建筑升降機(jī)是現(xiàn)代建筑施工垂直運(yùn)輸?shù)闹匾O(shè)備，傳統(tǒng)升降機(jī)采用工頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接啟動(dòng)并運(yùn)行至工頻頻率，具有啟動(dòng)沖擊大，調(diào)速范圍有限，舒適度差，自動(dòng)化程度低等不足。目前，隨著基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，工地施工對(duì)建筑升降機(jī)效率值、智能化、安全性的要求越來越高，特別是對(duì)于升降機(jī)操作的簡(jiǎn)易性和人性化更加重視。本文主要講述了一種建筑升降機(jī)的智能化驅(qū)動(dòng)器，通過編碼器脈沖計(jì)算標(biāo)定樓層并進(jìn)行自動(dòng)平層運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)方法以及智能化升降機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。智能化建筑升降機(jī)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，集成變頻器驅(qū)動(dòng)、抱閘制動(dòng)、語音播報(bào)、自動(dòng)平層、限位保護(hù)、邏輯控制、超載保護(hù)、物聯(lián)網(wǎng)等組成一體化的驅(qū)動(dòng)核心，實(shí)際使用時(shí)只需要連接外圍操作臺(tái)、限位開關(guān)、銷軸傳感器以及平層編碼器即可實(shí)現(xiàn)升降機(jī)的正常運(yùn)行。

圖 1 智能化升降機(jī)系統(tǒng)圖

1.總體方案

智能化升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制中心為一塊集成邏輯板，邏輯板擴(kuò)展有PLC控制卡，使用IVC編程環(huán)境，對(duì)控制算法和各部分功能進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，邏輯板作為數(shù)據(jù)傳輸與處理器，連接變頻器驅(qū)動(dòng)、物聯(lián)網(wǎng)模塊、外圍信號(hào)、語音播報(bào)模塊，HMI 人機(jī)界面，通過SCI通訊和CAN通訊，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)解析與傳輸，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。

作為智能化升降機(jī)系統(tǒng)的邏輯處理單元，PLC控制卡負(fù)責(zé)運(yùn)行邏輯、功能保護(hù)、語音信號(hào)觸發(fā)等功能的實(shí)現(xiàn)，PLC 卡與邏輯板之間通過SCI通訊傳輸運(yùn)行指令并下發(fā)給其他處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.自動(dòng)平層功能設(shè)計(jì)

2.1.自動(dòng)平層控制邏輯

自動(dòng)平層功能實(shí)現(xiàn)需要在吊籠上安裝增量型編碼器，通過自身軸連齒輪與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)齒輪進(jìn)行嚙合，隨吊籠上下運(yùn)行并進(jìn)行計(jì)數(shù)。PLC通過讀取增量型編碼器脈沖數(shù)據(jù)來計(jì)算運(yùn)行高度，作為樓層標(biāo)定以及實(shí)時(shí)運(yùn)行高度的數(shù)據(jù)來源。

圖 2 智能化升降機(jī)系統(tǒng)部件通訊結(jié)構(gòu)圖

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平層首先要進(jìn)行各樓層的數(shù)據(jù)標(biāo)定，一般默認(rèn)在下限位時(shí)是一層位置，由于實(shí)際應(yīng)用中可能要標(biāo)定的樓層數(shù)量較多，如果每層數(shù)據(jù)都獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)程序塊進(jìn)行數(shù)據(jù)保存時(shí)，程序會(huì)很繁瑣，并且影響到PLC的處理速度，因此采用變址對(duì)應(yīng)法，將樓層編號(hào)與高度數(shù)據(jù)通過變址一一對(duì)應(yīng)，可大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)工作。執(zhí)行時(shí)使用操作臺(tái)手柄手動(dòng)將吊籠開到二層位置，PLC內(nèi)部的雙向計(jì)數(shù)器記錄此時(shí)的脈沖數(shù)據(jù)，然后通過HMI上的樓層標(biāo)定開關(guān)，標(biāo)定此位置為二層，PLC通過變址對(duì)應(yīng)將“二樓”編號(hào)與此時(shí)的脈沖數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)起來。同樣原理，手動(dòng)將吊籠開到三樓位置，設(shè)置標(biāo)定樓層為“三樓”，點(diǎn)擊樓層標(biāo)定開關(guān)，將“三樓”編號(hào)與此時(shí)的脈沖數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)，其他樓層以此類推，這樣就實(shí)現(xiàn)了樓層與脈沖值的對(duì)應(yīng)，為后續(xù)的自動(dòng)平層功能建立了基本條件。

圖 3 樓層標(biāo)定 PLC 程序段

由于智能化升降機(jī)系統(tǒng)采用減速停機(jī)的方式，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)樓層后再停機(jī)，最終的停機(jī)位置會(huì)超出目標(biāo)樓層的高度， 造成平層精度達(dá)不到要求。因此采用停車閾值的方式進(jìn)行修正與優(yōu)化。根據(jù)吊籠載重量，運(yùn)行速度，減速時(shí)間等條件， 計(jì)算出實(shí)際的停車距離，并將其折算的脈沖值設(shè)定為停車閾值，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行至閾值脈沖后，系統(tǒng)開始減速停機(jī)，根據(jù)之前的計(jì)算，最終停機(jī)位置剛好處于目標(biāo)樓層高度，最終平層精度可達(dá)±5mm。

2.2.剎車距離數(shù)據(jù)處理

停車距離計(jì)算采用拉格朗日插值算法，模型如下：

式中：n組數(shù)據(jù)為插值點(diǎn);x為自變量;L(x)為因變量。拉格朗日插值算法流程如圖4所示。

圖 4 算法流程

當(dāng)操作臺(tái)模式選擇開關(guān)打到自動(dòng)模式后，系統(tǒng)將進(jìn)入自動(dòng)平層模式中，此時(shí)系統(tǒng)將根據(jù)編碼器計(jì)數(shù)值，判斷當(dāng)前吊籠所在的位置，當(dāng)操作員在HMI上選擇所要前往的目標(biāo)樓層后，系統(tǒng)將根據(jù)目標(biāo)樓層脈沖與當(dāng)前位置脈沖做對(duì)比，判斷運(yùn)行方向是上行或下行，然后根據(jù)脈沖差值，判斷運(yùn)行檔位是要高速還是低速，當(dāng)操作員給定執(zhí)行信號(hào)后，系統(tǒng)將自動(dòng)前往目標(biāo)樓層，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)樓層后停機(jī)。 

首先需要檢測(cè)吊籠重量，吊籠重量是自重與載重之和， 通常選用兩個(gè)銷軸傳感器共同承載吊籠重量，銷軸傳感器為雙剪切梁結(jié)構(gòu)，分別安插于吊籠兩端的立柱耳板與驅(qū)動(dòng)連接部件之間，驅(qū)動(dòng)器量程5T，輸出4-20ma電流信號(hào)，邏輯板根據(jù)此模擬量信號(hào)解析除吊籠重量。

然后實(shí)驗(yàn)采集n組吊籠實(shí)測(cè)載重與相應(yīng)的制動(dòng)距離為插值點(diǎn)，由于吊籠上行制動(dòng)與下行制動(dòng)時(shí)重力分別為阻礙和促進(jìn)滑行，即吊籠在不同運(yùn)行方向下制動(dòng)距離關(guān)于重力的拉格朗日插值函數(shù)不同，所以需要分別采集。另外為提高測(cè)試精度，插值點(diǎn)應(yīng)均勻選取，可以通過手動(dòng)操作升降機(jī)在就位速度狀態(tài)下，分別使吊籠在空載，1/4載，半載，3/4載和滿載分別上行制動(dòng)5次，下行制動(dòng)5次，將采集到的重量信息與制動(dòng)距離做為拉格朗日插值算法的兩個(gè)變量，儲(chǔ)存在邏輯板處理器中。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，通過檢測(cè)吊籠實(shí)際重量，并將其作為自變量，運(yùn)用之前存儲(chǔ)的插值點(diǎn)，基于拉格朗日插值算法預(yù)算當(dāng)前運(yùn)行方向與重力狀態(tài)下的制動(dòng)距離，換算成閾值脈沖，作為停車開始的參考值。

2.3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

3.結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種智能化施工升降機(jī)自動(dòng)平層系統(tǒng)，介紹了智能化升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)方案以及闡述了自動(dòng)平層的控制原理，并利用拉格朗日插值算法計(jì)算制動(dòng)距離，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了平層效果。智能化升降機(jī)驅(qū)動(dòng)器利用自動(dòng)平層功能大大簡(jiǎn)化了施工升降機(jī)的操作工序，提升了建筑施工的生產(chǎn)效率，具備良好的應(yīng)用前景。