新疆大学毕业设计（设计）1 绪论1.1 概述为提供参加滑雪运动人员安全迅速省力达到滑雪场高处的出发平台， 滑雪场 都设置有提升缆车。 目前滑雪场的缆车监控系统都采用机电控制设备和可编程控 制器的组合方案，能够应对大量的监控点。由于可编程控制器对信息处理的能力 限制， 无法实时全面地对监控范围的运行条件和控制结果进行完整的回应和人机 交互。本设计
采用高可靠性的工业控制计算机系统，将滑雪场的控制过程通过人 机界面和操作人员进行交互、实现及时、清晰、完成的动态过程。1.2 缆车介绍缆车（cablecar）利用钢绳牵引，实现人员或货物输送目的之设备的统称或 一般称谓。由驱动机带动钢丝绳，牵引车厢沿着铺设在地表并有一定坡度的轨道 上运行的一种交通工具。轨道坡度受限，轨道坡度一般以 15 度～25 度为宜。根 据运输量、地形、运距等条件线路可设计成单轨、双轨、单轨中间加错车道或换 乘站等多种形式。缆车车厢的运行速度一般不大于每小时 13 公里。为适应线路 的地形条件和乘坐舒适，载人车厢的座椅应与水平面平行并呈阶梯式，以便于人 员上下和货物装卸。当车厢在运行中发生超速、过载、越位、停电、断绳等事故 时，要有相应的安全措施保证乘客安全。由于缆车对地形的适应性较差，建设费 用高，长距离运输效率低，因此它的应用和发展受到限制。另外，根据中国本领 域专业命名规则，车辆和钢绳架空运行的缆车设备，定义为架空索道。而车辆和 钢绳在地面沿轨道行走的缆车设备定义为地面缆车。1.3 缆车分类图 1-1 单线循环吊椅式客运索道-1-新疆大学毕业设计（设计）1.3.1 按支持及牵引的方法可以分为 2 种，单线式：使用一条钢索，同时支持吊车的重量及牵引吊车或 吊椅。复线式：使用多条钢索。其中用作支持吊车重量的一或两条钢索是不会动 的，其他钢索则负责拉动吊车。图 1-2 货运索道1.3.2 按行走方式索道可分为 2 种，往复式：索道上只有一对吊车，当其中一辆上山时，另一 辆则下山。 两辆车到达车站后， 再各自向反方向行走。 这种索道 AerialTramway。 往复式吊车的每辆载客量一般较多，可以达每辆 100 人，而且爬坡力较强，抗风 力亦较好。往复式索道的速度可达每秒 8 米。循环式：索道上会有多辆吊车，拉 动的钢索的是一个无极的自诹蕉说那旨坝鼗芈稚稀５钡醭祷虻跻斡善 点到达终点后，经过迂回轮回到起点循环。循环式吊车称为 Gondolalift，当中 循环式索道可再分为，固定抱索式：吊车或吊椅正常操作时不会放开钢索，所以 同一钢索上所有吊车的速度都会一样。有的固定抱索式索道，吊车平均分布在整 条钢索上之上，钢索以固定的速度行走。这种设计最为简单，但缺点是速度不能 太快（一般为每秒一米左右） ，否则乘客难以上落。亦有的固定抱索式索道采用 脉动设计，把吊车分成 4、6、8 组，每组由 3 至 4 辆车组成，组与组之间的距离 相同。同组的吊车同时在车站上下乘客，当其中一组吊车在站内时，钢索及各组 车同时放慢速度。吊车离开车站后，一起加速行驶。这种索道行驶速度较快（站 内每秒 0.4 米，站外每秒 4 米左右） ，乘客上下容易，但距离不能太长，运载能 力亦有限。 脱挂式： 亦称脱开挂结式。 吊车以弹簧控制的钳扣握在拉动的钢索上。 当吊车到达车站后，吊车扣压钢索的钳会放开，吊车减速后让乘客上落。离开车 站前，吊车会被机械加速至与钢索一样的速度，吊车上的钳再紧扣钢索，循环离 开。这种索道的速度快，可达每秒 6 米，运载能力亦大。-2-新疆大学毕业设计（设计）图 1-3 单线循环吊篮式客运索道1.3.3 索道在工程中的应用范围工程索道包括货运索道、客运索道、矿山索道、坑道索道、建筑索道、滑雪 索道，缆索起重机和林业索道等。归纳起来，可以把它划分为货运索道、客运索 道，林业索道和缆索起重机等 4 类。林业索道指钢丝绳架设在空中作为轨道，跑 车悬吊其上，借以运输木材。客运索道系利用架空绳索支承和牵引客车运送乘客 的机械运输设施。货运索道跟客运索道差不多，只不过货运索道是用来运输货物 的。 缆索起重机一般用于地形较复杂的地方架设刚架拱， 桁架拱类桥梁。 4 类 这 索道承重和传动工作结构系统相同，索道设计计算理论和方法相同，架设技术的 基本要求相同，只是因其运输对象的不同而运载工具和名称不同，相关技术参数 要求不同。以缆索承重和缆索传动为主体的机械化，半机械化运输系统中的不同 品种，这种系统称为工程索道。1.4 客运索道在景区建设中的地位和作用 1.4.1 改善游客步行上山难保证游客有充沛的体力和充足的时间游览观光，充分体现了“旅宜速，游宜 缓”的现代旅游特色。1.4.2 提高景区接待能力对于道路崎岖且狭窄，险峻的景区，索道可减少游客在道路上的滞留时间大 大提高景区的接待能力。如：华山风景区，距 200km 左右的西安年接待 300 万旅 游者，只有 3 万人到华山游览，自从修建索道后，限制华山游客数量的交通瓶颈 被打开，游客大增。-3-新疆大学毕业设计（设计）1.4.3 扩大景区的游览范围索道可改善景区的交通状态，使游客不受道路状况，游览时间的限制，扩大 了景区游览范围，使人们尽情地欣赏大自然的无限风光。1.4.4 加速游客周转游客可当日到地处比较偏僻，远离城镇，交通不便的景区观赏日出和雪景等 特殊景观。通过拆除多余服务设施，可对景区重新规划，同时净化了环境，减少 了污染。为逐步实现“山上游，山下住”较为科学就，合理的旅游接待格局创造 了条件。1.4.5 为景区发展提供资金来源为景区发展奠定了资金基础。如：泰山 1 号索道，安全运行 15 年，营业总 收人约 22 亿，为基建投资的 21 倍，为泰山旅游事业的发展积累了大量的资金。1.5 缆车发展历史 1.5.1 国外索道发展与展望⑴设备发展史―4 个阶段 ①远古～19 世纪中叶：启蒙阶段。 ②19 世纪中叶～20 世纪初：1859 年，奥地利的霍恩?施泰设计了第 1 条钢 索架空集材索道，单跨短距离，重力式。1883 年，Washington 发明了第 1 台集 材绞盘机。 ③20 世纪初～50 年代：动力索道探索阶段。 ④20 世纪 50 年代～现在：发展应用阶段。 ⑵理论发展史―4 种理论 ①17 世纪：意大利的天文，物理学家伽利略第 1 个进行研究悬挂在两支点 的线型设计问题，几何学家 Janes.Bemall 等人于 1691 年提出了悬链线理论。 ②1794 年，Fuss 提出了抛物线法。1862 年由后人形成了抛物线理论。 ③1981 年，中国的倪元增等人提出了单跨摄动法理论。 ④1983 年，中国的单圣涤等人提出了单跨悬索曲线理论。 ⑶索道发展趋势 ①经济化：发展单跨索道。 ②自动化：软件设计，遥控操作，带架杆式绞盘机的架设。 ③实用化：索道飞艇集材发展。 ⑷发展索道应注意的几个方面 ①应用须以国情为基础。 ②营建林道仍是急需。-4-新疆大学毕业设计（设计）③发展中国家的特点：林道网少，固定式索道向飞艇发展。1.5.2 我国索道发展与展望⑴发展史 ①世纪，以藤条为绳，以竹篾织缆，跨越河流作交通运输。 ②17 世纪中叶出现钢索，20 世纪初我国矿山索道已获应用。 ③20 世纪 40 年代，林业架空索道在我国台湾省阿里山林区使用。 ④1956 年，“维仙”（WyssenKJ-3）在东北引进。1958 年，福建省顺昌县 九龙山伐木埸开始使用。 ⑤60 年代后期至 70 年代索道大量推广应用。1979 年，全国有 3047 条。福 建省 1976 年统计有 689 条（560km） ，索道形式有：短距离小集中或集材用轻型 松紧式；长距离集材用半自动；中距离集运材用缆机增力式；间伐材集运材用曲 线循环运行式。 ⑵发展趋势改善传统旧设备 ①提高机动性：带钢架杆自走式代替固定式绞盘机。 ②日趋短索道：路网密度增加，多跨逐渐变成单跨。 ③提高安全性：钢索张力过载报警器，钢索探伤仪应用。 ④新技术应用：带抓钩遥控跑车，遥控绞盘机研制使用。图 1-4 往复式缆车1.5.3 客运索道发展历史我国是客运索道的发源国，历史上可追溯至春秋战国时期。我国川西和藏东 一带的山区，用藤索，竹索作为轨道的“溜索”从远古时代一直沿用至 1958 年 才逐渐消失。 这种索道架设于悬崖峭壁之上， 跨越幽深峡谷， 用来“溜人”或“溜 物”。现代客运索道最早于 1894 年出现在意大利。此后在德国、日本、前苏联 相继建成了客运索道。据《国际缆索运输杂志》统计，截至 2001 年年底全世界-5-新疆大学毕业设计（设计）客运索道达 3.2 万条。其中美国 4147 条，法国 4040 条，奥地利 3473 条，日本 3455 条，意大利 3124 条，瑞士 2101 条，德国 1670 条。美国的索道工程师们早 在 1986 年便开始着手研究和设计用于月球采矿运输的所谓“太空索道”。索道 是一种古老而年轻的交通运输机械， 现代却成了一种空中载人运货的现代化交通 运输工具。改革开放以来，我国客运索道从无到有，各种客运索道的形式也趋于 完备。-6-新疆大学毕业设计（设计）2 单线循环式客运索道的设计2.1 缆车技术参数运输速度： 0～1 m s 运输能力： 754 人 h （单向） 行程时间： 7分钟 运输距离： 400m钢丝绳长度： 800m 乘人间距: 9m 索道坡度： 9° 绳间距： 3000mm 绳直径： 22mm 吊椅高度： 1720mm 吊椅数量： 88 把 点击功率： 37 kw 额定电压： 380V 206V 驱动轮直径： 3400mm 驱动轮最大转速： 38 r min 主电机型号： YR225M2-6、 功率 37 kw 、 最大转速： r min 、 958 电源频率： H Z 、 50 防护等级 IP ? 23 、定子额定电压： 380V 、电流： 73 A 、转子额定电压： 206V 、 电流： 80 A 。 索道齿轮减速器型号： STJ 8500 ，传动比： i = 100 。 直流电动机型号： Z 4 ? 250 ? 42 、功率： 160kw 、电压： 180V 、转速： r min 、防护等级： IP ? 21S 。联轴器型号：SWP 型十字轴式万向联轴器。2.2 索道的构成索道是一种将钢索架设在支承结构上作为轨道， 通过运载工具来输送人员的 运输系统。索道一般由钢丝绳、包索器、吊椅、支架等部件组成。-7-新疆大学毕业设计（设计）2.2.1 钢索钢丝绳是一种柔性的空间螺旋结构钢制品，具有高强度，柔软性和阻尼吸收 的特点，被广泛地应用于矿山生产、机械加工、建筑、桥梁、交通、通信和航空 航天等领域。钢丝绳在上述领域的安全方面发挥着重大作用。例如，起重机使用 的钢丝绳承担所悬吊重物的重力并传递动力， 其安全性是人们长期以来一直关心 的问题。电梯所使用的钢丝绳是保障电梯安全运行的重要环节，是对电梯进行安 全检测检验的核心部分，架空索道使用钢丝绳来进行缆车牵引，缆车的安全性能 主要取决于钢丝绳的可靠性。为保证这些设备的安全运行，对钢丝绳工作可靠性 进行深入研究非常必要。 钢丝绳是以热轧线材为原材料的冷拉钢丝经过进一步加 工制成的， 它是将若干根钢丝按一定规则捻制成的一个致密并具有很高承载力而 又柔软的螺旋状钢丝束。钢丝在钢丝绳中起承载作用，钢丝的力学性能会对整个 钢丝绳的力学性能产生决定性的影响。 钢丝绳结构的复杂性决定了绳股中钢丝受 载状态的不均衡，研究绳中钢丝的载荷分布状况，对于钢丝绳结构设计，选型及 使用维护等方面具有重要意义。钢丝绳研究在国际上有100多年的历史，建立的 离散模型及连续模型均在一定条件下反映了钢丝绳的结构特点， 但均有一定的局 限性。图2-1钢丝绳的构成数根钢丝或数股钢丝按一定顺序，绕着一个索芯捻制而成，称为钢丝绳，简 称钢索。钢索是索道重要组成部分，关系到索道性能与生产安全。 钢丝绳的类型：钢丝绳是按其绳的股数和外层钢丝的数目进行分类的，共分 为14组，16类（参阅GB/T《钢丝绳》。每类钢丝按捻制法的不同，又 ） 可分为右交互捻，左交互捻，右同向捻和左同向捻四种，如图2-2所示。根据钢 丝表面处理又可分为光面和镀锌二种，根据绳芯又可分为纤维芯和钢丝芯二种。-8-新疆大学毕业设计（设计）图2-2钢丝绳的捻制图 2-3 钢丝绳结构钢丝绳的标记为如图 2-4 所示：图 2-4 全称标记示例及说明（摘自 GB8707-88）钢丝绳的选用：钢丝绳绳芯的材料有天然纤维芯，合成纤维芯和钢丝芯，天 然纤维芯使用量最大。 钢丝绳绳芯中的润滑油是起减小每股绳及钢丝之间的摩擦 和防腐蚀作用的。 钢丝绳在同直径时公称抗拉强度低，每股绳内钢丝愈多，钢丝直径越细，则-9-新疆大学毕业设计（设计）钢丝绳的挠性也就越好，但钢丝绳易磨损。反之，每股绳内钢丝直径越粗，则钢 丝绳挠性越差，钢丝绳耐磨损。因此不同型号的钢丝绳，它的使用范围也不同。 根据起重吊装作业的实际需要，一般情况下，钢丝绳的选用可考虑为： ⑴6×19+NF（6×19）钢丝绳：用作缆风绳，拉索及制作起重吊索索具，一 般用于受弯曲载荷较小或遭受磨损的地方。 ⑵6×37+NF（6×37）钢丝绳：用于起重作业中捆扎各种物件，设备及穿绕 滑车组和制作起重用吊索索具。绳索受弯曲时采用。 ⑶6×61+NF（6×61）钢丝绳：用于绑扎各类物件。绳索刚性较小，易于弯 曲，用于受力不大的地方。 同向捻的钢丝绳，表面较平整，柔软，具有良好的抗弯曲疲劳性能，比较耐 用。其缺点是绳头断开处绳股易松散，悬吊重物时容易出现旋转，易卷曲扭结。 因此在吊装中不宜单独采用。2.2.2 支架支架的设计在景区里由于索道支架强加于自然景观之上的不协调性， 成为山 水审美中的刺眼物和视觉污染物，所以在支架的设计上要从不影响景观，确保车 厢运行平稳出发点来考虑，因此应尽量增大跨度，减少线路支架数目，同时也降 低支架过托压索轮引起的震动，其造型和色调也应与景区溶为一体。图 2-5 缆车支架⑴支架结构 ①支架应当用钢材或钢筋混凝土材料制成，不允许采用绷绳拉紧的支架。- 10 -新疆大学毕业设计（设计）②支架金属结构所用的开口型钢材，其壁厚不应小于 5mm，钢管才及闭口型 钢材壁厚不得小于 2.5mm，管材和闭口型材料的内外表面应有防锈层。 ③支架基础应尽量采用短柱式钢筋混凝土基础，并应高出地面。基础地面应 为于正常冰冻深度一下。 ④支架基础周围要有排水和边坡处护坡等设施。 ⑵支架装备 ①支架上承载索鞍座应采用固定式鞍座， 只有在无法使用固定式鞍座的情况 下才允许使用活动式的鞍座。 ②鞍座，特别是鞍座尖端部位的设计，应能保证承载索安全放置，而且在最 不利的工作状态下也不能影响客车自由通过。 ③承载索的鞍座上应加衬和有足够的润滑，以保护钢丝绳。 ④应配备导绳机构，保证牵引索保持在托索轮上，客车经过支架时使牵引索 或平衡索在托索轮上的正常起落。 ⑤单线索道上的托索轮组在安装时对称于钢丝绳的中心线， 使各个托索轮受 力均匀。 ⑥支架上应设置起吊钢丝绳的设施，支架上应设爬梯和检修平台，并支架应 顺序编号。2.2.3 吊椅吊椅抱索器上有四套免维护轴承，吊椅可在滑道上自由滑动，平稳接触或脱 离钢丝绳。椅座采用螺旋弹簧和发泡海绵体双级减震、乘坐安全、舒适。吊椅抱 索器为焊后加工件，经过专题攻关，保证加工质量。图2-6固定包索器式吊椅乘人装置的工作原理是：将钢丝绳安装在驱动轮、托绳轮、压绳轮、尾轮和- 11 -新疆大学毕业设计（设计）张紧轮上，并经设有重锤的张紧装置拉紧后，由驱动装置的电动机输出动力带动 减速机上的驱动轮和钢丝绳作循环无极运行， 吊椅则通过抱索器与钢丝绳锁紧在 运行的钢丝绳上，随钢丝绳上行或下行，从而实现输送矿工的目的。其中钢丝绳 通过尾部张紧装置张紧后，以维持钢丝绳在托绳轮之间的挠度和张力。 吊椅由吊杆 1、座板 2、踏脚杆 3、拉杆 4 组成。图 2-7 吊椅结构2.2.4 抱索器固定抱索器由固定抱索器主体 1、 抱块 2、 刚性顶杆 3、 粉末冶金含油轴承 4、 弹性顶杆 5、六角螺栓 6、垫圈 7、轴用弹性挡圈 8、六角螺母 9 等组成。图 2-8 表示了抱索器与吊椅的连接：六角头螺栓 10、六角螺母 11、吊椅 12。图 2-8 包索器结构工作原理：依靠钳口对牵引索的正压力产生防滑力，通过调节紧固螺栓的紧- 12 -新疆大学毕业设计（设计）固程度， 改变正压力使抱索器有效抱索， 抱索力可根据防滑力的最低限度值求出：P = F 2? ( N )式中：P 为抱索力? 为钳口与牵引索之间的磨擦系数，常取 ? = 0.13F 为防滑力，取 F = 2100 N初次悬挂时将整盘钢丝绳运送至架空人车机头，人工把钢丝绳经机头驱动轮 把绳头拉至机尾，除机尾20m范围以外的钢丝绳全部托入机头驱动轮，托绳轮绳 槽，然后把机尾绳头一端固定，另一端采用5t的手拉葫芦对钢丝绳进行预拉紧， 预拉紧完毕把多余钢丝绳截去，采用插接方式对接，而后把无极绳的机尾部分全 部安放到托绳轮和机尾导向轮绳槽中调节好机尾拉紧装置后即可进行空载运转， 运转时间一般不少于0.5h，无异常情况即可安装吊椅。图2-9包索器安装吊椅时，先将坐椅和抱索器两者连接好，分别放在机头，机尾，然后通 过反复开动和停止架空人车，按间距要求，在机头和机尾同时进行安装。安装抱 索器时尽量采用定力矩板手紧固抱索器的压紧螺栓，力矩在30m为最佳，吊椅间 距不得小于5m。 安装和使用注意事项:新绳初次悬挂前，应充分释放其扭曲应力，避免运转 时座椅吊杆因钢丝绳的扭曲应力大而碰撞机头， 机尾附近的托绳轮形成潜在的安 全隐患，现场使用一般多出现在机头，解决的方法有两种：一是在平巷中用电机 车牵引拉直伸展，二是如前所述采用手拉葫芦进行预拉紧，但拉紧力要控制在4t 至5t。钢丝绳接头插接要满足《索道安全规程》的要求，插接长度不得小于钢丝 绳直径的1000倍。运转中应经常检查接头的变化情况，并且每周应涂浸一次防腐- 13 -新疆大学毕业设计（设计）油。正常运转过程中，为大大延长钢丝绳的使用寿命，每隔两个月可依一定的方 向调整一下所有抱索器的安装位置，以均衡对整条钢丝绳的受力，避免抱索器对 钢丝绳的集中磨损。2.2.5 牵引索牵引索应选用线接触，右同向捻带纤维芯的股式结构的少油钢丝绳，在有腐 蚀和潮湿的环境中，最好选用镀锌钢丝绳。一般选用 6×19S 型右同向捻重要用 途钢丝绳，不能使用交互捻钢丝绳，其安全系数不得小于 6，插接长度不得小于 钢丝绳直径的 1000 倍。 用户更换钢丝绳必须选用在有效期内有煤安标志的产品， 且符合参数表中规定的型号。2.2.6 托绳装置托绳装置主要由托轮吊架 1、托绳轮 2 等组成。图 2-10 拖轮托轮吊架由材质为 Q235 的槽钢或钢方管等制作，并在变坡点全部做成上下 可调式，直线段的吊架也有一半以上做成上下可调式，以便于现场安装和调试。 托绳轮由紧固件 1、轴 2、轮体 3、轮衬 4、轮盖 5 等组成。- 14 -新疆大学毕业设计（设计）图 2-11 托绳轮轮体是铸铁制造的，托轮轮衬应是耐磨、防静电、阻燃材料制造的可更换的 软质轮衬。轮体内安装一对滚动轴承。 当轮衬磨损三分之二（即余厚为三分之一厚度）厚度时，应及时更换轮衬。 托压轮吊架装置由托压吊架 1、压绳轮 2 和托绳轮 3 等组成。图 2-12 托压轮尾轮主要由滑轮 1、尾轮 2、轴 3、轴承座 4、尾轮架 5、滚轮 6 等组成。- 15 -新疆大学毕业设计（设计）图 2-13 迂回轮2.3 驱动装置架空运人装置驱动部有机械传动和液压传动两种形式。 液压驱动装置在高速 运行的噪声大，目前国产大流量油泵和马达可靠性较差，而进口价格昂贵，易损 配件供应不及时。故采用技术比较成熟、结构简单、日常维护和检修方便的机械 传动形式。 驱动部机架为落地组合式，运输过程中可拆成小单元。机架是焊接件，焊接 后进行整体震动定形处理，消除内应力，然后整体加工电动机和减速机的连接面 及连接孔，以保证加工精度。 驱动部的制动设计为两级，高速端防爆液力推杆制动器为工作制动，另设计 配备制动驱动轮的末级钳型安全制动闸， 两级制动均为失效安全型。 正常停机时， 当电机频率缓慢降低到5Hz时推杆制动器施闸制动， 设备完全停止后3～5s钳型安 全闸施闸；紧急制动时，拉动急停开关或按动急停按钮，工作制动和安全制动同 时作动，0．7s内系统断电停机，提高了系统制动的可靠性。在钳型安全闸安装 闸板限位行程开关，通过PLC控制将其控制电路与主电机的控制相互闭锁。控制 钳型安全闸的液压泵站为独立双回路设计， 当某一回路出现故障时可迅速切换到 另一回路， 保证设备正常运行； 控制钳型安全闸油缸的液压系统设有快速回油阀， 紧急制动时快速回油，减少制动时间，提高制动速度。 驱动装置通常采用架空式安装。 它主要由电动机1、 制动器2、 联轴器3、 减速器4、 机架5、驱动轮6组成。- 16 -新疆大学毕业设计（设计）图 2-14 驱动装置图 2-15 制动器2.3.1 变频主驱动⑴交流电动机原理 异步电机主要用作电动机，可分为三相异步电动机和单相异步电动机两类。 三相异步电动机广泛应用于工、农业生产、交通运输业、国防工业中，有 90％ 左右的电动机采用三相异步电动机。在电网总负荷中，异步电动机占 60％左右。 单相异步电动机常用于使用单相交流电源的家用电器和医疗仪器中。 三相异步电 动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和 转子这两大基本部分组成， 在定子和转子之间具有一定的气隙。 此外， 还有端盖、 轴承、接线盒、吊环等其他附件。 ①三相异步电动机的特点- 17 -新疆大学毕业设计（设计）优点：结构简单、运行可靠、坚固耐用、维护方便、价格便宜、效率较高。 缺点：调速、起动性能较差。随着晶闸管元器件及交流调速系统的发展，调速性 能已大大改善。功率因数低，运行时从电网中吸收感性无功功率，以建立旋转磁 场，使电网功率因素下降，受电网电压波动影响较大。 ②三相异步电动机的基本工作原理和结构 三项异步电动机的工作原理是： 当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流 电时，就产生了一个以同步转速 n1 沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的 旋转磁场。由于旋转磁场以 n1 转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导 体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势 （感应电动势的方向用右手定则判定） 。 由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与 感应电动势方向基本一致的感生电流。 转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力 的作用（力的方向用左手定则判定） 。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机 的三项定子绕组（各相差 120 度电角度） ，通入三项交流电后，将产生一个旋转 磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是 闭合通路） ，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机 转轴上形成电磁转矩， 驱动电动机旋转， 并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。图 2-16 三相异步电动机结构图 1-轴承、2-前端盖、3-转轴、4-接线盒、5-吊攀、6-锭子铁心、7-转子、 8-锭子绕组、9-机座、10-后端盖、11-风罩、12-风扇三相异步电机的定子绕组是一个三相对称绕组，若通以三相对称交流电流，- 18 -新疆大学毕业设计（设计）将产生旋转磁场。三相对称绕组是指每相绕组的匝数连接规律等相同，在空间布 置上各相轴线相差 120 度空间电角度的绕组，线圈的首端分别为 U1、V1、W1 尾 端分别为 U2、V2、W2。三相对称电流在时间上相差 120°，其表达式为：iU = I m cos ωt iV = I m cos(ωt ? 120°) iW = I m cos(ωt ? 240°)规定：电流为正时，电流从线圈的首端（U1，V1，W1）流入，从线圈的尾端 (U2，V2，W2)流出；电流为负值时则方向相反，从线圈的首端流出，而从线圈的 尾端流入。用符号“”表示电流流入，“⊙”表示电流流出。根据右手螺旋定 则来判断三相绕组中电流产生的合成磁场的方向。 可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向 在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成 磁场也不断地旋，因此称为旋转磁场。图 2-17 旋转磁场的形成旋转磁场的方向由三相绕组中电流相序决定，若想改变旋转磁场的方向，只 要改变通入定子绕组的电流相序， 即将三根电源线中的任意两根对调即可。 这时， 转子的旋转方向也跟着改变。- 19 -新疆大学毕业设计（设计）图 2-18 电动机转子受力图转子载流导体在旋转磁场中将受到电磁力 F 的作用， 导体所受电磁力的方向 可用左手定则来判定。如图 2-18 所示，转子上各导条都受到逆时针的电磁转矩 T，在电磁转矩 T 的作用下转子以逆时针方向旋转，其转速为 n 与旋转磁场方向 相同。由于转子导体电流是通过电磁感应产生的，所以也可把这种电动机称作感 应电动机。 ⑵减速器 减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备。把电动机，内燃机或其它高速运 转的动力通过减速机的输入轴上的齿数少的齿轮， 啮合输出轴上的大齿轮来达到 减速的目的，普通的减速机也会有几对相同原理齿轮达到理想的减速效果，大小 齿轮的齿数之比，就是传动比。 减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的 种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类 型可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为 单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器，圆锥齿轮减速器和圆 锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式，分流式和同轴式减 速器。 绝大多数减速器的箱体是用中等强度的铸铁铸成， 重型减速器用高强度铸铁 或铸钢。少量生产时也可以用焊接箱体。铸造或焊接箱体都应进行时效或退火处 理。大量生产小型减速器时有可能采用板材冲压箱体。减速器箱体的外形目前比 较倾向于形状简单和表面平整。箱体应具有足够的刚度，以免受载后变形过大而 影响传动质量。箱体通常由箱座和箱盖两部分所组成，其剖分面则通过传动的轴 线。为了卸盖容易，在剖分面处的一个凸缘上攻有螺纹孔，以便拧进螺钉时能将 盖顶起来。联接箱座和箱盖的螺栓应合理布置，并注意留出扳手空间。在轴承附- 20 -新疆大学毕业设计（设计）近的螺栓宜稍大些并尽量靠近轴承。为保证箱座和箱盖位置的准确性，在剖分面 的凸缘上应设有2-3个圆锥定位销。在箱盖上备有为观察传动啮合情况用的视孔 为排出箱内热空气用的通气孔和为提取箱盖用的起重吊钩。 在箱座上则常设有为 提取整个减速器用的起重吊钩和为观察测量油面高度用的油面指示器或测油孔。 关于箱体的壁厚、 肋厚、 凸缘厚、 螺栓尺寸等均可根据经验公式计算。 关于视孔、 通气孔和通气器、起重吊钩、油面指示等均可从有关的设计手册和图册中查出。 在减速器中广泛采用滚动轴承。只有在载荷很大，工作条件繁重和转速很高的减 速器才采用滑动轴承。2.3.2 变频器变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电 机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变 换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电 再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还 需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定 子绕组供电的频率来达到调速的目的。 变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪60年代以后，电力 电子器件经历了SCR（晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、BJT（双极型功率 晶体管）、MOSFET（金属氧化物场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静 电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）、IGBT（绝缘 栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压绝缘栅双极型晶闸管）的发展过程，器件的 更新促进了电力电子变换技术的不断发展。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变 频（PWM－VVVF）调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技 术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，其中 以鞍形波PWM模式效果最佳。20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达 国家的VVVF变频器已投入市场并获得了广泛应用。 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频 器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器，PWM控制变频 器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为V/F控制变频器，转差 频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高 性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 通常，用变频器制动一般有两种方式。一是采用回馈制动方式，在变频器直 流母线上接入可控硅逆变器，将能量回馈到电网，另一种是采用动力制动方式， 在变频器直流母线上加制动单元，配上适当的制动电阻。 ⑴回馈制动- 21 -新疆大学毕业设计（设计）由图2-19所示， 桥Ⅰ为整流桥， 桥Ⅱ为可控硅逆变器， 桥Ⅲ为变频器逆变器。 当系统处于提升状态时，电源经整流桥Ⅰ给电容供电，再由逆变桥Ⅲ输出适当的 电压和频率以驱动电机。此时，电机处于电动状态下，无论频率多高， U C 的值 等于 U CN ；只有当系统下放时，电机处于再生制动状态， U C 的值因有功能量向 直流侧的回馈而使 U CN 开始升高，这时桥Ⅰ关断，桥Ⅱ开通。将电机再生制动时 回馈到直流侧的有功能量回馈到交流电网。图2-19再生能源回馈电网的原理图事实上，只有在不易发生故障的稳定电网电压下（电网压降≥10%）才可采 用这种回馈制动方式。在再生制动运行时，电网电压故障时间＞ 2 m s ，则可能 发生换相失败，烧坏熔断器。利用斩控式整流器进行回馈制动，其制动性能优于 脉冲电阻制动方式，但控制复杂，成本高，故在实际使用中较少应用，尤其对于 拉人缆车更不能大意。因而采用脉冲电阻制动方式较为可靠。 ⑵动力制动 利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电机的再生电能的方式称为动力制 动，如图2-20所示。制动单元中包括晶体管 VB ，二极管 VDB 和制动电阻 RB 。当 回馈能量较大或要求强制动，还需要选用外部电阻 REB 接于 H ，G 两点上。当电 机制动，能量经逆变器回馈到直流侧时，直流回路电容器的电压将升高，当该值 超过设定值时，给 VB 施加基极信号使之导通，将 RB ( REB ) 与电容器并联起来，存 储在电容中的回馈能量经 RB ( REB ) 消耗掉。这种制动称为“能耗制动”。由于制 动电阻中的电流是间歇的，所以也称为脉冲（调制）电阻。- 22 -新疆大学毕业设计（设计）图2-20动力制动单元（虚线部分为IPM）2.3.3 应急直流驱动客运索道作为载人的输送设备，保证人员的安全是最重要的。除了整体的结 构的设计外，还要使设备能够适应各种紧急状态。其中由于电网断电形成的威胁 是最大的因素。由于电网停电造成的系统没有驱动和控制能源，会有以下的重大 影响：在正常运行过程中，缆车上载有人员，这时发生电源停电大量的人员滞留 在高空的吊椅中， 如果时间过长， 人员发生情绪波动， 有可能做出不安全的行为， 发生高空坠落等伤亡事故。由于滑雪场的特点，使用缆车的时间都在冬季，严寒 的气温会给长时间停留在空中的人员造成冻伤。 还有其它因为电网停电发生的人 员和设备的影响使用和危及安全的事件。 在进行系统设计时，缆车的电力驱动系统采用了两套方案。 在正常情况下使用的交流驱动系统， 在本设计中采用了可以进行调速的交流 绕线转子电机。这是所有交流电机中调速性能比较好的电机，作为主驱动电机通 过减速器带动钢缆的驱动轮，拉动缆车运动。这个系统还配有相应的调速设备， 可以控制缆车运行的的速度。 ⑴应急直流驱动 这个系统采用直流电机驱动，因此可以采用两种方式供电：- 23 -新疆大学毕业设计（设计）①使用现场的应急备用发电机供电。 系统备有可以随时启动的内燃机驱动的 发电机，在电网停电时可以启动发电。这台发电机发出的是交流电，通过直流开 关柜和整流柜，向直流电动机供电，进行应急驱动。 ②也可以通过交流配电控制柜， 把发电机提供的交流电源供给交流主驱动电 机，通过正常的供电通道驱动缆车系统。 在最坏的情况下，电网停电，发电故障不能及时启动，就必须采用最后的可 靠性最高的应急驱动方案： 采用蓄电池组给直流电机供电驱动缆车做紧急处置运 行。 应急直流供电系统具有非常高的可靠性。蓄电池是一种电化学能源，这个系 统没有任何机械运动部件。蓄电池不会突然损坏。其老化和失效过程是逐步发生 的过程， 维护人员可以通过记录使用的时间和进行测试了解到蓄电池组的衰老状 态，及时进行替换。在维护和进行正常的充电的条件下，蓄电池由于不会发生突 然的故障和失效状态，因此是可取的具有最高可靠性的电源系统。 ⑵应急启动系统的构成图 2-21 应急直流驱动系统图其中的交流电机驱动和直流应急电机驱动采用离合器操作的方式进行选择。 交流发电机电源并不直接和直流电机的控制系统连接， 而是通过交流电源控制柜 的母线接入，这样有两个好处：应急发电机的电源也可以驱动交流主电机进行驱 动，如果直流电机发生或者蓄电池发生故障时，可以形成一个交流的应急启动系- 24 -新疆大学毕业设计（设计）统。因为控制系统的传感器，仪表，伺服器，计算机系统使用的电源也是通过交 流配电柜从电网上取电，交流发电机通过交流配电柜供电时，监控系统也同时取 得了电源。在电网停电，发电机不能使用，而使用蓄电池由直流电机驱动时，监 控系统只能由不间断电源来供电。不间断电源有自己的蓄电池组，在启动后，可 以向监控系统提供 AC220V 的控制电源。2.4 液压站随着客运索道的不断发展和进步， 液压技术在客运索道中的应用也在不断增 加。主要反映在循环式固定抱索器索道中，液压技术的在张紧，辅机控制及制动 等各方面应用说明其重要性。学好液压系统基本知识，正确理解技术特性，掌握 其关键技术和正确分析方法尤其重要，但液压技术的学习要经历逐渐积累过程， 要注意在平时的工作中不断的积累经验， 才能达到准确判断系统故障， 查找原因， 及时解决和处理存在的问题技术能力，更有效地保证索道的安全。 我们知道当液压系统出现故障后，如果不能及时加以排除，则可能对索道的 正常运行造成重大的影响和不良后果。我们的目的应及时地准确的排除故障，保 证索道安全的运行。 维修人员必须熟悉和掌握索道液压系统的故障的原因和解决 的办法。2.4.1 液压站分类按照操作执行器的液压控制装置的安放位置及液压站的功能， 又可进一步将 液压站分为动力型液压产的复合型液压站两种结构类型。 执行器及其操纵控制阀等散位置及散装在主机适当位置上的动力型液压站， 其形态较为简单，它主要由液压泵及其驱动电机、油箱及其附件，少数必要的压 力控制阀等组成。其主要功能是为液压执行器担供一定压力和流量的油液，而系 统的控制主要由散装在主机各处的控制阀来担当。 复合型液压站的将系统中液压泵及其驱动电机，油臬及其附件，液压控制装 置及其它辅助元件等均安装在主机之外，系统的执行器仍安装在主机上。复合型 液压工作站不公具有向执行器担供液压动力的功能，同时还兼具控制调节功能。 按照液压控制装置是否安装在液压泵上， 此种液压站又可进一步分为整体式液压 站和分离式液压站两类。 整体式液压站是将液压控制装置及蓄能器等均安装在液 压泵上。而分离式液压泵站，液压阀站和蓄能器站等几部分，各部分间按照液压 系统原理中确定的油路关系通过管路进行连接。 液压站的规模大小，可划分为三类。规模较小的单机型液压站，通常为动力 型或复合型整体式液压站。中等规模的机组型液压站，则多采用复合型分离式结 构。中央型液压站是大规模的液压站，高置这种液压站可以对液压系统进行集中- 25 -新疆大学毕业设计（设计）管理。 按照通用性程度可将液压站分为专用液压站和通用液压站两类。 工业设备所 用的液压站都是根据主机某种工艺目的专门设计和制造的，一般不具有通用性， 属于专用液压站范畴。针对现代机械设备的一些共性特和使用要求，近年来，有 些液压制造商还为用户提供一类通用化液压装置。 这类通用化液压装置常将大部 分控制元件与液压泵及其驱动电机，油箱等集成在一起，这种液压装置称为液压 多功能液压工作站。这类液压装置一般为便携式结构，体积与重量较小，一般由 液压元件厂专门生产。2.4.2 液压站结构图 2-22 液压系统结构液压站由两套独立的系统组成，在工作中一开一备。所以在使用中出现任何 故障，通过截止阀可以很方便的切换到没有故障的另一套系统上继续工作，有故 障系统可不停机进行维修。 液压站油泵出口装有高压过滤器， 进入液压站控制阀组和盘形制动器油缸的 压力油均可得到充分的过滤，从而保证了液压站运行的可靠性，并延长液压元件 的使用寿命。 液压站运行过程中要经常观察滤油器是否被堵塞， 当滤油器堵塞后， 应及时更换滤芯。 液压站的调压装置由电液比例阀和与它配套使用的比例放大器组成。 比例放 大器置于电控柜内，其工作原理如下：比例放大器24A、26A接入DC24直流电源， 14A、16A接入由电2控柜输出的0-10V输入信号，8A、12A接至比例溢流阀电磁铁。 当操作者操作工作手柄时，手柄带动自整交机转动，经电控柜进行信号处理后， 电控柜按比例地向比例放大器输入0～10V电压信号 （该电压信号值在操作台面板 上有显示）。与此同时比例放大器向比例溢流阀输入0～1250mA的电流（该信号 值在操作台面板上有显示），比例电磁铁推动比例溢流阀主弹簧压缩，比例溢流 阀就可以随操作手柄的转动调整液压站的输出油压值了。 液压站的安全制动部分由电磁换向阀，直动溢流阀，减压阀，单向阀组成。- 26 -新疆大学毕业设计（设计）电磁换向阀用于控制盘形制动器油缸的进油和回油。直动溢流阀，减压阀，单向 阀和蓄能器用于调节二级制动的压力值。 压力变送器是用于液压站因故障压力异常升高，该压力变送器发讯，迅速关 闭油泵电机组，起到提升机安全保护作用。2.4.3 液压站工作原理电机带动油泵工作提供压力源，通过集成块，液压阀等对驱动装置（油缸或 马达）进行方向，压力、流量的调节和控制，实现各种规定动作。电机带动油泵 旋转，泵从油泵中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集 成块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液 压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换，力量的大小及速度的 快慢，推动各种液压机械做功。图2-23液压系统全执行过程其工作原理：当控制台发出开车信号时，电磁换向阀的电磁铁得电，进油回 路接通，此时如系统液压不够开闸压力，则电接点压力表将发出指令启动油泵电 机带动油泵向系统加压，当系统液压升至所需压力值时，C型闸和钳式闸均打开， 同时电接点压力表将发出指令停止油泵向系统加压，并允许驱动机电机启动，开 车。在索道正常运行时，油泵电机不工作，系统压力由单向封闭及蓄能器保压。 如因泄露造成系统工作压力下降至所需压力的下限时， 电接压力表将发出指令启- 27 -新疆大学毕业设计（设计）动油泵电机向系统加压至所需压力的上限为止。以保证索道的正常运行。当控制 台发出正常工作停止信号时，电磁换向阀1的电磁铁先失电，C型闸的泄荷回路接 通，C型闸的油缸的液压油经单向节流阀18按调定的流速回油箱，C型闸的闸瓦制 动高速轴闸盘，使索道按所需的负加速度正常停车。此后钳式闸也合闸。如控制 台发出紧急停车信号，则磁换向阀同时失电，C型闸和钳式闸的泄荷回路时同时 接通，C型闸和钳式闸分别制动高速轴闸盘和驱动轮，使索道紧急停车。图2-24索道张紧系统原理图2.4.4 液压站元件的工作原理⑴压力源 液压系统的动力元件主要是各类液压泵浦，按其工作方式可分为齿轮泵、叶 片泵、柱塞泵、螺杆泵等。液压泵的类型虽然不同，但它们的工作原理却是相同 的。 ⑵单向节流阀 所谓“单向”是指它只能在一个方向进行调节，而在另一个放向不起作用。 “节流” 顾名思义是指调节流量， 通过调节流量的大小进而起到调节速度的快慢。 它也是构成一个完整液压回路的基本元件之一。 ⑶设备动作切换- 28 -新疆大学毕业设计（设计）图2-25方向阀工作原理⑷电磁换向阀 电磁阀在液压回路中是起换向作用的， 根据其工作状态与作用又可分为两位 两通电磁阀、两位四通电磁阀、三位四通电磁阀等。位表示阀门工作状态，通表 示阀门的进出口。图2-26电磁换向阀⑸液压缸 液压缸结构简单，而且工作可靠，是液压系统中广泛应用的执行元件。液压 缸是将输入的液压能转变为机械能的能量转换装置，是液压系统的执行元件，对 外作功和转换能量。 ⑹过滤器 油液的过滤是非常重要的，在液压设备和阀中，典型的密封间隙和滑动间隙 在3-10μm范围之内，液压油液中含有的颗粒越少，液压元件的磨损就越小，而 液压泵故障原因的90%就是由磨损造成的。泵和液压元件的功能和寿命很大程度 上取决于液压油的纯净度。 ⑺蓄能器 蓄能器是液压系统的储能元件， 它储存多余的压力油， 并在需要时释放出来， 供给系统。目前常用的是利用气体膨胀和压缩进行工作的充气式蓄能器。 ⑻热交换器 油液对温度的变化极为敏感，油的粘度随温度变化的性质称粘温特性，粘温 特性较好的液压油，粘度随温度的变化较小。为了排除油温变化对液压系统性能 的影响，通常会在进系统前将油温控制在理想范围内，从而避免油温对液压系统- 29 -新疆大学毕业设计（设计）性能造成的影响。 ⑼P-Q伺服阀 P-QMOOG阀是能同时控制回路的压力和流量的阀门， 它是通过接受PLC送出模 拟量信号转化的电信号来驱动电磁线圈，从而控制阀门出口的开度，达到控制流 量和压力的目的。2.5 无线测风仪风是影响索道安全运行的一大因素，会使线路中的车厢产生剧烈的摆动，特 别是横向摆动，很容易导致车厢碰撞支架，虽然有些索道在支架上装有导向架， 一定程度上允许车厢与导向架轻微擦碰， 但这样会给车厢内的乘客造成一定的心 理伤害。 由于索道一般都架设在高山、跨越山谷，线路中气候条件复杂，特别是有一 种风，我们称它为“峡谷风” ，风力很强，有时还是阵风，区域又小，甚至不过 50m宽，简直象个风洞，车厢一但进入便会产生剧烈的摆动，让人措手不及，如 这时车厢正过支架产生的后果是可想而知的。实践告诉我们，操作人员很有必要 随时掌握支架处的风势。 无线测风仪由风向仪、风速仪、风力发电机三部分组成，下面就分别介绍它 的功能和基本工作原理。风向仪组成柜图如图2-27所示： 风向标一编码电路一调制电路一驱动电路一无线发射电路一无线接收电路 一放大电路一解调电路一译码电路一驱动电路一指示二极管。图2-27风向仪工作原理风向标由风向叶带单孑L的遮光盘及发光二极管、光敏三极管组成，将风向 分成l2个方向 d1 ， d 2 ，…， d12 当风向叶转至某一方向如 d1 时，遮光盘上的孔对 应的光敏三级管 Si 被发光二极管触发导通，产生原始的风向信号 Si , Si 信号再进 入编码电路，编码电路采用脉冲数目编码方式，将风向信号 Si ，转换成 i 个连续- 30 -新疆大学毕业设计（设计）的串行脉冲输出，其原理如图2-28，当光敏三极管 Si 被触发时，脉冲发生器导通 便连续产生脉冲， Q1 ? Q1 依次输出高电平，当 Qi = 1 时，脉冲发生器被控制器禁 止，停止输出脉冲，这样在OUT端便产生了与 d i 对应数目的串行脉冲信号，脉冲 信号由调制电路调制，可采用幅度键控调制方式，再经驱动电路后由发射电路发 射，风向接收电路接收到风向信号后，由放大电路放大，再经解调电路将脉冲信 号解调出来，再由脉冲数目译码电路根据脉冲数目 i 将风向指令 d i ，传送到译码 电路的第 i 输出端，原理如图2-27，工作过程为：当有一串编码脉冲输入时，清 零电路利用第一个脉冲的上升沿将加法器清零。 i 个脉冲依冲从EN端输入后 2 16 译码器的 Q1 ? Qi ?1 瞬间出现的高电平称扫描脉冲，由扫描脉冲清除电路吸收，最 后 Qi 保持高电平输出直到下一串编码脉冲输,这样就完成了脉冲数目的译码，其 清零电路即是同步电路，利用第一个编码脉冲的上升沿作同步信号。脉冲译码器 的输出信号经驱动电路后由指示二极管或指示灯指示风向。图2-28调制解调电路原理图风速仪组成框图如2-28所示： 风速表一调制电路一驱动电路一无线发射电路无线接收电路一放大电路一 解调电路一频压转换模数转换一驱动电路一显示译码器。 风速表由风杯、光棚盘、发光二级管、光敏三极管组成，风速越大单位时间 内产生出的脉冲数目越多，可采用幅度键控方式对风速脉冲信号进行调制，再经 驱动电路、发射电路将风速信号发射出去，接收电路接收到调制后的风速信号， 经放大电路、解调电路后还原成脉冲信号，脉冲信号经频压转换器转换成与风速 相对应电压信号，电压信号又经A／D转换器转换成反应风速大小的二进制数，再 经驱动电路由显示译码器显示出风速。 测风仪室外部分的电源，由一台风力发电机供给，发电机及测风仪功率的大 小要保证足够的信号发射距离，以满足现有客运索道的需要，当风速较小，不影 响索道的安全运行时，风力发电机也因风力不足不发电，测风仪停止工作。只有- 31 -新疆大学毕业设计（设计）当风速达到一定值时，发电机才开始工作，这时测风仪就会把支架上的风信息传 给操作人员，以引起注意。 以上就是这整套测风装置的构成及其原理，由于在操作中，操作人员因各种 原因难免会有走神的时候，而忘了注意风速信息情况，如在设备中加上一个风速 报警装置，当风速达到一定值时，报警装置自动提醒（灯光或铃声）操作人员注 意支架大风情况，这样这套装置使用起来就更方便了。2.6 索道防雷措施客运架空索道属于运送人员的连续性运输工具，对其安全性的要求很高。由 于客运架空索道大都建在风景名胜的高山区，在当地处丁海拔较高的位置，加之 线路长（目前国内最长的索道线路水平距离达3500m） ，高差大，极易遭受雷击， 因此防雷接地是保证索道安全运营的重要环节之一。 雷害一般有以下两种形式，直接雷击：这是指雷云与地面物体间直接放电。 由十这种雷击放电电流幅值极大。产生的破坏力也大，如果在索道上发生直接雷 击， 不仅会对机电设备造成损坏。 而且还会造成人员伤亡。 间接雷击 （感应雷击） ： 这种雷击是由于雷云与地面间形成一个强大的电场， 在距离雷云近的物体上会由 于这电场的作用， 感应出大量与雷云带电异号的电荷， 当这朵雷云在附近放电后， 感应的电荷失去束缚，将沿导体向低电位处流动，形成高电压和大电流。这种雷 击最有可能造成索道抗雷击薄弱环节一电气控制系统的损坏， 由于直接雷击破坏 性严重，在进行索道防雷系统的设计，安装，维护时，必须要有完善及可靠的措 施来避免直接雷击的发生。间接雷击虽不会造成人身伤害，但会造成电气控制系 统的损坏。 由于索道属于种架空设备， 线路要跨越山川， 河流， 峡谷及障碍物等， 不少游客一坐上索道就有恐俱感， 如果因为间接雷击造成索道电气控制系统不能 正常运转，而被迫采取救护措施，就会加剧游客的恐惧感。若在救护过程中管理 不善， 游客也可能因自身的恐慌， 采取一此不安全的行动而造成人身伤害。 因此， 做好电气控制系统防雷接地，对索道安全运营是非常重要的。2.6.1 对直击雷的预防措施⑴上下站房建筑物直击雷的预防 上站位于整个索道设备体系中的制高点，多建在山顶附近，最容易遭受直接 雷击。为了减少或避免上站房受到直接雷击，一是要对上站建筑物做好防雷接地 处理，其防雷网应做在突出站房屋面一定高度的地方，该防雷网应当通过站房施 工预留的接地引下钢筋与站房周围的接地极相连，若索道站房房顶为金属屋面， 则可将金属屋面作为接闪器，整个屋面金属板做可靠电气连接，然后与接地网做 可靠连接，武当山索道就是利用房顶金属屋面作为接闪器对其站房进行防护的；- 32 -新疆大学毕业设计（设计）二是对其下站建筑物直击雷的预防，可以采取与上站房建筑物同样的措施。 ⑵电力线路直击雷的预防 对于从下站至上站开闭所(用于将 10kV 高压转换为 380V 电压的房间)架空电 力线， 宜采用避雷线进行保护。 索道塔杆上避雷线对边导线的保护角应在 20 度～ 30 度之间。塔杆上两根避雷线间距不应超过导线与避雷线之间垂直距离的 5 倍。 索道缆车及信号线缆直击雷的预防。索道缆车及信号线缆直击雷的预防方法，与 电力线路直击雷预防方法相同。武当山索道缆车和各种信号线路，就是利用架设 在索道支架顶端的钢丝绳作为接闪器来达到使其免遭直击雷目的的。 ①缆车的防雷保护 为有效防止直击雷对索道山下站的破坏， 应在站顶钢构棚中间顶端安装一支 8 米高压脉冲提前放电优化避雷针。位于索道上站与下站之间，缆车顶部做避雷 线一根。 ②通讯电缆及钢丝绳的防雷保护 为保护电缆及承载钢索，我们在上方架设 2 条防雷线，防雷线在 9 个支架和 站房内均设可靠落地点。按照电子系统防雷要求，我们将站房的基础钢筋、梁柱 钢筋、金属框架以及建筑物防雷引下线等连接起来，形成接地电阻降至 1 欧姆以 下的法拉第网。图2-29索道防雷图2.6.2 感应雷及雷电波侵入的预防措施⑴供配电感应雷及雷电波侵入的预防 电源感应雷及雷电波侵入的预防索道运行用电， 由供电局变电站开闭所经下 站架空电力线路再经变压器变压后送入室内，其高压进线端 10kV 是长距离输电 线路，上下站高差大，在遭受直击雷和感应雷时易产生过电压，低压端（380― 220V）易感应半径从几百米到 2000m 范围内的雷击电磁波而产生的过电压，电子 设备雷击事故多由电源线路引起。因此，对索道电源线路，应采取多级电源避雷 器保护方式。实现对雷电流的逐级泄流。 ⑵信号线路感应雷及雷电波侵入的预防- 33 -新疆大学毕业设计（设计）索道的信号线很多，按功能可将其主要分为控制信号线，广播信号线和电话 线。控制信号线是监控索道运行以及操作台（控制索道开／关，加速／减速等功 能的装置）向索道控制系统发出指令的传输线路，一旦因感应雷及雷电波侵入造 成通信中断，索道将无法正常运行。因此，控制信号线路的防护是整个信号线路 感应雷及雷电波侵入预防的重点。对信号线感应雷及雷电波侵入的预防，可根据 信号种类、接口、特性阻抗、频率、带宽、插入损耗、工作电平等性能指标选择 合适的避雷设备器，避雷器应安装在信号线进入设备的前端。 高山索道接地的目的是防雷，做好接地装置，预防雷电侵人非常重要。另外 在索道运行过程中安全管理也很重要。对接地装置应经常检查维护，对接地电阻 应定期复侧， 复侧时间应根据当地的气候条件选择在雷雨季节到来前和土壤干燥 电阻率较高的时候，如接地电阻增大，应查明原因，及时修复，切不可带隐患运 营。在雷雨到来前，应停止运行，切断所有电源。索道夜间停运时，也应切断所 有电源，并将吊椅或吊厢开出站外，以保证钢丝绳通过驱动轮或迂回轮中镶嵌的 铜质衬块良好接地。- 34 -新疆大学毕业设计（设计）3 缆车的控制系统3.1 组态控制技术 3.1.1 组态技术概述组态控制技术是一种计算机控制技术。 利用组态控制技术构成的计算机测控 系统与一般计算机控制系统在结构上没有本质的区别，它们都是由被控对象，传 感器，I/O 接口，计算机和执行机构几部分组成。如图 3-1 所示：显 示 器 盘 键现场 参数 计算机 I/O 接口 执行器 被控对象传感器 现场设备 I/O 接口图 3-1 一般计算机控制系统的结构组成传感器的作用是可以把被控对象的各种参数进行检测， 然后将参数显示于计 算机的显示器上。并根据参数实际值与设定值的偏差，按照一定的控制算法发出 控制命令，控制执行机构的动作，从而完成任务。 I/O 接口负责沟通传感器，执行器，它是计算机与现场设备的桥梁。内部有 将数字量转换成模拟量 D/A 转换器，模拟量转换数字量的 A/D 转换器，对开关量 进行隔离的光电隔离器等。 执行器由一些机械设备组成，如：电机、电源、管道、气阀、集成电路等组 成。3.1.2 组态控制技术相对于传统计算机控制技术的优点组态的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System 简称 DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技 术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势- 35 -新疆大学毕业设计（设计）日趋明显。这些优势主要体现在：PC 技术保持了较快的发展速度，各种相关技 术已经成熟；由 PC 构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC 的软件资 源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于 PC 的控制系统易于学习和使用， 可以容易地得到技术方面的支持。在 PC 技术向工业控制领域的渗透中，组态软 件占据着非常特殊而且重要的地位。 组态（Configuration）的意思就是模块的任意组合。简单的讲，组态就是 用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。 在组态概念出现之前， 要实现某一任务， 都是通过编写程序 （如使用 BASIC， C，FORTRAN 等）来实现的。编写程序不但工作量大，周期长，而且容易犯错误， 不能保证工期。 组态软件的出现， 解决了这个问题。 对于过去需要几个月的工作， 通过组态几天就可以完成。 这样系统设计人员可以把更多的注意力集中在如何选择最优的控制方法上， 设计出合理的控制系统结构， 选者合适的控制算法等这些提高控制品质的关键问 题上。一方面，从管理的角度讲，用组态软件开发的系统具有与 Windows 一致的 图形化操作界面，非常便于生产的组织与管理。3.1.3 常用于组态控制技术的计算机系统和组态软件一般来说， 只要采用 IPC （工业控制计算机） 选择通用接口部件和组态软件， 这样构成的系统都是基于组态控制技术的。 世界上有许多自动化设备生产厂家生 产了许多基于这种技术的 DSC（集散式控制系统）计算机系统。如：中国的研华 公司、时利和公司、德国的西门子公司、日本三菱等等。 与上面系统专用组态软件相对的是通用组态软件， 常用的国产通用组态软件 有微控可视组态、MCGS、King view（组态王）等等。本系统采用 MCGS 作为上位 机的监控软件。3.2MCGS 组态软件 3.2.1MCGS 组态软件的概述MCGS 组态软件具有动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、工 程报表、数据与曲线等强大功能，在自动控制中占据主力军的位置，已逐渐成为 工业自动化的灵魂。3.2.2MCGS 组态软件功能及特点分析MCGS全中文组态软件用于工业过程控制和实时监测的通用计算机系统软件。 其功能和特点可分析归纳如下： ⑴图形动画显示功能。MCGS运行于Windows环境下，利用其提供的直观图形 工具，可视化开发环境，能够较方便地创建各种复杂的画面。用简单的状态特征 （即属性）参数设置，动画连接，可做出较逼真直观的动态显示效果。- 36 -新疆大学毕业设计（设计）⑵实时数据库。它是整个系统的数据交换和处理中心，可存储不同类型和名 称的数据对象，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。 在系统运行过程中， 各个部分都通过实时数据库交换数据， 形成互相关联的整体。 ⑶内嵌脚本语言。MCGS 提供的内置编程语言称为脚本语言其编程语法类似 于普通的 Basic 语言，但比其在概念和使用上更为简单直观。通过脚本语言可编 写特定的流程控制和操作处理程序，增强系统的灵活性。 ⑷开放式的设备管理功能。MCGS 对设备的处理采用了开放式的结构使其成 为“与设备无关”的系统。利用其相应的设备构件并设置相关属性，可以对多种 硬件设备包括各种 PLC 进行驱动， 实现系统和工控设备的连接。 因此， 基于 MCGS 软件的上述功能和特点， 通过组态编程， 可以对控制系统进行实时图形显示监控， 报警显示。此外，利用 MCGS 的其它功能模块，还能完成所需的报表输出，曲线 显示，安全机制等各项功能。 ⑸应用 MCGS 组态软件实现 PLC 工作状态监控的方法。 基于 MCGS 组态软件的 PLC 监控系统的典型硬件结构如 3-2 所示，PLC 与上位机（普通 PC 机或工业 IPC 机）之间通过 RS232 或 RS485 串行线路连接进行通信。PLC 作为可靠性极高的下 位机主要承担对工业现场设备的直接控制功能而上位机主要承担监控管理功能， 兼备部分控制功能。如在必要时可脱开 PLC 发出启动，停止等命令，实现远程控 制。上位机 通信连接 …… 现场通信PLC传感器执行原件图 3-2PLC 监控系统的典型硬件结构软件方面，上位机中既装有与PLC配套的编程软件，又装有MCGS组态软件。 利用MCGS提供的工具，一般经过以下步骤实现PLC工作状态的计算机图形监控功 能: ①绘制动画图形。用MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，可 在用户窗口内“组合”成控制现场中的各种主要元件的画面图形，例如泵、控制- 37 -新疆大学毕业设计（设计）阀、液压缸、行程开关、运动部件等。绘制的现场元件动画图形应在形状，相对 位置等方面与控制系统的实际情况相对应。 ②定义数据对象。在对实际现场工程进行简化和抽象处理的基础上，将代表 现场工程特征的各物理量，作为数据对象加以定义，如行程开关通断、电磁阀得 失电、活塞杆位置、压力大小等都可定义为数据对象。各数据对象具有自身的数 值类型，属性及其操作方法，由各数据对象组成实时数据库。 ③进行动画连接。即设置图形的颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果 等动画属性，将图形对象与实时数据库中定义的数据对象建立对应连接关系，用 数据对象值的变化来驱动图形对象，使系统在运行过程中，产生形象逼真的动画 效果，以直观描述外界现场控制对象的状态变化，特别是直观显示故障环节。 ④编写控制流程。对于比较复杂的工程控制系统，仅用常规组态方法可能难 以实现相应的控制和计算任务，这就需要采用 MCGS 提供的类似 Basic 的内置编 程语言，编制各种特定的流程控制程序和操作处理程序，从而有助于优化控制过 程。 ⑤与外部 PLC 设备的联接调试。根据控制系统所采用的 PLC 类型和特征，首 先设置相关的设备属性。 再设定和配置 PLC 设备的输入输出通道与系统中数据对 象之间的对应关系，即建立系统实时数据库与 PLC 输入输出端口的连接，使得系 统能读取外部设备数据并控制外部设备的工作状态， 最后对整个控制系统进行调 试，检查组态设置和编程是否正确、硬件是否正常、计算机图形动画显示是否与 现场实际动作同步等。 在完成整个工程的组态编程并测试现场工程各部分的工作情况后， 即可实现 工程现场PLC及被控对象工作状态的计算机图形实时监控功能，此时上位机图形 监控界面中的仿真工作流程与现场的实际生产动作同步。 当现场发生故障或出现 异常情况时，上位机监控界面中对应的图形元件会同时以醒目颜色，闪烁效果等 方式形象直观地显示出故障环节，并发出音响报警。这有助于工作人员及时排查 故障处理进行必要的远程控制干预， 从而保证整个PLC控制系统安全可靠的运行。3.2.3MCGS 组态软件的构成MCGS 组态软件由“MCGS 组态环境”和“MCGS 运行环境”两个系统组成。两 部分互相独立，又紧密相关。如图 3-3 所示：- 38 -新疆大学毕业设计（设计）图 3-3MCGS 系统构成MCGS 组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据 库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有 不同的特性。如图 3-4 所示：图3-4MCGS工控组态3.3 工控组态软件 MCGS 在客运索道中的应用 3.3.1 引言在工业过程计算机控制系统中，工控组态软件已经得到了广泛应用，特别是 近年来已分别在多个石化企业、大型炼油厂、汽车、电力等应用工控组态软件对 常规控制系统进行了技术改造，随着中国经济实力增强，索道事业呈现快速发展 趋势，我国到目前已建成客运索道366余条，大多数采用国外控制技术。客运索- 39 -新疆大学毕业设计（设计）道大都采用PLC（Programmablelogiccontroller）自动控制，系统复杂，包括操 作面板，给定电压积分器，安全制动器，工作制动器等等，操作起来极不方便， 例如操作面板上就有操作命令发车、停车、减速、自动P手动、工作制动器，安 全制动器等按扭。随着第四代可编程序控制器（PLC）全面采用16位，32位高性 能处理器，多信道处理技术以及嵌入式操作系统的发展，使工控系统得到全面提 升。 工控组态软件MCGS（Monitorand Control Generated System）是一套用于 快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够基于Microsoft的各种32位 Windows平台运行，该软件通过对现场数据采集处理、以及动画显示、报警处理、 过程控制和报表输出等组成。通过控制系统可对客运索道运行情况进行操作，监 视和控制，可对系统参数进行组态，并配备一台打印机，可以定时打印数据和运 行趋势图及各种报警信息。系统结构如图3-5所示：图3-5工控组态系统结构图3.3.2 系统设计目标及功能⑴设计目标 ①正常运行。保证索道能以希望速度正常启动、停车、运行。 ②安全保证。 保证索道安全可靠运行， 出现紧急情况能立即停车， 处理问题。 根据上述要求，该系统能够满足客运索道运行要求，在投入运行后，系统具 有可靠性高、稳定性好、操作便捷等特点，对实际情况反映准确、迅速、直观、 图形界面友好、功能升级与系统扩充方便、二次开发周期短。 ⑵系统基本功能 ①系统软件功能。该系统软件采用模块化结构，利用昆仑组态软件MCGS软件 包的组态功能可对各输入/输出点组态、方便的定义过程、工作方式、调速范围、 报警值和采样周期等。根据系统的控制要求可对现场设备实现控制，完成组态画 面监视、报警管理、设置、实现实时数据与历史数据管理等功能。- 40 -新疆大学毕业设计（设计）②系统硬件功能。系统硬件部分主要通过A/D（PCL711B）转换输入计算机及 控制信号通过D/A（PCL728）板输出计算机。信号传输如图3-6所示：图3-6信号传输图3.3.3 系统组态 MCGS系统提供方便的图形组态软件，可快速的设计用户所需控制方案，系统组态 MCGS采用中文Windows2k/XP/9x环境下的标准窗口图形界面，用鼠标选择菜单命 令操作。工控组态软件MCGS主要包括实时数据库组态与监视画面组态两部分。 ⑴实时数据库组态：主要根据实验室要求提供现场信号的数量、工作方式、 调速范围等信息在确定了信号数据链表后， 利用昆仑组态软件MCGS软件包确定实 时数据库中各点的点号、工作方式、调速范围、报警值等信息，并且在实时数据 库中利用计算模块和程序模块对其进行计算与转换， 从而完成数据采集和软件转 换及控制信号输出等功能。 ⑵监视画面组态： 主要根据实时数据库中定义的点名， 以及实验室提供数据， 利用昆仑组态软件MCGS绘制运动图、报警画面、实时数据显示画面等操作画面， 实现动态运动形式，报警点的显示及打印等功能。运行程序每个采样周期采样完 成后，根据IPO组态数据表进行变量转换，控制量计算和输出处理。 ⑶监控画面显示的组态化设计： 监控画面显示的组态主要根据实际运行情况 要求提供的现场流程图，利用昆仑组态软件MCGS与实时数据库结合的显示画面， 组态化工控软件设计方法认为背景画面是由点、线等图素组成的，动态画面是由 数值显示、棒图显示、趋势显示等图素组成的。MCGS软件提供了方便的绘图工具 与丰富的图形库，实时数据库中的点与数值可以与棒图、指针与颜色等各种形象 直观的图符连接，动态改变图形位置。可设定画面切换按钮，用宏命令定义画面 切换关系或执行某些特有功能。 报警的组态主要是在Database中根据参考报警资料设定点的，包括报警点、 MCGS软件、报警类型等。报警显示画面主要是在MCGS软件中绘制与设定的（包括- 41 -新疆大学毕业设计（设计）报警颜色、起始时间、报警类型、报警优先级等信号）并实现对报警的确认。图3-7客运索道控制系统画面3.4PLC 控制可编程序控制器（PLC）具有结构简单、编程方便、性能优越等许多优点用 作架空索道运行的主控单元其作用是对各种传感器和操作人员的指令进行检测， 通过对这些输入信号的逻辑运算，输出相应的控制信号控制继电器，接触器等执 行机构，从而保证系统按照设计的程序运行，用工控机实现对索道运行状态的监 视和数据的管理。通常工控机安置在机房，PLC安装在电气柜，一般的可编程控 制器只有指示灯显示其输出状态，这样操作人员在检查PLC主控单元时只能看到 用指示灯表示的索道的运行状态，而没有直接，醒目的文字和数据显示，这给操 作人员的判断带来了不便， 点阵液晶显示模块在工业控制中已得到越来越广泛的 应用，许多可编程序控制器生产厂家陆续推出了各种型号，各种系列的液晶显示 模块，这些模块能够显示字符，图形，汉字，索道PLC控制系统的设计者如果选 用这些模块可得到良好的显示界面。3.4.1PLC 的发展可编程序控制器，是随着生产不断地发展、新技术不断出现、特别是电子技 术的出现而发展起来的一种新型的控制技术。 过去传统的继电接触式的顺序控制 器，有着许多难以克服的缺点，寿命较短、可靠性差、通用性及灵活性差、耗电 高。尤其是改变生产程序很困难，这就与生产的高速发展形成了尖锐矛盾，为了 解决此矛盾，电子技术经历了十余年的发展，不仅极大地提高了劳动生产率和自 动化程度，而且推动了工业技术革命的进程。3.4.2PLC 的特点PLC 是一种数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体以储存指令，用- 42 -新疆大学毕业设计（设计）来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/ 输出模件，以控制各种机械或工作程序。 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而 设计的，其特点和优点有以下几点：可靠性高、适用于工业现场环境。 工业生产一般要求控制设备具有很强的抗干扰能力， 能在恶劣的环境中可靠 地工作，也就是说，对 PC 的可靠性提出很高要求，一般要求有很长的平均无故 障时间和很短的修复时间。 PLC 控制系统的故障可分为两类：一类是由于外界恶劣环境如电磁干扰、超 高温、 超低温、 过电压、 负电压等引起的。 这类故障只要不引起系统部件的损坏， 一旦环境条件恢复正常，系统本应随着恢复正常。但因 PLC 受外界影响后，内部 所存储的信息被破坏，就可能引起混乱，这样就不能在此种情况下继续原来的工 作，这类故障称为偶发性故障。另一类故障是由于元件本身的缺陷或外界的影响 而损坏，这种损坏是不可恢复的，这类故障称为永久性故障。 PLC 的逻辑部分是采用无触点的半导体电路的接点网络，而不是大量的机械 触点的串并联完成的，只需要输入输出与现场有少量的连线，这就从根本上减少 了永久性故障的机会，是使 PLC 可靠性提高的主要原因。如果再能限制偶发性故 障的发生条件， PLC 能承受较严重的恶劣环境或把影响的后果限制在最小范围 使 之内，以使恶劣条件消失后能够恢复正常，这样就有可能延长平均无故障时间。 此外，对永久性故障，主要是着手迅速、准确地查出，以减小 PLC 的平均修复时 间。一般在 PLC 上增加一些诊断一些适当的保护手段，则在永久性，就能很快查 出。3.4.3PLC 的工作原理可编程序控制器，简称为 PLC，它是在可编程序逻辑控制器，即 PLC 的基础 上， 采用微型计算机控制技术制造的通用性的自动控制设备。 它以顺序控制为主， 回路调节为辅，能完成逻辑、定时、计数、记忆和算术运算等功能。既能控制开 关量，也能控制模拟量，控制规模从几十个点到上万个数据采集点。现代的可编 程控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置， 是将计算机技术应用于工业 控制领域的崭新产品，它具有高的可靠性能适应工业现场的高潮、冲击、振动等 恶劣环境，用于控制机械设备、生产流水线和生产过程的自动控制。 目前每个生产可编程序控制器的厂家几乎都有自己封闭式的系列化产品， 所 以 PLC 的种类，系列很多，其功能也不一致。人们根据输入及输出点数，相应的 程序存储容量和功能分为小型，中型和大型的可编程序控制器，以适应各种控制 要求。- 43 -新疆大学毕业设计（设计）可编程器主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成，组成如图 3-8 所示：图 3-8 可编程序控制器结构框图3.4.4CPU 模块CPU 模块又叫中央处理单元或控制器， 它主要由微处理器和存贮器组成。 CPU 作用类似于人的心脏与大脑，它工作方式是采用扫描，每扫描完一次就要完成以 下工作： ⑴将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映象寄存器和数据寄存器。 ⑵逐条读入和解释用户程序， 产生相应的控制信号去控制有关的， 完成存取， 传送和处理工作。并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。 ⑶将输出映象寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。 PLC 的存贮器分为系统程序存贮器和用户程序存贮器，系统程序存贮器中存 贮的系统程序，是由厂家固化在 RAM 上的，一般使用者不能直接存取，它使 PLC 能够具有一些基本的智能，能够完成用户输入的程序，用户存贮器中存贮的是用 户程序，它由使用者设计决定了 PLC 的具体工作。 ①I/O 模块 I/O 模块是 CPU 与外部联系的桥梁，它采集外部和接收外部两种类型的输入 信号，一种是按钮等元件的开关量信号，一种是电位器，电磁阀等模拟量输入信 号，PLC 通过输出模块控制接触器等执行器，PLC 控制的另一类型负载有指示灯 报警装置等。- 44 -新疆大学毕业设计（设计）4 缆车运行和维护4.1 日常维护保养须知架空乘人装置运行一段时间后，各机械联接部分可能会出现松动（特别是新 安装的部件）及易损部件磨损严重等现象，因此需要定期对相关部位及相关部件 进行检查，发现问题及时处理，对磨损到位的易损件及时更换。建议每天对易松 动部位和易损件进行一次检查，每三个月进行一次全面检查和维修。 ⑴驱动部分 ①基础及钢架结构：混凝土基础牢固可靠，未出现开裂现象。钢架结构无扭 曲变形，螺丝紧固有效。 ②驱动轮：驱动轮轮衬磨损余厚不小于原厚度的三分之一，否则应及时更换 轮衬。轮缘、辐条无裂纹、变形、键不松动、紧固螺母无松动。驱动轮转动灵活， 无异常摆动和异常声响。 ⑵尾轮及张紧装置 ①尾轮： 轮衬磨损余厚不小于原厚的三分之一， 否则应及时更换轮衬。 轮缘、 辐条无裂纹、变形、轴不松动、紧固螺母无松动。尾轮转动灵活，无异常摆动和 异常声响。 ②张紧装置：能够随时灵活调节运载钢丝绳在运行过程中的张力，活动部位 移动灵活、活动滑轮上下移动灵活、不卡轮轴、不歪斜。重锤上下活动灵活，不 卡不挤不碰支撑架，配重安全设施稳固可靠。滑动尾轮架距滑动导轨的极限位置 不小于 500mm，否则要考虑更换钢丝绳。收绳装置灵活可靠。 ⑶吊椅部分：各部件齐全完整、螺丝紧固有效、无开焊、裂纹或变形。锁紧 装置齐全、有效、无变形。摩擦衬垫固定可靠，抱索器在钢丝绳上的安装位置， 应每隔一段时间向后移动不小于一个抱索器距离（一般为 400mm）的位置，以便 减小抱索器在过驱动轮， 尾轮时对钢丝绳产生的扭曲应力而造成对钢丝绳的疲劳 磨损时间，从而延长钢丝绳的使用寿命。 ⑷轮系部分所有的托，压轮应转动灵活、平稳、不晃动，轮衬贴合紧密无脱 离现象， 轮衬磨损余厚不小于 5mm。 托轮架稳固， 无弯曲变形及位置偏移等现象。 部件联接螺栓紧固有效、焊缝无开裂现象。 ⑸电气开关：由于环境湿度大，对电气设备有较大影响，因此要经常检查电 气开关，确保电气开关动作可靠。- 45 -新疆大学毕业设计（设计）图 4-1 客运索道结构图4.2 液压站维护措施液压站从原理与结构来讲都是安全，可靠的。但由于使用，维护不当就会出 一些故障现象。据统计，液压系统的故障中有 90%是由于油液污染造成的，在本 液压站中油液污染也同样是最大威胁。 油泵吸油口的粗过滤， 油出油口有精过滤。 从理论上讲，经过这两道过滤的油应该是比较干净的。但是污染也可能在以下环 节中产生。 ⑴油泵，电磁换向阀，油缸，蓄能器等元件正常磨损而产生金属颗粒。 ⑵由密封件磨损而产生的橡胶质颗粒以及油箱内的油漆，涂料等。 ⑶设备维修过程对元件的不恰当的清洗是造成污染的主要原因之一。 这种不 恰当的清洗可使工作油液中出现织物纤维，砂料等残余物。 ⑷空气中的尘埃，颗粒也可能进入系统而造成污染。 这些原因都会引起节流孔，滑阀卡死等故障，这些故障不及时排除，将会出 现严重事故，为此必须要求做到： ⑴元件装拆、更换时必须事先清洗干净，尽量避免有污物带入。 ⑵油泵吸油口网式过滤器要定期清洗，一般半年清洗一次，高压过滤器要经 常检查滤芯是否被脏物堵死，一般要求半年更换一个新滤芯，以保证过滤效果。 ⑶液压站用的油要定期过滤，更换，一般半年过滤或更换一次，特别要强调 的是所谓的新油并不是真正的干净油，因为装油的桶一般很少清洗，抽油器上也 难免带上脏物，这样即使是新油也已被污染，所以要求加入油箱的油一定要经过 过滤。- 46 -新疆大学毕业设计（设计）⑷每个作业班都需检查合电磁换向阀换向是否灵活， 可用螺丝刀推动换向阀 的推杆，要求动作灵活，若有卡死现象，得马上打开电磁阀清洗，再装配时，必 须注意阀芯方向不得搞错，还应定期检查各阀安装螺钉松动情况。 ⑸液压站在正常工作过程中，为了确保事故状态时，能安全制动，要求每隔 半个月人为进行二级制动试验（此时提升机不必开动）用秒表计算电磁阀延时换 向时间（t） ，验算二级制动延时时间是否符合要求，各阀动作是否灵活，若有异 常现象，需立即排除还要在值班记录本上记录试验结果。 ⑹液压站在使用时，要经常注意液压油的情况，如果发现油脏，立即用滤油 器过滤，才能继续使用，如果发现油变质，立即更换新油。 ⑺液压站调整完毕后，不得随意拧动有关手把，以确保提升机的正常使用。 液压站的各元件没有故障时，严禁不懂液压元件知识的人任意乱拆，以免造成严 重后果。电接点压力表有超压保护，应把上限指针放到比工作油压高 0.5MPa 左 右位置上（但不能超过 6MPa）当系统超压时由电气保护。电接点压力式温度计 有超温保护，应把上限指针放到 65℃位置上，当油温超过时，由电气保护。4.3 钢丝绳的安全检查钢丝绳的检查可分为日常检验，定期检验和特殊检验，日常检验就是自检， 定期检验根据装置形式，使用率，环境以及上次检验的结果，可确定采用月检还 是年检。钢丝绳的检查内容及要求见下表。表 4-1 钢丝绳的检查内容项目日常检验 微速运转观察全部定期检验与特殊检验 微速运转作全面检验外，特别注意 下列部位：起重机起 钢丝绳， 特别注意下 ①在卷筒上的固接部位 升、变幅、 列部位： ②绕在卷筒上的绳 牵引用钢 动 丝绳 绳 分 ⑤其他固定连接部位 除通常能观察到的 缆索起重 部分外， 特别注意末 机钢丝绳 端固定部位 全长仔细检验 ②通过滑轮的部 ④平衡轮处钢丝绳 ①末端固定部位 ③通过滑轮的钢丝绳- 47 -新疆大学毕业设计（设计）除通常能观察到的 缆风绳 静 绳 捆绑绳 部分外， 特别注意末 端固定部位 除全长观察外，特别注意下列部位： ①编结部分 ②与吊具连接部分 磨损检验主要是磨损状态和直径的测量，磨损的状态有两种：一种是同心磨 损，另一种是偏心磨损。偏心磨损的钢丝绳多数发生在绳索移动量不大，吊具较 重，拉力变化较大的场合。例如，电磁吸盘起重机的起升绳易发生这种磨损。偏 心磨损和同心磨损同样使钢丝绳强度降低。 腐蚀有外部腐蚀和内部腐蚀两种： 内部腐外部腐蚀的检验， 目视钢丝绳生锈， 点蚀，钢丝松弛状态。蚀不易检验。如果是直径较细的钢丝绳（≤20mm），可以 用手把钢丝绳弄弯进行检验， 如果直径较大， 可用钢丝绳插接纤子进行内部检验， 检验后要把钢丝绳恢复原状，注意不要损伤绳芯，并加涂润滑油脂。 变形对钢丝绳的打结，波浪，扁平等进行目检。钢丝绳不应打结，也不应有 较大的波浪变形。 电弧及火烤的影响目视钢丝绳， 不应有回火包， 也不应有焊伤。 有焊伤应按断丝处理。钢丝绳的润滑检验钢丝绳应处于良好的润滑状态。根据试 验，润滑良好的钢丝绳在一个捻距内断丝达总丝数的 10%，用疲劳试验和反复弯 曲可达 48500 次，而没有润滑的相同规格的钢丝绳仅为 22500 次，可见润滑的重 要性。 全长仔细检验4.4 减速机的检查和维护减速机应牢固地安装在稳定水平的基础或底座上，排油槽的油应能排除，且 冷却空气循环流畅。基础不可靠，运转时会引起振动及噪声，并促使轴承及齿轮 受损。当传动联接件有突出物或采用齿轮，链轮传动时，应考虑加装防护装置， 输出轴上承受较大的径向载荷时，应选用加强型。 按规定的安装装置保证工作人员能方便地靠近油标、通气塞、排油塞。安装 就位后，应按次序全面检查安装位置的准确性，各紧固件压紧的可靠性，安装后 应能灵活转动。 减速机采用油池飞溅润滑， 在运行前用户需将通气孔的螺塞取下， 换上通气塞。按不同的安装位置，并打开油位塞螺钉检查油位线的高度，从油位 塞处加油至润滑油从油位塞螺孔溢出为止，拧上油位塞确定无误后，方可进行空 载试运转，时间不得少于 2 小时。运转应平稳、无冲击、振动、杂音及渗漏油现 象，发现异常应及时排除。经过一定时期应再检查油位，以防止机壳可能造成的- 48 -新疆大学毕业设计（设计）泄漏，如环境温度过高或过低时，可改变润滑油的牌号。 安装减速机时，应重视传动中心轴线对中，其误差不得大于所用联轴器的使 用补偿量。对中良好能延长使用寿命，并获得理想的传动效率。 在输出轴上安装传动件时，不允许用锤子敲击，通常利用装配夹具和轴端的 内螺纹，用螺栓将传动件压入，否则有可能造成减速机内部零件的损坏。最好不 采用钢性固定式联轴器，因该类联轴器安装不当，会引起不必要的外加载荷，以 致造成轴承的早期损坏，严重时甚至造成输出轴的断裂。4.5 电动机的运行和维护⑴监视电源电压的变化电压变化范围不应超过或低于额定电压的 10%，若低 于该范围，应适当减轻负载运行。同时，三相电压不平衡也不能过大。任意两相 电压的差数不应超过 5%，否则都会使电动机发热过快。电动机电源最好装一只 电压表和转换开关直接监视。 ⑵监视电动机的运行电流在正常情况下运行应不超过铭牌上的额定值。 同时 还应注重三相电流是否平衡，任意两相间的电流差值不应大于额定电流的 10%， 否则说明电动机有故障。非凡要注重是否有缺相运行。容量较大的电动机应装设 电流表监视运行电流，容量较小的电动机也应随时用钳形电流表测量线电流。 ⑶监视电动机的温度温升不应超过电动机铭牌上答应的限度。 电动机运行中 的温升是监视电动机运行状况的直接而又可靠的办法。在线路上装设电压表、电 流表及过载保护装置，也是监视温升的主要办法。 ⑷监视电动机在运转中的声音、振动和气味电动机正常运行时，声音均匀、 运转平稳、无绝缘漆气味和焦臭味。若发生异常声响、剧烈振动、绝缘漆焦臭味 等，说明电动机过热或有其它故障。 ⑸监视传动装置的工作情况要随时注重皮带轮或联轴器是否有松动， 传送皮 带有无打滑现象（打滑是皮带太松），皮带接头是否完好。 ⑹监视轴承的工作情况注重轴承的声响和发热情况。当用温度计法测量时， 滚动轴承发热温度不许超过 95℃，滑动轴承发热温度不许超过 80℃。轴承声音 不正常或过热，是轴承润滑不良、磨损严重所致。 ⑺监视熔丝工作情况应随时注重是否有一相熔丝熔断的情况， 以免造成缺相 运行使电动机过热。 总之， 电动机在运行过程中， 监视其电流、 温度的变化， 发现问题及时解决。- 49 -
顺序6：论文正文滑平台,限制,无法完整的回应和人机交互。本设计采用高可靠性的业控制计算机系统,―是一个在线免费学习平台、通过收集整理大量专业知识，职业资料、考试资料,考试复习指导,试题资料等给大家分享;同时提供学习互动交流;更好的帮助大家学习。