建筑升降機是現(xiàn)代建筑施工垂直運輸?shù)闹匾O備，傳統(tǒng)升降機采用工頻驅動電機直接啟動并運行至工頻頻率，具有啟動沖擊大，調速范圍有限，舒適度差，自動化程度低等不足。目前，隨著基礎建設的飛速發(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動器，通過編碼器脈沖計算標定樓層并進行自動平層運行的實現(xiàn)方法以及智能化升降機系統(tǒng)的設計思路。智能化建筑升降機系統(tǒng)采用模塊化設計，集成變頻器驅動、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)等組成一體化的驅動核心，實際使用時只需要連接外圍操作臺、限位開關、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)部件通訊結構圖

　　1.總體方案

　　智能化升降機驅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控制卡負責運行邏輯、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)給其他處理單元進行數(shù)據(jù)交互。

　　2.自動平層功能設計

　　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準節(jié)齒輪進行嚙合，隨吊籠上下運行并進行計數(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)自動平層首先要進行各樓層的數(shù)據(jù)標定，一般默認在下限位時是一層位置，由于實際應用中可能要標定的樓層數(shù)量較多，如果每層數(shù)據(jù)都獨立設計一個程序塊進行數(shù)據(jù)保存時，程序會很繁瑣，并且影響到PLC的處理速度，因此采用變址對應法，將樓層編號與高度數(shù)據(jù)通過變址一一對應，可大大簡化程序設計工作。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上的樓層標定開關，標定此位置為二層，PLC通過變址對應將“二樓”編號與此時的脈沖數(shù)據(jù)對應存儲起來。同樣原理，手動將吊籠開到三樓位置，設置標定樓層為“三樓”，點擊樓層標定開關，將“三樓”編號與此時的脈沖數(shù)據(jù)對應存儲，其他樓層以此類推，這樣就實現(xiàn)了樓層與脈沖值的對應，為后續(xù)的自動平層功能建立了基本條件。

　　圖 3 樓層標定 PLC 程序段

　　當操作臺模式選擇開關打到自動模式后，系統(tǒng)將進入自動平層模式中，此時系統(tǒng)將根據(jù)編碼器計數(shù)值，判斷當前吊籠所在的位置，當操作員在HMI上選擇所要前往的目標樓層后，系統(tǒng)將根據(jù)目標樓層脈沖與當前位置脈沖做對比，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，當操作員給定執(zhí)行信號后，系統(tǒng)將自動前往目標樓層，當?shù)竭_目標樓層后停機。

　　由于智能化升降機系統(tǒng)采用減速停機的方式，當?shù)竭_目標樓層后再停機，最終的停機位置會超出目標樓層的高度， 造成平層精度達不到要求。因此采用停車閾值的方式進行修正與優(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定為停車閾值，當系統(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樓層高度，最終平層精度可達±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構，分別安插于吊籠兩端的立柱耳板與驅動連接部件之間，驅動器量程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滑行，即吊籠在不同運行方向下制動距離關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算當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.結語

　　本文設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，具備良好的應用前景。