摘要：本文介紹了施工升降機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制要求，并詳細(xì)說(shuō)明了施工升降機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)、選型、安全測(cè)試及調(diào)試方法。
關(guān)鍵字：變頻器，施工升降機(jī)
引言
隨著我國(guó)建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑施工機(jī)械化水平的不斷提高，對(duì)施工升降機(jī)的制造質(zhì)量和整機(jī)技術(shù)水平的要求也越來(lái)越高。普通升降機(jī)一般采用的是接觸器-繼電器控制方式，直接啟動(dòng)和機(jī)械抱閘強(qiáng)制制動(dòng)，啟制動(dòng)沖擊大，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的損壞大，電氣元件也易損壞，同時(shí)容易造成升降機(jī)里的物料跌落，既影響了施工速度也影響了施工企業(yè)的效益，特別是在人貨兩用施工升降機(jī)上，存在著極大的安全隱患。隨著用戶對(duì)施工升降機(jī)的性能和安全要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的控制方式已經(jīng)越來(lái)越感覺到力不從心。
鑒于以上的原因，國(guó)內(nèi)外的專業(yè)生產(chǎn)商在升降機(jī)的起升調(diào)速方式上進(jìn)行了較多的新加速應(yīng)用嘗試，如采用多級(jí)電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速、引進(jìn)變頻調(diào)速等。逐漸地隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，它以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)超越了其它的任何調(diào)速方案，占據(jù)了主導(dǎo)地位。升降機(jī)采用變頻調(diào)速有著諸多優(yōu)點(diǎn)，例如，零速抱閘，對(duì)制動(dòng)器無(wú)磨損;任意低的就位速度，平層精度高;速度的平滑過(guò)渡，對(duì)機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)件無(wú)沖擊，提高了升降機(jī)的安全性;幾乎任意寬的調(diào)速范圍，提高了升降機(jī)的工作效率;節(jié)能的調(diào)速方式，減少了系統(tǒng)運(yùn)行的能耗等，正是因?yàn)檫@些明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使變頻器在升降機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，這將對(duì)升降機(jī)的安全運(yùn)行和減少運(yùn)行能耗都有重要的意義。
升降機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制
施工升降機(jī)是一種用吊籠(或平臺(tái)、料斗)載人、載物沿導(dǎo)軌架或?qū)к壸魃舷逻\(yùn)輸?shù)氖┕C(jī)械。其廣泛用于建筑施工等領(lǐng)域，如工業(yè)、民用建筑、橋梁施工、井下施工、大型煙囪施工等場(chǎng)所運(yùn)輸物料及人員的理想設(shè)備，作為永久性或半永久性的施工升降機(jī)還可用于倉(cāng)庫(kù)和高塔等不同場(chǎng)合。在高層建筑施工中垂直運(yùn)輸最繁忙的一種機(jī)械，已被公認(rèn)為高層建筑施工不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備之一。
施工升降機(jī)主要組成部分如下：導(dǎo)軌架、吊籠、傳動(dòng)系統(tǒng)、附墻架、底架護(hù)欄、電氣系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置、電纜供電裝置等。如圖1所示
圖1 施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)
1—地面防護(hù)圍欄門;2—開關(guān)箱;3—地面防護(hù)欄;4—導(dǎo)軌架標(biāo)準(zhǔn)節(jié);5—吊籠門;6—附墻架;7—緊急逃離門;8—層站;9—對(duì)重;10—層門;11—吊籠;12—防墜安全器;13—傳動(dòng)系統(tǒng);14—層站欄桿;15—對(duì)重導(dǎo)軌;16—導(dǎo)軌;17—齒條;18—天輪
升降機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹
升降機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由以下部分：盤式制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，變頻調(diào)速器，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，聯(lián)動(dòng)臺(tái)，電氣保護(hù)裝置等構(gòu)成。其控制過(guò)程是：操作聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的速度轉(zhuǎn)換開關(guān)，選定速度擋，然后輸出信號(hào)給變頻器，改變頻率值，最終達(dá)到調(diào)速的目的。
3.2電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.2.1電動(dòng)機(jī)的選取
當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)的基本參數(shù)(如最大起重量、最高工作速度等)給定后，就可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)和功率進(jìn)行確定和計(jì)算。施工升降機(jī)的起升機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇適合頻繁起動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的變頻電機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率的選擇應(yīng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載大小而定，其計(jì)算公式為：
P=WV/(η×10-3) (1)
式中W———額定載荷重力+吊籠，繩索的重力
V———運(yùn)行速度，m/s;
η———機(jī)械效率(傳動(dòng)部分各部傳動(dòng)效率之積)。
由于升降機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為恒轉(zhuǎn)矩特征，低頻時(shí)轉(zhuǎn)矩基本不變，要求電動(dòng)機(jī)和變頻器能低速運(yùn)行。因此，要加大電動(dòng)機(jī)功率或加設(shè)外部風(fēng)扇冷卻。
3.2.2變頻器的選取
當(dāng)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)確定后，就可著手進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先是變頻器的選型，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外變頻器品牌不少，控制水平和可靠性差別較大。用于升降機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，最好選用具有矢量控制或者直接轉(zhuǎn)矩控制，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高的變頻器。由于變頻器品牌的不同，相同功率下變頻器的過(guò)載能力和額定電流值也不完全一致。所以，選擇變頻器容量時(shí)，不單要看額定功率的大小，還要校核額定工作電流是否大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，一般的經(jīng)驗(yàn)是選用變頻器的容量比電動(dòng)機(jī)大一級(jí)，以深圳四方變頻器為例，在SC100型施工升降機(jī)中，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為11kW，則電機(jī)的功率為2×11=22kW，可選用四方30kW穩(wěn)定可靠的高性能V360系列變頻器。
3.2.3制動(dòng)電阻的選取
作為升降用的變頻系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài)下的系統(tǒng)可靠性，因?yàn)檫@種系統(tǒng)出故障往往都發(fā)生在吊籠下降時(shí)的工況，如過(guò)電壓、超速、溜車等。變頻系統(tǒng)在整個(gè)重物下降過(guò)程中，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。再生電能返回至變頻器直流母線，此時(shí)通常采用直流側(cè)接入制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻器等耗能裝置，
可以用圖來(lái)表示升降機(jī)變頻系統(tǒng)各參數(shù)在下降過(guò)程中的變化狀況。
在勻速下降時(shí)電阻消耗的穩(wěn)態(tài)功率
Pe=ωmMeδ (2)
減速時(shí)的峰值功耗
Pm=Pe+δJ(ωm-ωd)/Ta (3)
式中ωm———減速前下降速度
ωd———減速后下降速度
Me———負(fù)載轉(zhuǎn)矩
δ———傳動(dòng)系統(tǒng)的反向效率
J———傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
Ta———減速時(shí)間
要確定這些參數(shù)的精確值，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期是有一定難度的。在產(chǎn)品未完成前，無(wú)法精確測(cè)量和計(jì)算各部件的傳動(dòng)慣量;而在實(shí)際使用中，系統(tǒng)的減速特征是會(huì)隨現(xiàn)場(chǎng)的需要而改變的。所以大多情況下，經(jīng)驗(yàn)的取值一般按電動(dòng)機(jī)功率的40%~70%之間。而制動(dòng)電阻的阻值R計(jì)算按以下范圍選取
Rmin≤R≤Vc2/0.8P (4)
Rmin≤Vc/Ic (5)
式中Vc———制動(dòng)單元?jiǎng)幼麟妷?/FONT>
Ic———制動(dòng)單元最大允許電流
P———電動(dòng)機(jī)額定功率
3.2.4控制電路設(shè)計(jì)
以下就以深圳四方變頻器在施工升降機(jī)上的使用詳細(xì)說(shuō)明控制電路的設(shè)計(jì)流程。升降機(jī)電氣系統(tǒng)主要由主電路和控制電路組成，主電路電氣原理圖如圖2所示，控制電路電氣原理圖如圖3所示，電氣傳動(dòng)部分由兩臺(tái)異步電機(jī)組成，兩臺(tái)電機(jī)由一臺(tái)V360變頻器控制，其中每臺(tái)電機(jī)額定功率為11KW，額定頻率為50HZ，額定電流為24A，按照變頻器選型方法可選變頻器額定輸出功率為30KW，根據(jù)式(2)到式(5)可選制動(dòng)電阻阻值為20歐姆、功率為20KW?？刂品绞讲捎猛獠慷俗涌刂?，通過(guò)帶有上升、停機(jī)、下降和速度切換功能的工作臺(tái)控制變頻器上升、停機(jī)、下降和速度切換輸入信號(hào)。變頻器的一路輸出繼電器RO1設(shè)置為變頻器輸出頻率檢測(cè)功能以控制電機(jī)制動(dòng)器的抱閘接觸器，一路輸出端子DO1設(shè)置為故障報(bào)警輸出。
當(dāng)主電路空氣開關(guān)Q1，Q2閉合時(shí)，在電路無(wú)故障情況下按下啟動(dòng)按鈕SB1，KM1得電吸合且自鎖，電路上電;需要上升或下降時(shí)，按下SB2或SB3，命令由上升或下降繼電器通過(guò)變頻器輸入端子控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，且在電氣接線圖上形成互鎖，同時(shí)變頻器檢測(cè)輸出頻率，當(dāng)變頻器輸出頻率到達(dá)抱閘松開頻率時(shí)KM2吸合，抱閘松開，升降機(jī)正常工作。施工升降機(jī)的安全是控制電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在控制電路中加入了吊籠上各門限位開關(guān)，上下限位，以及超載、超速、防墜等安全保護(hù)措施，同時(shí)在升降機(jī)工作中變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，故障繼電器動(dòng)作，使上升，下降及抱閘繼電器斷電，變頻器停機(jī)，抱閘鎖緊，在故障沒有排除的情況下，即使重新觸發(fā)啟動(dòng)上升或下降開關(guān)，升降機(jī)也無(wú)法上升或下降。這樣，通過(guò)變頻器輸出繼電器與外圍電氣設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)強(qiáng)制性的在安全范圍內(nèi)工作。
施工升降機(jī)調(diào)試接線圖
升降機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試
4.1 變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)試
在確保主電路及控制電路接線正確的情況，系統(tǒng)開始上電調(diào)試。通過(guò)變頻器上的操作面板設(shè)置電機(jī)的參數(shù)，并選擇靜態(tài)自學(xué)習(xí)方式辨識(shí)電機(jī)，辨識(shí)完成后，設(shè)置控制模式，輸出頻率，加減速時(shí)間，繼電器RO1輸出方式，抱閘松開和鎖緊的檢測(cè)頻率及其它相應(yīng)參數(shù)(其具體設(shè)置參數(shù)詳見各變頻器使用說(shuō)明書)，參數(shù)設(shè)置完成后，按照施工升降機(jī)的國(guó)標(biāo)實(shí)驗(yàn)規(guī)則，將進(jìn)行空載調(diào)試、額定負(fù)載調(diào)試及125%額定負(fù)載調(diào)試幾個(gè)階段。在調(diào)試時(shí)，若出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象，可適當(dāng)調(diào)高抱閘頻率，但不宜設(shè)置過(guò)高，否則變頻器易報(bào)故障，一般設(shè)置在0.3~2Hz內(nèi)。
4.2升降機(jī)的安全調(diào)試
安全是施工升降機(jī)最重要的標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)必須按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行安全測(cè)試。在空載調(diào)試時(shí)，可測(cè)試升降機(jī)上下限位、吊籠各門等限位開關(guān)是否按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作;在125%額定負(fù)載調(diào)試后，將超載保護(hù)器調(diào)整為110%，進(jìn)行超載測(cè)試。防墜測(cè)試，通常在施工升降機(jī)上安裝有防墜安全器，防墜安全器是施工升降機(jī)上重要的一個(gè)部件，要依靠它來(lái)消除吊籠墜落事故的發(fā)生，工地上使用中的升降機(jī)都必須每三個(gè)月進(jìn)行一次墜落試驗(yàn)，墜落試驗(yàn)可通過(guò)提高變頻器輸出頻率，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊籠在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動(dòng)作。
結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試驗(yàn)證，該設(shè)計(jì)方案安全保護(hù)設(shè)施健全，測(cè)試方便，升降機(jī)起停時(shí)無(wú)明顯沖擊和下滑現(xiàn)象，調(diào)速平穩(wěn)，低速時(shí)啟動(dòng)力矩大，減少了對(duì)減速機(jī)，聯(lián)軸器等機(jī)械設(shè)備的沖擊，也降低了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使維護(hù)費(fèi)用大大降低，提高了工作效率，并且節(jié)能效果顯著，因此變頻器調(diào)速系統(tǒng)在升降機(jī)具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
（轉(zhuǎn)載）
