无齿同步曳引电梯的监控系统设计_毕业论文(编辑修改稿)

无齿同步曳引电梯的监控系统设计_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

同步曳引电梯的监控系统设计 6 第 3章 电梯硬件系统设计 本电梯设计为六层，各楼层外部面板都配有带指示灯的工业用按钮和用来显示轿厢楼层数的数码管。 电梯上行和下行时，外部有上行下行箭头显示楼层走向。 主要器件的选择 曳引电动机 曳引电动机额定功率的计算 本电 梯采用了有对重的无齿曳引系统，由力学关系不难推导出电动机额定功率： （ 31） 上式中平衡系数（或称对重系数） （ 32） — 电梯对重的质量（ kg）； — 电梯轿厢的质量（ kg） ； — 电梯额定负载的重量（ kg）； 国家标准规定 Kp=； — 系数 K=； — 电梯额定梯速 η — 电梯传动系统的效率，查《电梯控制技术》中的表 34 可以知道，对于无齿曳引且轿厢曳引方式为 1： 1 绕法的电梯传动系统而言，η =。 电梯的额定（轿厢）速度设计成电梯的 ， 否则，考虑启动及减速轿厢永远不可能达到额定速度。 代入式子 31可得： (33) 三相永磁同步电动机型号的选择 根据实际三相永磁同步电动机功率系列，综合考虑性能及价格等多方面因素，最终选用了苏州市威尔克 电讯电机制造有限公司生产供应的 TDW 系列永磁低速同步电动机。 TDW 系列永磁低速同步电动机是一种无减速齿轮装置由电机直接得到低转的新型同步电动机。 应用本产品可简化传动机构，免除齿轮减速机构的噪音。 该产品为封闭式结构。 该产品可作为低速传动系统中的驱动元件。 凡需要低速直接传动的场合，均可采用本产品，若配以变频电源，则可变换电机转速以适合各种需要。 1 0 2 )1( NNpN vmKK KNmNvNjpp m mmK pmjm1 02)1( NNpNvmKK 无齿同步曳引电梯的监控系统设计 7 根据上述对电动机额定功率的计算并考虑到 TDW 系列永磁低速同步电动机的功率系列，最终选择 TDW450 型号的电机。 该种电机为三相电动机，电压 380V，频率 ， 电流 ，功率 ，转速 167r/min，额定转矩 670N m。 PLC 的选择 型号的粗选 由于本设计打算采用旋转编码器反馈回的脉冲数来检测电梯运行时的减速点，所以要求所选用的可编程控制器具有高速计数功能。 综合考虑性能价格比和可靠性后，本设计选择了整体式箱体结构的日本三菱公司生产的 FX2N 系列 PLC。 FX2N 系列每条基本指令执行时间为 s。 它不但具有 27 条基本指令、 2条步进指令和 128 种功能指令，还具有 3072 点辅助继电器、 1000 点状态继电器、256 点定时器、 235 点计数器、 8000 多点 16 位数据寄存器、 128 点跳步指针和 15点中断指针等。 FX2N 系列与 FX2 系列相比，面积、体积小 50%。 总之， FX2N 是 FX系列家族中运行速度最快、功能最强、体积最小的小型可编程控制器。 PLC I/O 点数统计 根据电梯的层站数、梯型、控制方式、应用场所及具体控制要求，计算出 PLC的输入信号与输出信号的数量。 （ 1） PLC 输入信号统计。 电梯作为一种多层站、长距离运行的大型运输设备，在厅外及轿厢内有大量的信号要通过输入接口送入 PLC，现对本系统六层电梯模型的输入点进行分析并统计。 1）对全集选方式的电梯而言，内外指令信号数量为 3N― 2（ N 为层站数），所以本设计内外指令信号数量为 16 个。 2）强迫减速开关和限位开关是防止电梯冲顶或蹲底的第一道防线和第二道防线，上下共 4 个数量。 3）接收变频器输出的脉冲信号、运行信号、故障信号和零速信号，共 4个。 4）开关门信号 2个。 5）其它信号包括：门连锁信号、直驶信号、制动器信号、工作方式信号、光电开关信号、上班信号、检修信号、自学习信号、超载信号、安全信号等 10 个。 总之，初步估算需要 36 个输入信号。 （ 2） PLC 输出信号统计。 PLC 将执行结果通过 输出接口控制以下输出设备。 1）对全集选方式的电梯，内外选指示信号的数量为 3N― 2，所以有 16个指示灯信号。 2）接触器及中间继电器有制动接触器、开门继电器、关门继电器、电源接触器、超载继电器、运行接触器和风扇共 7个。 3）和变频器连接的信号有上下运行 2 个、多段速指令 3 个及点动信号 1个，无齿同步曳引电梯的监控系统设计 8 共 6 个。 4）其它信号包括：楼层显示指示信号 3 个、上下行指示信号 2 个、蜂鸣器 1个，共 6 个。 总之，初步估算需要 35 个输出信号。 由上述分析可知，现场输入信号共 36 个，输出信号共 35 个，共 71 个信号需要 PLC 进行处理。 考虑到 FX2N 的点数序列，并考虑留有一定的余量，选择 80点的 PLC(40 个输入点 /40 个输出点 )。 可编程控制器的输出接口电路有三种输出方式，其中的继电器输出方式是触头输出，它既可以带交流负载，也可以带直流负载，并且带载能力强，适合上述信号的性质。 所以，本设计选择继电器输出方式的 PLC。 综上所述，选择日本三菱公司生产的 FX2N80MR 型号的 PLC。 变频器的选择 无齿轮永磁同步曳引机具有优良的低速、大转矩特性，能较好地满足电梯曳引要求，这种性能的实现还必须基于与之配套的驱动装置的良好性能和良好匹配性。 本设计中拖动调速系统的关键在于保证电梯按理想的给定速度曲线运行，以改善电梯运行的舒适感。 另外，考虑电梯在建筑物内的耗电量占建筑物总用电量的相当比例，因此，电梯节约用电日益受到重视。 考虑以上各种因素，本设计选用安川 VS616G5 型全数字变频器，它具有磁通矢量控制、转差补偿、负载转矩自适应等一系列先进功能，可以最大限度地提高电机的运行效率，同时降低电机的运行损耗，特别适合电梯类负载频繁变化的场合。 另外， 616G5 变频器的启动、制动具有可任意调节的 S 曲线和零频仍可输出 150%力矩的特点，配以高精度的旋转编码器 ，控制精度可达 %, 使得电梯运行舒适感好，零速抱闸，平层精度高。 VS616G5 变频器的特点如下： 有丰富的内藏与选择功能。 由于采用了最新式的硬件，因此功能全、体积小。 保护功能完善、维修性能好。 本设计需要用数字操作器将参数 H103～ H106 设定为 3～ 6，从而将端子 5～8 的功能重新设定为多段速指令 1～ 3 和点动频率即可，实际工作过程中只用三级速度即可。 无齿同步曳引电梯的监控系统设计 9 图 31 VS616G5 变频器端口功能图 Fig 31 The Chart of VS616G5 Inverter Interface Function 旋转编码器的选择 旋转编码器是一种旋转式测量装置，通常安装在被测的电机轴上，随被测轴一起转动，用以测量转动量，并把它们转换成数字形式的输出信号。 旋转编码器有两种基本形式，即增量式编码器和绝对值式编码器。 根据工作原理和结构，编码器又分为接触式、光电式等类型。 光电式编码器是目前使用最多的一种，它没有触点磨损，允许的转速高，并且精度高。 所以，光电式增量编码器是电梯系统中最常用的编码器。 光电式增量编码器的转轴上有与其一起转动脉冲码盘，码盘上有均匀刻制的光栅，即 在码盘上均匀分布着若干个透光区段和遮光区段。 这两种区段分得越密，则分辨率越高。 利用由光电发射管、光电接收管组成的光电耦合器将转轴转过的角度转换为相应的电气脉冲信号。 无齿同步曳引电梯的监控系统设计 10 光电式增量编码器的设计制造工艺简单，价格便宜，使用方便，常常被用来测量电动机的转速，它的输出信号接到变频器的脉冲输入端，作为变频器的转速反馈信号。 由以上分析可见，用光电式旋转编码器检测轿厢位置优于其它方法，故本设计采用此法。 旋转编码器每转脉冲数的计算 为了提高检测位置的精度，应该选择用每转脉冲数多的旋转编码器。 但每转脉冲数越多，旋转编码 器价格越贵。 通常需要每个脉冲所对应的位移，应保证平层精度和换速距离的要求，实际电梯中一般应该做到小于 5毫米 /脉冲。 由于无齿轮曳引机的转速较低 ,为了保证驱动装置速度反馈的精度，要求用于速度检测的编码器具有较高的精度，这对于无齿轮曳引机获得良好的调速性能是至关重要的。 考虑到楼间距较小，设旋转编码器每个脉冲对应的轿厢移动距离即计数精度为 S（单位 mm/脉冲），考虑设计 S 的不大于 ，则可以计算出所需旋转编码器每转的脉冲个数 P的数值。 由上述的计算知道，曳引电动机旋转一转时轿厢移动的距离为 Dπ =120mm（ D为曳引轮的直径），则 考虑到上述的计算结果，并考虑经济性等原因，最终选择了武汉松野智能仪表有限公司生产的 EH100 光电旋转编码器，分辨率为每转 1200 个脉冲。 旋转编码器脉冲频率的计算 电动机额定运行时旋转编码器发出的脉冲最终会送到 PLC 高速计数器的脉冲输入端子，而 PLC 对所接收的脉冲输入信号是有一定频率限制的，在此对所选的旋转编码器在电动机额定运行时所发出的脉冲频率加以核算。 由于电动机的额定速度 167r/min，亦即每秒 转，而旋转编码器一转发出1200 个脉冲，所以旋转编码器一秒发出 3360 个脉冲，也就是说旋转编码器输出脉冲频率的频率 3360Hz。 主电路及辅助电路的设计 转脉冲脉冲 转 /1200/ /120  mmmmsDP 无齿同步曳引电梯的监控系统设计 11 图 32 硬件结构图 Fig 32 The Chart of Hardware Architecture 电梯控制系统的硬件结构如图 32所示。 包括按钮输入电路、安全保护信号、VVVF 控制调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等等。 PLC 接口电路设计 本设计电梯模型要实现六层电梯的控制，同时要求能够通过上位机的组态软件实现电梯的模拟仿真运行和对实际电梯模型系统的监控，所以在分配 地址空间上和一般的实际电梯有着较大的区别。 要实现实际电梯的控制运行，则要像一般电梯控制装置一样分配好 PLC 的输入输出端子，同时为了实现上位机的组态模拟运行，需要使用 PLC 的内部辅助继电器对应着分配好一套地址，用于组态程序模拟实际电梯的相应输入输出从而控制电梯的运行。 输入地址分配见表 31 所示，输出地址分配见表 32 所示。 根据地址的分配，可以设计 PLC 接口电路如图 33所示。 主拖动电路及反馈电路设计 变频器主电路电源端子 R、 S、 T 应该通过自动空气断路器和交流接触器与电源连接，无需考虑相序。 变频器 输出电源必须接到端子 U、 V、 W 上，如果接错，将会损坏变频器。 由此指导思想可以设计出图 34所示的主拖动电路。 在电源和变频器之间接入合适变频器功率的通断电源用的断路器 QF1。 KM3接触器主触点用于接通或断开整个系统的电源，其线圈由上班或下班时通过钥匙开关 SQ17 间接控制。 XJ为相序继电器，其常开触点控制安全继电器 KA1。 TC为控制变压器，其二次侧输出端子 0 02的直流输出用于电梯门系统和制动器系统的电源，二次侧输出端子 10 103 的交流输出用于门联锁回路和安全回路的电源，输出端子 40 403 的直流输出 用作内指令信号灯、厅呼梯信号灯以及楼层显示和运行方向的电源。 表 31 输入地址分配 无齿同步曳引电梯的监控系统设计 12 Table 31 The Allocation of Input Address 输入点 功能 输入点 功能 X0、 X1 一、二级上限位开关 SQSQ2 X15 制动接触器 KM1辅闭输入 X2 变频器 PG输出 X16 上班继电器 KA3常闭输入 X X4 一、二级下限位开关 SQSQ4 X17 司机工作状态开关 SA1 X5 平层光电开关 SQ5 X20 变频器运行信号 X6 门连锁继电器 KA2信号 X21 变频 器故障信号 X7 安全运行继电器 KA1输入信号 X22 变频器零速信号 X10 超载开关 KP X23 检修开关 SA2 X11 开门按钮 SB1 X24～ X31 1～ 6层内选按钮 SB4～ SB9 X12 关门按钮 SB2 X32～ 33 慢上、慢下按钮 SB10～SB11 X13 直驶按钮 SB3 X34～ 40 1～ 5层上行呼梯按钮SB12～ SB16 X14 变频器自学习端子 X41～ 45 2～ 6层下行呼梯按钮SB17～ SB21 表 32 输出地址分配 Table 32 The Allocation of Output Address 输出点 功能 输出点 功能 Y0 运行接触器 KM2 Y11～ 16 1～ 6层内选指示灯 HLN1～HLN6 Y1。