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篇1：动平衡节能型电梯对重系统研究的论文
关于动平衡节能型电梯对重系统研究的论文
S着我国城镇化的进展，建筑能耗的总量在逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%，上升到27.45%，逐渐接近三成[1]。而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。以此推断，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右[2]。如此大的比重，建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。在民用住宅类建筑中，电梯的能耗占到建筑总能耗的5%左右，而在商用办公写字楼，电梯能耗占建筑能耗占比高达7%，电梯已成为建筑中除制冷制暖和照明电气外最大的能耗开支，生产节能环保型电梯刻不容缓[3]。
1 静态平衡电梯能耗浪费严重
目前在用电梯绝大多数采用曳引驱动式结构，曳引机是由安装在机房的电动机联合减速器、制动器等组成，曳引钢丝绳通过曳引轮连接轿厢和对重，轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮绳槽内；当曳引电动机驱动曳引轮转动时，钢丝绳与与曳引轮绳槽之间的摩擦力通过钢丝绳拖动轿厢和对重在井道中沿导轨往复升降，实现电梯的垂直运输功能。
轿厢与对重的运动依靠曳引绳和曳引轮之间的摩擦力来实现的，这种力被称为曳引力。电梯运行的简化图如图2所示。
要使电梯运行，曳引力T必须大于或等于曳引绳中较大载荷力T1与较小载荷力T2之差，即T≥T1-T2。当T1=T2时，曳引轮两侧载荷相等，曳引轮与钢丝绳之间摩擦力为最小值，是电梯运行的最佳条件[4]。
受限于电梯的使用场合，电梯轿厢的负重是变化的， 电梯运行时，轿厢载荷变化范围在轿厢空载和满载之间。目前所有的曳引式电梯的对重重量是一个固定值，一般根据平衡系数0.4～0.5确定对重重量，在不同的场合有所不同，由于T1为变量，T2为常量，电梯在运行时曳引力T必然会跟随T1-T2的差而变化。以电梯上行为列，如果此时电梯满载，运动图如图3所示：
轿厢满载上行的情况下，曳引系统需要克服重力做功，此时电机所需功率很大，消耗能力巨大。
当轿厢空载上行时，T1为最小值，运动图如图4所示。
此时依靠对重的势能释放即可拉动轿厢上行，但由于T2与T1之间差值过大，造成对重中存储的势能浪费严重。
目前市场上的电梯都采用静态平衡系统，轿厢载荷会因为载客数量发生变化，而对重的重量始终保持不变，由此造成对重和轿厢的重力不平衡，使得满载上行过程中曳引系统需要克服重力消耗能力，在空载上行时对重存储的势能又浪费流失，轿厢下行时与上行类似。
2 动平衡电梯国内外同类研究现状
目前期刊论文文献关于电梯节能的文献较多，主要研究电梯节能技术的四个方向，永磁同步曳引电梯、变频器再生能量回馈节能技术、电梯群控节能技术和共直流母线节能技术[5]。其中变频器再生能量回馈技术与本课题研究的动态平衡电梯有一定类似。变频器再生能量回馈技术将电梯浪费的势能转化为电能反馈回电网，达到节能的目的。该节能方式将储存的势能很好地利用起来，但势能经过机械转化为电能再通过变频器送入电网，中间能量流失过大。动平衡电梯直接将势能储存起来，损耗较小，比变频器再生能量回馈技术节能效果更好。
在部分专利中，提出电梯对重系统的动态调节机构，主要方法有两种，第一是将电梯对重的重物块分解为若干细小单元，在每一层存储足够的对重单元，电梯在启动运行之前，通过机械结构加减对重的重量来达到轿厢与对重等重的目的。这种对重调节方式机械结构复杂，目前仍停留在研究阶段。第二种方式为液态的对重重量调节，结构复杂且时效性差，也处于研究阶段。
3 动平衡电梯的方案设计
通过对现在文献的查阅，目前在研究的电梯动态平衡方案有两种，一种是将对重分解为若干小的单元，通过设计机械结构实现对重的加减。另外一种是液态调节的方法，利用液体的流动性来调节电梯对重的重量。这两种方法需要设计复杂的机械结构，目前还未有应用，尚处于理论研究阶段。
利用变传动速度的方式可以实现轿厢侧和对重侧钢丝绳拉力的相等，在电梯对重系统的对重侧增加速机构，根据传感器测得的轿厢侧重量来改变对重侧相对轿厢侧的速度比。系统方案如图5所示：
电梯的平衡系统通过变速机构实现动态的平衡，对重侧悬挂轿厢满载时的重量，当轿厢满载时轿厢与对重的运行速度为1：1，当轿厢空载时运行速度为1：1/N，以此达到左右曳引系统左右两侧拉力相等的目的'。
本系统的关键是设计适用电梯的变速机构，用于普通交通的变速机构如汽车变速箱，发电设备变速机构，齿轮箱等不能直接用于电梯的。电梯用变速箱输入输出端均为钢丝绳，且载荷变化比较频繁，在变速箱结构设计上应当满足电梯的特性。
4 结束语
通过基于变速结构的电梯动态平衡系统的设计以及该系统变速箱的设计，实现电梯的对重系统的动态平衡，对于电梯能耗的降低具有非常巨大的现实意义。特别是对于那些客流量较大的电梯，能量的节约将更为显著。
参考文献：
[1]国务院关于加快发展节能环保产业的意见[Z].国发[]30号，2013-8-1.
[2]田学成.电梯节能技术的现状与研究方向[J].低碳世界，（19）：266-267.
[3]赵丽丽.我国建筑能耗现状分析[J].住宅与房地产，2016（30）：25.
[4]沈石林.基于建筑节能的电梯群控研究[D].华中科技大学，.
[5]白金光.住宅区电梯节能改良的综合措施探究[J].中国高新技术企业，（13）：74-75.
篇2：电梯电气控制系统研究论文
电梯电气控制系统研究论文
摘要：电梯作为现代高层建筑非常重要的组成部分，是人们生活必不可少的工具。电梯的安全运行非常重要，不容忽视。电梯本身的运行由电梯电气控制系统控制。电气控制系统的安全运行，直接决定了电梯的安全。因此，介绍电梯中PLC电梯电气控制系统的必要性、系统结构组成和PLC的工作原理，分析了控制系统的设计和相应的应用措施。
关键词：PLC控制；变频调速；电梯电气控制系统
引言
随着我国经济的发展，高层建筑越来越多，增大了对电梯的需求，也提高了电梯的要求。PLC控制变频调速电梯电气控制系统的应用，使电梯更加安全、舒适、节能和快速，充分保障了人们的生命安全，满足了当前人们对电梯的要求。
1PLC控制变频调速电梯电气控制系统的必要性
笔者主要分析了PLC控制变频调速电梯电气控制系统在节能、降噪、安全及能源利用率方面应用的必要性。
1.1节能效率高
在能源危机不断加剧的今天，不可再生资源越来越少，能源价格也越来越高，人们更加注重节能环保。电梯不仅要安全稳定舒适，还要能节约能源。在电梯中应用PLC控制变频调速电梯电气控制系统，能够充分满足节能环保要求，符合国家提倡的节能发展理念，实现电梯的节能发展。要及时更换消耗能源量较大的电梯或者频繁出现故障的电梯，确保电梯安全，并实现节能要求。
1.2降低噪音提升安全系数
PLC控制变频调速电梯电气控制系统能够有效降低电梯运行过程中产生的噪音，从而提升电梯舒适度。普通的电梯使用电抗器进行调速，乘客可以明显感觉到运行平层的振动并听到较大噪音，给电梯运行安全产生了不利影响，也严重影响人们乘坐电梯的体验，降低了乘坐电梯的舒适度[1]。在电梯中应用PLC控制变频调速电梯电气控制系统，能够很好地解决这些问题，使电梯平稳运行，并降低噪音污染。
1.3提升能源利用率
与一般电梯采用电抗器进行调速相比较，在电梯中采用变频调速能极大提升能源利用率，还可以更好地控制运行速度。
2PLC控制变频调速电梯电气控制系统结构组成
2.1变频器
变频器是PLC控制变频调速电梯电气控制系统中非常重要的组成部分。由于该系统采用PLC控制方式，需要选择通用变频器。全数字产品能很大程度地节约电能，且全数字变频器有转差补偿、磁通矢量以及负载转矩自适应等功能，不仅增大了电梯的额定功率，也增加了电梯运行过程中的舒适度，减轻了电梯运行过程中受到的损伤，确保电梯安全运行并延长电梯使用寿命。
2.2PLC
控制系统中不可或缺的是PLC。具有多位数计数器的PLC能满足电梯对楼层位置的检测需求。实际中，电梯是双向运行的.，所以选择的PLC需要具备逆向计数功能。电梯电气控制系统在结构上由拖动控制系统和信号控制系统组成。PLC作为控制系统的核心，能够利用信号控制系统的输入接口，接收并存储井道平层感应信号、开关门信号和安全保护信号。它可以通过信号处理功能操作门机控制信号与拖动系统信号，以此控制电梯安全稳定运行。
2.3电气控制装置
电气控制装置在接收PLC控制信号后，能够控制电梯的运行状态。装置由四部分构成，分别是控制装置、平层装置、操作装置以及屏幕装置。四个装置之间相互发生动作，控制装置准确完成PLC发出的控制命令。操作装置完成指令的接收，并根据指令内容进行相关按键操作。平层装置接收楼层检测信号并传输给PLC。屏幕装置则主要负责控制楼层指示灯、按键灯与电梯监控设备。
3PLC工作原理
PLC的主要工作流程是输入采样、程序执行与输出刷新，也称为PLC的一个扫描周期。影响PLC扫描周期的主要因素是PLC系统CPU的扫描速度。输入采样阶段，PLC按照次序扫描读取输入程序，并将读取的数据存入I/O映像区的制定单元内。程序执行阶段，PLC执行输入程序的顺序可以从上到下也可以从左往右。输出刷新阶段，CPU会结合数据在I/O映像区内的实际状态刷新数据，然后将这些数据输出到锁存电路，最后通过输出电路驱动外设的方式完成输出作业。
4PLC控制变频调速电梯电气控制系统的设计
4.1电梯井道设计
优化电梯井道布线，能够有效降低维修、养护电梯的难度和工作量。在电梯井道中应用光电开关，能够有效发挥脉冲控制技术对电梯运行速度的控制作用和对平层控制的作用。通过对井道布线的优化和在井道中应用光电开关，能够进一步优化电梯系统。部分电梯设计过程中会应用到旋转编码器。编码器与电气控制系统主电动机同轴相连后，编码器产生的脉冲会被直接输入到PLC高速脉冲输入端。因此，在井道中应用旋转编码器可以精确计算电梯垂直方向上的距离，还能判断电梯的运行方向，计算曳引机的转速[2]。
4.2变频器制动电阻设计
电梯负载是位能负载中的一种，主要特征是能够产生再生能量。在PLC控制变频调速电梯电气控制系统的设计过程中，需要重视变频调速装置中的制动能力，尽可能优化制动功能。优化方式之一是在变频调速装置中应用制动电阻。变频器制动电阻工作原理是通过制动单元产生作用，再利用再生能量实现制动。
4.3电梯的操作方式
在电梯应用PLC控制变频调速电梯电气控制系统后，被召唤向下运行可以通过下集选控制登记技术实现，而电梯被召唤上行时可以只应答顶层召唤，当需要下行时可以自动改变运行方向。电梯设计人员需要合理设计电梯的速度给定曲线来保证电梯的运输效率。在处理电梯的换速问题、平层问题、楼层显示问题与轿厢制动问题时，编码器的输出端以把脉冲信号输入到PLC输入端的方式，建立轿厢位置反馈和电梯速度反馈。电梯位置主要通过PLC中的脉冲叠加数来表现。电梯的距离、换速点与轿厢制动点等信号的测定，则主要依据PLC值和各个信号点对应的脉冲数对比指数。在电梯中应用位置信号检测机制，可以提升PLC判断电梯所在楼层位置信号、平层位置信号以及门区信号的准确性。充分发挥电梯井道中信号检测装置的作用，可以优化井道检测原件信号连接，有效降低电梯使用PLC控制变频调速电梯电气控制系统的成本。脉冲计数编程主要采用相对计数方式。从一个平层点到下一个平层点的计数过程中，PLC会经历一个复位，即应用这种方法进行计数时，每一个平层点都从零开始计数。这种计数模式下，需要将楼层数存储到另一个计数器中。当计数器数值增加到设定的值，在PLC复位后，即可计算电梯运行的相对距离。
5PLC控制变频调速电梯电气控制系统在电梯中应用的具体措施
5.1隔光设置的合理性
在电梯中应用PLC控制变频调速电梯电气控制系统，首先应该合理应用隔光设置。在应用隔光设置前，应该在电梯内部安装电光开关，还要在每一个平层点安装隔光板，以提升扫描平层位置信号的效率。在应用隔光设置时，合理控制产生脉冲装置之间的距离，确保脉冲发生装置随着电机旋转的过程中每经过一个间距缝隙就产生一个电脉冲。相关技术人员应将脉冲发生装置产生的电脉冲输入到PLC的高速输入端，并对脉冲进行计数，提升测量电梯间距的精确度，降低测量误差。此外，运用这种方式能够便于计算机进行处理，减少时间消耗。
5.2增量编码器的应用
应用增量编码器是电梯电气控制系统的关键。增量编码器既可以提升电梯运行速度和电梯运行距离测量的准确性和效率，还能够判断电梯运行的方向，并检测曳引机的转速。但是，电梯采用电抗器进行速度调节时，会产生明显的振动和较大的噪音。因此，在应用增量编码器的过程中，应将电梯的电抗器调速更换为变频调速器，从而确保电梯在启动加速和停止减速过程中运行稳定，保证电梯运行的舒适度[3]。在应用增量编码器的过程中，还应该同时使用平层位置开关和零速信号，进一步提升电梯启动、加速减速与停止的过程中的稳定性和舒适度。
5.3做好变频调速控制
应用PLC控制变频调速电梯电气控制系统，必须要有变频器进行调速。电梯属于启动和制动非常频繁的运输设备，需要做好变频器变频调速工作，降低电梯在启动、加速、减速和停止过程中产生的冲击，达到降低电梯运行产生的噪音与提升电梯运行时稳定性的目的。变频器变频调速控制过程中，应当利用脉冲计算减少井道布线，使电梯系统维修和养护工作更加方便，降低工人工作量，减少维修养护的成本支出。
6结论
在电梯中应用PLC控制变频调速电梯电气控制系统，能够充分满足现阶段人们对于电梯的要求，提升电梯的安全性、舒适性和稳定性，并有效节省能源。随着技术的不断提升和经济的不断发展，PLC控制变频调速电梯电气控制系统会在电梯领域得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]董得众.基于PLC的变频调速电梯电气控制系统[J].信息通信，2013，（8）：288.
[2]罗兴全.PLC控制变频调速电梯电气控制系统[J].电气传动自动化，2012，34（3）：40-43.
[3]景利学，冉鹏程，饶克克.变频调速电梯PLC控制系统设计[J].变频器世界，2011，（11）：102-104.
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