目录 第一章引言…………………………………………………………………………1 1.1创新设计……………………………………………………………………1 1.2技术要求……………………………………………………………………1 第二章电梯拖动系统方案设计………………………………………………………3 2.1电梯门拖动系统方案的创新性设计…………………………………………3 2.1.1电梯门机系统简介……………………………………………………3 2.1.2电梯门拖动系统方案设计……………………………………………4 2.2电梯主拖动系统方案设计……………………………………………………10 2.2.1单、双速交流电动机拖动系统………………………………………10 2.2.2交流电动机定子调压调速拖动系统…………………………………10 2.2.3直流发电机-电动机可控硅励磁拖动系统…………………………10 2.2.4可控硅直接供电拖动系统……………………………………………11 2.2.5 VVVF变频变压调速拖动系统………………………………………11 第三章电梯控制系统方案设计………………………………………………………13 3.1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较…………………………………13 3.2 PLC控制系统与计算机控制系统的比较………………………………15 3.3电梯控制系统方案设计…………………………………………………16 第四章控制系统框图的设计…………………………………………………………17 4.1电梯控制系统原理框图设计………………………………………………17 4.2电梯控制系统硬件结构框图设计…………………………………………17 第五章主要器件的选择………………………………………………………………18 5.1门拖动主要元器件的重点选择…………………………………………18 5.1.1永磁同步伺服系统的重点选择……………………………………18 5.1.2变频器的选择……………………………………………………21 5.1.3旋转编码器的选择…………………………………………………21 5.1.4可编程控制器的选择………………………………………………21 5.2主拖动主要元器件的选择…………………………………………………22 5.2.1曳引电动机的选择…………………………………………………22 5.2.2主拖动变频器的选择………………………………………………22 5.2.3旋转编码器的选择…………………………………………………24 5.2.4光电开关的选择……………………………………………………25 5.2.5可编程控制器的选择………………………………………………26 5.3其他元器件的选择…………………………………………………………26 5.3.1交流接触器的选择…………………………………………………26 5.3.2电梯空调的选择…………………………………………………27 5.3.3红外光幕的选择……………………………………………………28 5.3.4语音报站钟的选择……………………………………………30 第六章硬件设计……………………………………………………………………32 6.1门拖动I/O接口电路设计…………………………………………………32 6.2主拖动I/O接口电路设计…………………………………………………32 第七章系统软件设计…………………………………………………………………34 7.1门拖动控制系统软件设计…………………………………………………34 7.1.1门拖动控制系统原理………………………………………………34 7.1.2门拖动控制系统软件设计…………………………………………34 7.1.3软件调试…………………………………………………………35 7.1.4小结………………………………………………………………35 7.2主拖动控制系统软件设计…………………………………………………35 7.2.1主拖动控制系统原理………………………………………………35 7.2.2主拖动控制系统软件设计…………………………………………36 7.2.3程序设计说明……………………………………………………37 第八章总结……………………………………………………………………………41 参考文献……………………………………………………………………42 致谢……………………………………………………………………………………43 第一章引言 舒适的电梯系统应该有较短的候梯时间，门运行快捷、安静，使乘客不会觉得候梯和运行时间过长，因此，高效的电梯应该有一个良好的门机驱动系统。基于以上考虑，本设计将重点研究门控系统，计划采用目前最先进的永磁同步门控系统。 观光电梯井道和轿箱一般为太阳直射，热量在井道内聚集，在夏季温度较高时，电梯内温度远远高于人的舒适温度。在观光电梯内安装空调是必然的选择，这也是本设计人性化设计之一。 本观光电梯为某大型商厦设计，周围环境嘈杂，计划安装语音到站钟，用于中（英）文报上行、下行、超载等语音，为乘客提供优美的到站提示音，体现个性化设计。另外，为安全考虑，还应设计好入口安全保护系统，计划安装红外线光幕式保护装置，以保证乘客安全。 1.1创新设计： （1）永磁同步门控系统：目前最先进的门控系统，充分体现了本观光电梯的高档性。 （2）入口安全保护：将安装红外线光幕式保护装置，以提高安全可靠性。 （3）电梯专用空调：观光电梯内安装空调，满足人性化设计要求。 （4）语音到站钟：在嘈杂的商厦中，大功率语音报站钟是个性化的设计体现 本设计的电梯要求为某大型商场的观光电梯(pa
noramic lift;observatio
n lift)。因为乘客一般希望在轿内多逗留片刻，以观赏轿外风景，所以不要求高运行速度，以低于同类客梯的速度为宜，故可v=1m/s。楼层数为10层；额定载重量为800kg。 1.2技术要求： 1、电梯停止运行后，经预定时间自动关闭通风装置和空调。 2、考虑商场嘈杂，人性化的设计语音到站钟。 3、入口安全保护。 为保证乘客安全，应设有入口安全保护，例如安装红外线光幕式保护装置。 4、防超载装置。 当电梯载重量超过额定载重量时，电梯停止运行并将门开启，同时警告铃响起警示，直到乘客疏散到额定范围后继续运行。 5、超速保护系统。 当电梯下降运行，速度超过额定速度1.3倍时，便自动切断控制电源，超过额定速度1.4倍时，限速器——安全钳动作，防止轿厢继续下滑，可靠地制停。 6、轿内指令的登记与清除。 7、轿外召唤的登记与清除。 有司机状态下，厅外召唤不参与选向而由司机控制。无司机状态下，轿内指令具有优先权，即电梯停靠后，从电梯自动开门开始到自动关门结束前，轿内指令优先与召唤信号。这段时间内，召唤信号不参与选向控制。 8、自动开关门 电梯到达预定层并停靠后应自动将门打开。电梯未平层后运行时，开门按钮和关门按钮均不起作用。有专职司机状态下，按下关门按钮，关门后自动运行；无专职司机状态下，延时后自动运行。 9、楼层指示。电梯运行层显示为数字显示。 10、自动选向 电梯应根据所处楼层和轿内指令确定的目的楼层（无司机状态还应包括召唤信号 确定的目的楼层）自动的选择运行方向。实现顺向截车和最远层站的反向截车。 11、自动运行。运行过程中的加速、减速等速度变化应该自动进行。换层、平层等位置控制应该采用较、先进的相对计数方式。 12、应具有各种相应的安全保护以及报警、照明等功能。如电梯具有消防运行控制，具有超载不开电梯功能，具有防夹人功能等。 13、电梯运行状态由三挡位钥匙开关实现。电梯运行状态由司机，无司机和检修三种状态组成。检修状态时，点动控制开门，电梯慢速点动上下，以利于维修。 14、在电梯轿厢运行过程中，轿厢上升（后下降）途中，任何方向下降（或上升）的外呼梯信号均不响应，但如果某反向外呼梯信号前方再无其他内、外呼梯信号时，则电梯响应应该外呼梯信号。 15、电梯应当具有最远反向外呼梯响应功能。如，在电梯轿厢在一楼，而同时有二层向下外呼梯信号。 16、设置停电时电梯就近平层和开门装置。 第二章电梯的电力拖动系统方案设计 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。本部分内容主要是电梯的电力拖动系统方案设计。 2.1电梯门机拖动系统方案的创新性设计 2.1.1电梯门机系统简介 在电梯系统中，为了使其能够正常工作，也为了提高电梯系统的可靠性一般在电梯系统中都有一些附属装置，电梯门机系统即是其中一个。舒适的电梯系统应该有较短的候梯时间，门运行快捷、安静，使乘客不会觉得候梯和运行时间过长，因此，高效的电梯应该有一个良好的门机驱动系统。 在电梯中，门机系统的主要任务是接收来自上位管理与调度系发送的门机控制信号，驱动门电动机运行，以控制电梯轿厢门和厅门的联动开关。电梯门机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、大厅内乘客监测系统等组成。下面简单介绍各个组成部分及其速度曲线和运行过程。 (1)梯门电机控制系统这部分主要由门电机控制器、门电机驱动装置以及门电动机等组成。其中门电机控制器主要用来控制门电机，使其沿给定门机曲线运行，以快速、安静、准确的开关电梯轿厢门和厅门。这部分如同一个小型的电机拖动控制系统。 (2)电梯的门结构此部分主要由门扇、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，高性能的电梯系统多采用中分门结构。其中门扇必须具有坚固、防火的特点；导轨用来支撑门扇，故必须表面光滑、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门。这部分对乘客安全非常重要。 (3)安全检测在电梯控制系统中，为了避免乘客被正在关闭的门扇伤害，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。当轿厢门正在关闭时，如果此时有乘客欲进、出入电梯轿厢(包括乘客位于轿厢门前某段距离或乘客阻挡轿厢门关闭)，则轿厢门应该停止关闭，且重新打开。轿厢门打开则不必有此过程。目前的安全系统主要大都采用光电式装置(如光敏元件)，也有的采用电磁式装置。 (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域内时，电梯的门系统能自动延时关门，确保乘客全部进入电梯。目前主要采用光电装置和红外光幕保护装置来检测乘客或物体。有的门机系统还采用热敏电磁装置和图像采集系统检测乘客或物体，由于受到性能和成本的限制，应用的并不多。 (5)门过载保护装置有的门系统设有门过载保护开关装置，当电梯在开关门过程中，因轿厢门受阻而导致动作力矩过大，梯门会自动向反方向动作，从而达到保护门电机的作用。 (6)速度曲线及运行过程电梯门机系统的速度曲线如图1-1所示。速度曲线大致可分为四个阶段：加速阶段、匀速阶段、减速阶段和厅门锁定阶段。tl-t2时间段为加速阶段；t2-t5为匀速阶段；t5-t 6为减速阶段；t6-t7为门锁定阶段。以关轿厢门为例，在t1时刻，门电机得到控制信号(一般为脉冲信号)，经过一段时间延迟，轿厢门开始动作，一直到t2时刻，此段时间为加速阶段，其运行距离一般较短。从t4开始到t5时刻，为匀速阶段。此时，如果有乘客在轿厢门前一定距离内或者在门扇中间阻挡轿厢门的关闭，则电机得到一个脉冲信号，则电机提前进入减速阶段，如t3-t4时刻所示，然后反转，轿厢门重新打开。直到全部乘客进入轿厢，从时刻t5开始进入减速阶段。在t6时刻，轿厢门实际已经关闭。在t 6- t 7的门锁定阶段电机继续转动，轿厢门被压紧，门刀关门同时通过机械结构关闭厅门直到t 7时刻，电机停止转动，门关闭过程结束。 图1-1电梯门机运行速度曲线 以上简要叙述了电梯门系统的组成和功能。在电梯门系统中，还有一个重要的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，而保持时间过短又不能保证乘客全部安全的进入轿厢。因此应对门保持时间进行很好的选择：在保证乘客全部安全进出电梯的情况下，尽可能的缩短电梯开关门时间。 2.1.2门机拖动系统方案设计 电梯门机拖动系统作为一个子系统，相对整个电梯系统来说，是不容忽视的。它是电梯系统中动作最频繁，也是直接面对乘客的部分。因此在实际应用中需要一个运行安全可靠、性能稳定的电梯门机控制系统，其设计就显得尤为重要。 一、各种门机拖动系统的比较 门机拖动系统从电流型式上分为直流调速拖动和交流调速拖动两大类，在交流调速拖动中，异步电动机门机调速拖动系统和同步电动机门机调速拖动系统已发展成为占有相当比例的两类调速拖动系统。目前有三大类门机拖动系统：直流电动机门机拖动系统、异步电动机门机拖动系统、永磁同步门机拖动系统。 最老式的用传统直流电动机调速的电梯门机一般由电动机配以继电器、限位开关和电阻实现开关门的控制，由于控制简单，调速性能好，变流装置结构简单，长期以来在调速系统领域里占统治地位。但是由于直流电动机结构复杂、成本高、故障多、维护困难且工作量大，经常因火花大而影响生产；机械换向器的换向能力限制了电动机的容量、电压和速度;接触式的电流传输又限制了直流电动机的使用场合；电枢在转子上，电动机效率低，散热条件差，冷却费用高，这些固有的缺点限制了直流电动机向高转速、高电压、大容量方向发展。 在交流电网上，因异步电动机具有结构简单，工作可靠、寿命长、成本低，保养维护简单等优点，所以长期以来，在不要求调速的场合，异步电动机占有主导地位，例如风机、水泵、普通机床的驱动中，人们广泛使用交流异步电动机来拖动机械工作。但是，它调速性能差，起动转矩小，过载能力和效率低，并且在这类拖动中，其旋转磁场的产生需从电网吸取无功功率，故功率因数低，轻载时尤甚，这大大增加了线路和电网的损耗，无形中损失了大量电能。 当前，电梯门机控制系统主要有由交流电机及其VVVF调速系统构成的，也有少数由直流电机及其调速系统构成的。这些系统均有其固有的缺陷。除整套系统的成本较高外，前者虽然体积小，寿命长，但控制较复杂，对控制系统中的处理器性能要求较高，而且如果为同步电机，在带载情况下还易出现失步现象。而后者尽管控制简单，但直流电机体积大，维护困难，寿命短，电刷结构带来电磁火花，易形成干扰。这些缺陷在电梯实际运行中就表现为电梯门开关不正常，维护工作量大等困扰操作人员的问题，进一步可造成严重经济损失甚至人身伤害。