁住层门时，沿开门方向用小于300N的力不会使的力不会使门锁降低锁紧效能，用小于门锁降低锁紧效能，用小于1000N的力不会使锁紧的力不会使锁紧元件出现永久变形元件出现永久变形。 在在一般情况下，门锁只能被轿门打开。在特殊情况一般情况下，门锁只能被轿门打开。在特殊情况下，可以由专门人员用钥匙打开下，可以由专门人员用钥匙打开。 除除机械装置外，门锁还有一个电气装置，即与轿厢机械装置外，门锁还有一个电气装置，即与轿厢门保持同步闭合或打开的安全触点，这些安全触点门保持同步闭合或打开的安全触点，

15、这些安全触点与其它重要部位的许多触点一起串联在安全回路中，与其它重要部位的许多触点一起串联在安全回路中，只要有一处安全触点未闭合，便不能运行。通过以只要有一处安全触点未闭合，便不能运行。通过以上措施，电梯就确保了乘客要么呆在楼层上，要么上措施，电梯就确保了乘客要么呆在楼层上，要么呆在轿厢里，绝对不会进入井道里。呆在轿厢里，绝对不会进入井道里。 电梯的电气控制电梯的电气控制 电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两部分。电力拖动系统主要包括控制系统两部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿厢门开关电电梯垂直方向主拖动电路和轿厢门开关电路，二者

16、均采用易于控制的直流电动机、路，二者均采用易于控制的直流电动机、三相异步电动机或永磁同步电动机作为拖三相异步电动机或永磁同步电动机作为拖动动力源动动力源。 电梯的电气控制电梯的电气控制 主主拖动电路大部分采用拖动电路大部分采用PWM调制方式及变频调制方式及变频技术，达到了无级调速的目的。而现代电梯开技术，达到了无级调速的目的。而现代电梯开关门关门电路电路大部分也采用了变频门机驱动技术。大部分也采用了变频门机驱动技术。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、继电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、继电器、指示灯、电器、指示灯、LED显示和控制部分的核心器显示和控制部分的核心器件计算机或可编程控制器

17、（件计算机或可编程控制器（PLC）等组成。）等组成。 这里引入了一个给定信号发生器，根据位置设定信这里引入了一个给定信号发生器，根据位置设定信号号xset、轿厢重量和选定的数学模型，给定信号发生、轿厢重量和选定的数学模型，给定信号发生器能产生电梯多环位置控制所需要的一组给定信号，器能产生电梯多环位置控制所需要的一组给定信号，它们它们是是：位置位置给定信号给定信号x*、速度给定信号、速度给定信号*、加速、加速度给定信号度给定信号a*，这一组给定信号是协调的（如图，这一组给定信号是协调的（如图10-4上面的一族曲线所示上面的一族曲线所示）。它既能使电梯高速运行，它既能使电梯高速运行，又能使乘客感觉

18、舒适，还要平层准确。又能使乘客感觉舒适，还要平层准确。 位置调节器产生附加的转速给定信号位置调节器产生附加的转速给定信号*，转速调，转速调节器产生附加的加速度给定信号节器产生附加的加速度给定信号a*。为了舒适性，。为了舒适性，它的加速度它的加速度a和加速度的变化率和加速度的变化率da/dt限制到乘客可限制到乘客可以接收的程度（引入加速度调节器可以帮助作到这以接收的程度（引入加速度调节器可以帮助作到这一点）一点）。 这一组前馈给定信号改善了控制精度，从而可以根这一组前馈给定信号改善了控制精度，从而可以根据电梯当前的运行状态（据电梯当前的运行状态（x,a）0准确地预测停车准确地预测停车距离。距离。

19、 这一点很重要，它使电梯在高速运行中可以随这一点很重要，它使电梯在高速运行中可以随时决定是否响应前面某一层的乘用请求或者是时决定是否响应前面某一层的乘用请求或者是否响应轿厢内某一乘客的临时停止请求，如果否响应轿厢内某一乘客的临时停止请求，如果能及时准确停车则响应，如果不能及时准确停能及时准确停车则响应，如果不能及时准确停车则乘客必须等待下一次机会，因为电梯是不车则乘客必须等待下一次机会，因为电梯是不能够立即反向运行的。能够立即反向运行的。 为给定信号发生器选择一个适当的数学模型很重要，为给定信号发生器选择一个适当的数学模型很重要，它能使所有的调节器工作在线性状态，避免进入饱它能使所有的调节器工

20、作在线性状态，避免进入饱和状态，从而使系统的行为可预测、可重复，控制和状态，从而使系统的行为可预测、可重复，控制误差小误差小。 对对不可预测的负载扰动或电源电压的波动应有抑制不可预测的负载扰动或电源电压的波动应有抑制能力，也就是说转矩控制环需留有足够的调节余量，能力，也就是说转矩控制环需留有足够的调节余量，以便应对附加的转矩，如果它偶然发生的话以便应对附加的转矩，如果它偶然发生的话。 注意注意，转矩调节器不能代替加速度调节，转矩调节器不能代替加速度调节器，乘客多时转矩大，但加速度不能大，器，乘客多时转矩大，但加速度不能大，加速度和加速度的变化率对舒适程度有加速度和加速度的变化率对舒适程度有重要

21、影响。重要影响。 目前市场上销售的电梯大都采用目前市场上销售的电梯大都采用PLC+变频变频器器+异步电动机的控制和拖动方式，但是直异步电动机的控制和拖动方式，但是直流电动机调压调速电梯仍在广泛使用，在流电动机调压调速电梯仍在广泛使用，在超高速电梯中，直流调压调速电梯仍占有超高速电梯中，直流调压调速电梯仍占有相当份额。相当份额。 图图10-5示出了某电梯专用矢量控制变频器说明书给示出了某电梯专用矢量控制变频器说明书给出的一组运行曲线，指明速度出的一组运行曲线，指明速度v是如何随距离是如何随距离S变化变化的。运行距离是分级的，运行距离每增加一个楼层，的。运行距离是分级的，运行距离每增加一个楼层，距

22、离就增加一级，运行曲线并无必要每增加一个楼距离就增加一级，运行曲线并无必要每增加一个楼层，就变化一次，图中示出了六条运行曲线层，就变化一次，图中示出了六条运行曲线。 加速度控制在加速度控制在0.9m/s2以下，并采用以下，并采用S形加、减速方形加、减速方式，使人感觉很平稳。式，使人感觉很平稳。 每每条曲线对应的最高速度是变频器的一个参数，二次条曲线对应的最高速度是变频器的一个参数，二次开发人员可以选择开发人员可以选择。 总总楼层数、最大楼层高度也作为参数由二次开发人员楼层数、最大楼层高度也作为参数由二次开发人员输入输入。 运行运行时时PLC根据乘客的输入，在六条运行曲线中选择根据乘客的输入，在

23、六条运行曲线中选择一条作为速度给定曲线通知变频器运行。变频器还接一条作为速度给定曲线通知变频器运行。变频器还接收速度反馈信号和轿厢称重信号以及来自收速度反馈信号和轿厢称重信号以及来自PLC的各种的各种控制信号。电梯运行的速度应根据乘客的多少（轿厢控制信号。电梯运行的速度应根据乘客的多少（轿厢称重），适当加以修正，以保证准确平层。称重），适当加以修正，以保证准确平层。对电梯速度控制的要求：对电梯速度控制的要求： 满足轿厢的运行满足轿厢的运行规律规律：轿厢轿厢的运行速度以及升速的运行速度以及升速和降速过程应尽量符合理想的运行曲线，为此速和降速过程应尽量符合理想的运行曲线，为此速度给定信号不断地与速

24、度反馈信号比较，不断调度给定信号不断地与速度反馈信号比较，不断调节节。对电梯速度控制的要求：对电梯速度控制的要求： 准确准确地进行搜索和判断。地进行搜索和判断。PLC应随时搜索和判断轿厢当应随时搜索和判断轿厢当前所在的位置，并根据轿厢当前所在的位置、运行速度前所在的位置，并根据轿厢当前所在的位置、运行速度和方向，以及所接收到的呼梯指令等进行判断：下一站和方向，以及所接收到的呼梯指令等进行判断：下一站应停在哪一楼层？算出与当前位置的距离，并根据当前应停在哪一楼层？算出与当前位置的距离，并根据当前速度决定应该加速或者减速？为此必须具有楼层位置检速度决定应该加速或者减速？为此必须具有楼层位置检测信号

25、。测信号。 平层平层功能功能：除了除了拖动系统准确平层外，还装备有平层用拖动系统准确平层外，还装备有平层用制动电磁铁。制动电磁铁。变频器在电梯控制中的应用例子变频器在电梯控制中的应用例子 目前市场上销售的电梯大都采用变频器目前市场上销售的电梯大都采用变频器+异异步电动机的拖动方式，但是直流电动机调步电动机的拖动方式，但是直流电动机调压调速电梯仍在广泛使用，在超高速电梯压调速电梯仍在广泛使用，在超高速电梯中，直流调压调速电梯仍占有相当份额。中，直流调压调速电梯仍占有相当份额。 艾默生电梯专用变频器艾默生电梯专用变频器TD3100是国内电梯生是国内电梯生产厂家近几年常用的一种变频器。采用先进的产厂

26、家近几年常用的一种变频器。采用先进的带编码器的矢量控制技术，适用于最高速不超带编码器的矢量控制技术，适用于最高速不超过过4m/s、最高楼层不超过、最高楼层不超过50层的电梯驱动场合。层的电梯驱动场合。安全保护方面很有特点，当输入电源停电时，安全保护方面很有特点，当输入电源停电时，靠蓄电池停靠就近楼层。靠蓄电池停靠就近楼层。 TD3100变频器支持三种电梯常用控制模式，变频器支持三种电梯常用控制模式，分别是多段速控制、距离控制、模拟速度分别是多段速控制、距离控制、模拟速度控制。控制。多段速控制多段速控制 其控制硬件原理示于图其控制硬件原理示于图10-6中中,曲线控制示曲线控制示意于图意于图10-

27、7中。中。 各各端子功能如图中中文标注，详细信息可端子功能如图中中文标注，详细信息可参看用户手册。参看用户手册。图图10-6 多多段段速速硬硬件件原原理理图图图图10-7 多多段段速速曲曲线线控控制制示示意意图图电梯运行速度由开关量电梯运行速度由开关量MS1MS组合决定（最多七种速度）。组合决定（最多七种速度）。（1）抱闸）抱闸(BR端子端子)和接触器和接触器(CR端子端子)由变频器直接由变频器直接进行控制进行控制，并使用接触器反馈并使用接触器反馈(CSM端子端子)对自身状态进行检测。对自身状态进行检测。（2）检修运行由变频器的开关量输入）检修运行由变频器的开关量输入INS端子控制端子控制。（

28、3）使用了模拟量称重装置，根据称重信号自动调整）使用了模拟量称重装置，根据称重信号自动调整启动启动。（4）转矩，避免启动时的倒拉车，保证电梯平稳启动）转矩，避免启动时的倒拉车，保证电梯平稳启动。 （5）图中的控制器可以是通用的）图中的控制器可以是通用的PLC，也可以是用，也可以是用单片机等单片机等开发的电梯专门控制器。开发的电梯专门控制器。精确距离控制精确距离控制硬件电路如图硬件电路如图10-8所示，曲线示意图如图所示，曲线示意图如图10-9所示。所示。根据请求楼层信号，直接实现精确距离控制。根据请求楼层信号，直接实现精确距离控制。抱闸和接触器由变频器直接进行控制，并使用抱闸和接触器由变频器直

29、接进行控制，并使用接触器反馈接触器反馈对接触器的对接触器的吸合与断开进行检测。吸合与断开进行检测。检修运行，由检修运行，由INS端子控制。端子控制。再平层运行由再平层运行由MS1端子控制。端子控制。自学习运行由自学习运行由SL端子控制，通过运行井道自学习端子控制，通过运行井道自学习程序程序，变频器将自动，变频器将自动记忆每层的层高（脉冲数）。记忆每层的层高（脉冲数）。提供上下强迫减速信号提供上下强迫减速信号,防止冲顶和墩底。防止冲顶和墩底。使用了数字量称重装置。使用了数字量称重装置。图图10-8 指指定定楼楼层层的的距距离离控控制制硬硬件件原原理理图图图图10-9指指定定楼楼层层的的距距离离控控制制曲曲线线示示意意图图模拟模拟速度控制速度控制 硬件电路如图硬件电路如图10-10所示，曲线示意图如图所示，曲线示意图如图10-11所示。所示。 由模拟量输入端由模拟量输入端A12的模拟量输入信号控制速度。的模拟量输入信号控制速度。 检修、自学习、再平层等检修、自学习、再平层等,速度全部由控制器的模拟速度全部由控制器的模拟量量控制控制。 接触器由外部控制器控制。接触器由外部控制器控制。 抱闸控制由变频器的可编程输出端子抱闸控制由变频器的可编程输出端子Y2输出输出“运行中运行中