最新版PLC电梯控制系统毕业设计Word文件下载.docx
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平层;
起动、制动控制。
其结构简单、运行效率高、平层精度高、易于理解与掌握。
目 录
论文摘要1第四章电梯的电气控制系统30
4.1概述30
4.2电梯电气控制系统中的主要电器部件30
4.3电梯自动控制系统中的各主要控制环节及结构原理33
4.3.1各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件33
4.3.2电梯自动开关门的控制环节33
4.3.3电梯的方向控制环节34
4.3.4发生制动减速信号的控制环节38
4.3.5主驱动控制环节40
4.3.6电梯的安全保护环节40
4.4电梯的内外召唤指令的登记与消除43
4.4.1召唤指令信号登记记忆线路的原理说明44
4.4.2轿内信号的登记、记忆与消除45
4.4.3层外召唤信号的登记记忆与消除46
4.5电梯的信号指示系统47
4.5.1数码显示的层楼指示灯47
4.5.2运行方向灯、轿内指令及厅外召唤信号灯47
4.5.3超载信号指示灯及音响48
4.6电梯的消防控制系统49
4.6.1电梯控制系统中适应消防控制的几个基本要求49
4.6.2消防控制系统的类型及工作原理50
4.7交流信号控制电梯线路原理说明51
4.7.1概况51
4.7.2电梯投入使用和撤出使用51
4.7.3自动开关门51
4.7.4电梯的启动,加速和满速运行,制动减速,停车和开门52
4.7.5指令信号登记,记忆和消除53
4.7.6电梯的安全保护53
第五章结论54
参考文献55
附录一IO分配表56
附录二交流双速电梯线路图元件代号说明57
前言
随着城市建设的不断发展,高层建筑不断增多,电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。
电梯作为高层建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。
实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的,而呼叫是随机的,电梯实际上是一个人机交互式的控制系统,单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的,因此,电梯控制系统采用随机逻辑方式控制。
目前电梯的控制普遍采用了两种方式,一是采用微机作为信号控制单元,完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定,实现电梯的自动调度和集选运行功能,拖动控制则由变频器来完成;
第二种控制方式用可编程控制器(PLC)取代微机实现信号集选控制。
从控制方式和性能上来说,这两种方法并没有太大的区别。
国内厂家大多选择第二种方式,其原因在于生产规模较小,自己设计和制造微机控制装置成本较高;
而PLC可靠性高,程序设计方便灵活,抗干扰能力强、运行稳
定可靠等特点,所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器来实现。
电梯是将机械原理应用、电气技术、微处理器技术、系统工程学、人体工程学及空气动力学等多学科和技术集于一体的机电设备,它是建筑物中的永久性垂直交通工具。
为满足和提高人们的生活质量,电梯的智能化、自动化技术迅速发展。
特别是随着计算机网络技术、微电子和电力电子技术的飞速发展,现代电梯的技术含量日益提高。
在改善电梯性能的同时,对电梯的设计、管理和维护人员提出了更高的要求。
第四章电梯的电气控制系统
4.1概述
电气控制系统是电梯的两大系统之一。
电气控制系统由控制柜、操纵箱、指层灯箱、召唤箱、限位装置、换速平层装置、轿顶检修箱等十几个部件,以及曳引电动机、制动器线圈、开关门电动机及开关门调速开关、极限开关等几十个分散安装在电梯井道内外和各相关电梯部件中的电器元件构成。
载重量和额定运行速度确定后,机械系统各零部件就基本确定了,而电气控制系统则有比较大的选择范围,必须根据电梯安装使用地点,乘载对象进行认真选择,才能最大限度地发挥电梯的使用效益。
电气控制系统决定着电梯的性能、自动化程度和运行可靠性。
随着科学和、技术的发展和技术引进工作的进一步开展,电气控制系统发展换代迅速。
在国产电梯中,在中间逻辑控制方面,已淘汰继电器控制,采用PLC和微机控制。
在拖动方面,除速度V≤0.63ms的底速电梯仍有部分产品采用交流双电动机变极调速外,对于速度V≥1.0ms的各类电梯,均采用交流调压调速和交流调频调速拖动系统。
新电气控制系统和拖动系统的出现,不但改善了电梯的性能,而且提高了电梯的运行可靠性能,使我国的电梯工业提高到一个新的水平,基本实现乘用安全、可靠、舒适的愿望。
4.2电梯电气控制系统中的主要电器部件
为了便于制造、安装、调试和维修,常把电气控制系统中几百至成千万个电器元件组装在操纵箱,控制柜等十几个部件内。
但是有些电器元件组装到各电源部件中去后,反而会给制造、安装、调试、维修带来困难或不方便,这是,则将这部分电器元件分散装到各有关电梯部件中去。
电气控制系统常用的主要电器部件如下:
1)操纵箱
操纵箱一般位于轿箱内,是司机或乘用人员控制电梯上下运行的操纵控制中心。
操纵箱装置的电器元件与电梯的控制方式、停层站数有关。
操纵箱上装配的电器元件一般包括下列几种:
发送轿内指令任务,命令电梯起动和停靠层站的元件,如轿内手柄控制电梯的手柄开关;
轿内按钮控制、信号和集选控制电梯的轿内指令按钮;
控制电梯工作状态的手指开关或钥匙开关;
控制开关;
急停按钮;
短接和应急按钮;
点动开门按钮;
轿内照明灯开关、电风扇开关;
蜂鸣器;
外召唤人员所在位置指示灯;
厅外召唤人员要求前往方向信号灯;
但是近年来已出现操纵箱和指层箱合为一体新型操纵指层箱。
2)指层灯箱是司机,轿内、外乘人员提供电梯运行方向和所在位置指示灯信号的装置。
除杂物电梯外,一般电梯都在各停靠站的厅门上设置有指层灯箱。
但是,当电梯的轿厢门为封闭门,而且轿门上没有开设监视窗时,在轿厢内的轿门上方也必须设置指示层灯箱。
位于厅门上方的指示灯箱厅称厅外指层灯箱,位于轿门上方的指层灯箱在结构上是完全一样的。
近年来出现把层灯箱合并到轿内操纵箱和厅外召唤箱中去的情况,而且采用数码显示。
3)召唤按钮(或触钮)箱
召唤按钮是设置在电梯停靠站厅门外侧,给厅外乘用人员提供召唤电梯的装置。
根据处位的不同,召唤按钮箱分位于上端站,只装设一只下行召唤按钮,位于下端站只装设一只上行召唤按钮的单钮召唤箱。
但是若下端站又作为基站时,召唤箱上还需加装一只厅外控制自动开关门的钥匙开关。
位于中层站者,则是装设一只上行召唤按钮和一只下行召唤按钮的双召唤箱。
4)轿顶检修箱
轿顶检修箱位于轿厢顶上,以便于检修人员安全、可靠、方便地检修。
检修箱装设的电梯电器元件一般包括控制电梯慢上、慢下的按钮,点动开关门按钮,急停按钮,轿顶正常运行和检修运行检索转换开关,轿顶检修灯开关等。
5)换速平层装置(也称井道信息装置)
换速平层装置是一般低速或快速实现到预定停靠站时,提前一定距离把快速运行切换为平层前慢速运行,平层时自动停靠的控制装置。
6)限位开关装置
为了确保司机、乘用人员、电梯设备的安全,在电梯的上端站和下端站处,设置了限制电梯运行区域的装置,称为限位开关装置。
7)极限开关装置
极限开关是一种在80年代中期以前,用于交流双速电梯,作为当限位开关装置失灵,或其它原因造成轿厢超越端站楼面100~150mm距离时,切断电梯主电源的安全装置。
极限开关包括位于机房,经改制的铁壳开关,固定于轿厢导轨的上下滚轮组,固定于轿厢架的打板(和极限位开关装置合用一个打板),以及联结铁壳开关和上下滚轮组的钢丝绳构成。
电梯运行过程中,由于某种原因造成电梯轿厢超越端站楼面,达到极限开关的作用点时,位于轿架的打板碰撞上或下滚轮组,上下滚轮组通过钢丝绳强行拉掉铁壳开关,切断电梯的总电源,强迫电梯立即停靠。
由于这种装置的结构比较复杂,开关的故障率比较高,80年代中后期,国内不少厂家采用在井道两端站各安装一只限位开关,由限位开关打板碰压,由限位开关控制一只接触器,由接触器切断电梯总电源的办法所取代。
8)选层器
选层器设置在机房或隔音层内,是模拟电梯运行状态,向电气控制系统发出相应电信号的装置。
按与电气控制系统配套使用情况,选层器可分为两种。
a.用于货、医梯电气控制系统的选层器
b.用于客梯电气控制系统的选层器
用于客梯电气选层器除具楼层指示器的功能外,还具有自动消除轿内指令登记信号,根据内外指令登记信号,自动定电梯的运行方向,到达预定停靠站时提前一定距离向控制系统发出减速信号和提前开门信号,有的还能发出到站平层停靠信号等。
由于与客梯控制系统配套使用的选侧器具有比较完善的性能,不但可以简化电气控制系统,便于安装调试和维修,而且可以降低电梯故障率,提高电梯运行可靠性。
9)控制柜
控制柜是电梯电气控制系统完成各种主要任务,实现各种性能的控制中心。
控制柜由柜体和各种控制电器元件组成。
控制柜中装配的电器元件,其数量和规格主要与电梯的停层站数、额定载荷、速度、控制方式、曳引电动机类别等参数有关,不同参数的电梯,采用的控制柜不同。
10)开门机电阻器箱
国产电梯产品从60年代末以来,多采用直流电动机作为实现自动开关门的拖动电动机。
直流电动机具有良好的调速性能,便于控制和调节电梯的开关门速度,达到既有较高的开关门效率,又有较低的噪声水平。
由于他励直流电动机的运行速度与电枢两端的电压成正比。
因此只要控制和调节电枢两端的电压,就能控制和调节电梯的开关门速度。
开门机电阻器箱内装置的器件,就是用来控制电枢两端电压的三只电阻器。
为了便于调试,该电阻器箱一般装置在开关门电机旁。
进入90年代后,除采用电阻和有触点开关对直流门电机进行调速外,还出现采用微机对直流门电机进行调速的,也有采用交流调频调压调速的电梯门拖动控制系统。
4.3电梯自动控制系统中的各主要控制环节及结构原理
4.3.1各类电梯安全可靠运行的充分与必要条件
电梯安全可靠运行的充分与必要条件有:
(1)必须把电梯的轿厢门和各个层楼的电梯层门全部关闭好——这是电梯安全运行的关键,是保障乘客和司机等人员的人身安全的最重要保证之一。
(2)必须要有确定的电梯运行方向(上行或下行)——这是电梯的最基本的任务,即把乘客(或货物)送上或送下到需要停层的层楼。
(3)电梯系统的所有机械及电气机械安全保护系统有效而可靠——这是确保电梯设备和乘客人身安全的基本保证。
根据上述的电梯安全可靠运行的充分与必要条件,以及电梯的运行工艺过程,现就一般电梯的控制系统的各个主要控制环节及其结构原理说明如下。
4.3.2电梯自动开关门的控制环节
从前面所述中可知,任何种类的电梯绝大多数均要有开关门的机构,该机构可以是人工手动的,也可以是电气机械自动的。
但现今已很少见到手动开关门的电梯了,仅仅对小型杂物电梯和简易居民住宅电梯才使用手动开关门。
现就两种驱动类型的自动开关门环节工作原理说明如下。
(一)对自动开关门机构(或称之为“自动门系统’)的要求及其速度调节方法
1.要求
(1)自动门机构必须随电梯轿厢移动,即要求把自动门机构安装于轿厢顶上,除了能带动轿厢门启闭外,还应能通过机械方法使电梯轿厢在各个层楼门区安全范围内能方便地使各层的外层门也能随着轿厢门的启闭而同步启闭。
(2)当轿厢门和某层楼的层门闭合后,应由电气机械设备的机械钩子和电气接点予以表现和考核。
(3)开关门动作平稳,不得有剧烈的抖动和异常响声,按国家标准规定,开关门系统在开关门过程中其运行噪声不得大于65dB(A级)。
(4)关门时间一般为3-5s,而开门时间一般为2.5-4s。
(5)自动门系统调整简单方便,便于维修。
(6)门电机要具有一定的堵转能力。
2.速度调节方法为了使电梯的轿厢门和某层层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,以满足对自动门机系统的要求,一般调速方法有:
(1)用小型直流伺服电动机作自动门机的驱动时,常用“电阻的”串、并联调速方法(即“电枢分流法”)。
(2)用小型三相交流力矩电动机作自动门机的驱动力时,常用施加涡流制动器的调速方法,例如瑞士迅达电梯公司的QKS910门机系统就是一个这样的系统。
现多用小功率变频调速方法。
(二)常用的自动开关门系统的电气控制线路原理图简介
现今国内外仍有电梯厂家用小型直流伺服电动机作为自动门系统的驱动力。
其电气控制线路原理图如下图所示。
其工作原理如下(以关门为例):
当关门继电器KA83吸合后,直流110V电源的“+”极(04号线)经熔断器FU9,首先供电给直流伺服电动机(MD)的励磁绕组MD0,同时经可调电阻RDlKA83的(1、2)常开触点,MD的电枢绕组KA83的(3、4)常开触点至电源“—”极(01号线)。
另一方面,电源还经开门继电器KA82的(13、14)常闭触点和R83电阻进行“电枢分流”而使门电机MD向关门方向转动,电梯开始关门。
当门关至门宽的三分之二时,SA831限位开关动作,使R83电阻被短接一部分,使流经R83电阻中的电流增大,则总电流增大,从而使RDl的限流电阻上的压降增大,也就是使MD电动机的电枢端电压下降,此时MD的转速随其端电压的降低而降低也就是关门速度自动减慢。
当门继续关闭至尚有mm的距离时,SA832限位开关动作,又短接了R83电阻的很大一部分,使分流增加,RDl上的电压降更大,电动机MD电枢端的电压更低,电机转速更低,关门速度更慢,直至轻轻地平稳地完全关闭为止,此时关门限位开关动作,使KA83失电复位。
至此关门过程结束。
对于开门情况完全与上述的关门过程一样,这里不再叙述。
当开关门继电器(KA82,KA93)失电复位后,则电机MD所具有的动能将全部消耗在R83和R82电阻上了,也即进入强烈能耗(因R83电阻由于SA832开关仍处于被接通状态,其阻值很小)制动状态,很快的使MD电动机停车,这样直流伺服电动机的开关门系统中就无需机械制动器(刹车)来迫使电机停转。
4.3.3电梯的方向控制环节
任何类别的电梯,其运行的充分与必要条件之一——“要有确定的电梯运行方向”,因此所有电梯的确定运行方向的控制环节——简称“定向环节”,在所有电梯的整体控制系统中也与电梯的自动开关门控制环节一样,是一个至关重要的控制环节。
所谓电梯的方向控制环节,是根据电梯轿厢内乘客欲往层楼的位置信号或各层楼大厅乘客的召唤信号位置与电梯所处层楼的位置信号进行比较:
凡是在电梯位置信号上方向的轿内或层楼厅外召唤信号,则电梯定上行方向;
凡在其下方向的,则定下行方向。
在方向控制环节中,一般集选电梯必须满足下列几点要求。
(1)轿内指令信号优先于各层楼厅外召唤信号而定向,即当空轿厢电梯被某层厅外乘客召唤到达该层后,某层的乘客即可进入电梯轿厢内而揿按指令按钮令电梯定上行方向(或下行方向);
若该乘客虽进入轿厢内且电梯门未关闭而尚未揿按指令按钮前(即电梯尚未定出方向),出现其他层楼的厅外召唤信号时,如此召唤信号指令电梯的运行方向有别于已进入轿厢内的乘客要求指令电梯的运行方向,则电梯的运行方向应由已进入轿厢内的乘客要求而定向,而不是根据其他层楼厅外乘客的要求而定向。
这就是所谓的“轿内优先于厅外”。
只有当电梯门延时关闭后,而轿内又无指令定向的情况下,才能按各层楼的召唤信号的要求而定出电梯运行方向,但一旦定出电梯运行方向后,再有其他层楼的召唤信号就不能更改已定的运行方向了。
(2)要保持最远层楼召唤信号所要求的电梯运行方向,而不能轻易地更改,这样以保证最高层楼(或最低层楼)乘客的乘用电梯,而只有在电梯完成最远层楼乘客的要求后,方能改变电梯运行方向。
(3)在有司机操纵电梯时,当电梯尚未启动运行的情况下,应让司机有强行改变电梯运行方向的可能性。
这种在我国电梯尚未广泛普及,又以“有司机”操纵为主的使用情况下,这一“强行换向”也是必要的。
(4)而在电梯检修状况下,电梯的方向控制应由检修人员直接揿按轿厢内操纵箱上或轿厢顶的检修箱上的方向按钮即令电梯定向上(或向下)运行;
而当松开方向按钮即令电梯消失运行方向并使电梯立即停车。
(一)电梯定向控制的各种方法
根据各类电梯的自动化程度不一致,电梯的应用场合、电梯的定向控制方法大致有以下几种。
(1)手柄开关定向电梯司机或电梯管理人员通过扳动手柄开关直接接通电梯运行方向继电器(或方向接触器)。
这种方法最简单,最原始而又最直接的方法。
现在尚能见到以往几年各个电梯厂家生产的手柄开关控制的载货电梯(例如KP,M型货梯)。
今后将不再生产此种电梯了。
因电梯司机在电梯运行过程中始终要把持着手柄开关于某一运行方向,这样电梯司机劳动强度大,且操作不灵活,容易造成误操作。
手柄开关定向控制的电路示意图如下所示。
手柄开关定向控制井道内分层转换开关定向控制
(2)井道分层转换开关的定向控制这是利用装于井道内每个相应层楼位置的一个三位置(左、中、右)开关的预置位置来定向,如图所示。
只有当电梯停在某层楼平面时,该层的分层开关处于中间位置。
当电梯向上运行时其下方各层的分层开关置于可接通向下方向继电器的位置;
而当电梯向下运行时,则在电梯的上方各层的分层开关置于可接通向上方向继电器的位置。
这样当电梯轿厢所在层楼上方出现“内、外’’召唤信号时就可令电梯定为向上运行;
而在下方时,则定为向下运行。
这种定向方法要比上述
(1)条中要高明而简捷得多,因此在小型杂物电梯和普通货梯中得到了极为广泛的应用。
但是由于这种分层开关是特制的,且在使用过程中有撞击声,因此只能应用于电梯额定速度较低(0.63心s)的电梯中。
另一方面,由于开关是特制的,这样给电梯的维修、保养带来了很大不便,因此这种在杂物梯中和小载重量货梯中有广泛应用,而在其他梯种中就很少采用了。
实际上,所谓自动定向,就是根据电梯的位置来说的,即在电梯上方的信号定上向信号,而在下方的,则定下向。
因此自动定向控制的关键是如何确定某一时刻的电梯位置信号,按此可有以下几种方法。
(3)井道永磁开关与继电器组成的逻辑电路定向。
这是利用井道中每一层楼有一个相对应的磁感应开关带动一个继电器,然后经继电器组成的逻辑电路,有顺序的反映出电梯的位置信号,然后再与各个层楼的内外召唤信号进行比较而定出电梯的运行方向。
(4)机械选层器的定向。
直至今天,国内仍有一些电梯厂家利用机械—电气型式的“选层器”的方法进行电梯的定向控制。
而选层器实质上是按一定比例缩小了的电梯,其上、下运动的滑动拖板(或“撞块”)即相当于电梯的轿厢。
因此可以将电梯井道中的电器元件和各个层楼的情况集中于选层器上。
这样就能容易的决定出电梯的位置信号及其与内外召唤信号的比较结果——电梯的运行方向。
选层器不仅可用来定向,而且还可用来发出减速信号等。
但由于其是按比例缩小的电梯井道,因此其稍有误差就可导致电梯运行的很大误差,从而对选层器的机械部件制造精度要求很高,加工困难。
所以现在已很少采用;
而在很大程度上被上述井道内永磁感应开关与继电器逻辑电路所取代。
(5)井道中的双稳态磁开关与数字电路所组成的定向。
这种方法是当前广泛应用微机于电梯控制中不可缺少的重要一环。
其工作原理是:
装于电梯轿厢上的双稳态磁开关随着电梯轿厢运行而经过井道内各个层楼的永久磁铁时的变化量经“异或非”电路而转化成二进制信号,并输入计算机比较环节而决定出电梯的运行方向。
这种定向方法快速而准确,必将随着梯控制系统中广泛应用微机而发展。
(二)电梯常用自动定向环节电气原理说明
从上述可知,所谓的电梯自动定向就是电梯的位置信号与各个层楼的轿内指令信号或是各层楼厅外召唤信号(实际上也是一个位置信号)进行比较,如内外召唤信号在电梯位置上方的,则定上方向;
在下方的则定下方向。
因此电梯的位置信号产生是至关重要的,然后再是比较而定出运行方向。
(1)电梯运行方向的产生一般电梯的自动定向电路可如右图所示。
电梯运行方向的确定是根据电梯的位置信号(KA501、KA502、…)和各个层楼大厅的召唤信号的比较而确定的。
例如,电梯在1层,也即继电器KA501,而其常闭触点打开,轿内指令信号为3层(也即电梯轿厢内的乘客欲往3层),这样3层的轿内指令继电器KAl03;
此时电源的电流不能流向下方向继电器KA21,因电梯停在1层,其K&
501的常闭触点打开,故电流不能经KAl03继电器触点而流向KA21继电器,只能经KA502、…、KA505的常闭触点而流向上方向继电器KAll,这样使得在轿内的3层指令继电器作用下,决定出电梯向上方向运行(即KAll继电器吸合)。
又如,电梯停在4层时(即KA504),其(13#,14#和15#,16#)的常闭触点打开3层的轿内指令信号——继电器KAl03,只能使电流经KAl03继电器而流向下行方向继电器KA21,并使继电器KA21,从而使电梯定出向下运行的方向。
(2)电梯运行方向的保持当电梯向上运行时,向上的停层信号逐一地被应答。
当电梯执行完这个方向的最后一个命令而停靠层楼时,方向继电器KAll。
此时司机或乘客又可以在已登记的下向轿内指令和厅外召唤信号,而使下方向继电器KA21,也即电梯反向向下运行,并逐一地应答被登记的向下指令、召唤信号。
当完成这个方向(下方向)的最后一个信号时,其下方向继电器释放(即K421)。
但不管何种情况,只有当电梯完成某一方向的最远一个信号时,才可改变电梯的运行方向。
从而可以保证最远一层楼的厅外乘客乘坐电梯的要求。
(4)电梯运行方向的人为变更这种人为变更电梯的运行方向,只能在电梯处于有专职司机操纵的情况下才可进行,而且这一操作过程必须在电梯停止运行或切断控制电路电源的条件下方可进行。
此时可由电梯的专职司机根据乘客的临时要求或司机的意愿而实现改变电梯方向的运行。
4.3.4发生制动减速信号的控制环节
无论何种电梯,为了实现“快、稳、准”要求中的“准”的要求,必须令电梯在到达目的层楼之前的某一距离点开始进行减速,以保证准确停车时所需的尽可能低的低速度。
为此,各种不同类型的电梯,其发出减速信号的位置是不一样的;
但不论何种电梯,其减速制动信号的发出可以归结为两大类。
1)人工的即由电梯的专职司机凭经验判断而发出的,例如手柄开关操纵的各种载货电梯等均属此类。
2)自动的电梯能够根据轿内指令信号或根据各层楼厅外的召唤信号方向与电梯运行方向一致时,按预先确定的距离位置而自动发出减速信号。
(一)现就自动发出减速信号的控制环节,举例说明如下,其一般常用线路原理如图所示。
自动发出减速信号的线路原理图
例如,电梯根据3楼的向上召唤信号继电器KA203十,而向上运行时,则当电梯一进入预置的3楼减速位置点时,通过井道内的3楼永磁感应器(SQ403)的动作,而使3层继电器KA403,并经方向继电器KAll的已闭合的常开触点和尚未延时打开的停站触发继电器KA93的常开触点而使减速信号继电器KA92十吸合,从而导致快速起动和快速运行继电器KA32,KA33,电梯从快速运行状态而转入制动减速状态。
这一过程是由与电梯运行方向一致
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