一、施工升降機(jī)介紹

施工升降機(jī)又叫施工電梯，如圖1，是用吊籠載人、載物沿導(dǎo)軌做上下運(yùn)輸、具有多重安全保護(hù)功能的施工機(jī)械，是現(xiàn)代高層施工中與大型塔機(jī)相配合的必不可少的重要施工設(shè)備。施工升降機(jī)在高層、超高層建筑施工中擔(dān)任了極其重要的任務(wù)，對(duì)于保證工期與安全，降低施工成本，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度起著不可替代的作用，同時(shí)也是建筑隊(duì)伍裝備水準(zhǔn)的重要標(biāo)志。施工升降機(jī)在工地上通常是配合塔吊使用。       

施工升降機(jī)的種類很多，按運(yùn)行方式分有：無(wú)對(duì)重和有對(duì)重兩種；按控制方式分為手動(dòng)控制式和自動(dòng)控制式。按照速度可以分為三種：0~40m/min的低速梯、 0~63m/min的中速梯及0~96m/min的高速梯。一般的施工升降機(jī)載重量在1-3噸，運(yùn)行速度為1-63m/min。

施工升降機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置一般采用三電機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝在吊籠頂部，通過(guò)小齒輪與導(dǎo)軌架上齒條嚙合，驅(qū)動(dòng)吊籠上、下運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)、小齒輪及驅(qū)動(dòng)架組成。如圖2：

           圖1 施工升降機(jī)                                                圖2 施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

二、傳統(tǒng)的施工升降梯存在的問(wèn)題分析

施工升降機(jī)作為一般高層建筑的垂直運(yùn)輸設(shè)備已被廣泛應(yīng)用，我國(guó)生產(chǎn)的品種多樣，但其存在的問(wèn)題卻基本相同。

（1）啟制動(dòng)電流沖擊大，電氣元件損傷嚴(yán)重。普通施工電梯的起動(dòng)都是采取直接起動(dòng)或星三角降壓起動(dòng)，電流沖擊非常大，對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)和電氣元件造成嚴(yán)重的破壞。

（2）啟動(dòng)剎車(chē)時(shí)機(jī)械振動(dòng)大，機(jī)械損傷嚴(yán)重，且存在安全隱患。普通施工電梯的剎車(chē)是採(cǎi)用機(jī)械抱閘強(qiáng)制制動(dòng)，升降機(jī)突然從高速降為零速的時(shí)候，由于慣性的作用，不但對(duì)結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)造成損壞，而且升降機(jī)里面的物料容易跌落，特別是有些升降梯還有乘人，也存在著一定的安全隱患。

（3）平層系統(tǒng)落后，工作效率低。普通施工電梯減速到平層時(shí)無(wú)爬行過(guò)程，由運(yùn)行速度直接向零速減速，有的選平層是由司機(jī)靠目測(cè)手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的，效率低，經(jīng)常要上、下點(diǎn)動(dòng)幾次才能準(zhǔn)確停層。既降低了效率又增大了拖動(dòng)與控制系統(tǒng)的疲勞度，縮短了壽命，同時(shí)也會(huì)造成里面的物料無(wú)法搬運(yùn)，浪費(fèi)了時(shí)間，影響了工作效率。

變頻調(diào)速是近二十年來(lái)興起的一門(mén)新技術(shù)，它是通過(guò)改變電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，因其具有調(diào)速平穩(wěn)、瞬態(tài)穩(wěn)定性高、節(jié)能等特性越來(lái)越被人們所重視，變頻調(diào)速與上位機(jī)系統(tǒng)配合，構(gòu)成高效率、高性能的控制系統(tǒng)已被廣泛使用。傳統(tǒng)施工升降機(jī)存在的諸多問(wèn)題，使得變頻系統(tǒng)在此領(lǐng)域的應(yīng)用成為必然的趨勢(shì)，在變頻控制系統(tǒng)的逐步推廣中，取得了良好的效果，獲得了用戶的好評(píng)。

三、WIN-VCA變頻器在升降機(jī)上的應(yīng)用

微能公司與廣西某機(jī)械設(shè)備有限公司合作，對(duì)施工升降機(jī)進(jìn)行配套變頻系統(tǒng)，取得了良好的使用效果。由于現(xiàn)場(chǎng)使用的施工升降機(jī)型號(hào)不一，電機(jī)功率也不一樣，本文僅以驅(qū)動(dòng)裝置電機(jī)為3×15KW為例說(shuō)明。

（1）電氣控制原理

升降機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)由以下部分：盤(pán)式制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，變頻調(diào)速器，變頻器制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，聯(lián)動(dòng)臺(tái)，電氣保護(hù)裝置等構(gòu)成。其控制過(guò)程是：操作聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的速度轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，選定速度擋，然后輸出信號(hào)給變頻器，改變頻率值，最終達(dá)到調(diào)速的目的。系統(tǒng)的電氣控制主回路原理示意如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)電氣原理示意圖

升降機(jī)正常工作時(shí)，主電路空氣開(kāi)關(guān)QF1，QF2閉合，按下操作臺(tái)上變頻器電源按鈕，變頻器上電；需要上升或下降時(shí)，按下上行或下行按鈕，變頻器輸出頻率到達(dá)抱閘松開(kāi)頻率時(shí)KM2吸合，抱閘松開(kāi)，升降機(jī)動(dòng)作。施工升降機(jī)的安全是控制電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在控制電路中加入了吊籠上各門(mén)限位開(kāi)關(guān)，上下限位，以及超載、超速、防墜等安全保護(hù)措施，同時(shí)在升降機(jī)工作中變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，故障繼電器動(dòng)作，使上升、下降及抱閘繼電器斷電，變頻器停機(jī)，抱閘鎖緊。在故障沒(méi)有排除的情況下，即使按下上升或下降按鈕，升降機(jī)也無(wú)法動(dòng)作。可通過(guò)PLC與外圍電氣設(shè)計(jì)，保障系統(tǒng)的安全工作。

（2）變頻器、制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻選型

現(xiàn)場(chǎng)使用的升降機(jī)為3電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單臺(tái)電機(jī)功率為15 KW，額定電壓為380V。施工升降機(jī)屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，帶機(jī)械抱閘控制，要求變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及WINNER公司多年的經(jīng)驗(yàn)，選定變頻器型號(hào)為WIN-VCA-075T4。

施工升降電梯在下行時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，故需配置制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。一般來(lái)說(shuō)，升降機(jī)的制動(dòng)頻度Kf按40%算，并留有一定的余量。波紋制動(dòng)電阻按如下公式選擇：

U_D²/700P＞R_B＞U_D/I_N

P_B＞＝P*K_f

式中R_B為制動(dòng)電阻阻值，P_B為制動(dòng)電阻功率，U_D為制動(dòng)時(shí)直流母線電壓，一般取700V，P為電機(jī)功率，I_N為所選制動(dòng)單元額定電流，K_f為負(fù)載制動(dòng)頻度。由上式可知，制動(dòng)電阻阻值的選擇是一個(gè)范圍，實(shí)際上，電阻阻值越小，制動(dòng)力矩越大，電機(jī)的再生能量越容易被消耗。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇制動(dòng)電阻為10Ω/25KW，制動(dòng)單元選擇WIN-9U-RDB/70A/380V。變頻器、制動(dòng)單元及制動(dòng)電阻選型配置如表1所示。

表1 施工升降機(jī)變頻系統(tǒng)設(shè)備配置表

（3）變頻器主要參數(shù)設(shè)置

變頻器主要參數(shù)設(shè)置如表2。

頻率指令選擇

表2 變頻器參數(shù)設(shè)置

四、變頻系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

使用變頻控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的施工升降機(jī)，徹底解決了啟制動(dòng)的弊端，提高了電網(wǎng)的功率因數(shù)和系統(tǒng)效率，降低了設(shè)備的檢修維護(hù)成本，增強(qiáng)了升降機(jī)使用安全性。使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，將會(huì)帶來(lái)以下好處。

（1）真正實(shí)現(xiàn)了施工升降機(jī)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)

系統(tǒng)可以調(diào)整變頻器的啟停加減速時(shí)間，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)和平滑減速，啟制動(dòng)無(wú)沖擊，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成機(jī)械損傷。

（2）有利于延長(zhǎng)升降機(jī)的使用壽命，降低維護(hù)頻率及成本

采用變頻調(diào)節(jié)后，可對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)電流不超過(guò)電機(jī)額定電流的1.2倍，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊，更無(wú)電氣元件的大電流沖擊，主設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備如軸承等磨損較前減輕，維護(hù)周期可加長(zhǎng)，檢修費(fèi)用下降，設(shè)備運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。

（3）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高

原電機(jī)直接由工頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，滿載時(shí)功率因數(shù)為0.81左右，實(shí)際運(yùn)行功率因數(shù)遠(yuǎn)低于0.7。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電源側(cè)的功率因數(shù)可提高到0.9以上，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償裝置就能大大的減少無(wú)功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進(jìn)一步節(jié)約上游設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用。

（4）增加電氣保護(hù)

 與原來(lái)舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過(guò)流、過(guò)載、過(guò)壓、欠壓、溫升等多項(xiàng)保護(hù)功能，更完善地保護(hù)了電機(jī)。

（5）提高自動(dòng)化控制

作為自動(dòng)化的底層設(shè)備，變頻器配置485通訊協(xié)議，可方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，便于檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況。

（6）節(jié)約電能

施工升降機(jī)在使用變頻調(diào)速系統(tǒng)后，能提高升降梯電機(jī)的運(yùn)行效率，降低機(jī)械設(shè)備損耗，能夠節(jié)約一定的電能。

五、VCA系列變頻器的特點(diǎn)

WIN-VCA變頻器是微能公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的高性能矢量變頻器，廣泛的應(yīng)用于各種行業(yè)中，具有如下特點(diǎn)：

（1）可靠性高。VCA產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)考慮周全，元件品質(zhì)優(yōu)良，裝配工藝成熟，出廠測(cè)試嚴(yán)謹(jǐn)，產(chǎn)品的可靠性久經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)，可靠性高，故障率低。

（2）采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，支持帶PG的閉環(huán)控制，最大功率可達(dá)800KW/380V,1000KW/660V。

（3）低頻轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)150%/0.1HZ。

（4）過(guò)載能力強(qiáng)，瞬時(shí)過(guò)載能力達(dá)250%。

（5）扭矩響應(yīng)快，能夠應(yīng)對(duì)負(fù)載突變的要求。

（6）控制精度高，開(kāi)環(huán)控制精度達(dá)0.2%，閉環(huán)的控制精度達(dá)0.02%。

（7）保護(hù)功能完善，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)溫等保護(hù)功能。

（8）可選配通訊卡，支持MODBUS通訊協(xié)議，可以與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和執(zhí)行遠(yuǎn)程操作。

（9）操作界面采用中文液晶顯示，更加友好的面向國(guó)內(nèi)用戶，易用性強(qiáng)，如圖4。 

 圖4  VCA變頻器

（10）多達(dá)15種固定V/F曲線選擇，可以任意設(shè)定V/F曲線。可更具具體應(yīng)用場(chǎng)合獲得更加適合的V/F曲線。

（11）支持多種控制方式和頻率設(shè)定。有鍵盤(pán)設(shè)定、端子設(shè)定及通訊設(shè)定3種方式。

（12）多種啟動(dòng)及停車(chē)方式選擇，以適應(yīng)不同運(yùn)行環(huán)境的要求。

   ① 啟動(dòng)方式包括有直流制動(dòng)啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速追蹤啟動(dòng)、直接啟動(dòng)的方式，并有過(guò)流失速保護(hù)功能。

   ② 停車(chē)方式包括有加減速停車(chē)和自由停車(chē)可選。

   ③ 完美的加減速斜坡控制及S型加減速方式，實(shí)現(xiàn)最佳平滑啟動(dòng)。

（13）具有零伺服功能，可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)的懸停，不會(huì)出現(xiàn)溜車(chē)現(xiàn)象，系統(tǒng)更加可靠。

（14）具有多種PID功能，可實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)合的控制。