智能控制施工升降機關(guān)鍵技術(shù)研究與應用

吳學松，江楚杰

（1.中國建筑科學研究院有限公司建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000;2.廣州市特威工程機械有限公司，廣東 廣州 510460；3.中國工程機械工業(yè)協(xié)會施工機械化分會，河北 廊坊 065000）

WU Xue-song,JIANG Chu-jie

施工升降機是高層、超高層建筑施工不可或缺的垂直運輸設(shè)備。隨著建筑施工逐漸向智能建造、信息化施工方向發(fā)展，施工升降機也在不斷更新升級，智能控制的人貨兩用施工升降機（以下簡稱智能施工升降機）的研發(fā)與應用，有效克服了普通施工升降機智能化程度低、安全性差等弊病，無需專職司機，提升運行效率和設(shè)備安全的同時能有效降低使用成本，符合國家大力推動的智能建造發(fā)展方向。

2017 年廣州特威工程機械有限公司首次推出國內(nèi)第一代智能施工升降機，2018 年開始在中建三局成都一超高層建筑施工現(xiàn)場試用。經(jīng)過幾年的反復研制、總結(jié)改進和工程應用，智能施工升降機技術(shù)和產(chǎn)品不斷完善。至今已有多家制造企業(yè)開發(fā)研制了智能施工升降機，每年都有部分智能施工升降機投入工程使用。智能施工升降機的安全使用迫切需要有可靠的產(chǎn)品質(zhì)量、完善的使用管理制度作為保障，為此，中國工程機械工業(yè)協(xié)會施工機械化分會、中建三局集團有限公司、廣州特威工程機械有限公司等聯(lián)合行業(yè)相關(guān)單位編制《智能控制的人貨兩用施工升降機技術(shù)規(guī)程》標準，該標準規(guī)定了智能施工升降機的術(shù)語和定義、基本規(guī)定、設(shè)計制造、安裝與驗收、使用與維護、拆卸，目前已完成征求意見，該標準的制訂對于保障智能施工升降機的可靠性和安全使用具有重要意義。

智能施工升降機是在普通施工升降機的基礎(chǔ)上進行的自動化和智能化升級，與普通施工升降機的主要不同點在于：具有運行條件檢測、層站呼梯系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、籠內(nèi)選層、自動運行、自動平層，還需具備主動安全防護措施、監(jiān)控措施等，確保智能施工升降機的安全使用。本文重點介紹智能施工升降機的幾項關(guān)鍵技術(shù)研究進展。

1 智能操控系統(tǒng)

智能施工升降機的智能操控系統(tǒng)主要由吊籠運行控制、籠內(nèi)選層、層站呼梯、自動平層、專業(yè)人員身份識別、乘員人數(shù)識別等組成，如圖1 所示。

圖1 智能施工升降機操控系統(tǒng)示意圖

1.1 吊籠運行控制

吊籠運行控制包括智能駕駛控制系統(tǒng)和自動門控制系統(tǒng)。智能駕駛控制系統(tǒng)負責采集層站呼梯指令、籠內(nèi)選層指令控制吊籠自動運行至目的樓層自動平齊樓層面?？?；自動門控制系統(tǒng)控制吊籠門和層門的自動開啟和關(guān)閉。在實際應用中，施工升降機的智能控制自動化程度高，無需專人操作，節(jié)約了大量人力物力，提高了施工效率，更加安全可靠。

1.2 層站呼梯與籠內(nèi)選層

層站呼梯安裝于樓層側(cè)，用于層站乘梯人員發(fā)出召喚指令使吊籠自動運行至乘梯樓層?？?。升降機實際使用過程大多為雙籠，因此須具有雙籠聯(lián)動控制功能，采用順向截梯、行程最短的原則，提高施工升降機的使用效率，節(jié)省能耗及減少傳動件損耗。層站呼梯連接示意圖如圖2 所示。

圖2 層站呼梯連接示意圖

籠內(nèi)選層器安裝于吊籠內(nèi)，用于乘梯人員發(fā)出目的樓層號指令使吊籠自動運行至目的樓層?？?。

1.3 自動平層

智能駕駛施工升降機應具有自動停層功能及自動開關(guān)門功能。采用旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖個數(shù)，通過高速計數(shù)器軟件編程將位置刻度與脈沖個數(shù)對應，利用可編程控制器控制來實現(xiàn)自動平層功能，可提高施工升降機的使用效率。圖3 為自動平層硬件及籠內(nèi)選層連接示意圖。

圖3 自動平層硬件及籠內(nèi)選層連接示意圖

1.4 自動門控制

傳統(tǒng)施工升降機的吊籠門、層門均采用手動打開與關(guān)閉，而在智能施工升降機上用傳統(tǒng)的開關(guān)門方式，現(xiàn)場使用時存在忘記關(guān)門或故意不關(guān)門的現(xiàn)象，導致施工升降機一直停在某一樓層位置無法運行，造成施工升降機運輸力低。自動門控制系統(tǒng)與施工升降機自動平層功能聯(lián)動，在變頻器控制下，電機拖動吊籠門、吊籠門機械聯(lián)動層門的方式來實現(xiàn)吊籠門、層門的自動開關(guān)及升降機運行之間的電氣互鎖，實現(xiàn)了升降機自動運行到基層或其它目標樓層時，吊籠門自動開關(guān)門。同時采用電梯光幕檢測，機械防撞檢測實現(xiàn)自動門防夾功能，從而確保自動門的可靠性、安全性及智能駕駛施工升降機的高效性。圖4 為自動門控制系統(tǒng)連接示意圖。

圖4 自動門控制系統(tǒng)連接示意圖

2 安全保護系統(tǒng)

2.1 升降機升降通道檢測

傳統(tǒng)施工升降機由專職司機操作升降機的運行及停止，當障礙物從層門伸出影響升降機運行時，升降機司機憑感覺來判斷，存在一定的安全隱患。通道檢測技術(shù)是智能施工升降機吊籠運行時保障吊籠運行通道安全的保護系統(tǒng)，上通道檢測裝置安裝在吊籠頂部，下通道檢測裝置安裝在吊籠底部（圖5）；當通道有障礙物干涉時，首先碰撞上下通道檢測裝置，觸發(fā)限位使吊籠緊急制動，從而確保升降機在軌道上安全運行。

圖5 升降機升降通道檢測裝置示意圖

2.2 自動門防夾裝置

該裝置配合智能施工升降機中電動吊籠門開關(guān)使用，通過限位開關(guān)和碰撞接觸塊觸發(fā)機構(gòu)配合，實現(xiàn)有障礙物觸碰阻擋時使門緩沖停止且自動開門到位，以確保在無人操作的吊籠門關(guān)門過程中人與物品的安全（圖6）。同時與吊籠門兩側(cè)光幕檢測裝置相配合，實現(xiàn)了施工升降機自動門的防夾功能。

圖6 自動門機械碰撞防夾裝置

在機械碰撞檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上同時配上無接觸的光幕防夾裝置，實現(xiàn)雙重防夾檢測，如檢測到物體在籠門位置，籠門停止關(guān)閉，自動打開，提升安全性能。

2.3 升降機行程范圍安全保護系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用可編程控制器統(tǒng)計編碼器脈沖個數(shù)，可將上、下限位（減速）裝置的位置刻度記錄，通過限位狀態(tài)與可編程控制器記錄的位置刻度相比較，可確保施工升降機在上、下限位（減速）裝置失效時仍然有效地控制施工升降機正常減速、停止的行程范圍保護，從而使得整個系統(tǒng)的安全運行得到保障。與現(xiàn)有安全系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有雙重保護功能，提高控制裝置的可靠性及施工升降機運行安全性。

2.4 編碼器檢測

智能施工升降機自動平層、行程范圍安全保護等功能都應用到編碼器計數(shù)，如果編碼器計數(shù)出現(xiàn)過多或過少計數(shù)，將會帶來功能誤判或失效，嚴重情況涉及安全隱患，因此對編碼器異常檢測是必不可少的。采用2 個獨立安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器，分別與驅(qū)動齒輪直接或間接相連，當智能施工升降機上下運行時，2 個旋轉(zhuǎn)編碼器計數(shù)產(chǎn)生脈沖個數(shù)，應用可編程控制器的高速計數(shù)器軟件編程計數(shù)判斷2 個編碼器的脈沖計數(shù)情況。當2 個編碼器計數(shù)有偏差或不計數(shù)時，施工升降機無法運行或自動停止運行。

2.5 專業(yè)人員身份識別

采用人臉識別功能或密碼等方式驗證操作人員是否具有相應權(quán)限，用于升降機安拆、使用、維護前確認人員身份方可操作設(shè)置進入相應工作模式，在拆裝過程未完成時，屏蔽其他人員對設(shè)備的操作權(quán)限，提升各種工況模式切換的安全措施。

2.6 吊籠內(nèi)乘員人數(shù)識別

傳統(tǒng)施工升降機配有超載裝置限制施工升降機額定負載，目前常用的施工升降機額定負載為2t，在上下班高峰期時，升降機吊籠內(nèi)會擠滿乘坐人員，負載重量沒有達到2t，升降機仍然能正常運行。為限制升降機吊籠內(nèi)在上下班高峰期時乘坐人員過多，智能施工升降機通過AI 圖像識別等技術(shù)，實時監(jiān)控當前吊籠人員具體數(shù)量，人數(shù)傳輸至運行控制系統(tǒng)，控制升降機在不超過規(guī)定承載人數(shù)時方可啟動。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)

智能施工升降機應能通過安全監(jiān)控系統(tǒng)綜合采集控制系統(tǒng)中各項運行參數(shù)，并進行監(jiān)測、報警、記錄。

3.1 信息采集

采集施工升降機的載重量、運行高度、運行速度、安全開關(guān)狀態(tài)、防墜安全器、電機電壓和電流、智能控制系統(tǒng)自檢狀態(tài)等，并根據(jù)上述狀態(tài)存儲工作時間、工作循環(huán)等對施工升降機的維保和管理有指導意義的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

3.2 視頻監(jiān)控

智能施工升降機吊籠內(nèi)設(shè)有視頻監(jiān)控攝像頭，可以拍攝吊籠內(nèi)的貨物動態(tài)、人員行為及設(shè)備運行情況等，設(shè)備管理人員可在監(jiān)控室或通過云服務(wù)，監(jiān)控施工升降機的運行狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)有異常的人員行為可以通過語音對講，及時制止，保障運行安全。通過云服務(wù)隨時隨地監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控，并可利用手機或電腦實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控。

3.3 信息存儲

系統(tǒng)應能存儲30 個連續(xù)工作日的監(jiān)控內(nèi)容、報警信息，和72h 的監(jiān)控視頻，以方便施工升降機管理人員備查。

4 抗擾技術(shù)

4.1 電磁兼容性

施工升降機屬于工業(yè)設(shè)備，且施工現(xiàn)場往往有很多大型設(shè)備，運行環(huán)境比較惡劣，智能控制系統(tǒng)是施工升降機的控制核心，必須能在施工現(xiàn)場環(huán)境中長時間保證自身可靠地運行。為此，全系統(tǒng)采用工業(yè)級器件，所有電路設(shè)計按照工業(yè)標準設(shè)計，對于關(guān)鍵回路，增加冗余設(shè)計，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行。

4.2 無線防串擾

由于施工升降機是運行在室外裸露的環(huán)境，作為其運行軌道的標準節(jié)也是現(xiàn)場搭建的，安裝在樓層側(cè)的呼梯系統(tǒng)要與吊籠通訊，采用無線方式具有安裝方便、易于擴展等優(yōu)點。樓層側(cè)的呼梯請求和層門開關(guān)狀態(tài)須要通過其傳輸，其防斷連和串擾的必要性是不言而喻的。故應采用傳輸距離遠、多信道和具備通訊地址篩選的無線通訊方式，保證無線信號的傳輸可靠、安全。

5 結(jié)語

隨著建筑施工快速向智能建造、信息化施工方向發(fā)展，施工升降機也在不斷更新升級，智能施工升降機的生產(chǎn)與應用，有效克服了傳統(tǒng)施工升降機智能化程度低、安全監(jiān)測不足等弱點，能有效降低使用成本，符合國家大力推動的智能建造發(fā)展方向。

2018 年以來，智能施工升降機已在全國多個省份的施工現(xiàn)場投入使用，全國不同廠家投入市場超過百臺，在成都綠地468 項目、中國第一歷史檔案館遷建工程、湖北宜昌中醫(yī)院、順德碧桂園總部智慧工地等項目應用效果良好，實現(xiàn)了施工升降機智能化、自動化、安全、經(jīng)濟、高效運行，促進了升降機領(lǐng)域的技術(shù)革新，為《智能控制的人貨兩用施工升降機技術(shù)規(guī)程》標準的編制奠定了良好基礎(chǔ)。希望通過該標準的制訂促進智能施工升降機的健康發(fā)展。O