一、施工升降機介紹

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

施工升降機的種類很多，按運行方式分有：無對重和有對重兩種；按控制方式分為手動控制式和自動控制式。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。一般的施工升降機載重量在1-3噸，運行速度為1-63m/min。

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

           圖1 施工升降機                                                圖2 施工升降機驅(qū)動裝置

二、傳統(tǒng)的施工升降梯存在的問題分析

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

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

（2）啟動剎車時機械振動大，機械損傷嚴重，且存在安全隱患。普通施工電梯的剎車是採用機械抱閘強制制動，升降機突然從高速降為零速的時候，由于慣性的作用，不但對結(jié)構(gòu)和機構(gòu)造成損壞，而且升降機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無爬行過程，由運行速度直接向零速減速，有的選平層是由司機靠目測手動控制實現(xiàn)的，效率低，經(jīng)常要上、下點動幾次才能準確停層。既降低了效率又增大了拖動與控制系統(tǒng)的疲勞度，縮短了壽命，同時也會造成里面的物料無法搬運，浪費了時間，影響了工作效率。

變頻調(diào)速是近二十年來興起的一門新技術(shù)，它是通過改變電源頻率來實現(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)能等特性越來越被人們所重視，變頻調(diào)速與上位機系統(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)施工升降機存在的諸多問題，使得變頻系統(tǒng)在此領(lǐng)域的應(yīng)用成為必然的趨勢，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。

三、WIN-VCA變頻器在升降機上的應(yīng)用

微能公司與廣西某機械設(shè)備有限公司合作，對施工升降機進行配套變頻系統(tǒng)，取得了良好的使用效果。由于現(xiàn)場使用的施工升降機型號不一，電機功率也不一樣，本文僅以驅(qū)動裝置電機為3×15KW為例說明。

（1）電氣控制原理

升降機變頻調(diào)速系統(tǒng)由以下部分：盤式制動三相異步電動機，變頻調(diào)速器，變頻器制動單元和制動電阻，聯(lián)動臺，電氣保護裝置等構(gòu)成。其控制過程是：操作聯(lián)動臺上的速度轉(zhuǎn)換開關(guān)，選定速度擋，然后輸出信號給變頻器，改變頻率值，最終達到調(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

升降機正常工作時，主電路空氣開關(guān)QF1，QF2閉合，按下操作臺上變頻器電源按鈕，變頻器上電；需要上升或下降時，按下上行或下行按鈕，變頻器輸出頻率到達抱閘松開頻率時KM2吸合，抱閘松開，升降機動作。施工升降機的安全是控制電路設(shè)計的重點，在控制電路中加入了吊籠上各門限位開關(guān)，上下限位，以及超載、超速、防墜等安全保護措施，同時在升降機工作中變頻器出現(xiàn)故障時，故障繼電器動作，使上升、下降及抱閘繼電器斷電，變頻器停機，抱閘鎖緊。在故障沒有排除的情況下，即使按下上升或下降按鈕，升降機也無法動作?？赏ㄟ^PLC與外圍電氣設(shè)計，保障系統(tǒng)的安全工作。

（2）變頻器、制動單元及制動電阻選型

現(xiàn)場使用的升降機為3電機驅(qū)動，單臺電機功率為15 KW，額定電壓為380V。施工升降機屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，帶機械抱閘控制，要求變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩大，根據(jù)現(xiàn)場情況及WINNER公司多年的經(jīng)驗，選定變頻器型號為WIN-VCA-075T4。

施工升降電梯在下行時驅(qū)動電機處于發(fā)電狀態(tài)，故需配置制動單元和制動電阻。一般來說，升降機的制動頻度Kf按40%算，并留有一定的余量。波紋制動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為制動電阻阻值，P_B為制動電阻功率，U_D為制動時直流母線電壓，一般取700V，P為電機功率，I_N為所選制動單元額定電流，K_f為負載制動頻度。由上式可知，制動電阻阻值的選擇是一個范圍，實際上，電阻阻值越小，制動力矩越大，電機的再生能量越容易被消耗。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，選擇制動電阻為10Ω/25KW，制動單元選擇WIN-9U-RDB/70A/380V。變頻器、制動單元及制動電阻選型配置如表1所示。

表1 施工升降機變頻系統(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

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

（1）真正實現(xiàn)了施工升降機系統(tǒng)的軟啟動和軟制動

系統(tǒng)可以調(diào)整變頻器的啟停加減速時間，實現(xiàn)平滑啟動和平滑減速，啟制動無沖擊，不會對系統(tǒng)造成機械損傷。

（2）有利于延長升降機的使用壽命，降低維護頻率及成本

采用變頻調(diào)節(jié)后，可對電機實現(xiàn)軟啟動，啟動時電流不超過電機額定電流的1.2倍，對電網(wǎng)無任何沖擊，更無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，維護周期可加長，檢修費用下降，設(shè)備運行壽命延長。

（3）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高

原電機直接由工頻驅(qū)動時，滿載時功率因數(shù)為0.81左右，實際運行功率因數(shù)遠低于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，無需無功補償裝置就能大大的減少無功功率，滿足電網(wǎng)要求，可進一步節(jié)約上游設(shè)備的運行費用。

（4）增加電氣保護

 與原來舊系統(tǒng)相比較，變頻器具有過流、過載、過壓、欠壓、溫升等多項保護功能，更完善地保護了電機。

（5）提高自動化控制

作為自動化的底層設(shè)備，變頻器配置485通訊協(xié)議，可方便實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控，便于檢測設(shè)備運行狀況。

（6）節(jié)約電能

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

五、VCA系列變頻器的特點

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：

（1）可靠性高。VCA產(chǎn)品設(shè)計細節(jié)考慮周全，元件品質(zhì)優(yōu)良，裝配工藝成熟，出廠測試嚴謹，產(chǎn)品的可靠性久經(jīng)市場檢驗，可靠性高，故障率低。

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

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

（4）過載能力強，瞬時過載能力達250%。

（5）扭矩響應(yīng)快，能夠應(yīng)對負載突變的要求。

（6）控制精度高，開環(huán)控制精度達0.2%，閉環(huán)的控制精度達0.02%。

（7）保護功能完善，具有過壓、欠壓、過流、過載、過溫等保護功能。

（8）可選配通訊卡，支持MODBUS通訊協(xié)議，可以與上位機系統(tǒng)進行通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)視和執(zhí)行遠程操作。

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

 圖4  VCA變頻器

（10）多達15種固定V/F曲線選擇，可以任意設(shè)定V/F曲線?？筛呔唧w應(yīng)用場合獲得更加適合的V/F曲線。

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

（12）多種啟動及停車方式選擇，以適應(yīng)不同運行環(huán)境的要求。

   ① 啟動方式包括有直流制動啟動、轉(zhuǎn)速追蹤啟動、直接啟動的方式，并有過流失速保護功能。

   ② 停車方式包括有加減速停車和自由停車可選。

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

（13）具有零伺服功能，可以實現(xiàn)短時的懸停，不會出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，系統(tǒng)更加可靠。

（14）具有多種PID功能，可實現(xiàn)不同場合的控制。