智能型施工升降机的开发与设计.pdf

1994 ,兵 烹 杰 汽 繁 杰智 能 型 施 工 升 降 机 的 开 发 与 设 计何 小 宁 , 姜 少 伟湖 南 冶 金 职 业 技 术 学 院 , 湖 南 株 州湖 南 衡 阳 合 力 施 工 机 械 有 限 公 司 , 湖 南 衡 阳摘 要 传 统 的 继 电 接 触 器 控 制 的 施 工 升 降 机 有 其 自 身 无 法 克 服 的 缺 陷 , 理 想 的 解 决 办 法 是 将 现 代 控 制 技术 与 机 械 设 备 相 结 合 , 实 现 工 程 上 的 机 电 一 体 化 。 本 丈 介 绍 了 智 能 型 施 工 升 降 机 的 主 要 设 计 内 容和 实 现 过 程 中 解 决 的 主 要 问 题 。关 键 词 升 降 机 微 机 控 制 机 电 一 体 化中 图 分 类 号 文 献 标 识 码 文 章 编 号 一 一 一前 言在 多 层 及 高 层 建 筑 的 施 工 过 程 中 , 升 降 机 是 必 不 可少 的 施 工 设 备 。 随 着 社 会 需 求 的 变 化 , 建 筑 物 的 高 度 不断 增 加 , 对 于 在 地 面 通 过 按 钮 控 制 的 垂 直 运 输 升 降 设备 , 在 施 工 过 程 中 , 经 常 遇 到 以 下 问 题 地 面 操 作 人员 与 施 工 层 的 工 作 人 员 通 过 喊 话 或 对 讲 机 联 系 , 而 施 工现 场 的 环 境 嘈 杂 , 很 容 易 造 成 误 听 和 误 操 作 按 钮 动作 时 间 和 继 电 器 、 接 触 器 触 头 响 应 时 间 随 着 元 件 老 化 而变 化 的 不 确 定 , 造 成 了 电 动 机 响 应 滞 后 , 使 停 车 位 置 与目 标 位 置 误 差 较 大 , 而 且 起 升 距 离 越 大 , 误 差 越 难 控制 操 作 人 员 无 法 准 确 判 断 负 载 大 小 , 不 能 充 分 发 挥升 降 机 的 运 输 能 力 调 速 系 统 落 后 , 影 响 了 升 降 机 的运 行 效 果 和 使 用 寿 命 。 因 此 , 传 统 的 继 电 接 触 器 自 动 控制 系 统 已 经 越 来 越 不 能 满 足 施 工 现 场 的 需 要 。 经 过 多 年的 研 究 和 实 践 , 我 们 研 制 推 出 了 系 列 智 能 型 自 动 施工 升 降 机 , 该 升 降 机 为 电 梯 式 提 升 机 绳 传 动 施 工 电梯 , 其 构 造 原 理 和 安 全 性 能 与 楼 层 电 梯 相 同 。系 统 控 制 功 能本 系 统 采 用 了 单 片 机 控 制 技 术 , 以 获 得 国 家 专 利 的系 列 电 梯 式 施 工 升 降 机 为 物 理 载 体 , 实 现 了 升 降 机的 智 能 控 制 变 频 调 速 系 统 调 速 , 控 制 方 便 、 调 速 性 能好 传 动 机 构 由 两 套 独 立 工 作 的 拽 引 机 组 组 成 , 具 有 双吊 笼 结 构 , 各 吊 笼 可 独 立 控 制 , 工 作 效 率 高 用 平 衡 重锤 替 代 了 钢 丝 绳 卷 筒 的 作 用 , 钢 丝 绳 的 磨 损 小 、 起 升 速度 快 。 该 机 适 用 于 工 业 与 民 用 建 筑 尤 其 是 高 层 建 筑 的 施工 材 料 、 机 具 、 预 制 构 件 等 的 上 下 垂 直 运 输 。 系 统 主 要解 决 了 以 下 几 个 方 面 的 问 题起 停 过 程 的 准 确 定 位 。 通 过 人 机 对 话 , 由 微 控制 器 按 照 工 作 人 员 的 指 令 确 定 升 降 距 离 及 吊 笼 的 起 停 位置 , 误 差 控 制 在 一 范 围 内在 的 升 降 高 度 内 , 通 过 键 盘 自 由 设 定 楼层 高 度 和 层 数 , 吊 笼 可 按 照 预 置 的 楼 层 或 高 度 停 车解 决 了 起 动 过 程 中 , 由 于 负 载 变 化 或 摩 擦 系 数减 小 等 原 因 使 钢 丝 绳 打 滑 导 致 的 电 机 空 转 , 或 钢 丝 绳 蠕动 造 成 的 测 量 误 差 问 题由 于 钢 丝 绳 新 旧 程 度 不 同 , 使 其 弹 性 张 力 不 一 。电 机 起 动 过 程 中 , 用 于 张 紧 钢 丝 绳 的 时 间 也 不 一 致 , 微控 制 器 能 根 据 情 况 自 动 调 整 计 数 初 值 , 减 少 停 车 误 差 。根 据 不 同 性 质 的 负 载 产 生 的 机 械 惯 性 , 微 控 制器 将 自 动 预 留 提 前 量 , 以 便 准 确 停 车 。系 统 结 构 及 控 制 原 理舟 卜。卜计 卜务二户卜气匡 “铁了匕衡平收 稿 日 期 一 一作 者 简 介 何 小 宁 一 , 女 , 讲 师 , 主 要 从 事 电 气自 动 化 教 学 与 工 控 机 的 应 用 与 开 发 工 作 。一 对 吵每 台 升 降 机 由 支 撑钢 架 、 控 制 电 动 机 、 变频 器 、 吊 笼 、 平 衡 重 锤铁 、 钢 丝 绳 及 其 它 辅助 部 件 组 成 , 其 中 由 每台 电 动 机 带 动 的 主 动 轮分 别 与 两 个 从 动 轮 配 合构 成 绳 传 动 机 构 。 图是 其 中 一 组 传 动 机 构 的吊 笼从 动 轮 动 从 动 轮图 传 动 结 构 示 意 圈 1994 产 品 与 市 场 机 械 结 构 示 意 图 变 频 器 未 画 出 。 当 电 动 机 正 转 时 ,主 动 轮 驱 动 钢 丝 绳 使 吊 笼 上 升 , 而 平 衡 重 锤 反 方 向 下降 , 以 保 持 力 矩 平 衡 钢 丝 绳 同 时 带 动 从 动 轮 和 传 感 齿轮 同 步 旋 转 。 电 动 机 反 转 时 , 驱 动 吊 笼 下 降 , 工 作 原 理相 同 。控 制 系 统 硬 件 组 成 及 工 作 原 理针 对 升 降 起 重 设 备 中 不 同 性 质 的 载 荷 对 调 速 性 能 的要 求 , 即 电 动 机 要 满 足 加 速 、 等 速 、 减 速 、 爬 行 的 运 行特 点 , 对 系 统 的 调 速 能 力 要 求 较 高 , 一 般 的 调 速 方 法 难以 达 到 满 意 的 效 果 。 因 而 本 系 统 选 择 了 目 前 较 为 先 进 的变 频 器 调 速 , 并 采 用 起 重 设 备 中 较 常 用 的 梯 形 速 度 图 运行 方 式 。 在 自 动 控 制 方 式 下 , 调 速 系 统 将 按 照 程 序 给 定的 速 度 图 和 输 人 的 提 升 高 度 , 在 的 指 令 下 , 根 据负 载 的 变 化 控 制 电 动 机 的 转 速 。控 制 器 由 三 片 单 片 机 组 成 , 其 中 两 片 分 别 用于 控 制 电 动 机 , 包 括 采 集 各 组 传 动 机 构 的 参 数 、 键 盘 输人 、 数 据 处 理 、 驱 动 电 动 机 的 起 、 停 和 正 、 反 转 。 另 一片 为 主 控 器 , 用 于 采 集 参 数 、 程 控 时 钟 及 显 示 、 打 印 的控 制 工 作 。 图 为 其 中 一 组 传 动 机 构 的 控 制 系 统 接 口 电路 部 分 原 理 图 。每 组 传 动 机 构 分 别 设 有 手 动 和 自 动 两 种 控 制 方 式 ,为 完 善 手 动 控 制 功 能 , 设 置 了 长 动 与 点 动 控 制 。 当 吊 笼的 停 车 位 置 与 预 期 目 标 位 的 误 差 较 大 时 , 可 点 动 控 制 电动 机 , 直 到 准 确 停 车 。由 的 脚 选 择 手 动 或 自 动 操 作 。 当选 择 自 动 方 式 时 , 电 流 互 感 器 和 电 压 互 感 器 测量 到 的 主 电 路 中 的 电 流 和 电 压 、 各 传 感 器 传 来 的 参 数及 键 盘 指 令 输 人 控 制 器 , 经 过 运 算 、 比 较 、 判 断 后 ,控 制 器 发 出 信 号 或 驱 动 指 令 。 如 要 求 吊 笼 由 一 楼 上升 到 楼 时 , 顷 序 按 下 “ 自 动 ” 、 “ 机 ” 、 “ 上 升 ” 、“ 楼 ” 等 按 键 之 后 , 如 果 控 制 器 根 据 采 集 到 的 参 数 ,判 断 各 环 节 符 合 起 升 条 件 , 则 发 出 起 动 指 令 。 首 先 电磁 制 动 器 松 闸 , 电 动 机 正 向 起 动 , 同 时 计 数 器 开 始计 数 。 在 调 速 器 的 控 制 下 , 电 动 机 经 过 加 速 、 等 速 、 减速 、 爬 行 等 过 程 , 在 吊 笼 到 达 目 的 地 之 前 即 预 置 高 度减 去 提 前 量 之 后 的 位 置 , 便 切 除 电 动 机 的 电 源 , 吊 笼在 惯 性 作 用 下 滑 行 到 达 巧 楼 时 , 制 动 器 立 即 抱 闸 , 使吊 笼 准 确 停 止 。参 数 测吊 笼 的 升 降 高 度 是 由 钢 丝 绳 的 位 移 决 定 的 , 钢 丝 绳的 位 移 测 量 采 用 位 置 型 转 速 传 感 器 , 该 传 感 器 采 用 了 新型 集 成 磁 敏 材 料 作 为 敏 感 元 件 , 频 响 宽 , 适 用 温 度 范 围宽 , 内 装 精 密 放 大 整 形 电 路 , 具 有 高 低 电 平 保 持 功 能 及计 数 功 能 。 制 作 成 同 时 输 出 双 路 带 相 位 差 的 方 波 信 号 ,可 以 用 于 判 断 方 向 , 同 时 还 能 测 量 角 位 移 , 能 避 免 因 钢丝 绳 摆 动 造 成 的 重 复 计 数 。在 升 降 机 的 操 作 过 程 中 常 常 因 为 负 载 过 重 、 钢 丝绳 被 雨 淋 湿 或 空 气 中 粉 尘 浓 度 过 高 而 出 现 钢 丝 绳 打 滑或 蠕 动 的 现 象 , 为 了 能 准 确 反 应 负 载 的 升 降 情 况 , 采用 了 两 方 面 措 施 因 从 动 轮 的 运 动 和 停 止 是 由 钢 丝绳 控 制 的 , 将 钢 丝 绳 的 位 移 测 量 传 感 器 安 装 在 从 动 轮上 , 能 如 实 反 应 钢 丝 绳 的 移 动 情 况 在 起 动 过 程 中 ,由 于 钢 丝 绳 张 紧 而 发 生 了 绳 位 移 , 但 吊 笼 并 未 移 动 ,为 此 在 设 计 中 加 人 了 对 吊 笼 位 置 的 检 测 。 只 有 当同 时 检 测 到 钢 丝 绳 的 位 移 信 号 和 吊 笼 的 位 移 信 号 时 ,才 发 出 计 数 脉 冲 。在 停 车 过 程 中 因 机 械 惯 性 作 用 而 不 能 及 时 准 确 停车 , 尤 其 是 负 载 的 变 化 使 惯 性 驱 动 力 也 不 一 样 , 这 给 制上 升 计 数下 降 计 数图 电 动 机 控 制 器 接 口 电 路 图动 系 统 带 来 困 难 。 设 计 中 采 用了 预 留 惯 性 行 程 提 前 量 的方 法 , 根 据 压 力 拉 力传 感 器 的 信 号 判 断 负 载 大 小 ,按 照 空 载 、 轻 载 或 重 载 等 不 同情 况 预 留 一 定 的 计 数 值 , 升 降过 程 中 , 将 负 载 的 实 际 位 置 与目 标 位 置 比 较 , 在 负 载 还 未 到达 目 标 , 即 计 数 器 还 未 达 到 预置 数 时 便 提 前 发 出 停 车 信 号 ,但 机 械 制 动 应 在 计 数 器 达 到预 置 数 目 标 位 时 才 动 作 。此 前 由 机 械 惯 性 带 动 负 载 滑行 到 达 目 标 位 置 , 这 样 既 节 约了 电 能 又 避 免 了 抱 闸 时 强 烈的 机 械 冲 击 造 成 的 过 度 磨 损 。 1994 产 品 与 市 场 经 过 软 、 硬 件 调 试 , 停 车 位 置 误 差 能 控 制 在 范围 内 。保 护 环 节由 电 气 保 护 、 机 械 保 护 及 温 度 监 测 组 成 升 降 机 的 保护 环 节 。电 气 保 护 包 括 短 路 、 过 载 、 欠 压 、 互 锁 等 常 规 保护 同 时 , 因 为 升 降 机 是 在 露 天 环 境 下 工 作 , 随 着 天气 的 变 化 , 经 常 会 遇 到 高 温 、 雨 水 或 粉 尘 等 恶 劣 条 件 ,为 保 证 操 作 人 员 的 人 身 安 全 和 设 备 本 身 的 运 行 安 全 ,在 主 电 路 和 控 制 电 路 中 均 安 装 了 剩 余 电 流 保 护 器。 当 设 备 出 现 漏 电 故 障 , 且 故 障 电 流 达 到的 动 作 电 流 整 定 值 时 自 动 切 断 电 源 紧 急 事 故 开 关 能在 出 现 紧 急 情 况 时 切 断 电 源 在 升 降 机 顶 部 的 相 应 位置 装 有 提 升 限 位 开 关 , 防 止 吊 笼 冲 顶 安 装 在 吊 笼 与钢 丝 绳 之 间 的 拉 力 传 感 器 能 及 时 反 应 负 载 的 大 小 , 超载 时 发 出 声 光 报 警 信 号 , 并 拒 绝 执 行 起 动 指 令 停 车时 有 电 磁 制 动 器 实 现 快 速 制 动 机 械 抱 闸 。机 械 保 护 包 括 防 冲 顶 保 护 、 防 滑 保 护 和 防 断 绳 保护 。 悬 吊 在 钢 丝 绳 另 一 端 的 平 衡 重 锤 , 可 根 据 负 载 性质 调 节 大 小 , 其 作 用 一 方 面 是 代 替 卷 筒 提 供 与 负 载 平衡 的 力 矩 , 另 一 方 面 可 防 止 吊 笼 冲 顶 , 因 为 吊 笼 的 提升 高 度 受 到 钢 丝 绳 长 度 的 限 制 , 当 平 衡 重 锤 落 地 时 ,吊 笼 被 提 升 至 极 限 而 不 可 能 再 上 升 当 施 工 人 员 在 空中 装 卸 货 物 时 , 只 要 吊 笼 门 被 打 开 或 钢 丝 绳 断 裂 时 ,安 装 在 吊 笼 上 方 的 保 护 钩 锁 将 自 动 前 倾 而 钩 挂 在 支 架上 , 以 防 吊 笼 意 外 坠 落 。安 装 在 电 动 机 内 的 温 度 传 感 器 能 够 及 时 提 供 电 机的 温 升 信 号 , 超 过 正 常 温 升 时 , 系 统 发 出 报 警 或 自 动切 断 电 源 。软 件 部 分系 统 软 件 包 括 主 程 序 、 中 断 程 序 及 相 关 子 程 序 ,用 汇 编 语 言 编 写 。经 键 盘 设 置 好 建 筑 物 楼 层 数 和 各 层 高 度 后 , 操 作时 输 人 目 标 层 数 字 或 提 升 高 度 , 经 过 运 算 后 将 提升 楼 层 数 或 提 升 高 度 换 算 成 与 传 感 齿 轮 对 应 的 齿 数 。假 设 齿 轮 每 转 一 圈 吊 笼 可 上 升 或 下 降 , 如 要 将吊 笼 提 升 , 则 该 齿 轮 应 该 转 二 圈 若传 感 齿 轮 的 齿 数 为 , 则 传 感 齿 轮 转 过 的 齿 数 应 该为 。 设 预 留 的 提 前 量 对 应 个 齿 数 ,则 控 制 器 将 计 数 值 一 二 作 为 停 机 标 志 信 号 。正 常 情 况 下 , 工 作 电 动 机 转 动 后 , 由 钢 丝 绳 带 动 传 感齿 轮 同 步 旋 转 , 与 负 载 的 位 移 信 号 一 起 驱 动 计 数 器 开始 加 法 计 数 , 传 感 齿 轮 每 转 过 一 个 齿 , 计 数 器 加 ,每 计 一 次 数 , 便 与 停 机 标 志 数 比 较 , 当 计 数值 为 时 , 再 转 过 一 个 齿 , 控 制 器 即 发 出 停 机 信号 。 但 吊 笼 仍 惯 性 上 升 , 钢 丝 绳 移 动 过 程 中 , 计 数 器继 续 计 数 。 吊 笼 到 达 目 的