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1.前言

    施工升降機又叫建筑用施工電梯，是建筑施工中很安全、高效的垂直運輸設備，在建筑施工中被經常作為載人載貨施工機械使用。

     施工升降機載重為1～3噸，運行速度為1～60m/min，在工地上通常配合塔吊使用。這種電梯安裝和拆卸非常方便，可隨建筑物的升高而增高，具有性能穩定、安全可靠、搬運靈活、適應性強等特點，可以顯著提高工效、降低施工人員的勞動強度。

    施工升降機的種類很多，按運行方式分無配重和有配重兩種；按其控制方式分為手動控制式和自動控制式。按需要還可以添加變頻裝置和PLC控制模塊，另外還可以添加樓層呼叫裝置和平層裝置。
   
                                  
                                                   圖1 施工升降機現場

      2.施工升降機的組成

      施工升降機由鋼結構、傳動系統、電氣系統及安全控制系統等組成。

     2.1鋼結構

     鋼結構主要由吊籠、外籠、標準節、配重、附墻架等組成。

      2.1.1 吊籠（圖2）是升降機的核心部件，為焊接鋼結構體，周圍有鋼絲防護網，前后分別安裝單、雙開吊籠門，頂上安裝護身拉桿。吊籠的立柱上有傳動機構和限速器底板安裝孔，導向滑輪組也安裝在立柱上。

      根據吊籠的數量，升降機一般有單籠和雙籠之分。單籠升降機如增加一個吊籠和其它零件后即可成為雙籠升降機。（圖3、圖4）
 
                                  
                                                  圖2 吊籠
  
                               
                                                   圖3 單籠升降機
        
                                
                                                 圖4 雙籠升降機

     2.1.2 外籠主要由底盤、防護圍桿及一節基礎標準節等組成。外籠入口處有外籠門并裝有自動開門機構，當吊籠上升時，外籠自動關閉。吊籠著地時，外籠門能自動打開。底盤裝有緩沖彈簧，以保證吊籠著地時能柔性接觸。

     2.1.3 標準節是由角鋼組焊而成，長正方形空間桁架結構，每兩個塔身標準節的上下連接，均采用10.9級的高強螺栓、螺母緊固連接起來。每個標準節內部都設有與標準節等長的爬梯，以便操作與維修人員上下塔機時使用，且每10米有一休息平臺。各標準節均具有互換性，改變塔身標準節
   
     安裝節數，起重機可達到不同的起升高度。

     2.1.4 配重用以平衡吊籠的自重，從而提高電動機功率利用率和吊籠載重，并可改善結構受力情況。配重由鋼絲繩通過導軌架頂部的天輪與吊籠上下運轉的導軌。

     2.1.5 附墻架用來使導軌架與建筑物附著連接，以保證導軌架的穩定性。

     2.2傳動系統

     傳動系統由電動機、聯軸器、減速器和安裝在減速器輸出軸上的齒輪等組成，采用多電機驅動，使齒輪齒條受力均勻。傳動系統安裝在吊籠內，通過齒輪與導軌架上的齒條相嚙合，使吊籠上、下運行。

     2.3電氣系統

     每個吊籠都有一套電氣設備，包括電源箱、電控箱、操縱盒等，可在吊籠內用手柄或按鈕操縱吊籠升降運行，在任何位置均可隨時停車。在上、下終端站，可由上、下終點限位開關控制自動停車。為達到高速、平穩、還有采用變頻調速和采用液壓泵和液壓馬達等先進技術式升降速度可從0～60m/min的無級變速，并可平穩啟動和制動。

    2.4安全控制系統

     安全控制系統在電路中設置了過載、斷繩、短路、超速等安全開關，當運行中發生任何一種故障時，升降機立即自動停車。吊籠上各門均有限位開關，當任何一門未關閉或異常開啟時，吊籠均不能啟動或立即停止運行。每臺吊籠均配備錐鼓限速器作為防墜安全裝置，能有效地防止吊籠墜落。

     3.施工升降機對電控系統的要求

     安全是建筑施工的重中之重。對于施工升降機來說，最重要的標準就是安全，通常在施工升降機上采用防墜安全器。防墜安全器是施工升降機上重要的一個部件，要依靠它來消除吊籠墜落事故的發生，保證乘員的生命安全。工地上使用中的升降機都必須每三個月就要進行一次墜落試驗。目前墜落實驗是通過提高變頻器輸出頻率，使電機驅動吊籠運行在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動作。

    吊籠啟動和停止時平穩，不能溜鉤，這就要求變頻器和電機以及剎車部分的配合要做到天衣無縫。

    根據施工升降機載重量的不同，目前常用電機常用規格為7.5～22kW。電機數量常為一臺、兩臺或者三臺。（圖5、圖6、圖7）
  
                                  
                                       圖5 一臺電機
 
                                 
                                    圖6 兩臺電機
     
                              
                                圖7 三臺電機

     根據電機數量的不同，不同廠家對于變頻器的選擇也有區別。當設備上使用多臺電機時，變頻器的選擇有兩種常見配置：

    第一種是根據電機的數量來配置相當數量的變頻器，變頻器的功率與電機功率相當。例如當電機為三臺，且每臺電機功率為11kW時，可以選擇三臺11kW或者15kW變頻器。此時廠家會要求三臺變頻器進行共直流母線的動作。

   第二種配置是選擇一臺大功率變頻器。例如，當電機為三臺，且每臺電機功率為11kW時，可選擇一臺45kW的變頻器（變頻器的功率=3×11kW×1.2，1.2為過載系數）。

    根據剎車方式的不同，常用電機一般有兩種：帶電磁制動器的電機（圖8）和錐形轉子電機（圖9）。帶電磁制動器的電機通過電機尾部的電磁制動器來提供制動力，當制動器通電時，制動器打開，電機正常運行；當制動器失電時，制動器閉合，對電機軸端提供制動力。
錐形轉子電機是一種定子內腔和轉子外形都呈錐形的電動機。它具有停電自制動的能力：電動機運行時，錐形轉子電動機的氣隙磁場產生軸向磁拉力，壓縮制動彈簧，使風扇制動輪與電機端蓋上的制動環脫開，電機能自由轉動。斷電時，軸向磁拉力消失，轉子在制動彈簧的推力下產生軸向移動，使風扇制動輪壓緊制動環，產生摩擦力，迫使電機迅速停轉并綁住轉子，以防止起吊的重物下落，保障安全。
  
                              
                                圖8 帶電磁制動器的電機
  
             
                                 圖9 錐形轉子電機

    4.臺達方案

    施工升降機的運行情況類似于電梯，當所傳動的位能負載持續下降時，電機就會處于再生發電狀態，負載的機械能就轉化為電能回饋到變頻器中，導致變頻器內部直流回路中的電壓持續升高。為了保證此時變頻器和電機仍然能夠正常運行，變頻器需要選配合適的制動電阻（無內置制動單元的變頻器需要選擇外置制動單元），使內部多余的電壓通過外部電阻放電，將回饋的直流回路的能量轉化為熱能消耗掉，避免直流側電壓無限制的升高而觸發變頻器的保護電路動作。我們在這里選用臺達的C2000變頻器。

   考慮到剎車性能以及天氣炎熱時電阻的散熱性能，剎車電阻規格的選擇原則有兩個方面的依據：等效電阻值保持在推薦最小電阻值，功率選擇為推薦功率的2倍以上。

    臺達C2000變頻器的主要特點包括：

1) V/F控制、無感測向量控制、FOC＋PG、轉矩控制；
2) 同步電機和異步電機驅動一體化；
3) 全系列導入LCD面板，選配LED；
4) 內建高速總線接口CANopen及MODBUS；
5) 內建各種行業功能；
6) 長壽命設計于重要零件壽命偵測；
7) 獨立風道的設計，PCB防護加強環境的適應性；
8) 全球安規兼容性CE UL cUL；
9) 9.30kW以下內置剎車單元；
10) 速度控制、位置控制、轉矩控制；
11) 具備三個擴展槽： I/O、通訊口、PG卡；
12) 多種總線控制方式；
13) 標配RS485，接口方式 RJ45、SG端子；
14) 共直流母線；
15) 電機熱保護；
16) 模塊化設計，可拆卸的風扇、控制端子。

     5.實測案例

     5.1實測案例一

     5.1.1 客戶甲配置：臺達VFD150C43A變頻器、15kW電機（帶電磁制動器）一臺、制動電阻40Ω 2000W。

     5.1.2 帶電磁制動器的電機控制接線如圖10所示。
    
        
                         圖10帶電磁制動器的電機控制接線圖

     5.1.3 調試步驟。

     設置VF曲線（電機規格15kW、34A、50Hz、380V、1390r/m），詳見表1。
  
            

    5.1.4 運行效果。

    1） 100%負載（2.6噸）上行波形，啟動最大電流為42.48A，穩定時（30Hz/50Hz）電流為34～36A。見圖11。
  
          
                                         圖11 100%負載上行波形

    2） 100%負載（2.6噸）下行波形，啟動最大電流為37.69A，穩定時（30Hz/50Hz）電流為23～26A，母線電壓持續穩定在705～707VDC。
  

                         
                                 圖12 100%負載下行波形

    5.2 實測案例二

    5.2.1 客戶乙配置：臺達VFD110C43A變頻器、7.5kW錐形轉子電機一臺、制動電阻45Ω 1500W。

    5.2.2 錐形轉子電機控制接線如圖13所示。
   
      
                                  圖13錐形轉子電機控制接線圖    

     5.2.3 調試步驟。

     設置VF曲線（電機規格7.5kW、50Hz、380V、18A、1390r/m），主要考慮到變頻器到電機之間的距離達到100m。詳見表4。

            
5.2.4運行效果：

     在不同速度（15hz/25hz/40hz）滿載情況下做上行和下行動作，運行電流和電壓平穩。
                 
         
                                              圖14 運行效果比較

    6.結束語

     將臺達變頻器應用于施工升降機，能夠使電機啟、制動平穩，無沖擊；升降速度可靈活控制；啟動電流小，對電源要求低；機械磨損降低，由于啟動制動時無沖擊，大大降低了齒輪、齒條等機械磨損；能源節約效果顯著，相對傳統施工升降機效率提高30%，能耗降低30%。得到了廣大客戶的好評。

    作者簡介：林星華，出生于1974年2月，畢業于廣東工業大學機電一體化專業，具有十多年的自動化領域技術和服務經驗，目前就職于中達電通華南大區，負責臺達PLC、HMI、AMD、AIC、ASD等機電產品的技術支持。