一种施工升降机自动驾驶控制系统论文和设计-龚智民

全文摘要

本实用新型公开了一种无线遥控式施工升降机自动驾驶控制系统，属于智能建筑领域。它包括变频器、控制器、平层传感装置、高度校准装置、笼内无线收发模块和召唤装置；变频器、控制器、平层传感装置、笼内无线收发模块安装在升降机吊笼上，召唤装置安装在建筑物各层靠近升降机门口处；平层传感装置、高度校准装置、变频器分别与控制器通信连接，召唤装置内置召唤无线收发模块，召唤无线收发模块通过笼内无线收发模块与控制器通信，变频器与升降机的电机连接。本实用新型能解决现有技术中施工升降机在运行的时候无法实现真正的无人操控的问题，有利于节省人力成本，而且集成化程度高，制造成本更低。

主设计要求

1.一种施工升降机自动驾驶控制系统，其特征在于：包括变频器、控制器、平层传感装置、高度校准装置、笼内无线收发模块和召唤装置；所述变频器、控制器、平层传感装置、笼内无线收发模块安装在升降机吊笼上，所述召唤装置安装在建筑物各层靠近升降机门口处；所述平层传感装置、高度校准装置、变频器分别与控制器通信连接，召唤装置内置召唤无线收发模块，召唤无线收发模块通过笼内无线收发模块与控制器通信，所述变频器与升降机的电机连接；所述高度校准装置包括接近开关、校准感应块，所述校准感应块安装在位于升降机升降通道的导轨上，所述接近开关安装在升降机的吊笼上，当升降机运行至校准感应铁块处时，所述接近开关检测到校准感应块。

设计方案

2.根据权利要求1所述的施工升降机自动驾驶控制系统，其特征在于：所述平层传感装置包括从动齿轮、连接轴、增量编码器、外壳，所述增量编码器位于外壳内，所述连接轴可转动地穿入外壳内，连接轴的一端与增量编码器连接，另一端设置有从动齿轮，所述连接轴上焊接有弹簧，该弹簧位于从动齿轮与外壳外表面之间；所述从动齿轮与导轨上的齿条啮合。

3.根据权利要求1所述的施工升降机自动驾驶控制系统，其特征在于：所述变频器、控制器集成为一体化变频器。

4.根据权利要求1、2或3所述的施工升降机自动驾驶控制系统，其特征在于：还包括限位检测装置，所述限位检测装置包括限位开关和限位感应块，所述限位开关与所述控制器通信连接，所述限位感应块安装在升降机吊笼的上半边门上，限位开关安装在升降机吊笼的门框上，当升降机吊笼门打开或关闭时，限位开关检测到限位感应块离开或接近。

5.根据权利要求4所述的施工升降机自动驾驶控制系统，其特征在于：所述限位开关为接近开关。

6.根据权利要求1、2或3所述的施工升降机自动驾驶控制系统，其特征在于：还包括制动电阻箱，所述制动电阻箱安装在升降机的吊笼上，与所述控制器电气连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于施工升降机控制领域，更具体地说，涉及一种采用无线遥控方式使施工升降机智能作业的控制技术，尤其涉及一种施工升降机自动驾驶控制系统。

背景技术

施工升降机主要指建筑用客货梯，主要用于建筑工地，用于运送人员及物料到各个楼层的垂直运输设备，属于特种设备。随着市场对施工升降机的需求越来越大，人们对升降机的性能，效率，可靠等方面的要求也越来越高。

现有自动驾驶施工升降机技术的各个楼层分机均采用有线布局，这种方式安装效率低，维护也不方便，同时也增加了通讯用线缆成本。

申请号为2017217420822，专利名称为“一种智能驾驶电气控制系统”的中国专利披露了一种智能驾驶电气控制系统，用于施工升降机的智能控制，能够满足无人驾驶的条件，但是其存在的问题在于升降机的运行与停靠需要依赖视频监控装置的辅助，也就是说还是需要有人在监控装置前实时监看升降机的运行状态，当升降机的停靠不到位的时候，需要人员通过对讲机通话来调整升降机的停靠位置，不仅整个系统实现成本高，而且也不利于节省人力成本。对此，有必要提出一种有效的解决办法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有升降机的控制采用有线通讯带来的成本高、人工操作不便等问题，本实用新型提供一种无线式自动驾驶施工升降机控制技术。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种施工升降机自动驾驶控制系统，包括变频器、控制器、平层传感装置、高度校准装置、笼内无线收发模块和召唤装置；所述变频器、控制器、平层传感装置、笼内无线收发模块安装在升降机吊笼上，所述召唤装置安装在建筑物各层靠近升降机门口处；所述平层传感装置、高度校准装置、变频器分别与控制器通信连接，召唤装置内置召唤无线收发模块，召唤无线收发模块通过笼内无线收发模块与控制器通信，所述变频器与升降机的电机连接；所述高度校准装置包括接近开关、校准感应块，所述校准感应块安装在位于升降机升降通道的导轨上，所述接近开关安装在升降机的吊笼上，当升降机运行至校准感应铁块处时，所述接近开关检测到校准感应块。校准感应铁块设置在升降机导轨的某个高度固定的位置上，当升降机吊笼靠近校准感应铁块时，接近开关输出一个高低电平转换信号给一体化变频器，一体化变频器将将触发时刻的楼层高度和用户预先通过操作台设置的高度进行对比，如果有误差就进行校准；可以解决本实用新型的应用环境中因为环境恶劣而可能存在的电源异常波动、电磁干扰带来的高度检测误差的问题，确保升降机停靠位置的准确。召唤装置和变频器之间通过无线通信能够有效解决现有技术中通过长长的线缆来控制升降机升降的问题，而且不需要配置监控装置，节省了人力成本，同时也更安全可靠。

进一步地，所述平层传感装置包括从动齿轮、连接轴、增量编码器、外壳，所述增量编码器位于外壳内，所述连接轴可转动地穿入外壳内，连接轴的一端与增量编码器连接，另一端设置有从动齿轮，所述连接轴上焊接有弹簧，该弹簧位于从动齿轮与外壳外表面之间；所述从动齿轮与导轨上的齿条啮合。由于齿条的竖直距离较大，安装时会产生误差，使得齿条中存在弯曲变形，同时齿条在自身的重力作用下，也会发生弯曲变形；当升降平台升降时，从动齿轮经过齿条变形的位置处时，从齿轮与齿条之间会相互挤压产生刚性力，刚性力会通过从动齿轮传递给与其固定连接的连接轴上，连接轴上的高强度的弹簧在受到刚性力时会产生形变，从而使从动齿轮与齿条之间的刚性力减小，从而降低从动齿轮与齿条之间的摩擦，从而减小从动齿轮和齿条的损耗；同时从动齿轮能较好地配合齿条运动，从动齿轮能精确地传递转动的角度，从而使编码器能得出升降平台的升降距离，保证较精确的平层效果。

进一步地，所述变频器、控制器集成为一体化变频器。将变频器和控制器集成起来，可以有效降低成本。

进一步地，所述施工升降机自动驾驶控制系统还包括限位检测装置，所述限位检测装置包括限位开关和限位感应块，所述限位开关与所述控制器通信连接，所述限位感应块安装在吊笼门的上半边门上，限位开关安装在升降机吊笼的门框上，当升降机吊笼门打开或关闭时，限位开关检测到限位感应块。

进一步地，所述限位开关为接近开关。与现有技术中常用的接触式行程开关相比，接近开关的可靠性更高、寿命更长。其和升降机本身的接触式行程开关相互配合使用，起到双重保护作用。

进一步地，所述施工升降机自动驾驶控制系统还包括制动电阻箱，所述制动电阻箱安装在升降机的吊笼上，与所述控制器电气连接。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型实现吊笼智能响应召唤请求，无需人工驾驶而且也不用配备监控装置和人员，大大降低成本；

(2)本实用新型集成化程度高，无需独立的PLC，有效降低成本；

(3)本实用新型各楼层召唤装置结构独立，召唤装置之间无需线缆连接，装置采用全密封结构，有效隔绝雨水、灰尘，大大提高安装效率和维修便利；

(4)本实用新型的平层传感器采用弹性连接轴，极大地降低了设备运行时设备之间的刚性连接给设备带来的损坏；

(5)本实用新型的笼内无线收发模块支持可充电电池供电，在升降机外接电源断开后仍然可以实时接收各楼层的召唤信号；

(6)本实用新型通过变频器多级减速控制吊笼零速平稳停机，具有较高的停层效率和较好的停层精度；

(7)本实用新型采用接近开关限位检测装置，避免机械式开关触点失效后升降机误动作，大大提高了安全性；

(8)本实用新型具有高度自动校准功能，消除因编码器受到干扰引起的高度累积误差，有利于提高停层精度和运行安全性；

(9)本实用新型召唤系统采用有序广播方式发送召唤信息，避免了各召唤装置之间的无线数据冲突；

(10)本实用新型的吊笼高度数据通过FRAM进行保存，在升降机突发断电后也能恢复与当前相近的高度值，再配合高度自动校准功能，可以确保高度检测在使用过程中始终有效；

(11)本实用新型结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的原理框图；

图3为本实用新型的一体化变频器的电气原理图；

图4为本实用新型的笼内无线收发模块的结构示意图；

图5为本实用新型的笼内无线收发模块的原理框图；

图6为本实用新型的召唤无线收发模块的原理框图；

图7为本实用新型的电源控制模块原理图；

图8为本实用新型的操控装置的结构示意图；

图9为本实用新型的限位检测装置的安装结构示意图；

图10为本实用新型的高度校准装置的安装结构示意图；

图11为本实用新型的平层传感装置的结构示意图；

图12为本实用新型的平层传感装置的透视图；

图13为本实用新型的平层传感装置的安装结构示意图；

图14为本实用新型的吊笼高度计算流程图；

图15为本实用新型的自动停层流程图；

图16为本实用新型的一体化变频器降频减速流程图；

图17为本实用新型的召唤无线收发模块收发协议流程图；

图18为本实用新型的召唤装置的流程图。

图中：1：一体化变频器；2：操作台；3：平层传感装置；4：限位检测装置；5：接近开关；6：制动电阻箱；7：校准感应铁块；8：召唤装置；21：天线；22：笼内无线收发单元；23：喇叭；24：电池；25：显示屏；26：操作手柄；27：照明开关；28：复位按钮；29：启动按钮；210：急停按钮；211：电锁；31：从动齿轮；32：弹簧连接轴；33：安装支架；34：增量编码器；35：外壳；41：限位感应铁块；42：接近开关；43：固定支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

如图1所示，一种无线遥控式施工升降机自动驾驶控制系统，在建筑物的每层安装有召唤装置8，召唤装置靠近升降机在相应楼层的门口处设置，一体化变频器1和操作台2安装在升降机的吊笼内，在吊笼顶部安装有平层传感装置3，限位检测装置4安装在吊笼的门上部，安装在吊笼顶部的接近开关5和安装在升降机导轨的某一固定高度的校准感应铁块7组成高度校准装置，制动电阻箱6安装在升降机的吊笼顶部，并和一体化变频器1电气相连。制动电阻箱用于把升降机的电机在快速停车过程中产生的大量的再生电能消耗掉，避免一体化变频器受到再生电能的危害，保证一体化变频器的使用安全。

如图2所示，平层传感装置3、高度校准装置、限位检测装置4、操作台2分别和一体化变频器1通信连接，召唤装置8内置召唤无线收发模块，召唤无线收发模块通过笼内无线收发模块和一体化变频器1通信，一体化变频器1控制升降机的电机运行。如图15和18所示，当用户通过召唤装置8发送指令时，一体化变频器1收到指令后控制电机运行，一体化变频器1和制动电阻箱6电气相连。如图18所示，当召唤装置上的召唤按键被按下，召唤装置发送无线召唤信息给一体化变频器1，如果召唤按键持续被按下，或者被按下多次，召唤装置只对第一次按下进行响应。如图15所示，当一体化变频器1收到召唤装置的无线召唤信息后，一体化变频器判断当前有楼层召唤，一体化变频器先确定当前情况下升降机是否允许运行，如，升降机的笼门是否处于关闭状态等，如果处于关闭状态才允许运行，否则一体化变频器不允许升降机运行。当升降机运行后，一体化变频器判断升降机吊笼是否接近目标层，即被按下召唤按键的召唤装置所在的楼层，如果接近目标层，则减速直至到达目标层后停机。如果还没有接近目标层，则需要再次判断升降机是否被允许运行，这样设置的目的在于：可能存在同时或先后有多个楼层的召唤装置的召唤按键被按下的情形，如，当前升降机吊笼在5层，2层的召唤装置的召唤按键被按下，随后3层的召唤装置的召唤按键也被按下，那么，升降机在运行过程中，在接近2层之前，先要判断升降机是否满足运行条件，以免此时升降机已经停靠在3层并且吊笼门已经打开的情况下，升降机运行导致发送安全事故。

如图3所示，本实用新型的一体化变频器1为集成了PLC功能的变频器，集成度更高，有效降低成本，其主要负责外部各类输入信号的运算处理和对升降机电机的变频驱动控制。也可以采用PLC控制器与变频器的分体结构，即包括PLC控制器以及与PLC控制器连接的变频器，笼内无线收发模块、平层传感装置、操作台、限位检测装置、高度校准装置、制动电阻箱与PLC控制器连接，变频器与制动电阻箱、电机连接，PLC控制器通过控制变频器来控制电机的运转。

如图4、图5和图7所示，在操作台2的内部内置了笼内无线收发模块，笼内无线收发模块包括笼内无线收发单元22、笼内微处理单元、天线21，笼内无线收发模块通过微处理器上的通讯接口和一体化变频器1通信，本实用新型采用RS232通讯接口。笼内无线收发模块还可以外接喇叭23和电池24；电池用于给笼内无线收发模块供电，在外接电源断电的情况下保证无线通信的正常进行。喇叭23主要用于实时播报楼层召唤请求，同时在电池电量偏低时也可以提醒用户及时充电或更换电池。具体实施时，还可以包括指示灯，用于显示笼内无线收发模块的工作状态和电池电量过低报警。本实用新型的笼内无线收发模块既可以由市电供电，也可以由电池供电，本实用新型还包括电源管理单元，电源管理单元负责管理外接电源供电和电池供电，在市电断电的情况下，切换为由电池供电，此外，还负责市电接通情况下，对电池充电的管理，电源管理单元的电路图如图7所示。

如图6和图17所示，召唤装置8内置召唤无线收发模块，召唤无线模块包括召唤微处理单元、召唤按键、信道编码单元、楼层编码单元和召唤无线收发单元，信道编码单元用于设置无线信道，楼层编码单元用于设置楼层编号，召唤无线收发单元和笼内无线收发模块进行通信。为了避免各个召唤装置之间的通信干扰，如图17所示，本实用新型采用有序广播的发送方式，笼内无线收发模块广播同步帧，各层召唤无线收发模块收到同步帧后，按时间先后顺序依次对外广播本层的召唤信息。具体实施时，召唤装置8装配电池使用。

如图8所示，操作台2包括显示屏25、操作手柄26、照明开关27、复位按钮28、启动按钮29、急停按钮210、电锁211，操作员在操作时，通过操作手柄26控制吊笼的升降，同时通过显示屏25查看吊笼的实时位置。本实用新型通过设置操作台，在必要的时候，可以由操作人员在吊笼内的进行有人控制。

如图9所示，限位检测装置4包括限位感应块41、接近开关42、固定支架43，限位感应块为限位感应铁块41。限位检测装置4安装在吊笼的门上部，具体来说，以上下两门对开的吊笼为例，接近开关42通过固定支架43安装在上半边门的门框上，限位感应铁块41安装在上半边门上，当接近开关42检测到限位感应铁块41时，说明上下门合在一起，吊笼门处于关闭状态，通过这种方式，限位检测装置4检测吊笼门的开关状态，采用接近开关42具有更高的可靠性和寿命可以将限位检测装置4与接触式机械行程开关配合使用，组成限位检测的双重保护，更安全。

如图10所示，高度校准装置包括接近开关5和校准感应铁块7，接近开关5安装在吊笼的顶部，校准感应铁块7安装在导轨上，吊笼沿着轨道上升下降。当吊笼靠近校准感应铁块7时，接近开关5检测到校准感应铁块7，接近开关5输出一个高低电平转换信号给一体化变频器1，一体化变频器1将触发时刻的楼层高度和用户预先设置的高度进行对比，如果有误差就进行校准，具体来说，校准感应铁块7预先安装在轨道上，其高度是固定且已知的，校准感应铁块7的高度即用户预先设置的高度，当接近开关5检测到校准感应铁块7时，平层传感装置也获得了一个高度，这个高度是平层传感装置得出的吊笼当前所处的高度，将这两个高度进行比较，如果一致，则说明平层传感装置的检测数据是准确的，如果不一致，则用用户预先设置的高度对平层传感装置进行校准。高度校准装置的设计可以解决本实用新型因为运行环境恶劣而可能存在的电源异常波动造成平层传感装置3和一体化变频器1的高度检测出现误差的问题。

如图11、12、13、14所示，本实用新型安装在吊笼顶部的平层传感装置3包括从动齿轮31、弹簧连接轴32、增量编码器34，在运行的时候，从动齿轮31和升降机导轨上的齿条相配合转动，其通过弹簧连接轴32带动增量编码器34转动，编码器转动34输出脉冲信号并传输给一体化变频器1，一体化变频器1通过检测该信号即可计算出吊笼的高度变化。具体实施时，平层传感装置3还包括外壳35以对增量编码器34进行防护，还可以包括支架33以对平层传感装置3进行固定安装。本实用新型的平层传感装置的从动齿轮31与升降机导轨的齿条相啮合，升降机上行时，从动齿轮31旋转0.005圈，增量编码器34的计数加1，升降机下行时，从动齿轮31旋转0.005圈，增量编码器34的计数减1，由于从动齿轮31转动一周时，升降机上升或下降5个标准节齿条齿距，齿条齿距是已知且固定的，所以单个编码器34的计数值对应的上升或下降位移已知，通过累计编码器34的计数值即可得出升降机上升或下降了多少距离。本实用新型的平层传感装置可以直接采用现有技术的平层传感器。

如图16所示，升降机在停靠时采用一体化变频器三级降频减速的方式减速，具体步骤如下：

第一步：一体化变频器通过平层传感装置得到升降机吊笼当前位置与所要停靠的楼层之间的距离，当该距离的值达到设定值时，一体化变频器降频至25Hz，电机的转速降低，升降机升降速度变慢；

第二步：升降机继续运行，当升降机当前位置与所要停靠的楼层之间的距离，达到第一步中所涉的设定值的一半时，一体化变频器降频至12.5Hz，电机的转速进一步降低，升降机升降速度进一步变慢；

第三步：升降机继续运行，当升降机当前位置与所要停靠的楼层之间的距离，达到第一步中所涉的设定值的四分之一时，一体化变频器继续降频至0.15Hz—0.3Hz，实现升降机的减速停机。

本实用新型的设定值为s＝((v0+v1)\/2)*t，其中，v0是升降机降频前的速度，v1是升降机最终停止前的速度，t为升降机从开始降频到最终停靠前的运行时间，v0、v1、t可以由用户根据实际情况自行设定。

以上示意性地对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本实用新型的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

设计图

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