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中達(dá)電通華南大區(qū)FAE林星華

 

摘要：本文主要介紹了施工升降機(jī)的結(jié)構(gòu)，控制要求，以及在應(yīng)用上的不同。并重點(diǎn)介紹了對(duì)電控系統(tǒng)的要求，以及應(yīng)用臺(tái)達(dá)變頻器的解決方案，針對(duì)不同的應(yīng)用，利用實(shí)際案例對(duì)參數(shù)的設(shè)定、選型以及調(diào)試效果進(jìn)行說(shuō)明，使讀者能夠有一個(gè)清楚的了解。

Abstract：This paper describes the Construction Elevator structure, control requirements, and different applications. And highlights the requirements for electronic control system, and the application of Delta inverter solution for different applications, the use of actual cases of the parameter setting, the effects of selection and commissioning instructions, so that readers can have a clear about.

 

關(guān)鍵詞：變頻器 C2000   施工升降機(jī)

Key Words：Inverter    C2000  Construction Elevator

 

施工升降機(jī)又叫建筑用施工電梯，是建筑施工中很安全、高效的垂直運(yùn)輸設(shè)備，在建筑施工中被經(jīng)常作為載人載貨施工機(jī)械使用。

施工升降機(jī)載重為1～3噸，運(yùn)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(wěn)定、安全可靠、搬運(yùn)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以顯著提高工效、降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

施工升降機(jī)的種類很多，按運(yùn)行方式分無(wú)配重和有配重兩種；按其控制方式分為手動(dòng)控制式和自動(dòng)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(jī)現(xiàn)場(chǎng)

施工升降機(jī)由鋼結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及安全控制系統(tǒng)等組成。

鋼結(jié)構(gòu)主要由吊籠、外籠、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、配重、附墻架等組成。

2.1.1 吊籠（圖2）是升降機(jī)的核心部件，為焊接鋼結(jié)構(gòu)體，周圍有鋼絲防護(hù)網(wǎng)，前后分別安裝單、雙開吊籠門，頂上安裝護(hù)身拉桿。吊籠的立柱上有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和限速器底板安裝孔，導(dǎo)向滑輪組也安裝在立柱上。

根據(jù)吊籠的數(shù)量，升降機(jī)一般有單籠和雙籠之分。單籠升降機(jī)如增加一個(gè)吊籠和其它零件后即可成為雙籠升降機(jī)。（圖3、圖4）

圖2 吊籠

圖3 單籠升降機(jī)

圖4 雙籠升降機(jī)

 

2.1.2 外籠主要由底盤、防護(hù)圍桿及一節(jié)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等組成。外籠入口處有外籠門并裝有自動(dòng)開門機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)趸\上升時(shí)，外籠自動(dòng)關(guān)閉。吊籠著地時(shí)，外籠門能自動(dòng)打開。底盤裝有緩沖彈簧，以保證吊籠著地時(shí)能柔性接觸。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)是由角鋼組焊而成，長(zhǎng)正方形空間桁架結(jié)構(gòu)，每?jī)蓚�(gè)塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的上下連接，均采用10.9級(jí)的高強(qiáng)螺栓、螺母緊固連接起來(lái)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)內(nèi)部都設(shè)有與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)等長(zhǎng)的爬梯，以便操作與維修人員上下塔機(jī)時(shí)使用，且每10米有一休息平臺(tái)。各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)均具有互換性，改變塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝節(jié)數(shù)，起重機(jī)可達(dá)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(dòng)機(jī)功率利用率和吊籠載重，并可改善結(jié)構(gòu)受力情況。配重由鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)軌架頂部的天輪與吊籠上下運(yùn)轉(zhuǎn)的導(dǎo)軌。

2.1.5 附墻架用來(lái)使導(dǎo)軌架與建筑物附著連接，以保證導(dǎo)軌架的穩(wěn)定性。

傳動(dòng)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)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(jī)驅(qū)動(dòng)，使齒輪齒條受力均勻。傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在吊籠內(nèi)，通過(guò)齒輪與導(dǎo)軌架上的齒條相嚙合，使吊籠上、下運(yùn)行。

每個(gè)吊籠都有一套電氣設(shè)備，包括電源箱、電控箱、操縱盒等，可在吊籠內(nèi)用手柄或按鈕操縱吊籠升降運(yùn)行，在任何位置均可隨時(shí)停車。在上、下終端站，可由上、下終點(diǎn)限位開關(guān)控制自動(dòng)停車。為達(dá)到高速、平穩(wěn)、還有采用變頻調(diào)速和采用液壓泵和液壓馬達(dá)等先進(jìn)技術(shù)式升降速度可從0～60m/min的無(wú)級(jí)變速，并可平穩(wěn)啟動(dòng)和制動(dòng)。

安全控制系統(tǒng)在電路中設(shè)置了過(guò)載、斷繩、短路、超速等安全開關(guān)，當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生任何一種故障時(shí)，升降機(jī)立即自動(dòng)停車。吊籠上各門均有限位開關(guān)，當(dāng)任何一門未關(guān)閉或異常開啟時(shí)，吊籠均不能啟動(dòng)或立即停止運(yùn)行。每臺(tái)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。

安全是建筑施工的重中之重。對(duì)于施工升降機(jī)來(lái)說(shuō)，最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是安全，通常在施工升降機(jī)上采用防墜安全器。防墜安全器是施工升降機(jī)上重要的一個(gè)部件，要依靠它來(lái)消除吊籠墜落事故的發(fā)生，保證乘員的生命安全。工地上使用中的升降機(jī)都必須每三個(gè)月就要進(jìn)行一次墜落試驗(yàn)。目前墜落實(shí)驗(yàn)是通過(guò)提高變頻器輸出頻率，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)吊籠運(yùn)行在模擬墜落的速度下，看防墜安全器是否動(dòng)作。

吊籠啟動(dòng)和停止時(shí)平穩(wěn)，不能溜鉤，這就要求變頻器和電機(jī)以及剎車部分的配合要做到天衣無(wú)縫。

根據(jù)施工升降機(jī)載重量的不同，目前常用電機(jī)常用規(guī)格為7.5～22kW。電機(jī)數(shù)量常為一臺(tái)、兩臺(tái)或者三臺(tái)。（圖5、圖6、圖7）

圖5 一臺(tái)電機(jī)

圖6 兩臺(tái)電機(jī)

圖7 三臺(tái)電機(jī)

 

根據(jù)電機(jī)數(shù)量的不同，不同廠家對(duì)于變頻器的選擇也有區(qū)別。當(dāng)設(shè)備上使用多臺(tái)電機(jī)時(shí)，變頻器的選擇有兩種常見(jiàn)配置：

第一種是根據(jù)電機(jī)的數(shù)量來(lái)配置相當(dāng)數(shù)量的變頻器，變頻器的功率與電機(jī)功率相當(dāng)。例如當(dāng)電機(jī)為三臺(tái)，且每臺(tái)電機(jī)功率為11kW時(shí)，可以選擇三臺(tái)11kW或者15kW變頻器。此時(shí)廠家會(huì)要求三臺(tái)變頻器進(jìn)行共直流母線的動(dòng)作。

第二種配置是選擇一臺(tái)大功率變頻器。例如，當(dāng)電機(jī)為三臺(tái)，且每臺(tái)電機(jī)功率為11kW時(shí)，可選擇一臺(tái)45kW的變頻器（變頻器的功率=3×11kW×1.2，1.2為過(guò)載系數(shù)）。

根據(jù)剎車方式的不同，常用電機(jī)一般有兩種：帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)（圖8）和錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)（圖9）。帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)通過(guò)電機(jī)尾部的電磁制動(dòng)器來(lái)提供制動(dòng)力，當(dāng)制動(dòng)器通電時(shí)，制動(dòng)器打開，電機(jī)正常運(yùn)行；當(dāng)制動(dòng)器失電時(shí)，制動(dòng)器閉合，對(duì)電機(jī)軸端提供制動(dòng)力。

錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)是一種定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外形都呈錐形的電動(dòng)機(jī)。它具有停電自制動(dòng)的能力：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，錐形轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)產(chǎn)生軸向磁拉力，壓縮制動(dòng)彈簧，使風(fēng)扇制動(dòng)輪與電機(jī)端蓋上的制動(dòng)環(huán)脫開，電機(jī)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。斷電時(shí)，軸向磁拉力消失，轉(zhuǎn)子在制動(dòng)彈簧的推力下產(chǎn)生軸向移動(dòng)，使風(fēng)扇制動(dòng)輪壓緊制動(dòng)環(huán)，產(chǎn)生摩擦力，迫使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)并綁住轉(zhuǎn)子，以防止起吊的重物下落，保障安全。

圖8 帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)

圖9 錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)

施工升降機(jī)的運(yùn)行情況類似于電梯，當(dāng)所傳動(dòng)的位能負(fù)載持續(xù)下降時(shí)，電機(jī)就會(huì)處于再生發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載的機(jī)械能就轉(zhuǎn)化為電能回饋到變頻器中，導(dǎo)致變頻器內(nèi)部直流回路中的電壓持續(xù)升高。為了保證此時(shí)變頻器和電機(jī)仍然能夠正常運(yùn)行，變頻器需要選配合適的制動(dòng)電阻（無(wú)內(nèi)置制動(dòng)單元的變頻器需要選擇外置制動(dòng)單元），使內(nèi)部多余的電壓通過(guò)外部電阻放電，將回饋的直流回路的能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，避免直流側(cè)電壓無(wú)限制的升高而觸發(fā)變頻器的保護(hù)電路動(dòng)作。我們?cè)谶@里選用臺(tái)達(dá)的C2000變頻器。

考慮到剎車性能以及天氣炎熱時(shí)電阻的散熱性能，剎車電阻規(guī)格的選擇原則有兩個(gè)方面的依據(jù)：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(tái)達(dá)C2000變頻器的主要特點(diǎn)包括：

1)       V/F控制、無(wú)感測(cè)向量控制、FOC＋PG、轉(zhuǎn)矩控制；

2)       同步電機(jī)和異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)一體化；

3)       全系列導(dǎo)入LCD面板，選配LED；

4)       內(nèi)建高速總線接口CANopen及MODBUS；

5)       內(nèi)建各種行業(yè)功能；

6)       長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)于重要零件壽命偵測(cè)；

7)       獨(dú)立風(fēng)道的設(shè)計(jì)，PCB防護(hù)加強(qiáng)環(huán)境的適應(yīng)性；

8)       全球安規(guī)兼容性CE UL cUL；

9)       9.30kW以下內(nèi)置剎車單元；

10)    速度控制、位置控制、轉(zhuǎn)矩控制；

11)    具備三個(gè)擴(kuò)展槽： I/O、通訊口、PG卡；

12)    多種總線控制方式；

13)    標(biāo)配RS485，接口方式 RJ45、SG端子；

14)    共直流母線；

15)    電機(jī)熱保護(hù)；

16)    模塊化設(shè)計(jì)，可拆卸的風(fēng)扇、控制端子。

5.1.1 客戶甲配置：臺(tái)達(dá)VFD150C43A變頻器、15kW電機(jī)（帶電磁制動(dòng)器）一臺(tái)、制動(dòng)電阻40Ω 2000W。

5.1.2 帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)控制接線如圖10所示。

圖10帶電磁制動(dòng)器的電機(jī)控制接線圖

5.1.3 調(diào)試步驟。

設(shè)置VF曲線（電機(jī)規(guī)格15kW、34A、50Hz、380V、1390r/m），詳見(jiàn)表1。

表1 VF曲線設(shè)置

設(shè)置關(guān)于機(jī)械制動(dòng)相關(guān)的動(dòng)作，詳見(jiàn)表2。

表2 機(jī)械制動(dòng)相關(guān)動(dòng)作設(shè)置

其它相關(guān)參數(shù)設(shè)置，詳見(jiàn)表3。

表3 其它相關(guān)參數(shù)設(shè)置

5.1.4 運(yùn)行效果。

1） 100%負(fù)載（2.6噸）上行波形，啟動(dòng)最大電流為42.48A，穩(wěn)定時(shí)（30Hz/50Hz）電流為34～36A。見(jiàn)圖11。

圖11 100%負(fù)載上行波形

2） 100%負(fù)載（2.6噸）下行波形，啟動(dòng)最大電流為37.69A，穩(wěn)定時(shí)（30Hz/50Hz）電流為23～26A，母線電壓持續(xù)穩(wěn)定在705～707V_DC。

 

圖12 100%負(fù)載下行波形

5.2.1 客戶乙配置：臺(tái)達(dá)VFD110C43A變頻器、7.5kW錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)一臺(tái)、制動(dòng)電阻45Ω 1500W。

5.2.2 錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)控制接線如圖13所示。

圖13錐形轉(zhuǎn)子電機(jī)控制接線圖

5.2.3 調(diào)試步驟。

設(shè)置VF曲線（電機(jī)規(guī)格7.5kW、50Hz、380V、18A、1390r/m），主要考慮到變頻器到電機(jī)之間的距離達(dá)到100m。詳見(jiàn)表4。

表4 VF曲線設(shè)置

 

 

 

 

 

 

 

 

其它相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)表5。

表5 其它相關(guān)參數(shù)設(shè)置

5.2.4運(yùn)行效果：

在不同速度（15hz/25hz/40hz）滿載情況下做上行和下行動(dòng)作，運(yùn)行電流和電壓平穩(wěn)。

圖14 運(yùn)行效果比較

將臺(tái)達(dá)變頻器應(yīng)用于施工升降機(jī)，能夠使電機(jī)啟、制動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)沖擊；升降速度可靈活控制；啟動(dòng)電流小，對(duì)電源要求低；機(jī)械磨損降低，由于啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，大大降低了齒輪、齒條等機(jī)械磨損；能源節(jié)約效果顯著，相對(duì)傳統(tǒng)施工升降機(jī)效率提高30%，能耗降低30%。得到了廣大客戶的好評(píng)。

 

作者簡(jiǎn)介：林星華，出生于1974年2月，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，具有十多年的自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)和服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，目前就職于中達(dá)電通華南大區(qū)，負(fù)責(zé)臺(tái)達(dá)PLC、HMI、AMD、AIC、ASD等機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)支持。