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

圖 1 智能化升降機系統(tǒng)圖

圖 2 智能化升降機系統(tǒng)部件通訊結(jié)構(gòu)圖

　　1.總體方案

　　智能化升降機驅(qū)動器控制中心為一塊集成邏輯板，邏輯板擴展有PLC控制卡，使用IVC編程環(huán)境，對控制算法和各部分功能進(jìn)行編程實現(xiàn)，邏輯板作為數(shù)據(jù)傳輸與處理器，連接變頻器驅(qū)動、物聯(lián)網(wǎng)模塊、外圍信號、語音播報模塊，HMI 人機界面，通過SCI通訊和CAN通訊，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)解析與傳輸，保障系統(tǒng)正常運行。

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

　　2.自動平層功能設(shè)計

　　2.1.自動平層控制邏輯

　　自動平層功能實現(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，隨吊籠上下運行并進(jìn)行計數(shù)。PLC通過讀取增量型編碼器脈沖數(shù)據(jù)來計算運行高度，作為樓層標(biāo)定以及實時運行高度的數(shù)據(jù)來源。

　　要實現(xiàn)自動平層首先要進(jìn)行各樓層的數(shù)據(jù)標(biāo)定，一般默認(rèn)在下限位時是一層位置，由于實際應(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)都獨立設(shè)計一個程序塊進(jìn)行數(shù)據(jù)保存時，程序會很繁瑣，并且影響到PLC的處理速度，因此采用變址對應(yīng)法，將樓層編號與高度數(shù)據(jù)通過變址一一對應(yīng)，可大大簡化程序設(shè)計工作。執(zhí)行時使用操作臺手柄手動將吊籠開到二層位置，PLC內(nèi)部的雙向計數(shù)器記錄此時的脈沖數(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通過變址對應(yīng)將“二樓”編號與此時的脈沖數(shù)據(jù)對應(yīng)存儲起來。同樣原理，手動將吊籠開到三樓位置，設(shè)置標(biāo)定樓層為“三樓”，點擊樓層標(biāo)定開關(guān)，將“三樓”編號與此時的脈沖數(shù)據(jù)對應(yīng)存儲，其他樓層以此類推，這樣就實現(xiàn)了樓層與脈沖值的對應(yīng)，為后續(xù)的自動平層功能建立了基本條件。

　　圖 3 樓層標(biāo)定 PLC 程序段

　　當(dāng)操作臺模式選擇開關(guān)打到自動模式后，系統(tǒng)將進(jìn)入自動平層模式中，此時系統(tǒng)將根據(jù)編碼器計數(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)前位置脈沖做對比，判斷運行方向是上行或下行，然后根據(jù)脈沖差值，判斷運行檔位是要高速還是低速，當(dāng)操作員給定執(zhí)行信號后，系統(tǒng)將自動前往目標(biāo)樓層，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)樓層后停機。

　　由于智能化升降機系統(tǒng)采用減速停機的方式，當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)樓層后再停機，最終的停機位置會超出目標(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，運行速度，減速時間等條件， 計算出實際的停車距離，并將其折算的脈沖值設(shè)定為停車閾值，當(dāng)系統(tǒng)運行至閾值脈沖后，系統(tǒng)開始減速停機，根據(jù)之前的計算，最終停機位置剛好處于目標(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;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

　　首先需要檢測吊籠重量，吊籠重量是自重與載重之和， 通常選用兩個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)動連接部件之間，驅(qū)動器量程5T，輸出4-20ma電流信號，邏輯板根據(jù)此模擬量信號解析除吊籠重量。

　　然后實驗采集n組吊籠實測載重與相應(yīng)的制動距離為插值點，由于吊籠上行制動與下行制動時重力分別為阻礙和促進(jìn)滑行，即吊籠在不同運行方向下制動距離關(guān)于重力的拉格朗日插值函數(shù)不同，所以需要分別采集。另外為提高測試精度，插值點應(yīng)均勻選取，可以通過手動操作升降機在就位速度狀態(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5次，下行制動5次，將采集到的重量信息與制動距離做為拉格朗日插值算法的兩個變量，儲存在邏輯板處理器中。

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

　2.3.實驗數(shù)據(jù)驗證

　　表 1 插值點數(shù)據(jù)

表 2 上行平層測試數(shù)據(jù)

　　表 3 下行平層測試數(shù)據(jù)

　　3.結(jié)語

　　本文設(shè)計了一種智能化施工升降機自動平層系統(tǒng)，介紹了智能化升降機驅(qū)動器的實現(xiàn)方案以及闡述了自動平層的控制原理，并利用拉格朗日插值算法計算制動距離，通過實驗驗證了平層效果。智能化升降機驅(qū)動器利用自動平層功能大大簡化了施工升降機的操作工序，提升了建筑施工的生產(chǎn)效率，具備良好的應(yīng)用前景。