商场手扶电梯变频系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

商场手扶电梯变频系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

的控制提供了广阔的空间。 PLC 是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着 PLC 应用技术的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。 因此，它已经成为电梯运行中的关键技术。 电梯是高层建筑不可缺少的垂直方向的交通运输工具。 随着电梯拖动技术、控制技术的快速发展，手扶电梯也逐渐的在各大商场得到了广 泛的应用，现在，电梯已从直流电动机拖动到交流单速电动机驱动、交流双速电动机驱动，到交流调压调速 (ACVV， 6 Alternating Current Voltage)控制，发展到交流调压调频技术 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)控制，其逻辑控制也由 PLC 代替原来的继电器控制，使得手扶电梯的运行得到了可靠性、安全性、舒适感、平层精度、运行速度、节能降耗、降低噪音等方面得到了极大的发展。 新制造的电梯都采用了对电动机实现线性调速的调压调频 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)技术，由于 VVVF 电梯采用微机控制，有完善的自检测、自诊断、自保护功能，因而十分安全可靠。 这一技术的发展使得各大商场，医院，企业，地铁，高层宾馆、住宅、多层厂房和仓库等高层建筑场所的所有使用者得到了极大的认可和肯定，也使乘坐者更加放心和舒适的使用。 国内外的发展现状 在经济不断发展，科学技术日新月异的今天，商厦大楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。 商场随着城市的发展也在不断的发展着，电梯作为这些建筑物内的主要运输工具已经成为我们日常生活的中的 一个不可缺少的组成部分。 因此这也使得手扶变频调速电梯在商场中得到了广泛的应用。 一个国家的电梯需求总量，主要受其经济增长速度、城市化水平、人口密度及数量、国家产业结构等综合因素的影响。 我国的国民经济以较高的速度持续增长，城市化水平不断提高。 这从客观上导致了我国电梯行业的空前繁荣景象，我国已经成为全球最大的电梯市场。 上世纪 80 年代以来，随着经济建设的持续高速发展，我国电梯需求量越来越大。 总趋势是上升的，进入了“第三次浪潮”， 2020 年总产量超过了 8 万台，而且目前还没有减速的迹象。 从 1949 年建国以来全国共 生产安装了 6l 万多台电梯。 尽管如此，我国的电梯远未达到饱和的程度。 全世界平均 1000 人有 l 台电梯，我国如果要达到这个水准，还需要增加 70 万台。 到那时候，全国在用电梯将达到 130 万台，每年仅报废更新就需要 6 万台。 到 2020 年，中国电梯的年产量达到 13． 5 万台，与 1980 年相比， 25 年增长了 59 倍，产量每年平均增长 17． 8％。 2020 年安装验收电梯 124465台，截至 05 年底，我国的在用电梯总数已达 651794 台。 如此庞大的市场需求为我国电梯行业的发展创造了广阔的舞台 ! 仅此说明我国的电梯发展空间是非常广阔的， 同时这也说明手扶式变频调速电梯的发展舞台也是随着城市的发展和扩张而不断的发展的。 现在我国电梯行业已经具备了很强的生产能力。 兴旺的电梯市场吸引了全世界所有的知名电梯公司，美国奥的斯、瑞士迅达、芬兰通力、德国蒂森、日本三菱、日立、东芝、富士达等 13 家大型外商投资公司在国内的市场份额达到了 74％。 先进技术和先进管理的引进对国内电梯企业产生了强大的推动作用。 苏州江南、山东百斯特、浙江巨人、上海华立、昌华、东莞飞鹏、宁波 7 宏大、苏州申龙和东南液压电梯等一批优秀的电梯品牌看清了自己的定位与出路。 目前国内市场需要的电梯产品 ，我国电梯行业几乎全部可以生产，不但大量替代了进口，而且有一定的出口。 国产电梯的技术水平和产品质量正在稳步提高。 自 1985 年我国参加了国际标准化组织 ISO/TCl78 以来，先后等同或等效采用了一批国际标准和先进国家的标准。 标准的高起点使我国电梯行业在技术上居于有利地位。 许多新技术和新产品，如无机房电梯、无齿轮曳引机、永磁同步拖动技术、远程监控技术等，国际上也是刚刚出现，我国就有许多企业可以生产了。 国产电梯以其高质量，低成本的优势赢得了越来越多的国内外客户，为逐步进入国际市场创造了有利条件。 中国电梯在亚 洲市场占有越来越重要的位置，每年销售量己达 l 万台左右，约占亚洲市场的 1/50，一些合资企业在出口创汇方面也做出了贡献。 当今世界，电梯的生产情况与使用数量已经成为衡量一个国家工业现代化程度的标志之一。 在一些发达的工业国家，电梯的使用相当普遍。 世界上有名的几家电梯公司，诸如：美国奥的斯公司、瑞士迅达公司、日本三菱和日立公司、芬兰科恩等，其电梯的产量已占世界市场的 51％。 其中，奥的斯公司和三菱公司是世界上最大的电梯生产企业。 本文在研究电梯基本结构的基础上，阐述了电梯的拖动原理和控制原理，研究并提出了基于可 编程控制器 PLC 和变频器的电梯控制系统的实现方案，利用安川 VS616G5型变频器可编制速度曲线的特点为电梯舒适度的提高，提供了技术支持。 通过合理分析所得速度控制曲线既可以满足快速性的要求又避免了重力加速度效应，旋转编码器的使用，使 PLC 的内部的资源和功能得到了充分的利用。 采用 PLC 可编程控制器对电梯信号系统进行控制，提高了电梯的控制水平标准，并改善了电梯运行的舒适感，使电梯达到了较为理想的控制效果。 8 第二章 设计思路 本章确定了系统的总体结构，并针对系统的总体结构，对变频器的类型进行了述，并确定由 PLC 来实现电梯信号控制，完成了电梯控制系统中变频器和可编程控制器的选择。 手扶变频调速电梯应该具备的性能指标 随着科技的进步，电梯也更加安全、舒适。 然而，人们的追求并没有就此停止下来，仍在不断地进行研究改进。 绿色是和平，绿色是天然，绿色是和谐。 电梯是载人的机电设备，要实现“绿色”，也就是强调电梯更舒适、更安全地为人类的生产和生活服务，强调电梯与环境的协调与和谐。 目前意义上的“绿色”，一般是强调“天然”“节能”的一面，强调与环境的协调与和谐。 电梯属于纯粹的工业产品，其天然性应表现为对环境影响的尽可能 小，与环境的协调与平衡，以及电梯本身的人性化。 这也应是绿色电梯的发展方向。 智能化 我们所说的智能化电梯是传统的人工智能是无法胜任的。 传统的智能控制是一种技术的事先安排，说到底是一种程序控制，是一种周期性的系统自动控制，实际上还算不上智能。 而真正的智能电梯应更具人性化特点，不仅具有传统的人工智能的所有优点，而且还有传统的人工智能无法比拟的东西，具有随机处理各种问题的能力，让乘客有更多的主动性。 于此同时在电梯有人乘坐是，其电梯本身应当能自动播放让乘客感到放松的音乐，彻底消除在工作和生活中产生烦躁，紧张，不 安的情绪。 使大楼商厦的交通运输实现真正的智能化，现代化，可靠化。 达到方便检修和方便使用。 智能化重点要求电梯有自动安全检测功能，让电梯自己能够检测到电梯的故障所在，并及时报警予以排除。 安全化 运行安全是电梯的根本和关键，也是现在和以后设计电梯的重点问题，可以说，电梯的全部其他工作都是以此为中心展开的，使电梯安全运行更有保障。 运行安全不仅要消除电梯启动时较强的电磁辐射，更要美观与环境的协调达到平衡，让乘客看上去心情舒畅，安全和可靠的运行的同时达到美观大方不失华丽。 让每一位乘客在平稳安全、舒适的电梯上度过每 个楼层的间距。 而当小孩和老人乘坐时，电梯对他们应给予一种如同家人般的照顾，不但让老人和孩子感到方便和舒适，而且更让其家人感到放心。 电梯运行安全要求电梯有自动休眠功能，使电梯在保证运行效率最高的同时，使电梯能最大限度地得到休眠。 与环境的协调和平衡，包括以下几个方面： 9 1）视觉协调：有人曾经做过环境色彩是否对人有影响的研究。 该研究发展：视觉不协调的环境色彩对人的情绪、精神影响非常大。 国内的许多电梯公司对此的重视是远远不够的，甚至不少通过引进国外技术国产化的电梯也显露出一副土生土长的容貌。 2）消除电磁辐 射：如前所述，由于电梯是大楼里频繁起制动的大容量电器是电磁干扰的元凶，所以绿色电梯必须是一个达到自身对大楼电磁干扰最小，而又不被其他电磁干扰影响的建筑机电设备尤其是在一个商场中。 这样不仅可以保证乘客的身心健康，而且也可以保证大楼、大厦中的办公自动化 (OA)、楼宇自动化 (BA)、电气自动化（ EA）、通讯自动化 (CA)这些设备的正常运转。 3）舒适感：通过采用高载频波矢量静音变频器，可降低噪声变换频率及电压。 以CPU 控制电压及频率的连续变换方式，按人体生理适应要求，利用计算机优化设计而成的理想运行曲线，实现更稳 定、更舒适的运行。 手扶电梯主要参数 额定速度 (Y／ )：梯级在空载情况下的运行速度 (m／ s)。 一般为 0． 5m／ s、 0． 65m／ s 及 0． 75m／ s。 倾角 (α )：梯级运行时与水平面构成的最大角度，通常为 30176。 或 35176。 提升高度 (H)：扶梯的上基点与下基点的垂直高度差 (m)。 梯级宽度 (B)：梯级名义宽度 (mm)。 梯级水平段 (L)：扶梯进口处水平运行的距离 (mm)。 当ｖ =0． 50m／ s 时， L≥ 800mm； 当 v≤ 0． 65m／ s 时， L≥ 1200mml 课题开发是基于 PLC 的电梯变频 调速系统，采用变频器和 PLC 组成的变频调速电梯控制系统。 电梯的调速部分选用高性能的矢量控制变频器，逻辑部分由 PLC 来实现。 系统的总体结构 课题的核心问题有两个：一是变频器的参数设置以满足运行效率、舒适感、平层精度和安全性的要求；二是由 PLC 编程实现电梯运行时各种信号控制。 10 图 23 系统总体结构 该扶手电梯调速系统通过 PLC 控制器控制系统的运行方式，通过变频器控制其电机的转速，变频器是将频率固定的交流电变换成频率连续可调的交流电的装置。 变压变频控制（即 VVVF 控制）的交流调速电梯是一种通过均匀和 连续地改变定子供电频率来平滑地改变电机转速的调速方式。 由于供电电压与频率同时作相应调节，维持了磁通的恒定，电机最大转矩保持不变因而满足了电梯的使用要求。 由于这是一种改变电机同步转速方式，因而无论转速如何变化，转差功率的消耗基本不变，因此系统效率高，是一种很有前途的电梯调速方式。 在电梯的上行下行状态上输出不同的电压，从而控制电机的转矩，在无人或者人流量少时采用低转速，在有人或者人流量大时通过变频器控制电机采用高转速，从而达到节能省电的目的，在变频器运行时同时好受触发器的控制，通过红外线传感器的控制，从而识别 有人乘坐或是无人乘坐。 控制方式采用变频调速集选控制的电气控制系统。 集选控制电梯的电气控制系统是将有人和无人流动时发出的外指令信号，通过传感器和其他信号等加以综合分析后，使电梯自动选择运行方向及目的层站的扶手电梯控制系统。 11 第三章 硬件系统设计 手扶电梯的硬件结构 扶梯由桁架、驱动减速机、驱动装置、张紧装置、导轨系统、梯级、梯级链，或齿条、扶栏扶手带以及各种安全装置所组成。 桁架 (图 31)： 它是扶梯的基础构架，扶梯的所有零部件都装配在这一金属结构的桁架中。 一般用角钢、 型钢或方形与矩形管等焊制而成。 ．有整体焊接桁架与分体焊接桁架两种。 图 31 桁架 分体桁架一般由 3 部分组成，即上平台、中部桁架与下平台。 其中，上、下平台相对而言是标准的，只是由于额定速度的不同而涉及梯级水平段不同，影响到上平台与下平台的直线段长度。 中间桁架长度将根据提升高度而变化。 为保证扶梯处于良好工作状态，桁架必须具有足够刚度，其允许挠度一般为扶梯上、 下支点间距离的 1‰。 必要时，扶梯桁架应设中间支承，它不仅起支撑作用，而且可 随桁架的胀和缩自行调节。 驱动机 (以链条式为例 )： 驱动机主要由 电动机、蜗轮蜗杆减速机、链轮、制动器 (抱闸 )等组成。 就电动机的安装位置可分为立式与卧式，目前采用立式驱动机的扶梯 居多。 其优点为：结构紧凑，占地少，重量轻，便于维修；噪音低，振动小，尤其是整体 式驱动机 (图 32)，其电动机转子轴与蜗杆共轴，因而平衡性很好，且可消除振动及降 低噪音；承载能力大，小提升高度的扶梯可由一台驱动机驱动，中提升高度的扶梯可由两台驱动机驱动。 12 图 32 驱动机 驱动装置： 驱动装置主要由驱动链轮、梯级链轮、扶手驱动链轮、主轴及制动轮或棘轮组成该装置从驱动机获得动力，经驱动链用 以驱动梯级和扶手带，从而实现扶梯的主运动，并且可在应急时制动，防止乘客倒滑，确保乘客安全。 该装置装配在上平台 (上部桁架 )中，如图 33 所示。 图 33 主轴 13 张紧装置： 张紧装置由梯链轮、轴、张紧小车及张紧梯级链的弹簧等组成。 张紧弹簧可由螺母调节张力，使梯级链在扶梯运行时处于良好工作状态。 当梯级链断裂或伸长时，张紧小车上的滚子精确导向产生位移，使其安全装置 (梯级链断裂保护装置 )起作用，扶梯立即停止运行。 导轨： 目前，相当一部分扶梯采用冷拔角钢作为扶梯梯级运行和返回导轨。 采用国外引进技术生 产的扶梯梯级运行和返回导轨均为冷弯型材，具有重量轻、相对刚度大。