Разработка электропривода лебёдки лифта

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Санкт-Петербургский государственный  технологический университет растительных полимеров

Факультет АСУТП

Кафедра АЭиЭ

Курсовая работа

на тему: «Разработка электропривода лебёдки лифта»

Выполнил                                                                студент гр. 553  

                                                 Л. А. Титов

Проверил                                                         д.т. н., проф.

А. Е. Козярук

Санкт-Петербург

2011

Содержание

Введение

Сегодня, около трети всех существующих лифтов имеют возраст 20 лет и более. Такие лифты имеют  устаревшие редукторные привода  с реализацией алгоритма управления на релейных элементах. Более того, данные системы ненадежны и дороги в обслуживании. Установка современного лифтового оборудования позволяет  экономить 60% электроэнергии, повысить надежность, улучшить быстродействие и плавность хода, сделать работу лифта бесшумной и комфортной для окружающих.

Лебедки, позволяющие добиться этих преимуществ, выполняются на основе безредукторного асинхронного или вентильного двигателя с ПЧ и возможностью рекуперации энергии в сеть. В данной курсовой работе применен вентильный двигатель с постоянными магнитами.

1. Кинематическая схема.

Система блоков обеспечивает полиспаст равный двум.

В шахте лифта находятся  концевые выключатели на уровне этажей, и еще два сверху и снизу. В  кабине лифта находятся датчики  веса минимального и максимального, а также концевые выключатели  дверей. 

2. Техническое задание

Техническое задание на разработку регулируемого электропривода лебёдки  лифта 5 этажного здания.

1. Назначение и область применения

Электропривод лебёдки лифта предназначен для  вертикального перемещения кабины лифта.

2. Технические характеристики электропривода лебёдки.

Привод регулируемый, реверсивный, с возможностью рекуперации. 
Питание от 3-фазной сети с нулевым проводом. 
На двигателе установлен механический тормоз.

Требования к САР:

3. Требования к автоматизации

Посты управления

• Технологический пост управления
• Пост управления в кабине лифта
• 5 постов управления на этажах

Режим работы

• Автоматический
• Ревизионный

Функции системы автоматизации:

• Управление перемещением кабины лифта
• Управление дверьми лифта
• Оповещение и сигнализация

Управление перемещением кабины лифта

• Перемещение кабины лифта из текущего положения на заданный этаж (управление из кабины)
• Перемещение кабины лифта из текущего положения на заданный этаж (управление с этажа)
• Осуществление экстренной остановки и спуск на ближайший этаж.
• Режим ожидания при грузе в кабине

Управление дверьми лифта

• Открытие дверей лифта при достижении заданного этажа
• Ожидание решения пассажира (блокировка закрытия дверей при наличии груза и отсутствии заданий)
• Закрытие дверей при получении задания

Оповещение и сигнализация

• Оповещение об аварии (на каждом этаже)
• Оповещение о блокировках (в посте наладки)

Виды защит:

• Защита от потери напряжения сети (ИБП, )
• Защита от обрыва фазы (ИБП)
• Защита от токов короткого замыкания (Автомат )
• Защита от превышения скорости движения кабины лифта (Механический тормоз, )
• Защита по току электродвигателя при перегрузке , в течении 10 сек, и в течении 30 секунд, (датчик тока, постоянный ток 20 мА, напряжение 10В)

Виды блокировок:

• Блокировка снятия механического тормоза при открытых дверях. (Концевик на двери, дискретный сигнал 24 В, 0,01 А.).
• Блокировка открытия дверей в случае отсутствия или движения кабины. (Концевик в шахте, дискретный сигнал 24 В, 0,01 А.).
• Блокировка работы лифта при отсутствии питания сети (ИБП, Дискретный сигнал 24 В, 0,01 А).
• Блокировка снятия механического тормоза при отсутствии готовности привода лебёдки (Привод лебёдки, дискретный сигнал, 24 В, 0,01 А).
• Блокировка снятия механического тормоза при перегузе (Датчик силы, Дискретный сигнал, 24 В, 0,01 А).
• Блокировка механическим тормозом при аварии привода лебёдки (Привод лебёдки, дискр. сигнал, 24 В, 0,01 А).

Сигналы:

Сигналы управления.

Дискретные  сигналы (DI 24 В, 0,01 А, сухой контакт):

• Сигналы кнопок вызова лифта на этажах
• Вызов лифта на этаже 1
• Вызов лифта на этаже 2
• Вызов лифта на этаже 3
• Вызов лифта на этаже 4
• Вызов лифта на этаже 5
• Сигналы поста управления в кабине лифта (кнопки)
• Следовать на 1 этаж
• Следовать на 2 этаж
• Следовать на 3 этаж
• Следовать на 4 этаж
• Следовать на 5 этаж
• Экстренная остановка
• Сигналы технологического поста управления
• Режим – автомат (переключатель: 2 положения)
• Режим – ручной (переключатель: 2 положения)
• Механический тормоз – включен (переключатель: вкл/выкл)
• Механический тормоз – автоматическое управление (переключатель: вкл/автомат)
• Экстренная остановка (Кнопка) 
  

Сигналы привода лебёдки.

Дискретные  сигналы (DO 24 В, 0,01 А)

• Готовность к работе
• Авария

Сигналы ИБП.

Дискретные  сигналы (DO 24 В, 0,01 А)

• Работа от батареи
• Работа от сети
• Заряжен
• Авария

Сигналы управления коммутирующим  оборудованием.

Дискретные  сигналы (DO 24 В, 0,01 А)

• Контактор КМ1

Сигналы лампочек на этажах.

Дискретные  сигналы (DO 24 В, 0,01 А)

• Вызов принят (Лампочка на кнопке)
• На 1 этаже
• На 2 этаже
• На 3 этаже
• На 4 этаже
• На 5 этаже

Сигнализация на технологическом  посте управления.

Дискретные  сигналы: (DO 24 В, 0,01 А)

• Лифт в порядке
• Авария ИБП
• Авария лебёдки
• Сеть
• Тормоз зажат

Сигналы датчиков в кабине.

Дискретные  сигналы (DO 24 В, 0,01 А, сухой контакт)

• Перегруз кабины (датчик веса макс)
• Присутствие в кабине (датчик веса мин)
• Двери в кабине открыты (Концевик)
• Двери в кабине закрыты (Концевик)

Сигналы датчиков в шахте.

Дискретные  сигналы (DO 24 В, 0,01 А, сухой контакт)

• Датчики положения кабины (Концевик)
• Кабина находиться на уровне 1 этажа
• Кабина находиться на уровне 2 этажа
• Кабина находиться на уровне 3 этажа
• Кабина находиться на уровне 4 этажа
• Кабина находиться на уровне 5 этажа
• Кабина уперлась вверху (NC)
• Кабина уперлась внизу (NC)

Доп-контакты на коммутируемом оборудовании

Дискретный  сигнал (DI 24 В, 0,01 А, сухой конткат)

• QF1 автомат включён
• QF2 включен
• KM1 включен
• QF3 включен

4. Условия эксплуатации.

5. Требования к надежности.

6. Гарантии производителя.

3. Выбор двигателя.

Двигатель для лебёдки  должен быть надежным, энергосберегающим, и по возможности простым.

Для правильного выбора двигателя  необходимо построить нагрузочные  характеристики механизма.

1. Технические характеристики механизма:

2. Расчет нагрузочных характеристик.

Расчет циклограммы линейной скорости.

Циклограмма состоит из трех отрезков:

1. Время разгона, (2 с)
2. Перемещение на номинальной скорости (в зависимости от этажа)
3. Время торможения (2 с)

Рассчитаем линейную скорость для случая подъема на 4 этажа. Время  разгона и торможения считаем  равным.

Рассчитаем максимальное линейное ускорение в случае разгона  с постоянным ускорением.

За время разгона или  торможения лифт пройдет путь:

Перемещение на номинальной  скорости:

Время подъема в установившемся режиме:

Время подъема на 4 этажа:

 
Рис. 3.1 Циклограмма линейной скорости при подъеме на 4 этажа.

Рассчитаем статический  момент. Статический момент будет  зависеть от загруженности лифта.

 
Рис. 3.2 Статический момент в зависимости  от массы груза.

Максимальный статический  момент:

Расчет динамического  момента.

Расчет приведенного момента  инерции.

Приведенный момент инерции  при максимально загруженном  лифте:

Динамический момент зависит  как от загруженности лифта и  режимов разгона и торможения. Рассчитаем динамический момент при  разгоне по линейному закону с  постоянным ускорением  .

Максимальный момент, прикладываемый к валу двигателя.

Построим нагрузочную  диаграмму:

 
Рис. 3.3 Нагрузочная диаграмма.  
Рис. 3.4 Мощность на валу двигателя.

Выбор двигателя осуществляем основываясь на нагрузочной диаграмме и экстремальных условиях, то есть подъем максимального груза.

Заданным параметрам соответствует  асинхронный двигатель АИР180М8.

Двигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором АИР180 нормальной и повышенной точности основного, химически стойкого, пылезащищенного исполнений применяются для привода пассажирских и грузовых лифтов, для энергоблоков атомных электростанций, для угле- и нефтегазодобывающей, химической промышленности и рассчитаны для работы от сети трехфазного переменного тока напряжением 220, 380, 660, 220/380, 380/660 В частотой 50, 60 Гц.

Выбранный двигатель имеет  внешнее охлаждение.

Проверка выбора двигателя.

Проверку выбранного двигателя  проведем по методу эквивалентного момента. Для гарантированной пригодности  двигателя необходимо что бы выполнялось условие:

Эквивалентный момент рассчитывается по формуле:

 учитывает коэффициенты  теплоотдачи: 

Выделяем три участка  – разгон, установившийся режим, торможение.

Так как условие  выполняется, значит, двигатель выбран правильно.

4. Выбор преобразователя.

Наиболее подходящим преобразователем является модель серии Sinamics S110. Данная серия включает в себя замкнутый контур управления положением, встроенные функции работы с механическим тормозом, и прочие полезные функции.

Основываясь на каталоге Сименс, выбираем преобразователь по мощности и перегрузочной способности - 6SL3203-0CD25-3AA0.

5. Разработка ДСПУ.
1. Граф состояний алгоритма функционирования ДСПУ.

 Рис. 5.1 Граф состояний кабины лифта.

Таблица условий перехода.

Условие перехода формируется  из сочетания определенных блокировок, запрещающих переход из одного состояния  в другое. Условия будут называться по шаблону – , где – это предыдущее состояние, – последующее, – условия перехода.

Таблица аварий.

В таблице аварий собраны  словестные описания условий приводящих к авариям.

  
Лифт работает правильно, если отсутствуют все аварии и привод лебёдки готов к работе.

Аварии сбрасываются по нажатию кнопки.

2. Алгоритм работы дверей.

Граф состояния дверей. 
 
Рис. 5.2 Граф состояния дверей.

Таблица условий перехода.

 
Двери в кабине и двери на заданном этаже работают синхронно, и считаются  одним механизмом.

3. Обработка вызовов.

Если в кабине появляется минимальный груз, то управление лифтом отдается  пульту управления (ПУ) находящемуся в кабине. В случае нажатия определенной кнопки, вызов запоминается и при  нормальной работе лифта выполняется. После завершения выполнения вызова, вызов сбрасывается и включается таймер на 1 минуту, по истечении которого управление лифтом передается посту вызова (ПВ) на этажах, если минимальный груз исчез раньше, то таймер срабатывается, и управление передаётся ПВ. Так же, в случае если в кабине появился груз, и никаких приказов в течение 1 минуты не поступило, управление передается ПВ. В случае управления с поста вызовов вызовы принимаются с кнопок на этажах. В случае движения лифта по заданному алгоритму приоритет вызова отдаётся ПУ если в кабине есть груз, или ПВ если в кабине груза нет. После запоминания вызова сравнивается текущее местоположение лифта и необходимое и происходит переход в состояние подъема или спуска на заданное количество этажей. После достижения заданного этажа вызов сбрасывается.

4. Выполняемые действия.

Приведем таблицу выполняемых  действий в каждом состоянии объекта.

5. Выбор элементной базы

Ввиду сложности алгоритма  управление целесообразно выбрать  ПЛК, S7-300.

Процессор: CPU-315 2 DP

Сигнальные модули:

3 Вводных модуля DI на 16 входов, 24 В, 0,01 А. 
2 Выводных модуля DO на 16 выходов, 24 В, 0,5 А.

Блок питания: PS 307 10 А.

Алгоритм программы на языке FBD приложении 1.

Программа состоит из 6 функциональных блоков, основного цикла, и блоков данных. В таблице приведено описание структуры программы.

6. Расчетная часть.

Для расчета регуляторов  необходимы параметры двигателя.

Расчет коэффициента рассеяния  двигателя:

Электромагнитная постоянная статорной цепи двигателя: