電梯結構原理及控制系統分析

2021-07-15 03:22:37 字數 4235 閱讀 7699

隨著城市建設的不斷發展,高層建築不斷增多,電梯在國民經濟和生活中有著廣泛的應用。電梯作為高層建築中垂直執行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。實際上電梯是根據外部呼叫訊號以及自身控制規律等執行的,而呼叫是隨機的,電梯實際上是乙個人機互動式的控制系統,單純用順序控制或邏輯控制是不能滿足控制要求的,因此,電梯控制系統採用隨機邏輯方式控制。

目前電梯的控制普遍採用了兩種方式,一是採用微機作為訊號控制單元,完成電梯訊號的採集、執行狀態和功能的設定,實現電梯的自動排程和集選執行功能,拖動控制則由變頻器來完成;第二種控制方式用可程式設計控制器(plc)取代微機實現訊號集選控制。從控制方式和效能上來說,這兩種方法並沒有太大的區別。國內廠家大多選擇第二種方式,其原因在於生產規模較小,自己設計和製造微機控制裝置成本較高;而plc可靠性高,程式設計方便靈活,抗干擾能力強、執行穩定可靠等特點,所以現在的電梯控制系統廣泛採用可程式設計控制器來實現。

電梯是將機械原理應用、電氣技術、微處理器技術、系統工程學、人體工程學及空氣動力學等多學科和技術集於一體的機電裝置,它是建築物中的永久性垂直交通工具。為滿足和提高人們的生活質量,電梯的智慧型化、自動化技術迅速發展。特別是隨著計算機網路技術、微電子和電力電子技術的飛速發展,現代電梯的技術含量日益提高。

在改善電梯效能的同時,對電梯的設計、管理和維護人員提出了更高的要求。

電梯是機與電緊密結合的複雜產品,是垂直交通運輸工具中使用最普遍的一種電梯,其基本組成包括機械部份和電氣部份,結構包括四大空間(機房部分、井道和底坑部分、圍壁部分和層站部分)和八大系統(曳引系統、導向系統、門系統、轎廂、重量平衡系統、電力拖動系統、電氣控制系統、安全保護系統)組成。

電梯基本結構如圖2—1所示:

圖2-1

機房用來安裝曳引機、電控屏、限速器等。機房可以設定在井道頂部,也可設定在井道底部。當機房設於井道底部時,即為曳引機下置式曳引方式。

這種方式結構複雜,建築物承重大,對井道尺寸要求大,只有在機房無法頂置時才使用。對於絕大多數電梯,橢均設於井道頂部。機房必須有足夠的面積,高度、承重能力及良好的通風條件。

組成:總電源控制盒、控制櫃、曳引機、導向輪、限速器。

井道由圍壁、頂板及底坑圍成乙個在納電梯轎廂和對重的有限空間。為了出人,在每個層站開有入口。井道的底坑深入地面,用於安裝緩衝器、限速器、鋼絲繩漲緊裝置等。

由於深人了地面,因此要求防水,最好有排水設施。

組成:導軌、導軌支架、對重、緩衝器、限速器張緊裝置、補償鏈、隨行電纜、底坑、井道照明。

圍壁的作用是將電梯與外界分隔開,當導軌架直接安裝在圍壁上時,它還應承受費切力。圍壁的結構分為封閉式和空格式。

層站是各樓層中,電梯停靠的地點。每一層樓,電梯最多只有乙個站;但可根據需要在某些層樓不設站。

組成:層門(廳門)、呼梯裝置(召喚盒)、門鎖裝置、層站開關門裝置、層樓顯示裝置。

電梯曳引系統的作用是輸出動力並且傳遞動力,從而使電梯完成向上或向下的運

動。電梯的曳引系統如圖2—2所示:

圖2-2 電梯的曳引系統

曳引系統由曳引機、曳引鋼絲繩、導向輪及反繩輪等組成。

曳引機是電梯的主要拖動機械,它驅動電梯的轎廂和對重裝置作上、下運動,是電梯的動力源,。曳引機由電動機、聯軸器、制動器、減速箱、機座、曳引輪等組成,根據需要,有的曳引機還裝有冷卻風機、速度反饋裝置(光碼盤)、慣性輪等。根據電動機與曳引輪之間是否有減速箱,可分為有齒曳引機和無齒曳引機。

對於有齒輪曳引機,需在曳引電動機轉軸和曳引輪轉軸之間安裝減速器(箱),目的是將電動機軸輸出的較大轉速降低到曳引輪所需的較低轉速,同時得到較大的曳引轉矩,以適應電梯執行的要求。制動器是電梯的乙個重要安全裝置,對主動轉軸起制動作用。除了安全鉗以外,只有它能使工作中的電梯轎廂停止執行,另外它還對轎廂與廳門地坎平層時的準確度起著重要作用。

電梯曳引鋼絲繩的兩端分別與轎廂和對重裝置聯接,繩承受著電梯全部懸掛重量,且反覆彎曲,承受很高的比壓,還要頻繁承受電梯起動和制動的衝擊。因此,對電梯曳引鋼絲繩的強度、耐磨性和撓性均有很高的要求。

當鋼絲繩的繞繩比大於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。

導向輪的作用是分開轎廂和對重的間距,將曳引鋼絲繩引向對重或轎廂的鋼絲繩輪,採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樑上。

導向系統由導軌、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公升降運動。

導軌固定在導軌架上,導軌架是承重導軌的元件,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於導軌的直立方向。

門系統由轎廂門、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。

轎廂用以運送乘客或貨物的電梯元件。它是由轎廂架和轎廂體組成。轎廂架是轎廂體的承重構架,由橫樑、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。

組成:轎廂、轎廂門、安全鉗裝置、平層裝置、安全窗、導靴、開門機、轎內操縱箱、指層燈、通訊報警裝置。

重量平衡系統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。

電力拖動系統由曳引電機、供電系統、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,根據電梯配置可採用交流電機或直流電機。

供電系統是為電機提供電源的裝置。

速度反饋裝置是為調速系統提供電梯執行速度訊號。一般採用測速發電機或速度脈衝發生器,與電機相聯。

調速裝置對曳引電機實行調速控制。

電氣控制系統由操縱裝置、控制屏、位置顯示裝置、平層裝置、選層器等組成,它的作用是對電梯的執行實行操縱和控制。

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。

控制屏安裝在機房中,由各類電氣控制項組成,是電梯實行電氣控制的集中元件。

位置顯示裝置是指轎內和層站的指層燈。層站上一般能顯示電梯執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、決定執行方向、發出加減速訊號等作用。

安全保護系統包括機械和電氣的各類保護系統,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;緩衝器起衝頂和撞底保護作用;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執行環節都有。

電梯的安全保護裝置用於電梯的啟停控制;轎廂操作盤用於轎廂門的關閉、轎廂需要到達的樓層等的控制;廳外呼叫的主要作用是當有人員進行呼叫時,電梯能夠準確達到呼叫位置;指層器用於顯示電梯達到的具體位置;拖動控制用於控制電梯的起停、加速、減速等功能;門機控制主要用於控制當電梯達到一定位置後,電梯門應該能夠自動開啟,或者門外有乘電梯人員要求乘梯時,電梯門應該能夠自動開啟。

電梯控制系統結構圖如圖3—1所示:

圖3-1 電梯控制系統結構圖

電梯訊號控制基本由plc軟體實現。輸入到plc的控制訊號有執行方式選擇(如自動、有司機、檢修、消防執行方式等)、執行控制、轎內指令、層站召喚、安全保護訊號、開關門及限位訊號、門區和平層訊號等。

電梯訊號控制系統如圖3—2所示:

圖3-2 電梯訊號控制系統

電梯繼電器控制系統是最早的一種實現電梯控制的方法。但是,進入九十年代,隨著科學技術的發展和計算機技術的廣泛應用,人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高,繼電器控制的弱點就越來越明顯。

電梯繼電器控制系統存在很多的問題:系統觸點繁多、接線線路複雜,且觸點容易燒壞磨損,造成接觸不良,因而故障率較高;普通控制電器及硬體接線方法難以實現較複雜的控制功能,使系統的控制功能不易增加,技術水平難以提高;電磁機構及觸點動作速度比較慢,機械和電磁慣性大,系統控制精度難以提高;系統結構龐大,能耗較高,機械動作噪音大;由於線路複雜,易出現故障,因而保養維修工作量大,費用高,而且檢查故障困難,費時費工。電梯繼電器控制系統故障率高,大大降低了電梯的可靠性和安全性,經常造成停梯,給乘用人員帶來不便和驚憂。

且電梯一旦發生衝頂或蹲底,不但會造成電梯機械部件損壞,還可能出現人身事故。

計算機控制系統在工業控制領域中,其主機一般採用能夠在惡劣工業環境下可靠執行的工控機。工控機有通用微機應用發展而來,在硬體結構方面匯流排標準化程度高,品種相容性強,軟體資源豐富,能提供實時作業系統的支援,故對要求快速,實時性強,模型複雜的工業物件的控制占有優勢。但是,它的使用和維護要求工作人員應具有一定的專業知識,技術水平較高,且工控機在整機水平上尚不能適應惡劣工作環境。

可程式設計控制器對此進行了改進,變通用為專用,有利於降低成本,縮小體積,提高可靠性等特性,更適應過程控制的要求。

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