2181 VVVF垂直電梯轎箱系統(tǒng)設計

2181 VVVF垂直電梯轎箱系統(tǒng)設計,vvvf,垂直,電梯,系統(tǒng),設計 VVVF 垂直電梯轎箱系統(tǒng)設計摘 要隨著科學技術的進步越來越多的新技術也運用到電梯上，在梯驅動技術方面廣泛開發(fā)應用交流變壓變頻調速（VVVF）控制技術，而且其控制型式逐漸由 GTR 向 IPM 和 IGBT 發(fā)展，使其控制性能更為完善和提高。本課題的主要工作是完成電梯的轎廂系統(tǒng)設計，優(yōu)化現有電梯的機械結構，改變現有電梯能耗高，油污染嚴重的狀況，消除現有電梯中的一些不安全因素。為人們提供一個更安全的電梯，同時也使其更節(jié)能環(huán)保便于安裝的經濟電梯。關鍵詞：可編程控制器；電梯控制；變頻器AbstractWith the progress of science and technology, more and more new technologies are also applied to the lift, in the ladder-driven technology development and application of a broad exchange of Variable Frequency (VVVF) control technology, and its control by the GTR to the pattern of gradually IPM and IGBT development, to better control and improve performance. The subject's main task is to lift the car to complete system design, optimization of the mechanical structure of the existing elevator, elevator to change the existing high energy consumption, the situation of serious oil pollution, the elimination of some of the existing elevator insecurity. For people to provide a more secure lift, but also make it more easy to install energy saving and environmental protection of the economic lift.Key words: programmable logic controller (PLC); elevator control; inverter目 錄引言………………………………………………………………………………… 11.電梯的概述……………………………………………………………………… 11.1 電梯的分類…………………………………………………………………… 11.2 電梯的基本結構……………………………………………………………… 11.3 電梯技術發(fā)展展望…………………………………………………………… 42.轎廂的組成及結構的計算……………………………………………………… 62.1 轎廂…………………………………………………………………………… 62.2 轎廂結構的設計計算………………………………………………………… 73.電梯的電氣控制系統(tǒng)……………………………………………………………103.1 電梯的電氣控制系統(tǒng)概述……………………………………………………103.2 電梯的電氣控制安全保護系統(tǒng)的主要裝置…………………………………113.3 新技術在電梯控制中的應用…………………………………………………14結論…………………………………………………………………………………16致謝…………………………………………………………………………………16參考文獻……………………………………………………………………………17引 言電梯運行速度對乘客舒適感和轎廂的平層精度起著重要的決定作用。近年來隨著vvvf 調速技術的發(fā)展，vvvf 電梯的速度控制已在很大程度上消除了電梯平層時的爬行?？?，大大提高了電梯的舒適性和快速性。目前國內 vvvf 電梯的速度控制大部份是采用以時間方式或者基于增量式編碼器的相對距離方式來控制速度運行的，這兩種方式仍存在著一定程度的爬行?？楷F象。為徹底解決爬行?？繂栴}，進一步提高舒適感和快速性，本文提出了基于絕對剩余距離原則的速度控制策略。本文研究的主要內容包括電梯的分類、電梯的基本結構、電梯技術發(fā)展展望、曳引系統(tǒng)、轎廂與對重、電梯與建筑物的關系等方面。重點是電梯轎廂系統(tǒng)的設計。1、電梯概述1.1 電梯的分類1.1.1 電梯的分類電梯的分類有各式各樣:(1)按用途分類有乘客電梯、載貨電梯、醫(yī)用電梯、觀光電梯、車輛電梯、船舶電梯、建筑施工電梯等(2)按速度分類低速電梯 1 m/s 以下中速電梯 1 -2m/s高速電梯 2m/s 以上超高速電梯 5m/s 以上(3)按驅動電源分類交流電梯速度 一般小于 2m/s直流電梯速度 一般大于 2m/s(4)按控制方式分類有層間控制，簡易集選控制，集選控制、有/無司機控制、群控等。1.2 電梯的基本結構1.2.1 曳引式電梯是垂直交通運輸工具中使用最普遍的一種電梯，現將其基本結構介紹如下。(1)曳引系統(tǒng) 222　　曳引系統(tǒng)由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪及反繩輪等組成。曳引機由電動機、聯軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源。曳引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對重（或者兩端固定在機房上），依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力來驅動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型時還可增加曳引能力。導向輪安裝在曳引機架上或承重梁上。當鋼絲繩的繞繩比大于 1 時，在轎廂頂和對重架上應增設反繩輪。反繩輪的個數可以是 1 個、2 個甚至 3 個，這與曳引比有關。(2)導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導軌固定在導軌架上，導軌架是承重導軌的組件，與井道壁聯接。導靴裝在轎廂和對重架上，與導軌配合，強制轎廂和對重的運動服從于導軌的直立方向。(3)門系統(tǒng)門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯動機構、門鎖等組成。轎廂門設在轎廂入口，由門扇、門導軌架、門靴和門刀等組成。層門設在層站入口，由門扇、門導軌架、門靴、門鎖裝置及應急開鎖裝置組成。開門機設在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。(4)轎廂轎廂用以運送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風裝置、轎廂裝飾件和轎內操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量或額定載客人數決定。(5)重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯平衡設計影響的裝置。(6)電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調速裝置等組成，對電梯實行速度控制。曳引電機是電梯的動力源，根據電梯配置可采用交流電機或直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋裝置是為調速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器，與電機相聯。調速裝置對曳引電機實行調速控制。(7)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對電梯的運行實行操縱和控制。操縱裝置包括轎廂內的按鈕操作箱或手柄開關箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中的檢修或應急操縱箱?？刂破涟惭b在機房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實行電氣控制的集中組件。位置顯示是指轎內和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運行方向或轎廂所在的層站。選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號等作用。(8)安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng)包括機械和電氣的各類保護系統(tǒng)，可保護電梯安全使用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用；緩沖器起沖頂和撞底保護作用；還有切斷總電源的極限保護等。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)都(9)工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確停靠。電氣系統(tǒng)實現對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。1-減速箱；　　　　2-曳引輪；3-曳引機底座；　　4-導向輪；5-限速器；　　　 6-機座；7-導軌支架；　　 8-曳引鋼絲繩；9-開關碰鐵；　 10-緊急終端開關；11-導靴；　　　　　12-轎架；13-轎門；　　　　14-安全鉗；15-導軌； 　　 16-繩頭組合；17-對重，　　　　18-補償鏈；19-補償鏈導輪； 20-張緊裝置；21-緩沖器；　 　22-底坑；23-層門；　　　　24-呼梯盒；25-層樓指示燈； 26-隨行電纜；27-轎壁；　　 28-轎內操縱箱；29-開門機； 30-井道傳感器；31-電源開關；　 32-控制柜；33-曳引電機；　　34-制動器圖 1 1.3 電梯技術發(fā)展展望1.3.1 電梯技術發(fā)展(1)電梯的拖動技術有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩(wěn)，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈廣泛的應用。交流拖動電梯更是得到迅速的發(fā)展，己由以前的變級調速(AC-VP)發(fā)展成為調壓調速(AC-VV)及調頻調壓調速(AC-VVVF)，使得電梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。(2)電梯的邏輯控制己從過去簡單的繼電器—接觸器控制發(fā)展為可編程序控制 99(PLC)和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發(fā)展為集選控制、并聯控制、群控等，電梯可靠性得到很大提高。(3)電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術，不斷滿足用戶的使用功能要求。如緊急停車操作、消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。(4)智能群控管理得到廣泛應用。(5)機械傳動方面，由于國際上機械加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。1.3.2 電梯發(fā)展展望(1)技術含量更高，性能更好電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的 VVVF 電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流:由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代 VVVF 技術。另外，網絡控制和智能群控系統(tǒng).以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。(2)電梯群控系統(tǒng)將更加智能化電梯智能群控系統(tǒng)將基于強大的計算機軟硬件資源，如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計算機圖像監(jiān)控的群控、基于神經網絡控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等。這些群控系統(tǒng)能適應電梯交通的不確定性、控制目標的多樣化、非線性表現等動態(tài)特性。隨著智能建筑的發(fā)展，電梯的智能群控系統(tǒng)能與大樓所有的自動化服務設備結合成整體智能系統(tǒng)。(3) 超高速電梯速度越來越高21 世紀將會發(fā)展多用途、全功能的塔式建筑，超高速電梯繼續(xù)成為研究方向。曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動機、高性能的微處理器、減振技術、新式滾輪導靴和安全鉗、永磁同步電動機、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進。采用直線電機驅動的電梯也有較大研究空間。未來超高速電梯舒適感會有明顯提高。(4)藍牙技術在電梯上廣泛應用藍牙（Bluetooth）技術是一種全球開放的、短距無線通訊技術規(guī)范，它可通過短距離無線通訊，把電梯各種電子設備連接起來，無需縱橫交錯的電纜線，可實現無線組網。這種技術將減少電梯的安裝周期和費用，提高電梯的可靠性和控制精度，更好地解決電氣設備的兼容性，有利于把電梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。(5)綠色電梯將普及要求電梯節(jié)能、減少油污染、電磁兼容性強、噪聲低、長壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協調等。甚至有人設想在大樓頂部的機房利用太陽能作為電梯補充能源。(6)電梯產業(yè)將網絡化、信息化電梯控制系統(tǒng)將與網絡技術相結合，用網絡把各地的電梯監(jiān)管起來進行維保；通過電梯網站進行網上交易，包括電梯配置、招投標等，也可以在網上申請電梯定期檢驗。(7)乘電梯去太空 坐電梯進入太空，這一設想是前蘇聯科學家在 1895 年提出來的，后來一些科學家相繼提出了各種解決方案。2000 年，美國國家宇航局（NASA）描述了建造太空電梯的概念，這需要極細的碳纖維制成的纜繩并能延伸到地球赤道上方 3.5 萬 km。為使這條纜繩突破地心引力的影響，太空中的另一端必須與一個質量巨大的天體相連。這一天體向外太空旋轉的力量與地心引力抗衡，將使纜繩緊繃，允許電磁轎廂在纜繩中心的隧道穿行。普通人登上太空這個夢未來將實現。2、轎廂的組成及結構的計算2.1 轎廂（組成，有效面積的計算）2.1.1 轎廂的組成轎廂一般由轎廂架、轎底、轎壁、轎頂的主要構件組成。圖 1 通常的電梯結構。圖 1各類電梯的轎廂基本結構相同，由于用途不同，在具體結構及外形上有一定差異客梯的轎廂一般寬大于深，這樣設計的目的是為了方便人員的出入，有利于提高運行效率貨梯的轎廂一般深大于寬或寬深相同，這主要是考慮裝卸貨物的方便。病床梯的轎廂為適應病床的運送而做得深而窄。觀光梯轎廂的外形常做成菱形或圓形，觀光面的轎壁使用強化玻璃。超高速電梯的外形做成流線型，以減小空氣阻力及運行噪聲。轎廂一般由以下幾個主要部件組成： 轎廂架是轎廂的主要承載構件，它由立柱、底梁、上梁和拉條組成。1 立柱 立柱在轎廂兩側，常見的結構類型有兩種，一種是組合式結構，一兩根角鋼為主體再加連接板；另一種是單體式結構，以單根槽鋼2.2 轎廂結構的設計計算2.2.1 主要參考數據材料性能參數：轎廂架所采用的材料均為 Q235-A，其主要力學性能數據為：屈服強度：бs=235Mpa，抗拉強度：δs=375Mpa，彈性模量：E=206GPa，切變模量：G=79.4Gpa。轎廂正常運行及裝載工況時安全系數取 S=2.5，安全鉗動作及轎廂撞緩沖器時 S=2.1轎廂架結構及尺寸2.2.2 直梁強度驗算直梁截面如示圖 2：直梁截面積：A=180×55-49×174-140×3=954mm2直梁 Z 軸方向抗彎截面系數的計算：ey1=(2×3×552+174×32+34×3×(55+52))/2(6×55+174×3+34×3)=16mmIz=[180×163-174×(16-3) 3+2×(20×(55-16) 3-17×(55-16-3) 3)]/3=380486mm 4Wz= Iz/ ey2=380486/(55-16)=9756mm 3每根立柱端點的力矩為：M=MoL/4H正常運行工況： Mo1=1.2×1000×9.8×1500/8=2205000NmM1=2205000×3000/4/3400=486397 Nm安全鉗動作及轎廂撞底工況：Mo2=2×1000×9.8×1500/8=3675000NmmM2=3675000×3000/4/3400=810662 Nmm直梁應力計算正常運行工況：T1=M1/Wz+1.2×(P+Q)g/2A=486397/9756+1.2×(1000+1150) ×9.8/954=76Mpa運行安全系數：S1=375/76=4.93>2.4安全鉗動作及轎廂撞底工況：T2=M2/Wz=810662/9756=83 Mpa運行安全系數：S2=375/83=4.5>2.1直梁撓度：δ=M2×L2/(6EIz)= 810662×30002/(6×206000×380486)=15.5mm2.5上梁的最大撓度為：Ymax=Pl3/48EI=1.2(1150+1000) ×9.8×16003/(48 206000×14666876)=0.71mm2.1下梁的最大撓度為：Ymax=Pl3/48EI=2(1150+1000) ×9.8×14003/(48× 206000×17055486)=0.7mm<1.4mm3、電梯的電氣控制系統(tǒng)3.1 電梯的電氣控制系統(tǒng)概述電梯的控制主要是指對電梯原動機及開門機的起動，減速，停止，運行方向，指層顯示，層站召喚，轎車內指令，安全保護等指令信號進行管理。操縱是實行每個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯的電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能和自動化程度。隨著科學技術的發(fā)展和引進技術的使用，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展迅速。3.1.1 電氣控制系統(tǒng)的分類電梯通常采用的電氣控制系統(tǒng)有：繼電器—接觸器控制、半導體邏輯控制和微機控制系統(tǒng)等。無論哪種系統(tǒng)，其控制電路的基本組成和主要控制裝置都類似。常規(guī)繼電器控制的典型控制環(huán)節(jié)。3.1.2 電梯電氣控制系統(tǒng)的組成電梯的電氣控制系統(tǒng)是由分散安裝在電梯中的電器元件、控制柜、操縱箱、指層燈箱、召喚箱、限位裝置、減速平層裝置、轎頂檢修箱等部件，以及曳引電動機、制動器線圈、開關門電動機及開關門調速開關、極限開關等組成。3.1.3 電氣控制電路電梯的電氣控制的基本環(huán)節(jié)包括：轎箱內指令環(huán)節(jié)、層站（廳門）召喚環(huán)節(jié)、定向選層環(huán)節(jié)、起動運行環(huán)節(jié)、平層環(huán)節(jié)、指層環(huán)節(jié)、開關門控制環(huán)節(jié)、安全保護環(huán)節(jié)和消防運行環(huán)節(jié)。3.1.4 電梯的電氣控制關系框圖電梯的電氣控制對主驅動系統(tǒng)較為復雜的電梯還有電動機調速與控制環(huán)節(jié)等。各環(huán)節(jié)之間的控制關系如圖 1 所示。圖 1 電梯的電氣控制關系框圖各控制環(huán)節(jié)相互配合，使電動機依照各種要求完成正反轉、加速、勻速、調速、制動、停車等動作，從而實現電梯運行方向（上、下） 、選層、加（減）速、制動、平層、自動開（關）門、順向（反向）截梯、維修運行等。為實現這些功能，控制電路中經常用到自鎖、互鎖、順序控制、時間控制、行程控制、速度控制、電流控制等許多控制方式。(1)PLC 控制電路PLC 接收來自操縱盤和每層呼梯的召喚信號、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經程序判斷與運算實現電梯的集選控制。PLC 在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時，向變頻器發(fā)出運行方向、啟動、加/減速運行和制動停梯等信號。(2)電流、速度雙閉環(huán)電路變頻器本身設有電流檢測裝置，由此構成電流閉環(huán)；通過和電機同軸聯接的旋轉編碼器，產生 a、b 兩相脈沖進入變頻器，在確認方向的同時，利用脈沖計數構成速度閉環(huán)。(3)位移控制電路電梯作為一種載人工具，在位勢負載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運行平穩(wěn)，乘坐舒適，?？繙蚀_。采用變頻調速雙環(huán)控制可基本滿足要求，利用現有旋轉編碼器構成速度環(huán)的同時，通過變頻器的 PG 卡輸出與電機速度及電梯位移成比例的脈沖數，將其引入 PLC 的高速計數輸入端口，通過累計脈沖數，經式（1）計算出脈沖當量，由此確定電梯位置。電梯位移 h=SI 式中 I—累計脈沖數； S—脈沖當量； S = plD / (pr) （1） 平層感應器保護電路門控制線路平層電路 拖動系統(tǒng)轎廂運動轎內指令召喚信號顯示換速線路廳門召喚定向、選層線路起動線路層樓信號選層器換速點信號指層線路位置信號l—減速比； D—牽引輪直徑； P—旋轉編碼器每轉對應的脈沖數； r—PG 卡分頻比。3.2 電梯的電氣控制安全保護系統(tǒng)的主要裝置電氣控制系統(tǒng)的主要裝置有：操縱箱、召喚按鈕箱、位置顯示裝置、控制柜、減速平層裝置、選層裝置、轎頂檢修箱、開（關）門機構、保護裝置組成。3.2.1 電氣控制系統(tǒng)的主要裝置（1）操縱箱操縱箱一般設在轎箱內，是司機或乘客控制電梯上下行的控制中心。箱內安裝的電器元件一般有：轎內指令按鈕、鑰匙開關、急停按鈕、應急按鈕、點動開關門按鈕、轎內照明燈開關、電風扇開關、蜂鳴器、廳外呼梯人員所在位置指示燈和廳外召喚人員要求前往方向信號燈等。（2）召喚按鈕箱召喚按鈕箱安裝在層站門口，供廳外乘用人員召喚電梯。中間層只設上行與下行兩只按鈕，基站還設有鑰匙開關以控制自動開門。（3）位置顯示裝置在轎箱內、層站外都有。用燈光或數字（數碼管或光二極管）顯示電梯所在樓層，以箭頭顯示電梯運行方向。（4）控制柜控制電梯運行的裝置。柜內裝配的電器種類、數量、規(guī)格與電梯的停站層數、運行速度、控制方式、額定載荷、拖動類型有關，大部分接觸器—繼電器都安裝在控制柜中。（5）減速平層裝置電梯運行將要到達預定樓層時，需要提前減速，平層停車。完成這個任務是靠減速平層裝置，該裝置是由安裝在轎廂頂部的干簧繼電器和安裝在井道導軌上的隔磁板組成。干簧繼電器的結構：是由永久磁鐵與舌簧管組成。舌簧管中有起接點作用的舌簧片，其材料為鐵鎳合金，既有很好的導磁性能，又有一定的彈性。將舌簧片燒結在與舌簧片熱膨脹系數相適應的玻璃管中，管內充以氮等惰性氣體以減少接點的污染與電腐蝕。所以電梯在運行過程中（上升或下降） ，若某一層站有順向呼梯信號，當轎廂進入該層站時，將在平層感應器的作用下，實現減速、平層停車控制。（6）選層裝置選層裝置是電梯的心臟，用來判定并記憶內選（轎廂內選定）外呼（廳門外傳呼）與轎廂箱位置的關系，進而確定電梯運行方向，決定減速，確定停層，預告停車，指示轎廂位置消除已應答的呼梯信號，控制發(fā)車等。通常使用的選層裝置類型有：機械電氣聯鎖裝置和選層繼電器屏。隨著控制技術的發(fā)展，已經應用了數控選層器和微機選層器。（7）轎頂檢修箱轎頂檢修箱安裝在轎廂頂，內部設有電梯慢上（慢下）按鈕、點動開門按鈕、轎頂檢修轉換開關與檢修燈開關和急停按鈕，是專門用于維修工檢修電梯的。（8）開、關門機構電梯自動開、關門，多采用小型直流電動機驅動。因直流電動的調速性能好，可以減少開、關門抖動和撞擊。（9）保護裝置保護裝置有限位開關和極限開關等保護裝置。3.2.2 電梯的電氣安全保護裝置電梯運行的安全可靠性極為重要，在技術上采取了機械、電氣和機電聯鎖的多重保護。其級數之多、層次之廣是任何其他提升設備不能與之相比的。（1）電梯的安全保護措施按國家相關標準規(guī)定，電梯應有如下安全保護措施：① 超速保護裝置;② 供電系統(tǒng)斷相、錯相保護裝置；③ 撞底緩沖裝置；④ 超越上、下極限工作位置時的保護裝置；⑤ 廳內鎖與轎門電氣連鎖裝置；⑥ 井道底坑有通道時，對重應有防止超速或斷繩下落的裝置等。（2）電氣安全保護裝置層門鎖保護（門鎖和電氣安全觸點）為防止發(fā)生墜落和剪切事故，層門由門鎖鎖住，使人在層站外不用開鎖裝置無法將層門打開，所以門鎖是個十分重要的安全部件。它是機電聯鎖裝置，層門上的鎖閉裝置(門鎖)的啟閉是由轎門通過門刀來帶動的。層門是被動的，轎門是主動門，因此層門的開閉是由轎門上的門刀插入(夾住)層門鎖滾輪，使鎖臂脫鉤后跟著轎門一起運動。門鎖的電氣觸點是驗證鎖緊狀態(tài)的重要安全裝置，要求與機械鎖緊元件(鎖鉤)之間的連接是直接的和不會誤動作的，而且當觸頭粘連時，也能可靠斷開?，F在一般使用的是簧片式或插頭式電氣安全觸點，普通的行程開關和微動開關是不允許用的。除了鎖緊狀態(tài)要有電氣安全觸點來驗證外，轎門和層門的關閉狀態(tài)也應有電氣安全觸點來驗證。當門關到位后，電氣安全觸點才能接通，電梯才能運行。驗證門關閉的電氣觸點也是重要的安全裝置。應符合規(guī)定的安全觸點要求，不能使用一般的行程開關和微動開關。為了盡量減少在關門過程中發(fā)生人和物被撞擊或夾住的事故，對門的運動提出了保護性的要求。首先門扇朝向乘員的一面要光滑，不得有可能鉤掛人員和衣服的大于 3mm 的凹凸。同時阻止關門的力(實際上也就是關門的力)不大于 150N，以免對被夾持的人造成傷害。同時設置一種保護裝置，當乘客在門的關閉過程中被門撞擊或可能會被撞擊時，保護裝置將停止關門動作使門重新自動開啟。保護裝置一般安裝在轎門上，常見的有接觸式保護裝置、光電式保護裝置和感應式保護裝置。(3)常見的保護裝置接觸式保護裝置一般為安全觸板。兩塊鋁制的觸板由控制桿連接懸掛在轎門開口邊緣，平時由于自重凸出門扇邊緣約 30mm，當關門時若有人或物在門的行程中，安全觸板將首先接觸并被推入，使控制桿觸動微動開關，將關門電路切斷接通開門電路，使門重新開啟。光電式保護裝置有的是在轎門邊上設兩組水平的光電裝置，為防止可見光的干擾一般用紅外光。兩道水平的紅外光好似在整個開門寬度上設了兩排看不見的“欄桿” ，當有人或物在門的行程中遮斷了任一根光線都會使門重開。還有一種光電保護裝置是在開門整個高度和寬度中由幾十根紅外線交叉成一個紅外光幕，就像一個無形的門簾，遮斷其中的一部分門就會重新開啟。感應式保護裝置是借助磁感應的原理，在保護區(qū)域設置三組電磁場，當人和物進入保護區(qū)造成電磁場的變化，就能通過控制機構使門重開。(4)電梯上、下端站的強迫減速和終端保護電梯在運行到最上或最下一層時，如果電磁感應器或選層器出現故障而不能發(fā)出減速信號，電梯就會出現沖頂或沉坑的嚴重事故。姑在井道中依次設置了強迫減速開關，終端限位開關，這幾種開關中之一動作均可迫使電梯運行立即停止。(5)電梯的缺相、錯相保護為了防止曳引電動機因缺相運轉而導致燒損電動機現象的產生和防止三相動力電源相序錯接而造成電梯運行方向相反的事故。因此，要求在電梯控制系統(tǒng)中必須設置缺相、錯相的保護繼電器。 此外，電梯應設有短路和過載保護、超載保護。如圖 2 所示是普通交流雙速載客電梯安全保護系統(tǒng)框圖。從圖中可看出機械—電氣的安全保護裝置的動作原則。3.3 新技術在電梯中的應用傳統(tǒng)的繼電—接觸器控制存在著觸點多、電路復雜、故障率高等缺點，因此逐漸被無觸點的半導體電子元器件控制所取代。隨著控制技術的不斷發(fā)展，電梯的自動化程度越來越高，微計算機、可編程序控制器（PLC）和傳感技術越來越多地應用到電梯中。3.3.1 微計算機在電梯控制中的應用電梯的拖動系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)全采用微計算機控制的稱為全微機電梯控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結構如圖 3 所示。緊急故障 安全開關 電磁制動器鋼絲繩斷裂 限速器動作轎廂超速轎廂在頂站或底站未停曳引鋼絲繩打滑超載裝置動作緩沖器極限開關安全鉗動作限位開關聯鎖裝置動作安全觸板動作轎廂超載電梯停止將轎廂夾持在導軌上安全窗安全門廳轎門未關閉關門時碰到人或貨物停止開關并反向開起曳引電動機不起動曳引系統(tǒng)失效而停止滑動圖 2 交流雙速載客電梯安全保護系統(tǒng)框圖圖 3 全微機電梯控制系統(tǒng)結構圖結　　　　論隨著社會的發(fā)展高層建筑的大量興建，人們無論是上下班、逛商場、看病或訪友、居家生活都要與電梯打交道。電梯的使用數量越來越大，使用頻率越來越高，人們對電梯的要求，如安全，節(jié)能，環(huán)保，經濟性能也越來越高。隨著科學技術的進步越來越多的新技術也運用到電梯上，在梯驅動技術方面廣泛開發(fā)應用交流變壓變頻調速（VVVF）控制技術，而且其控制型式逐漸由 GTR 向 IPM 和 IGBT 發(fā)展，使其控制性能更為完善和提高。直線電機驅動，使電梯的驅動方式取得根本性的突破。電梯的機房也向小機房和無機房發(fā)展。現有電梯有很多，但是一些電梯在安全方面有一定隱患，在節(jié)能和環(huán)保方面更是有很大的不足，電梯的安裝也費時費力不夠經濟。本課題的主要工作是完成電梯的機械轎箱系統(tǒng)設計，優(yōu)化現有電梯的機械結構，改變現有電梯能耗高，油污染嚴重的狀況，消除現有電梯中的一些不安全因素。為人們提供一個更安全的電梯，同時也使其更節(jié)能環(huán)保便于安裝的經濟電梯樓層顯示方向顯示呼梯顯示機房信號井道信號轎廂信號CPU1信號控制系統(tǒng)輸入接口輸出接口CPU2拖動調速控制系統(tǒng)存儲器區(qū)（樓層信息運行程序）CPU3群控系統(tǒng)控制系統(tǒng)致　　　　謝本論文是在我的導師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，張老師始終給予我細心的指導和不懈的支持。兩年多來，不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向張老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的各位同窗好友們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的上一屆的師兄師姐們，他們給予我不少的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!參考文獻1、丁樹模主編 機械工學 北京：機械工業(yè)出版社，20002、王志強主編 最新電梯原理，使用與維護 機械工業(yè) 20063、孫強，周永明.IGBT 緩沖電路設計.電工技術 2002.124、原魁, 李偉強編著. 變頻器基礎及應用. 冶金工業(yè)出版社. 19975、黃立培 .變頻器應用技術及電動機調速. 人民郵電出社. 1997.76、劉載之 .電梯控制系統(tǒng).電子工業(yè)出版社 19937、章小麗 .交流電梯調速系統(tǒng).電子工業(yè)出版社 20018、王正仕 .一種 IGBT 的實用驅動電路. 電氣傳動.1999.6.549、李秧耕 電梯基本原理及安裝維修全書。 北京：機械工業(yè)出版社，200010、張根保 自動化制造系統(tǒng)。 北京：機械工業(yè)出版社，200211、吳兆祥 機電設備原理及應用。 北京：機械工業(yè)出版社，2004.7VVVF 垂直電梯轎箱系統(tǒng)設計摘 要隨著科學技術的進步越來越多的新技術也運用到電梯上，在梯驅動技術方面廣泛開發(fā)應用交流變壓變頻調速（VVVF）控制技術，而且其控制型式逐漸由 GTR 向 IPM 和 IGBT 發(fā)展，使其控制性能更為完善和提高。本課題的主要工作是完成電梯的轎廂系統(tǒng)設計，優(yōu)化現有電梯的機械結構，改變現有電梯能耗高，油污染嚴重的狀況，消除現有電梯中的一些不安全因素。為人們提供一個更安全的電梯，同時也使其更節(jié)能環(huán)保便于安裝的經濟電梯。關鍵詞：可編程控制器；電梯控制；變頻器AbstractWith the progress of science and technology, more and more new technologies are also applied to the lift, in the ladder-driven technology development and application of a broad exchange of Variable Frequency (VVVF) control technology, and its control by the GTR to the pattern of gradually IPM and IGBT development, to better control and improve performance. The subject's main task is to lift the car to complete system design, optimization of the mechanical structure of the existing elevator, elevator to change the existing high energy consumption, the situation of serious oil pollution, the elimination of some of the existing elevator insecurity. For people to provide a more secure lift, but also make it more easy to install energy saving and environmental protection of the economic lift.Key words: programmable logic controller (PLC); elevator control; inverter目 錄引言………………………………………………………………………………… 11.電梯的概述……………………………………………………………………… 11.1 電梯的分類…………………………………………………………………… 11.2 電梯的基本結構……………………………………………………………… 11.3 電梯技術發(fā)展展望…………………………………………………………… 42.轎廂的組成及結構的計算……………………………………………………… 62.1 轎廂…………………………………………………………………………… 62.2 轎廂結構的設計計算………………………………………………………… 73.電梯的電氣控制系統(tǒng)……………………………………………………………103.1 電梯的電氣控制系統(tǒng)概述……………………………………………………103.2 電梯的電氣控制安全保護系統(tǒng)的主要裝置…………………………………113.3 新技術在電梯控制中的應用…………………………………………………14結論…………………………………………………………………………………16致謝…………………………………………………………………………………16參考文獻……………………………………………………………………………17引 言電梯運行速度對乘客舒適感和轎廂的平層精度起著重要的決定作用。近年來隨著vvvf 調速技術的發(fā)展，vvvf 電梯的速度控制已在很大程度上消除了電梯平層時的爬行?？?，大大提高了電梯的舒適性和快速性。目前國內 vvvf 電梯的速度控制大部份是采用以時間方式或者基于增量式編碼器的相對距離方式來控制速度運行的，這兩種方式仍存在著一定程度的爬行?？楷F象。為徹底解決爬行?？繂栴}，進一步提高舒適感和快速性，本文提出了基于絕對剩余距離原則的速度控制策略。本文研究的主要內容包括電梯的分類、電梯的基本結構、電梯技術發(fā)展展望、曳引系統(tǒng)、轎廂與對重、電梯與建筑物的關系等方面。重點是電梯轎廂系統(tǒng)的設計。1、電梯概述1.1 電梯的分類1.1.1 電梯的分類電梯的分類有各式各樣:(1)按用途分類有乘客電梯、載貨電梯、醫(yī)用電梯、觀光電梯、車輛電梯、船舶電梯、建筑施工電梯等(2)按速度分類低速電梯 1 m/s 以下中速電梯 1 -2m/s高速電梯 2m/s 以上超高速電梯 5m/s 以上(3)按驅動電源分類交流電梯速度 一般小于 2m/s直流電梯速度 一般大于 2m/s(4)按控制方式分類有層間控制，簡易集選控制，集選控制、有/無司機控制、群控等。1.2 電梯的基本結構1.2.1 曳引式電梯是垂直交通運輸工具中使用最普遍的一種電梯，現將其基本結構介紹如下。(1)曳引系統(tǒng) 222　　曳引系統(tǒng)由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪及反繩輪等組成。曳引機由電動機、聯軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等組成，它是電梯的動力源。曳引鋼絲繩的兩端分別連接轎廂和對重（或者兩端固定在機房上），依靠鋼絲繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力來驅動轎廂升降。導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距，采用復繞型時還可增加曳引能力。導向輪安裝在曳引機架上或承重梁上。當鋼絲繩的繞繩比大于 1 時，在轎廂頂和對重架上應增設反繩輪。反繩輪的個數可以是 1 個、2 個甚至 3 個，這與曳引比有關。(2)導向系統(tǒng)導向系統(tǒng)由導軌、導靴和導軌架等組成。它的作用是限制轎廂和對重的活動自由度，使轎廂和對重只能沿著導軌作升降運動。導軌固定在導軌架上，導軌架是承重導軌的組件，與井道壁聯接。導靴裝在轎廂和對重架上，與導軌配合，強制轎廂和對重的運動服從于導軌的直立方向。(3)門系統(tǒng)門系統(tǒng)由轎廂門、層門、開門機、聯動機構、門鎖等組成。轎廂門設在轎廂入口，由門扇、門導軌架、門靴和門刀等組成。層門設在層站入口，由門扇、門導軌架、門靴、門鎖裝置及應急開鎖裝置組成。開門機設在轎廂上，是轎廂門和層門啟閉的動力源。(4)轎廂轎廂用以運送乘客或貨物的電梯組件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構架，由橫梁、立柱、底梁和斜拉桿等組成。轎廂體由轎廂底、轎廂壁、轎廂頂及照明、通風裝置、轎廂裝飾件和轎內操縱按鈕板等組成。轎廂體空間的大小由額定載重量或額定載客人數決定。(5)重量平衡系統(tǒng)重量平衡系統(tǒng)由對重和重量補償裝置組成。對重由對重架和對重塊組成。對重將平衡轎廂自重和部分的額定載重。重量補償裝置是補償高層電梯中轎廂與對重側曳引鋼絲繩長度變化對電梯平衡設計影響的裝置。(6)電力拖動系統(tǒng)電力拖動系統(tǒng)由曳引電機、供電系統(tǒng)、速度反饋裝置、調速裝置等組成，對電梯實行速度控制。曳引電機是電梯的動力源，根據電梯配置可采用交流電機或直流電機。供電系統(tǒng)是為電機提供電源的裝置。速度反饋裝置是為調速系統(tǒng)提供電梯運行速度信號。一般采用測速發(fā)電機或速度脈沖發(fā)生器，與電機相聯。調速裝置對曳引電機實行調速控制。(7)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)由操縱裝置、位置顯示裝置、控制屏、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對電梯的運行實行操縱和控制。操縱裝置包括轎廂內的按鈕操作箱或手柄開關箱、層站召喚按鈕、轎頂和機房中的檢修或應急操縱箱?？刂破涟惭b在機房中，由各類電氣控制元件組成，是電梯實行電氣控制的集中組件。位置顯示是指轎內和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯運行方向或轎廂所在的層站。選層器能起到指示和反饋轎廂位置、決定運行方向、發(fā)出加減速信號等作用。(8)安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng)包括機械和電氣的各類保護系統(tǒng)，可保護電梯安全使用。機械方面的有：限速器和安全鉗起超速保護作用；緩沖器起沖頂和撞底保護作用；還有切斷總電源的極限保護等。電氣方面的安全保護在電梯的各個運行環(huán)節(jié)都(9)工作原理 曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產生的牽引力，實現轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。固定在轎廂上的導靴可以沿著安裝在建筑物井道墻體上的固定導軌往復升降運動，防止轎廂在運行中偏斜或擺動。常閉塊式制動器在電動機工作時松閘，使電梯運轉，在失電情況下制動，使轎廂停止升降，并在指定層站上維持其靜止狀態(tài)，供人員和貨物出入。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？?。電氣系統(tǒng)實現對電梯運動的控制，同時完成選層、平層、測速、照明工作。指示呼叫系統(tǒng)隨時顯示轎廂的運動方向和所在樓層位置。安全裝置保證電梯運行安全。1-減速箱；　　　　2-曳引輪；3-曳引機底座；　　4-導向輪；5-限速器；　　　 6-機座；7-導軌支架；　　 8-曳引鋼絲繩；9-開關碰鐵；　 10-緊急終端開關；11-導靴；　　　　　12-轎架；13-轎門；　　　　14-安全鉗；15-導軌； 　　 16-繩頭組合；17-對重，　　　　18-補償鏈；19-補償鏈導輪； 20-張緊裝置；21-緩沖器；　 　22-底坑；23-層門；　　　　24-呼梯盒；25-層樓指示燈； 26-隨行電纜；27-轎壁；　　 28-轎內操縱箱；29-開門機； 30-井道傳感器；31-電源開關；　 32-控制柜；33-曳引電機；　　34-制動器圖 1 1.3 電梯技術發(fā)展展望1.3.1 電梯技術發(fā)展(1)電梯的拖動技術有了較大的發(fā)展，直流電梯由于能耗大、維修量大等缺點。逐步被交流電梯所替代，液壓電梯由于運行平穩(wěn)，機房位置靈活等特點，使得在低樓層場合得到愈來愈廣泛的應用。交流拖動電梯更是得到迅速的發(fā)展，己由以前的變級調速(AC-VP)發(fā)展成為調壓調速(AC-VV)及調頻調壓調速(AC-VVVF)，使得電梯的速度、加速度、加加速度控制更加符合人們的生理要求，電梯的舒適感大為改善。(2)電梯的邏輯控制己從過去簡單的繼電器—接觸器控制發(fā)展為可編程序控制 99(PLC)和微機控制，控制方式也從手柄控制、信號控制發(fā)展為集選控制、并聯控制、群控等，電梯可靠性得到很大提高。(3)電梯的管理功能不斷加強，電梯廣泛采用微機控制技術，不斷滿足用戶的使用功能要求。如緊急停車操作、消防員專用、防搗亂系統(tǒng)等。(4)智能群控管理得到廣泛應用。(5)機械傳動方面，由于國際上機械加工水平的不斷提高，使斜齒傳動和行星齒輪傳動在電梯上的應用日益廣泛，已使電梯的傳動形式多樣化。1.3.2 電梯發(fā)展展望(1)技術含量更高，性能更好電梯行業(yè)技術發(fā)展非常迅速，幾年前推出的具有先進性能、高舒適性的 VVVF 電梯，如今已成為電梯行業(yè)的標準配置，因為永磁同步無齒輪曳引機具有更節(jié)能、更潔掙、更安全、更安靜、更經濟的特點，所以永磁同步曳引機逐步成為新型曳引機的主流:由于永磁技術的先進性，將來很有可能取代 VVVF 技術。另外，網絡控制和智能群控系統(tǒng).以其控制的先進性、快速性、準確性和可靠性亦是電梯的發(fā)展潮流。(2)電梯群控系統(tǒng)將更加智能化電梯智能群控系統(tǒng)將基于強大的計算機軟硬件資源，如基于專家系統(tǒng)的群控、基于模糊邏輯的群控、基于計算機圖像監(jiān)控的群控、基于神經網絡控制的群控、基于遺傳基因法則的群控等。這些群控系統(tǒng)能適應電梯交通的不確定性、控制目標的多樣化、非線性表現等動態(tài)特性。隨著智能建筑的發(fā)展，電梯的智能群控系統(tǒng)能與大樓所有的自動化服務設備結合成整體智能系統(tǒng)。(3) 超高速電梯速度越來越高21 世紀將會發(fā)展多用途、全功能的塔式建筑，超高速電梯繼續(xù)成為研究方向。曳引式超高速電梯的研究繼續(xù)在采用超大容量電動機、高性能的微處理器、減振技術、新式滾輪導靴和安全鉗、永磁同步電動機、轎廂氣壓緩解和噪聲抑制系統(tǒng)等方面推進。采用直線電機驅動的電梯也有較大研究空間。未來超高速電梯舒適感會有明顯提高。(4)藍牙技術在電梯上廣泛應用藍牙（Bluetooth）技術是一種全球開放的、短距無線通訊技術規(guī)范，它可通過短距離無線通訊，把電梯各種電子設備連接起來，無需縱橫交錯的電纜線，可實現無線組網。這種技術將減少電梯的安裝周期和費用，提高電梯的可靠性和控制精度，更好地解決電氣設備的兼容性，有利于把電梯歸納到大樓管理系統(tǒng)或智能化管理小區(qū)系統(tǒng)中。(5)綠色電梯將普及要求電梯節(jié)能、減少油污染、電磁兼容性強、噪聲低、長壽命、采用綠色裝潢材料、與建筑物協調等。甚至有人設想在大樓頂部的機房利用太陽能作為電梯補充能源。(6)電梯產業(yè)將網絡化、信息化電梯控制系統(tǒng)將與網絡技術相結合，用網絡把各地的電梯監(jiān)管起來進行維保；通過電梯網站進行網上交易，包括電梯配置、招投標等，也可以在網上申請電梯定期檢驗。(7)乘電梯去太空 坐電梯進入太空，這一設想是前蘇聯科學家在 1895 年提出來的，后來一些科學家相繼提出了各種解決方案。2000 年，美國國家宇航局（NASA）描述了建造太空電梯的概念，這需要極細的碳纖維制成的纜繩并能延伸到地球赤道上方 3.5 萬 km。為使這條纜繩突破地心引力的影響，太空中的另一端必須與一個質量巨大的天體相連。這一天體向外太空旋轉的力量與地心引力抗衡，將使纜繩緊繃，允許電磁轎廂在纜繩中心的隧道穿行。普通人登上太空這個夢未來將實現。2、轎廂的組成及結構的計算2.1 轎廂（組成，有效面積的計算）2.1.1 轎廂的組成轎廂一般由轎廂架、轎底、轎壁、轎頂的主要構件組成。圖 1 通常的電梯結構。圖 1各類電梯的轎廂基本結構相同，由于用途不同，在具體結構及外形上有一定差異客梯的轎廂一般寬大于深，這樣設計的目的是為了方便人員的出入，有利于提高運行效率貨梯的轎廂一般深大于寬或寬深相同，這主要是考慮裝卸貨物的方便。病床梯的轎廂為適應病床的運送而做得深而窄。觀光梯轎廂的外形常做成菱形或圓形，觀光面的轎壁使用強化玻璃。超高速電梯的外形做成流線型，以減小空氣阻力及運行噪聲。轎廂一般由以下幾個主要部件組成： 轎廂架是轎廂的主要承載構件，它由立柱、底梁、上梁和拉條組成。1 立柱 立柱在轎廂兩側，常見的結構類型有兩種，一種是組合式結構，一兩根角鋼為主體再加連接板；另一種是單體式結構，以單根槽鋼2.2 轎廂結構的設計計算2.2.1 主要參考數據材料性能參數：轎廂架所采用的材料均為 Q235-A，其主要力學性能數據為：屈服強度：бs=235Mpa，抗拉強度：δs=375Mpa，彈性模量：E=206GPa，切變模量：G=79.4Gpa。轎廂正常運行及裝載工況時安全系數取 S=2.5，安全鉗動作及轎廂撞緩沖器時 S=2.1轎廂架結構及尺寸2.2.2 直梁強度驗算直梁截面如示圖 2：直梁截面積：A=180×55-49×174-140×3=954mm2直梁 Z 軸方向抗彎截面系數的計算：ey1=(2×3×552+174×32+34×3×(55+52))/2(6×55+174×3+34×3)=16mmIz=[180×163-174×(16-3) 3+2×(20×(55-16) 3-17×(55-16-3) 3)]/3=380486mm 4Wz= Iz/ ey2=380486/(55-16)=9756mm 3每根立柱端點的力矩為：M=MoL/4H正常運行工況： Mo1=1.2×1000×9.8×1500/8=2205000NmM1=2205000×3000/4/3400=486397 Nm安全鉗動作及轎廂撞底工況：Mo2=2×1000×9.8×1500/8=3675000NmmM2=3675000×3000/4/3400=810662 Nmm直梁應力計算正常運行工況：T1=M1/Wz+1.2×(P+Q)g/2A=486397/9756+1.2×(1000+1150) ×9.8/954=76Mpa運行安全系數：S1=375/76=4.93>2.4安全鉗動作及轎廂撞底工況：T2=M2/Wz=810662/9756=83 Mpa運行安全系數：S2=375/83=4.5>2.1直梁撓度：δ=M2×L2/(6EIz)= 810662×30002/(6×206000×380486)=15.5mm2.5上梁的最大撓度為：Ymax=Pl3/48EI=1.2(1150+1000) ×9.8×16003/(48 206000×14666876)=0.71mm2.1下梁的最大撓度為：Ymax=Pl3/48EI=2(1150+1000) ×9.8×14003/(48× 206000×17055486)=0.7mm<1.4mm3、電梯的電氣控制系統(tǒng)3.1 電梯的電氣控制系統(tǒng)概述電梯的控制主要是指對電梯原動機及開門機的起動，減速，停止，運行方向，指層顯示，層站召喚，轎車內指令，安全保護等指令信號進行管理。操縱是實行每個控制環(huán)節(jié)的方式和手段。電梯的電氣控制系統(tǒng)決定著電梯的性能和自動化程度。隨著科學技術的發(fā)展和引進技術的使用，電氣控制系統(tǒng)發(fā)展迅速。3.1.1 電氣控制系統(tǒng)的分類電梯通常采用的電氣控制系統(tǒng)有：繼電器—接觸器控制、半導體邏輯控制和微機控制系統(tǒng)等。無論哪種系統(tǒng)，其控制電路的基本組成和主要控制裝置都類似。常規(guī)繼電器控制的典型控制環(huán)節(jié)。3.1.2 電梯電氣控制系統(tǒng)的組成電梯的電氣控制系統(tǒng)是由分散安裝在電梯中的電器元件、控制柜、操縱箱、指層燈箱、召喚箱、限位裝置、減速平層裝置、轎頂檢修箱等部件，以及曳引電動機、制動器線圈、開關門電動機及開關門調速開關、極限開關等組成。3.1.3 電氣控制電路電梯的電氣控制的基本環(huán)節(jié)包括：轎箱內指令環(huán)節(jié)、層站（廳門）召喚環(huán)節(jié)、定向選層環(huán)節(jié)、起動運行環(huán)節(jié)、平層環(huán)節(jié)、指層環(huán)節(jié)、開關門控制環(huán)節(jié)、安全保護環(huán)節(jié)和消防運行環(huán)節(jié)。3.1.4 電梯的電氣控制關系框圖電梯的電氣控制對主驅動系統(tǒng)較為復雜的電梯還有電動機調速與控制環(huán)節(jié)等。各環(huán)節(jié)之間的控制關系如圖 1 所示。圖 1 電梯的電氣控制關系框圖各控制環(huán)節(jié)相互配合，使電動機依照各種要求完成正反轉、加速、勻速、調速、制動、停車等動作，從而實現電梯運行方向（上、下） 、選層、加（減）速、制動、平層、自動開（關）門、順向（反向）截梯、維修運行等。為實現這些功能，控制電路中經常用到自鎖、互鎖、順序控制、時間控制、行程控制、速度控制、電流控制等許多控制方式。(1)PLC 控制電路PLC 接收來自操縱盤和每層呼梯的召喚信號、轎廂和門系統(tǒng)的功能信號以及井道和變頻器的狀態(tài)信號，經程序判斷與運算實現電梯的集選控制。PLC 在輸出顯示和監(jiān)控信號的同時，向變頻器發(fā)出運行方向、啟動、加/減速運行和制動停梯等信號。(2)電流、速度雙閉環(huán)電路變頻器本身設有電流檢測裝置，由此構成電流閉環(huán)；通過和電機同軸聯接的旋轉編碼器，產生 a、b 兩相脈沖進入變頻器，在確認方向的同時，利用脈沖計數構成速度閉環(huán)。(3)位移控制電路電梯作為一種載人工具，在位勢負載狀態(tài)下，除要求安全可靠外，還要求運行平穩(wěn)，乘坐舒適，?？繙蚀_。采用變頻調速雙環(huán)控制可基本滿足要求，利用現有旋轉編碼器構成速度環(huán)的同時，通過變頻器的 PG 卡輸出與電機速度及電梯位移成比例的脈沖數，將其引入 PLC 的高速計數輸入端口，通過累計脈沖數，經式（1）計算出脈沖當量，由此確定電梯位置。電梯位移 h=SI 式中 I—累計脈沖數； S—脈沖當量； S = plD / (pr) （1） 平層感應器保護電路門控制線路平層電路 拖動系統(tǒng)轎廂運動轎內指令召喚信號顯示換速線路廳門召喚定向、選層線路起動線路層樓信號選層器換速點信號指層線路位置信號l—減速比； D—牽引輪直徑； P—旋轉編碼器每轉對應的脈沖數； r—PG 卡分頻比。3.2 電梯的電氣控制安全保護系統(tǒng)的主要裝置電氣控制系統(tǒng)的主要裝置有：操縱箱、召喚按鈕箱、位置顯示裝置、控制柜、減速平層裝置、選層裝置、轎頂檢修箱、開（關）門機構、保護裝置組成。3.2.1 電氣控制系統(tǒng)的主要裝置（1）操縱箱操縱箱一般設在轎箱內，是司機或乘客控制電梯上下行的控制中心。箱內安裝的電器元件一般有：轎內指令按鈕、鑰匙開關、急停按鈕、應急按鈕、點動開關門按鈕、轎內照明燈開關、電風扇開關、蜂鳴器、廳外呼梯人員所在位置指示燈和廳外召喚人員要求前往方向信號燈等。（2）召喚按鈕箱召喚按鈕箱安裝在層站門口，供廳外乘用人員召喚電梯。中間層只設上行與下行兩只按鈕，基站還設有鑰匙開關以控制自動開門。（3）位置顯示裝置在轎箱內、層站外都有。用燈光或數字（數碼管或光二極管）顯示電梯所在樓層，以箭頭顯示電梯運行方向。（4）控制柜控制電梯運行的裝置。柜內裝配的電器種類、數量、規(guī)格與電梯的停站層數、運行速度、控制方式、額定載荷、拖動類型有關，大部分接觸器—繼電器都安裝在控制柜中。（5）減速平層裝置電梯運行將要到達預定樓層時，需要提前減速，平層停車。完成這個任務是靠減速平層裝置，該裝置是由安裝在轎廂頂部的干簧繼電器和安裝在井道導軌上的隔磁板組成。干簧繼電器的結構：是由永久磁鐵與舌簧管組成。舌簧管中有起接點作用的舌簧片，其材料為鐵鎳合金，既有很好的導磁性能，又有一定的彈性。將舌簧片燒結在與舌簧片熱膨脹系數相適應的玻璃管中，管內充以氮等惰性氣體以減少接點的污染與電腐蝕。所以電梯在運行過程中（上升或下降） ，若某一層站有順向呼梯信號，當轎廂進入該層站時，將在平層感應器的作用下，實現減速、平層停車控制。（6）選層裝置選層裝置是電梯的心臟，用來判定并記憶內選（轎廂內選定）外呼（廳門外傳呼）與轎廂箱位置的關系，進而確定電梯運行方向，決定減速，確定停層，預告停車，指示轎廂位置消除已應答的呼梯信號，控制發(fā)車等。通常使用的選層裝置類型有：機械電氣聯鎖裝置和選層繼電器屏。隨著控制技術的發(fā)展，已經應用了數控選層器和微機選層器。（7）轎頂檢修箱轎頂檢修箱安裝在轎廂頂，內部設有電梯慢上（慢下）按鈕、點動開門按鈕、轎頂檢修轉換開關與檢修燈開關和急停按鈕，是專門用于維修工檢修電梯的。（8）開、關門機構電梯自動開、關門，多采用小型直流電動機驅動。因直流電動的調速性能好，可以減少開、關門抖動和撞擊。（9）保護裝置保護裝置有限位開關和極限開關等保護裝置。3.2.2 電梯的電氣安全保護裝置電梯運行的安全可靠性極為重要，在技術上采取了機械、電氣和機電聯鎖的多重保護。其級數之多、層次之廣是任何其他提升設備不能與之相比的。（1）電梯的安全保護措施按國家相關標準規(guī)定，電梯應有如下安全保護措施：① 超速保護裝置;② 供電系統(tǒng)斷相、錯相保護裝置；③ 撞底緩沖裝置；④ 超越上、下極限工作位置時的保護裝置；⑤ 廳內鎖與轎門電氣連鎖裝置；⑥ 井道底坑有通道時，對重應有防止超速或斷繩下落的裝置等。（2）電氣安全保護裝置層門鎖保護（門鎖和電氣安全觸點）為防止發(fā)生墜落和剪切事故，層門由門鎖鎖住，使人在層站外不用開鎖裝置無法將層門打開，所以門鎖是個十分重要的安全部件。它是機電聯鎖裝置，層門上的鎖閉裝置(門鎖)的啟閉是由轎門通過門刀來帶動的。層門是被動的，轎門是主動門，因此層門的開閉是由轎門上的門刀插入(夾住)層門鎖滾輪，使鎖臂脫鉤后跟著轎門一起運動。門鎖的電氣觸點是驗證鎖緊狀態(tài)的重要安全裝置，要求與機械鎖緊元件(鎖鉤)之間的連接是直接的和不會誤動作的，而且當觸頭粘連時，也能可靠斷開?，F在一般使用的是簧片式或插頭式電氣安全觸點，普通的行程開關和微動開關是不允許用的。除了鎖緊狀態(tài)要有電氣安全觸點來驗證外，轎門和層門的關閉狀態(tài)也應有電氣安全觸點來驗證。當門關到位后，電氣安全觸點才能接通，電梯才能運行。驗證門關閉的電氣觸點也是重要的安全裝置。應符合規(guī)定的安全觸點要求，不能使用一般的行程開關和微動開關。為了盡量減少在關門過程中發(fā)生人和物被撞擊或夾住的事故，對門的運動提出了保護性的要求。首先門扇朝向乘員的一面要光滑，不得有可能鉤掛人員和衣服的大于 3mm 的凹凸。同時阻止關門的力(實際上也就是關門的力)不大于 150N，以免對被夾持的人造成傷害。同時設置一種保護裝置，當乘客在門的關閉過程中被門撞擊或可能會被撞擊時，保護裝置將停止關門動作使門重新自動開啟。保護裝置一般安裝在轎門上，常見的有接觸式保護裝置、光電式保護裝置和感應式保護裝置。(3)常見的保護裝置接觸式保護裝置一般為安全觸板。兩塊鋁制的觸板由控制桿連接懸掛在轎門開口邊緣，平時由于自重凸出門扇邊緣約 30mm，當關門時若有人或物在門的行程中，安全觸板將首先接觸并被推入，使控制桿觸動微動開關，將關門電路切斷接通開門電路，使門重新開啟。光電式保護裝置有的是在轎門邊上設兩組水平的光電裝置，為防止可見光的干擾一般用紅外光。兩道水平的紅外光好似在整個開門寬度上設了兩排看不見的“欄桿” ，當有人或物在門的行程中遮斷了任一根光線都會使門重開。還有一種光電保護裝置是在開門整個高度和寬度中由幾十根紅外線交叉成一個紅外光幕，就像一個無形的門簾，遮斷其中的一部分門就會重新開啟。感應式保護裝置是借助磁感應的原理，在保護區(qū)域設置三組電磁場，當人和物進入保護區(qū)造成電磁場的變化，就能通過控制機構使門重開。(4)電梯上、下端站的強迫減速和終端保護電梯在運行到最上或最下一層時，如果電磁感應器或選層器出現故障而不能發(fā)出減速信號，電梯就會出現沖頂或沉坑的嚴重事故。姑在井道中依次設置了強迫減速開關，終端限位開關，這幾種開關中之一動作均可迫使電梯運行立即停止。(5)電梯的缺相、錯相保護為了防止曳引電動機因缺相運轉而導致燒損電動機現象的產生和防止三相動力電源相序錯接而造成電梯運行方向相反的事故。因此，要求在電梯控制系統(tǒng)中必須設置缺相、錯相的保護繼電器。 此外，電梯應設有短路和過載保護、超載保護。如圖 2 所示是普通交流雙速載客電梯安全保護系統(tǒng)框圖。從圖中可看出機械—電氣的安全保護裝置的動作原則。3.3 新技術在電梯中的應用傳統(tǒng)的繼電—接觸器控制存在著觸點多、電路復雜、故障率高等缺點，因此逐漸被無觸點的半導體電子元器件控制所取代。隨著控制技術的不斷發(fā)展，電梯的自動化程度越來越高，微計算機、可編程序控制器（PLC）和傳感技術越來越多地應用到電梯中。3.3.1 微計算機在電梯控制中的應用電梯的拖動系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)全采用微計算機控制的稱為全微機電梯控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結構如圖 3 所示。緊急故障 安全開關 電磁制動器鋼絲繩斷裂 限速器動作轎廂超速轎廂在頂站或底站未停曳引鋼絲繩打滑超載裝置動作緩沖器極限開關安全鉗動作限位開關聯鎖裝置動作安全觸板動作轎廂超載電梯停止將轎廂夾持在導軌上安全窗安全門廳轎門未關閉關門時碰到人或貨物停止開關并反向開起曳引電動機不起動曳引系統(tǒng)失效而停止滑動圖 2 交流雙速載客電梯安全保護系統(tǒng)框圖圖 3 全微機電梯控制系統(tǒng)結構圖結　　　　論隨著社會的發(fā)展高層建筑的大量興建，人們無論是上下班、逛商場、看病或訪友、居家生活都要與電梯打交道。電梯的使用數量越來越大，使用頻率越來越高，人們對電梯的要求，如安全，節(jié)能，環(huán)保，經濟性能也越來越高。隨著科學技術的進步越來越多的新技術也運用到電梯上，在梯驅動技術方面廣泛開發(fā)應用交流變壓變頻調速（VVVF）控制技術，而且其控制型式逐漸由 GTR 向 IPM 和 IGBT 發(fā)展，使其控制性能更為完善和提高。直線電機驅動，使電梯的驅動方式取得根本性的突破。電梯的機房也向小機房和無機房發(fā)展?，F有電梯有很多，但是一些電梯在安全方面有一定隱患，在節(jié)能和環(huán)保方面更是有很大的不足，電梯的安裝也費時費力不夠經濟。本課題的主要工作是完成電梯的機械轎箱系統(tǒng)設計，優(yōu)化現有電梯的機械結構，改變現有電梯能耗高，油污染嚴重的狀況，消除現有電梯中的一些不安全因素。為人們提供一個更安全的電梯，同時也使其更節(jié)能環(huán)保便于安裝的經濟電梯樓層顯示方向顯示呼梯顯示機房信號井道信號轎廂信號CPU1信號控制系統(tǒng)輸入接口輸出接口CPU2拖動調速控制系統(tǒng)存儲器區(qū)（樓層信息運行程序）CPU3群控系統(tǒng)控制系統(tǒng)致　　　　謝本論文是在我的導師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，張老師始終給予我細心的指導和不懈的支持。兩年多來，不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向張老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學生活的各位同窗好友們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝我的上一屆的師兄師姐們，他們給予我不少的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!參考文獻1、丁樹模主編 機械工學 北京：機械工業(yè)出版社，20002、王志強主編 最新電梯原理，使用與維護 機械工業(yè) 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