【文章內(nèi)容簡介】 的控制提供了廣闊的空間。 PLC 是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，隨著 PLC 應用技術的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強、機械與電氣部件有機地結合在一個設備內(nèi)，把儀表、電子和計算機的功能綜合在一起。因此，它已經(jīng)成為電梯運行中的關鍵技術。 電梯是高層建筑不可缺少的垂直方向的交通運輸工具。隨著電梯拖動技術、控制技術的快速發(fā)展，手扶電梯也逐漸的在各大商場得到了廣 泛的應用，現(xiàn)在，電梯已從直流電動機拖動到交流單速電動機驅(qū)動、交流雙速電動機驅(qū)動，到交流調(diào)壓調(diào)速 (ACVV， 6 Alternating Current Voltage)控制，發(fā)展到交流調(diào)壓調(diào)頻技術 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)控制，其邏輯控制也由 PLC 代替原來的繼電器控制，使得手扶電梯的運行得到了可靠性、安全性、舒適感、平層精度、運行速度、節(jié)能降耗、降低噪音等方面得到了極大的發(fā)展。 新制造的電梯都采用了對電動機實現(xiàn)線性調(diào)速的調(diào)壓調(diào)頻 (VVVF， Variable Voltage Variable Frequency)技術，由于 VVVF 電梯采用微機控制，有完善的自檢測、自診斷、自保護功能，因而十分安全可靠。這一技術的發(fā)展使得各大商場，醫(yī)院，企業(yè)，地鐵，高層賓館、住宅、多層廠房和倉庫等高層建筑場所的所有使用者得到了極大的認可和肯定，也使乘坐者更加放心和舒適的使用。 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 在經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術日新月異的今天，商廈大樓的高度已和經(jīng)濟發(fā)展同樣的速度成長起來。商場隨著城市的發(fā)展也在不斷的發(fā)展著，電梯作為這些建筑物內(nèi)的主要運輸工具已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹闹械?一個不可缺少的組成部分。因此這也使得手扶變頻調(diào)速電梯在商場中得到了廣泛的應用。 一個國家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟增長速度、城市化水平、人口密度及數(shù)量、國家產(chǎn)業(yè)結構等綜合因素的影響。我國的國民經(jīng)濟以較高的速度持續(xù)增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經(jīng)成為全球最大的電梯市場。上世紀 80 年代以來，隨著經(jīng)濟建設的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大?？傏厔菔巧仙?，進入了“第三次浪潮”， 2021 年總產(chǎn)量超過了 8 萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從 1949 年建國以來全國共 生產(chǎn)安裝了 6l 萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠未達到飽和的程度。全世界平均 1000 人有 l 臺電梯，我國如果要達到這個水準，還需要增加 70 萬臺。到那時候，全國在用電梯將達到 130 萬臺，每年僅報廢更新就需要 6 萬臺。到 2021 年，中國電梯的年產(chǎn)量達到 13． 5 萬臺，與 1980 年相比， 25 年增長了 59 倍，產(chǎn)量每年平均增長 17． 8％。 2021 年安裝驗收電梯 124465臺，截至 05 年底，我國的在用電梯總數(shù)已達 651794 臺。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺 ! 僅此說明我國的電梯發(fā)展空間是非常廣闊的， 同時這也說明手扶式變頻調(diào)速電梯的發(fā)展舞臺也是隨著城市的發(fā)展和擴張而不斷的發(fā)展的。現(xiàn)在我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強的生產(chǎn)能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達、芬蘭通力、德國蒂森、日本三菱、日立、東芝、富士達等 13 家大型外商投資公司在國內(nèi)的市場份額達到了 74％。先進技術和先進管理的引進對國內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波 7 宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品 ，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進口，而且有一定的出口。國產(chǎn)電梯的技術水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高。自 1985 年我國參加了國際標準化組織 ISO/TCl78 以來，先后等同或等效采用了一批國際標準和先進國家的標準。標準的高起點使我國電梯行業(yè)在技術上居于有利地位。許多新技術和新產(chǎn)品，如無機房電梯、無齒輪曳引機、永磁同步拖動技術、遠程監(jiān)控技術等，國際上也是剛剛出現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。國產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶，為逐步進入國際市場創(chuàng)造了有利條件。 中國電梯在亞 洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達 l 萬臺左右，約占亞洲市場的 1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻。當今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標志之一。在一些發(fā)達的工業(yè)國家，電梯的使用相當普遍。 世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士迅達公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的 51％。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)。 本文在研究電梯基本結構的基礎上，闡述了電梯的拖動原理和控制原理，研究并提出了基于可 編程控制器 PLC 和變頻器的電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，利用安川 VS616G5型變頻器可編制速度曲線的特點為電梯舒適度的提高，提供了技術支持。通過合理分析所得速度控制曲線既可以滿足快速性的要求又避免了重力加速度效應，旋轉編碼器的使用，使 PLC 的內(nèi)部的資源和功能得到了充分的利用。采用 PLC 可編程控制器對電梯信號系統(tǒng)進行控制，提高了電梯的控制水平標準，并改善了電梯運行的舒適感，使電梯達到了較為理想的控制效果。 8 第二章 設計思路 本章確定了系統(tǒng)的總體結構，并針對系統(tǒng)的總體結構，對變頻器的類型進行了述，并確定由 PLC 來實現(xiàn)電梯信號控制，完成了電梯控制系統(tǒng)中變頻器和可編程控制器的選擇。 手扶變頻調(diào)速電梯應該具備的性能指標 隨著科技的進步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進行研究改進。綠色是和平，綠色是天然，綠色是和諧。電梯是載人的機電設備，要實現(xiàn)“綠色”，也就是強調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務，強調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。 目前意義上的“綠色”，一般是強調(diào)“天然”“節(jié)能”的一面，強調(diào)與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。電梯屬于純粹的工業(yè)產(chǎn)品，其天然性應表現(xiàn)為對環(huán)境影響的盡可能 小，與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應是綠色電梯的發(fā)展方向。 智能化 我們所說的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無法勝任的。傳統(tǒng)的智能控制是一種技術的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動控制，實際上還算不上智能。而真正的智能電梯應更具人性化特點，不僅具有傳統(tǒng)的人工智能的所有優(yōu)點，而且還有傳統(tǒng)的人工智能無法比擬的東西，具有隨機處理各種問題的能力，讓乘客有更多的主動性。于此同時在電梯有人乘坐是，其電梯本身應當能自動播放讓乘客感到放松的音樂，徹底消除在工作和生活中產(chǎn)生煩躁，緊張，不 安的情緒。使大樓商廈的交通運輸實現(xiàn)真正的智能化，現(xiàn)代化，可靠化。達到方便檢修和方便使用。智能化重點要求電梯有自動安全檢測功能，讓電梯自己能夠檢測到電梯的故障所在，并及時報警予以排除。 安全化 運行安全是電梯的根本和關鍵，也是現(xiàn)在和以后設計電梯的重點問題，可以說，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運行更有保障。運行安全不僅要消除電梯啟動時較強的電磁輻射，更要美觀與環(huán)境的協(xié)調(diào)達到平衡，讓乘客看上去心情舒暢，安全和可靠的運行的同時達到美觀大方不失華麗。讓每一位乘客在平穩(wěn)安全、舒適的電梯上度過每 個樓層的間距。而當小孩和老人乘坐時，電梯對他們應給予一種如同家人般的照顧，不但讓老人和孩子感到方便和舒適，而且更讓其家人感到放心。電梯運行安全要求電梯有自動休眠功能，使電梯在保證運行效率最高的同時，使電梯能最大限度地得到休眠。 與環(huán)境的協(xié)調(diào)和平衡，包括以下幾個方面： 9 1）視覺協(xié)調(diào)：有人曾經(jīng)做過環(huán)境色彩是否對人有影響的研究。該研究發(fā)展：視覺不協(xié)調(diào)的環(huán)境色彩對人的情緒、精神影響非常大。國內(nèi)的許多電梯公司對此的重視是遠遠不夠的，甚至不少通過引進國外技術國產(chǎn)化的電梯也顯露出一副土生土長的容貌。 2）消除電磁輻 射：如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個達到自身對大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機電設備尤其是在一個商場中。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的辦公自動化 (OA)、樓宇自動化 (BA)、電氣自動化（ EA）、通訊自動化 (CA)這些設備的正常運轉。 3）舒適感：通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以CPU 控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應要求，利用計算機優(yōu)化設計而成的理想運行曲線，實現(xiàn)更穩(wěn) 定、更舒適的運行。 手扶電梯主要參數(shù) 額定速度 (Y／ )：梯級在空載情況下的運行速度 (m／ s)。一般為 0． 5m／ s、 0． 65m／ s 及 0． 75m／ s。 傾角 (α )：梯級運行時與水平面構成的最大角度，通常為 30176。或 35176。 提升高度 (H)：扶梯的上基點與下基點的垂直高度差 (m)。 梯級寬度 (B)：梯級名義寬度 (mm)。 梯級水平段 (L)：扶梯進口處水平運行的距離 (mm)。 當ｖ =0． 50m／ s 時， L≥ 800mm； 當 v≤ 0． 65m／ s 時， L≥ 1200mml 課題開發(fā)是基于 PLC 的電梯變頻 調(diào)速系統(tǒng)，采用變頻器和 PLC 組成的變頻調(diào)速電梯控制系統(tǒng)。電梯的調(diào)速部分選用高性能的矢量控制變頻器，邏輯部分由 PLC 來實現(xiàn)。 系統(tǒng)的總體結構 課題的核心問題有兩個：一是變頻器的參數(shù)設置以滿足運行效率、舒適感、平層精度和安全性的要求；二是由 PLC 編程實現(xiàn)電梯運行時各種信號控制。 10 圖 23 系統(tǒng)總體結構 該扶手電梯調(diào)速系統(tǒng)通過 PLC 控制器控制系統(tǒng)的運行方式，通過變頻器控制其電機的轉速，變頻器是將頻率固定的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。變壓變頻控制（即 VVVF 控制）的交流調(diào)速電梯是一種通過均勻和 連續(xù)地改變定子供電頻率來平滑地改變電機轉速的調(diào)速方式。由于供電電壓與頻率同時作相應調(diào)節(jié)，維持了磁通的恒定，電機最大轉矩保持不變因而滿足了電梯的使用要求。由于這是一種改變電機同步轉速方式，因而無論轉速如何變化，轉差功率的消耗基本不變，因此系統(tǒng)效率高，是一種很有前途的電梯調(diào)速方式。 在電梯的上行下行狀態(tài)上輸出不同的電壓，從而控制電機的轉矩，在無人或者人流量少時采用低轉速，在有人或者人流量大時通過變頻器控制電機采用高轉速，從而達到節(jié)能省電的目的，在變頻器運行時同時好受觸發(fā)器的控制，通過紅外線傳感器的控制，從而識別 有人乘坐或是無人乘坐。 控制方式采用變頻調(diào)速集選控制的電氣控制系統(tǒng)。集選控制電梯的電氣控制系統(tǒng)是將有人和無人流動時發(fā)出的外指令信號，通過傳感器和其他信號等加以綜合分析后，使電梯自動選擇運行方向及目的層站的扶手電梯控制系統(tǒng)。 11 第三章 硬件系統(tǒng)設計 手扶電梯的硬件結構 扶梯由桁架、驅(qū)動減速機、驅(qū)動裝置、張緊裝置、導軌系統(tǒng)、梯級、梯級鏈，或齒條、扶欄扶手帶以及各種安全裝置所組成。 桁架 (圖 31)： 它是扶梯的基礎構架，扶梯的所有零部件都裝配在這一金屬結構的桁架中。一般用角鋼、 型鋼或方形與矩形管等焊制而成。．有整體焊接桁架與分體焊接桁架兩種。 圖 31 桁架 分體桁架一般由 3 部分組成，即上平臺、中部桁架與下平臺。其中，上、下平臺相對而言是標準的，只是由于額定速度的不同而涉及梯級水平段不同，影響到上平臺與下平臺的直線段長度。中間桁架長度將根據(jù)提升高度而變化。 為保證扶梯處于良好工作狀態(tài)，桁架必須具有足夠剛度，其允許撓度一般為扶梯上、 下支點間距離的 1‰。必要時，扶梯桁架應設中間支承，它不僅起支撐作用，而且可 隨桁架的脹和縮自行調(diào)節(jié)。 驅(qū)動機 (以鏈條式為例 )： 驅(qū)動機主要由 電動機、蝸輪蝸桿減速機、鏈輪、制動器 (抱閘 )等組成。就電動機的安裝位置可分為立式與臥式，目前采用立式驅(qū)動機的扶梯 居多。其優(yōu)點為：結構緊湊，占地少，重量輕，便于維修；噪音低，振動小，尤其是整體 式驅(qū)動機 (圖 32)，其電動機轉子軸與蝸桿共軸，因而平衡性很好，且可消除振動及降 低噪音；承載能力大，小提升高度的扶梯可由一臺驅(qū)動機驅(qū)動，中提升高度的扶梯可由兩臺驅(qū)動機驅(qū)動。 12 圖 32 驅(qū)動機 驅(qū)動裝置： 驅(qū)動裝置主要由驅(qū)動鏈輪、梯級鏈輪、扶手驅(qū)動鏈輪、主軸及制動輪或棘輪組成該裝置從驅(qū)動機獲得動力，經(jīng)驅(qū)動鏈用 以驅(qū)動梯級和扶手帶，從而實現(xiàn)扶梯的主運動，并且可在應急時制動，防止乘客倒滑，確保乘客安全。該裝置裝配在上平臺 (上部桁架 )中，如圖 33 所示。 圖 33 主軸 13 張緊裝置： 張緊裝置由梯鏈輪、軸、張緊小車及張緊梯級鏈的彈簧等組成。張緊彈簧可由螺母調(diào)節(jié)張力，使梯級鏈在扶梯運行時處于良好工作狀態(tài)。當梯級鏈斷裂或伸長時，張緊小車上的滾子精確導向產(chǎn)生位移，使其安全裝置 (梯級鏈斷裂保護裝置 )起作用，扶梯立即停止運行。 導軌： 目前，相當一部分扶梯采用冷拔角鋼作為扶梯梯級運行和返回導軌。采用國外引進技術生 產(chǎn)的扶梯梯級運行和返回導軌均為冷彎型材，具有重量輕、相對剛度大