一种升降式脚手架智能驱动系统的制作方法

本实用新型涉及升降式脚手架技术领域，尤其涉及一种升降式脚手架智能驱动系统。

背景技术：

升降式脚手架是搭设在一定高度并附着于建筑外墙结构上的一种依靠自身的升降设备和装置，其可随工程结构逐层爬升或下降，安装有防倾覆、防坠落装置。升降式脚手架主要由附着升降脚手架架体结构、附着支座、防倾装置、防坠落装置、升降机构及驱动和控制装置构成。如图1所示，M1～M7为锥形转子异步电机，俗称电动葫芦，自带有制动装置，当系统断电，会立即自动抱闸制动；S1～S6为物料承载平台，电机M1～M7正转运行，S1～S6物料承载平台上升，电机M1～M7反转运行，S1～S6物料承载平台下降，电机M1～M7停机，S1～S6物料承载平台保持当前位置不变；H1～H6为第一段至第六段的重心距离水平地基的垂直距离；而升降式脚手架的核心控制思想是尽可能的使：H1≌H2≌H3≌H4≌H5≌H6，这样才能确保整体平台的安全性，若H1≠H2≠H3≠H4≠H5≠H6，则平台S1～S6之间必然会产生应力，而且H1～H6之间相差越大则应力越大，当应力达到一定的程度就会影响脚手架整体的安全性，甚至导致脚手架整体或者局部坍塌，造成施工事故。

传统的控制方案是在S1～S6段加装称重传感器，由于实际施工过程中S1～S6段承载的物料重量G1～G6存在较大的偏差，故不能采用G1≌G2≌G3≌G4≌G5≌G6这样简单的控制算法。又因称重传感器无法识别是物料产生的重量还是各段之间(不平衡)应力产生的重量，因此只能采用粗略的控制模型。其主要控制思想是：当检测该段的重力达到警戒值时，该段的驱动电机停机，直到该段的重力值恢复正常水平，电机再重新启动。

综上所述，传统的控制方案，存在以下缺陷：

1、利用重力传感器，采用上限值停机，正常值重启的粗略控制思想，不可能避免S1～S6各段之间(不平衡)产生的应力，因此存在一定的安全隐患；

2、采用接触器直接控制M1～M7电机的正反转，启动电流大(可达到额定电流的4-7倍)，系统的机械冲击大，严重影响设备的机械和电器寿命；

3、当系统下放电机处于发电状态，发出来的电能谐波大，对电网的污染大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种启动电流小，节省成本，稳定性高，安全可靠，能实现精确的定位控制功能的升降式脚手架智能驱动系统。

本实用新型的技术方案如下：一种升降式脚手架智能驱动系统，包括中央控制单元以及通过以太网现场总线分别与中央控制单元连接的若干个升降式脚手架电机智能驱动器，每一升降式脚手架电机智能驱动器对应控制一升降式脚手架电机，所述升降式脚手架电机智能驱动器为AFE能量回馈型智能驱动器或DBU能耗制动型智能驱动器，每一升降式脚手架电机通过所述升降式脚手架电机智能驱动器智能控制升降式脚手架对应物料承载平台的高度，使若干个物料承载平台的高度保持一致。

进一步地，所述AFE能量回馈型智能驱动器包括依次连接在电网与升降式脚手架电机之间的第一缓冲单元、LCL滤波单元、PWM整流单元以及第一逆变单元，所述PWM整流单元与第一逆变单元之间连接有第一电解电容，所述电网电流通过所述第一缓冲单元、PWM整流单元给所述第一电解电容充电，所述PWM整流单元、第一逆变单元均采用绝缘栅双极型晶体管，所述PWM整流单元在检测到第一电解电容的电压高于设定值时，将所述第一电解电容的电能通过所述LCL滤波单元回馈电网，所述AFE能量回馈型智能驱动器通过所述第一逆变单元对相应的升降式脚手架电机进行控制，并将物料承载平台下放所产生的电能回馈到第一电解电容上。

进一步地，所述第一缓冲单元包括预充电电阻，所述预充电电阻在上电初期给所述第一电解电容充电。

进一步地，所述PWM整流单元的电流输入端连接有第一ACR电流环调节器，所述第一电解电容的电压输出端连接有第一ASR速度环调节器，所述第一ASR速度环调节器与第一ACR电流环调节器相连接。

进一步地，所述升降式脚手架电机上设置有第一编码器，所述第一逆变单元的电流输出端连接有第二ACR电流环调节器，所述第一编码器连接有第一APR位置环调节器和第二ASR速度环调节器，所述第一APR位置环调节器、第二ASR速度环调节器与第二ACR电流环调节器相连接。

进一步地，所述DBU能耗制动型智能驱动器包括依次连接在电网与升降式脚手架电机之间的整流单元、第二缓冲单元、制动单元以及第二逆变单元，所述制动单元与第二逆变单元之间连接有第二电解电容，所述电网电流通过所述整流单元、第二缓冲单元和制动单元给所述第二电解电容充电，所述整流单元采用二极管三相全桥整流电路，所述第二逆变单元采用绝缘栅双极型晶体管，所述DBU能耗制动型智能驱动器通过所述第二逆变单元对相应的升降式脚手架电机进行控制，并将物料承载平台下放所产生的电能回馈到第二电解电容上。

进一步地，所述制动单元包括制动电阻，所述制动单元在检测到第二电解电容的电压高于设定值时，所述制动电阻接通以消耗多余电能。

进一步地，所述升降式脚手架电机上设置有第二编码器，所述第二逆变单元的电流输出端连接有第三ACR电流环调节器，所述第二编码器连接有第二APR位置环调节器和第三ASR速度环调节器，所述第二APR位置环调节器、第三ASR速度环调节器与第三ACR电流环调节器相连接。

进一步地，还包括显示操作单元，所述显示操作单元通过以太网现场总线与中央控制单元连接。

进一步地，还包括无线路由器和电力猫，所述无线路由器与电力猫信号连接，所述电力猫通过电力线载波的方式将以太网通讯信号传送到升降式脚手架电机智能驱动器，所述无线路由器通过智能脚手架APP接入控制网络。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型包括中央控制单元以及通过以太网现场总线分别与中央控制单元连接的若干个升降式脚手架电机智能驱动器，每一升降式脚手架电机智能驱动器对应控制一升降式脚手架电机，所述中央控制单元通过以太网现场总线可精准的控制每一升降式脚手架电机智能驱动器的位置，确保多个物料承载平台的高度保持一致，从根本上消除了各段的应力，安全可靠，所述升降式脚手架电机智能驱动器可采用AFE能量回馈型智能驱动器或DBU能耗制动型智能驱动器，具有以下优点：

1、启动电流小，柔性启停，对系统无冲击，大大延长了设备机械和电气设备的使用寿命；

2、可自动将脚手架下降过程产生的电能回馈电网，并且回馈电压和电流波形趋于完美正弦波，电压谐波畸变率U_THD<1.5％，电流谐波畸变率I_THD<3％，完全符合国家电网质量标准；

3、自带转矩检测功能，可省掉G1～G6重力传感器，节省成本的同时确保系统更稳定可靠；

4、自带缺相、过流、过载、过压、欠压、过温、短路等各种保护功能，确保系统更加安全可靠；

5、自带电流环、速度环、位置环PI调节器，外配编码器，能实现精确的定位控制功能。

附图说明

图1为升降式脚手架的工作原理图；

图2为本实用新型实施例所述一种升降式脚手架智能驱动系统的控制原理图；

图3为本实用新型实施例所述AFE能量回馈型智能驱动器的控制原理图；

图4为本实用新型实施例所述DBU能耗制动型智能驱动器的控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

请参考图2，本实用新型的一种升降式脚手架智能驱动系统，包括中央控制单元以及通过以太网现场总线分别与中央控制单元连接的若干个升降式脚手架电机智能驱动器，每一升降式脚手架电机智能驱动器对应控制一升降式脚手架电机M1～M7，每一升降式脚手架电机通过所述升降式脚手架电机智能驱动器智能控制升降式脚手架对应物料承载平台的高度，使若干个物料承载平台的高度保持一致。中央控制单元通过以太网现场总线可精准的控制每一升降式脚手架电机智能驱动器的位置，系统传输延时<50μs，位置偏差≤5mm，确保H1≌H2≌H3≌H4≌H5≌H6，从根本上消除了S1～S6各段的应力，使升降式脚手架系统更安全可靠。

所述升降式脚手架智能驱动系统还包括显示操作单元，显示操作单元通过以太网现场总线与中央控制单元连接。在操控上可对每一段进行单独的点动提升或者下降控制，也可以对平台整体进行提升或者下降控制；显示上能显示每一台电机M1～M7的运行电流、输出转矩，每一段物料承载平台S1～S6的提升重力值G1～G6以及每一段物料承载平台S1～S6的当前位置值H1～H6，故障报警信息，以及历史运行曲线和参数。操作灵活，显示丰富。

所述升降式脚手架智能驱动系统还包括无线路由器和电力猫，无线路由器与电力猫信号连接，电力猫通过电力线载波的方式将以太网通讯信号传送到升降式脚手架电机智能驱动器，无线路由器通过智能脚手架APP接入控制网络，可通过安装有智能脚手架APP的手机直接控制脚手架平台的升降，轻松，便捷。

实施例中，所述升降式脚手架电机智能驱动器可采用AFE能量回馈型智能驱动器或DBU能耗制动型智能驱动器。

如图3是AFE能量回馈型智能驱动器的控制原理图，该AFE能量回馈型智能驱动器包括依次连接在电网与升降式脚手架电机之间的第一缓冲单元、LCL滤波单元、PWM整流单元以及第一逆变单元，PWM整流单元与第一逆变单元之间连接有第一电解电容，电网电流通过第一缓冲单元、PWM整流单元给第一电解电容充电：

其中，所述第一缓冲单元的功能是，初始上电的一段时间内限制电解电容的充电电流，防止电流过大，损坏电解电容，其工作机制是上电一段时间内通过预充电电阻给电解电容充电，当充电到一定程度时，使接触器吸合短路掉预充电电阻，正常工作状态，由接触器给系统供电。

LCL滤波单元的主要作用是将PWM整流单元回馈的电能进行滤波处理，使其符合国家电网质量标准。

PWM整流单元采用了绝缘栅双极型晶体管作为主开关器件，能够实现能量的双向流动，当检测到电解电容的电压高于设定值时，自动将电解电容的电能回馈电网，并实时监测电网电压的相位和相序，使回馈电压与电网电压的幅值、频率、相位、相序保持一致；当电解电容的电压处于正常范围时，自动将电网的交流电能整流供给电解电容。

第一逆变单元同样采用了绝缘栅双极型晶体管作为主开关器件，根据系统的控制指令，控制升降式脚手架电机的速度以及脚手架相应工段(S1、S2、S3、S4、S5、S6)的位置，并将物料承载平台下放所产生的电能回馈到第一电解电容上。

PWM整流单元的电流输入端连接有第一ACR电流环调节器，第一电解电容的电压输出端连接有第一ASR速度环调节器，第一ASR速度环调节器与第一ACR电流环调节器相连接。

升降式脚手架电机上设置有第一编码器，第一逆变单元的电流输出端连接有第二ACR电流环调节器，第一编码器连接有第一APR位置环调节器和第二ASR速度环调节器，第一APR位置环调节器、第二ASR速度环调节器与第二ACR电流环调节器相连接。

综上所述，该AFE能量回馈型智能驱动器可直接驱动M1～M7，启动电流小(不超过1.2倍额定电流)，柔性启停，对系统无冲击，大大延长了设备机械和电气设备的使用寿命。

AFE能量回馈型智能驱动器可将脚手架下降过程产生的电能回馈电网，并且回馈电压和电流波形趋于完美正弦波，电压谐波畸变率U_THD<1.5％，电流谐波畸变率I_THD<3％，完全符合国家电网质量标准。

AFE能量回馈型智能驱动器自带转矩检测功能，可省掉G1～G6重力传感器，节省成本的同时确保系统更稳定可靠。

AFE能量回馈型智能驱动器自带缺相、过流、过载、过压、欠压、过温、短路等各种保护功能，确保系统更加安全可靠。

AFE能量回馈型智能驱动器自带电流环、速度环、位置环PI调节器，外配编码器，能实现精确的定位控制功能。

如图4是DBU能耗制动型智能驱动器的控制原理图，该DBU能耗制动型智能驱动器包括依次连接在电网与升降式脚手架电机之间的整流单元、第二缓冲单元、制动单元以及第二逆变单元，制动单元与第二逆变单元之间连接有第二电解电容，电网电流通过整流单元、第二缓冲单元和制动单元给第二电解电容充电：

其中，所述整流单元采用二极管三相全桥整流电路，相对于AFE能量回馈型智能驱动器的方案，成本更低，但不具有能量回馈功能。

第二缓冲单元的功能是，初始上电的一段时间内限制电解电容的充电电流，防止电流过大，损坏电解电容，其工作机制是上电一段时间内通过预充电电阻给电容充电，当充电到一定程度时，使接触器吸合短路掉预充电电阻，正常工作状态，由接触器给系统供电。

制动单元，当检测到直流回路母线电压高于设定值(一般700v)时，接通制动电阻，消耗多余电能，以便使直流回路控制在合适的电压范围之内，防止电解电容及其他器件过压损坏。

第二逆变单元，采用了绝缘栅双极型晶体管作为主开关器件，根据系统的控制指令，控制升降式脚手架电机的速度以及脚手架相应工段(S1、S2、S3、S4、S5、S6)的位置，并将物料承载平台下放所产生的电能回馈到第二电解电容上。

综上所述，该DBU能耗制动型智能驱动器可直接驱动M1～M7，启动电流小(不超过1.2倍额定电流)，柔性启停，对系统无冲击，大大延长了设备机械和电气设备的使用寿命。

DBU能耗制动型智能驱动器自带转矩检测功能，可省掉G1～G6重力传感器，节省成本的同时确保系统更稳定可靠。

DBU能耗制动型智能驱动器自带缺相、过流、过载、过压、欠压、过温、短路等各种保护功能，确保系统更加安全可靠。

DBU能耗制动型智能驱动器自带电流环、速度环、位置环PI调节器，外配编码器，能实现精确的定位控制功能。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。