摘要：文章從升降機設(shè)備的控制要求及控制方案的確定入手，介紹了以PLC和變頻器為控制核心，實現(xiàn)施工升降機安全動作的電氣控制柜的設(shè)計。根據(jù)升降機的控制要求，談了電氣原理圖的設(shè)計，并對升降機關(guān)鍵部分動作流程進行了分析，最后點出其設(shè)計的控制系統(tǒng)是由調(diào)壓調(diào)頻裝置和可編程序控制器組成，實現(xiàn)對施工升降機的啟動、加減速、制動過程的無級調(diào)速。

關(guān)鍵詞：升降機；電氣原理圖；PLC

1.升降機設(shè)備的控制要求及控制方案的確定

1.1 控制要求

（1）控制元器件：用變頻器控制，保證電機的啟動和停止都能像電梯一樣平穩(wěn)實現(xiàn)。通過多檔開關(guān)的切換，可分別進行勻速運行和加速運行，同時可以在任意位置精確停止。

（2）安全保護裝置：升降機要有齊全的安全保護裝置，主機上要有雙向勻速式安全器，每只吊籃上設(shè)有限限速和防墜雙重功能的安全裝置。同時，要求有上、下限位，門機電聯(lián)鎖以及超重限制器等全方位的保護。

（3）控制要求：一個控制柜里面要有兩套控制設(shè)備，即要能實現(xiàn)同時控制兩臺升降機的功能。

1.2 電氣控制方案的確定

對于升降機的控制方式，因為本機要求實現(xiàn)的功能是能同時實現(xiàn)對兩臺機器的操控，若由傳統(tǒng)繼電——接觸器控制，將會顯得比較復(fù)雜，接線工作量大。同時，由于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，不但增加了控制系統(tǒng)的誤動作率和故障率，而且大大增加了柜子的體積。另外一方面，不同的客戶可能會有不同要求，傳統(tǒng)的控制方案工作程序固定將不能靈活的滿足客戶的要求。

基于上述原因，控制柜以PLC為核心對升降機設(shè)備進行控制，可以同時實現(xiàn)對兩臺設(shè)備的控制，極大縮小了柜子的體積，而且控制靈活。

2.電氣原理圖的設(shè)計

2.1主回路電路圖的設(shè)計

由上述控制要求得知，要實現(xiàn)升降機的功能，至少需要三種電源：（1）變頻器與制動器的工作電源 （ 380V ）；（2）PLC的工作電源 （220V）；（3）低壓控制部分繼電——接觸器的動作電源（36V）。

因此需要一個變壓器對三相電源進行分配?？刂乒襁€需裝有照明燈、風(fēng)扇、三頭插座等附件以方便用戶的使用，風(fēng)扇起柜內(nèi)的散熱作用。

從安全保護角度來看 ，為了防止電源斷相引起的安全問題，在電機主回路上還需要接一個斷相保護器。

照明燈、風(fēng)扇、插座屬于220V電源，分別由QF3、QF4、QF5來控制接通與斷開，其中風(fēng)扇的接通與否取決于主回路是否吸合。在設(shè)計上采用一對KM1與KM2的常開觸點并聯(lián)，同時與QF4串聯(lián)。因為控制柜要求同時控制兩臺設(shè)備，所以從變壓器上分出兩路36V電源為兩套控制回路供電。380V電源則向變頻器供電。

2.2控制原理圖的設(shè)計

2.2.1 PLC的I/O分配表

PLC輸入輸出，見表1。

2.2.2 PLC的控制程序

2.2.3 PLC外圍硬件接線

本設(shè)計的控制要求是由一臺PLC控制兩臺升降設(shè)備的動作，因此在接線部分有兩路的輸入和輸出，根據(jù)上面輸入輸出的分配，X00、X01、X02、X03分別是主回路的吸合、上升、下降與加速。他們的動作是通過現(xiàn)場操縱臺上一個多檔開關(guān)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。一般情況下，在升降機剛啟動的時候，選擇低速擋上升或下降。當達到一定高度時，可將開關(guān)打到加速檔，PLC的輸出信號（Y00、Y10、Y11、Y13分別是對應(yīng)的輸出信號）傳遞到變頻器內(nèi)，控制變頻器的輸出頻率，使設(shè)備加速上升或下降。X04至X13是保護裝置的接入，通過他們的動作，給PLC一個保護動作的輸入信號。各類保護裝置一般以常閉觸點的形式接入PLC，如附圖1。其中X07是變頻器給出的信號，當變頻器發(fā)生故障時數(shù)字輸出DO1給出一個24V的輸入信號給PLC，經(jīng)過PLC內(nèi)部程序的轉(zhuǎn)換由Y06輸出故障指示，故障指示燈亮。此時，可通過按故障復(fù)位按鈕，X23將得到的輸入信號通過PLC的輸出端Y12送給變頻器，變頻器故障復(fù)位，停止工作，電機抱閘。

2.3 電機控制回路的設(shè)計

（1）低壓部分主控回路接線說明。低壓部分主控回路的主要內(nèi)容包括電鈴、主回路的控制和變頻器的制動控制。該部分使用的是36V電源。電鈴和電鈴的開關(guān)都需要在升降機使用現(xiàn)場進行安裝。其作用是提醒到達或啟動，由人工控制。KM1接觸器是控制變頻器的啟停，該部分由PLC來控制。KM2控制的是制動電機的通斷，TA/TC為一對常開觸點。在變頻器正常運行狀態(tài)下，即電機在正常運行過程中，觸點接通，電磁抱閘得電，抱閘松開。當變頻器運行頻率達到頻率下限時，該副觸點自動斷開（從得到斷開信號到觸點斷開可通過內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，具體設(shè)置參數(shù)將在下面進一步探討）抱閘夾緊。上面提到的故障復(fù)位后，變頻器停機，抱閘斷電夾緊。即當變頻器發(fā)生故障后，按變頻器的故障復(fù)位按鈕，就可以讓電機瞬間抱閘，防止意外發(fā)生。

與TA/TC觸點并聯(lián)的開關(guān)SB2有兩個作用。第一是當?shù)趸@在高空時變頻器發(fā)生故障后抱閘，吊籃里的人或貨物就可以通過該按鈕來處理應(yīng)急時的安全降落。第二個作用是，在現(xiàn)場進行調(diào)試的過程中，如果當變頻器接入后，因為它具有速度控制功能，永遠也不會超速。這樣就無法檢測出限速保護裝置的動作可靠性。所以，在變頻器接入前按下該按鈕，抱閘松開讓電機自由運轉(zhuǎn)，這樣就可以檢測限速裝置的安全性。

（2）變頻器的硬件接線說明。變頻器的輸入端子分數(shù)字輸入端子和模擬量輸入端子。輸出端子有1個多功能數(shù)字輸出端子，1個多功能繼電器輸出端子（即TA/TC）。如需增加輸入輸出端子，可分別選配輸入輸出擴展卡。本設(shè)計用到的變頻器接線需要四個數(shù)字量輸入端子和1個數(shù)字輸出、1個繼電器輸出。DI0、DI1、DI2、DI3四個輸入端子分別用作上升、下降、故障復(fù)位和加速。其輸入的信號由上文提到的PLC輸出信號來給出。變頻器的輸出中TA/TC用于制動輸出，DO1用作故障輸出。

3.升降機關(guān)鍵部分動作流程的分析

本設(shè)計是以PLC為控制核心，通過對變頻器的控制完成升降機的動作流程。對于升降機而言，其動作較為簡單，但是對運行的可靠性和安全性有很高的要求。因此，各種保護裝置的動作執(zhí)行，都由PLC的程序來完成。另外，變頻器控制升降起停時，控制系統(tǒng)中需要引起注意的是防止溜鉤的控制。在電磁制動器抱住之前和松開之后的瞬間，極易發(fā)生重物由停止狀態(tài)下滑的現(xiàn)象，稱為溜鉤。電磁制動器在通電到斷電（或從斷電到通電）之間是需要時間的，大約0.6秒（視型號和大小而定，在現(xiàn)場調(diào)試中可以通過是否出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象來判斷電磁抱閘的動作時間大?。?。因此，變頻器如過早地停止輸出，容易出現(xiàn)溜鉤。另一方面，變頻器必須避免在電磁制動器抱閘的情況下輸出較高頻率，以免發(fā)生“過流”而跳閘的誤動作。

基于上述分析，控制方法是當重物在高空停止時，設(shè)定一個起始停止頻率。當變頻器工作頻率下降至該起始頻率時，變頻器將輸出一個頻率到達信號給制動電磁鐵，使其斷電抱閘。同時設(shè)定一個下限頻率保持時間t1。t1要求略大于制動電磁鐵從開始釋放到完全抱閘的時間，最后變頻器頻率下降到零。

同理，給重物升降過程中設(shè)定一個升降起始頻率。當變頻器的工作頻率上升到該頻率時，將暫停上升。為了確保當制動器松開后，變頻器已經(jīng)能夠控制住重物升降而不會溜鉤，所以，在變頻器達到起始頻率的同時，變頻器將開始檢測電流，并設(shè)定檢測電流所需要的時間。當變頻器已經(jīng)有足夠大的輸出電流時，將發(fā)出一個“松開指令”，使電磁制動器開始通電。設(shè)定一個起始頻率的維持時間t2，t2的長短應(yīng)大于電磁制動器從通電到松開所需要的時間，變頻器工作頻率上升到所需頻率。

本控制系統(tǒng)有直接運行和加速運行兩種運行方式。當主回路吸合后，操縱臺將指令控制器切換到上升，按下上升點動按鈕，PLC的輸出端給變頻器一個正轉(zhuǎn)指令，吊籃上升。當?shù)竭_指定高度后，松開按鈕，變頻器工作頻率迅速下降，但仍然具有較大的轉(zhuǎn)矩。當?shù)竭_指定頻率時，電磁制動器斷電抱閘，可以實現(xiàn)吊籃平穩(wěn)停止。下降則通過按下降按鈕完成。

4.結(jié)論

施工升降機是建筑施工中必不可少的人、貨垂直運輸機械。自1973年第一臺國產(chǎn)齒輪齒條式施工升降機生產(chǎn)以來，歷經(jīng)40多年的發(fā)展，國產(chǎn)升降機在結(jié)構(gòu)形式、功能用途、性能質(zhì)量、安全裝置等多方面都有了很大的變化和發(fā)展。對于施工升降機而言，控制系統(tǒng)是施工升降機的關(guān)鍵部分，決定著整機性能的優(yōu)劣。普通升降機的控制方式都是通過接觸器控制來實現(xiàn)，速度單一、啟制動沖擊大，對結(jié)構(gòu)和機構(gòu)損壞較嚴重，電氣元件也易損壞，且運行速度比較低，一般為34 m/min～38m/min，既影響施工速度也影響了施工企業(yè)的效益。若單純地提高速度，則將造成加速度過大，結(jié)構(gòu)及機構(gòu)所受沖擊過大而加快齒輪齒條及制動盤的磨損，從而降低運行的可靠性。

本設(shè)計的控制系統(tǒng)由調(diào)壓調(diào)頻裝置（VVVF）和可編程序控制器（PLC）組成，實現(xiàn)了施工升降機的啟動、加減速、制動過程的無級調(diào)速，減小了啟制動時齒輪齒條的沖擊，提高了施工升降機運行過程中的平穩(wěn)性和舒適感，延長了施工升降機的使用壽命，并實現(xiàn)了0 m/min～60 m/min的無級調(diào)速，極大地提高了工作效率。在使用過程中，可根據(jù)工作情況設(shè)置各擋運行速度，以滿足高層建筑施工中不同運行速度的需要。采用計算機可編程序控制器控制，提高了控制系統(tǒng)智能化程度及可靠性和準確性，簡化了硬件設(shè)備，與故障率較高的繼電器系統(tǒng)相比具有極高的優(yōu)越性。采用可編程序控制器的軟件編程技術(shù)，使操作簡化，防止誤操作，增加了安全保護功能。

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作者簡介：

施邦元（1978-），男，福建省安溪縣人，現(xiàn)安溪縣西坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心工作，工程師，學(xué)歷本科，研究方向：機械。