一种智能节能型施工升降机控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及升降机智能化控制技术领域，尤其涉及一种智能节能型施工升降机控制系统。


背景技术：

2.随着中国经济的快速发展以及能源紧张问题的日益突出，智能节能型控制系统在各个领域尤其是港口起重、轮胎吊、龙门吊、桥吊等具有位势能负载起重行业的应用越来越广泛，建筑施工项目的不断增多，各种建筑机械施工升降机的投入数量也逐渐增多，建筑机械施工升降机属于位势能负载，但普遍采用串电阻降压启动或变频调速控制、再生能量都被大功率电阻消耗，智能施工升降机包含了电动层门、电动吊笼门、电动底笼门，存在大量用电设备，而且无论施工升降机内人数和荷载情况，始终保持高速运转。目前建筑机械能量回收利用不够广、甚至无法利用，造成电能能源严重浪费，而且压制了工地劳动生产率的提高，使升降机的操作性能较低，这样也会存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提一种智能节能型施工升降机控制系统，本实用新型的控制系统能将升降机下降过程中变频驱动电机所发电能进行存储和回收利用，从而合理利用施工升降机在运行过程中产生的电能，杜绝能源浪费，可以大大提升施工升降机运行的安全性能。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：
4.根据本实用新型的一个方面，提供了一种智能节能型施工升降机控制系统，适用于升降施工节能控制的被控执行单元，包括标准节、沿标准节升降运动的吊笼、环绕设置在标准节底端周围的底笼以及驱动所述吊笼沿标准节升降运动的变频驱动单元和节能控制单元，所述变频驱动单元的输出端与所述节能控制单元的输入端进行电气连接，所述节能控制单元的输出端与所述被控执行单元的输入端连接，所述变频驱动单元的输入端连接在输入电网的交流母线上，所述被控执行单元的输入端设置有节能控制开关和电源适配器，所述被控执行单元的输入端通过节能控制开关和电源适配器连接在输入电网的交流母线上，所述节能控制开关的控制端与所述节能控制单元的节能输出控制端连接。
5.上述方案进一步优选的，所述节能控制单元包括电压检测单元、降压斩波电路、电量检测单元、储能装置和制动电阻单元，所述变频驱动单元的输出端与所述电压检测单元连接，所述电压检测单元的输出端与所述制动电阻单元的两端并联连接，在电压检测单元的输出端与所述制动电阻单元之间串联有第一开关组，该第一开关组的控制端与所述电量检测单元的第一检测控制端连接，所述电压检测单元的输出端通过第二开关组与所述降压斩波电路的输入端连接，该降压斩波电路的输出端与所述储能装置连接，该储能装置的储能输出端通过第三开关组与所述被控执行单元输入端连接，所述电量检测单元的第二检测控制端与所述节能控制开关的控制端连接，所述该储能装置的电量检测端与所述电量检测单元的电量检测输入端连接，所述第三开关组的控制端与所述电量检测单元的第三检测控
制端连接。
6.上述方案进一步优选的，所述电压检测单元包括电压传感器、电压比较器和电压控制开关，所述电压传感器的输出端，所述变频驱动单元的输出端分别与所述电压传感器的输入端和电压控制开关的输入端连接，所述电压比较器的输出端与所述电压控制开关的控制端连接，所述电压控制开关的输出端分别与第一开关组的输入端和第二开关组的输入端连接，所述第一开关组的输出端与制动电阻单元连接，所述第二开关组的输出端与所述降压斩波电路的输入端连接。
7.上述方案进一步优选的，所述变频驱动单元包括变频电机、整流模块和逆变模块，所述整流模块的输入端连接在输入电网的交流母线上，所述整流模块的输出端分别与逆变模块的输入端和所述电压控制开关的输入端连接，所述逆变模块的输出端与变频电机的电源输入端连接。
8.所述电量检测单元包括中央处理器、电量检测电路和电压驱动模块，所述电量检测电路包括电压保护电路、dc
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dc降压转换器和电压计量电路，所述储能装置的电量输出端通过电压保护电路与dc
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dc降压转换器的输入端连接，所述dc
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dc降压转换器的输出端通过电压计量电路与所述中央处理器连接，所述中央处理器的检测控制端通过分别通过电压驱动模块与所述第一开关组65的控制端、第二开关组的控制端和第三开关组的控制端连接。
9.上述方案进一步优选的，所述电量检测单元还包括无线通信模块和lcd 显示器，所述无线通信模块和lcd显示器分别与所述中央处理器连接。
10.上述方案进一步优选的，所述储能装置为储能电池或储能电容。
11.上述方案进一步优选的，所述第一开关组、第二开关组和第三开关组为继电器开关组或接触器开关组。
12.综上所述，本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：
13.本实用新型的升降机通过在变频驱动单元(整流模块和逆变模块之间的母线上)的直流母线上连接有用于消耗母线直流的制动电阻单元和存储直流母线上再生能量的储能装置，从而实现了升降机在被动运行情形下(下降过程中) 变频驱动电动机产生的再生能量进行储能和回收利用，不仅实现了再生能量的在线回收以及合理利用施工升降机在运行过程中产生的电能，杜绝能源浪费，既提高了施工升降机运行过程中的节能效率，又保证了变频驱动单元直流母线上供电电压的稳定性，可以大大提升施工升降机运行的安全性能。
附图说明
14.图1是本实用新型的一种智能节能型施工升降机控制系统安装结构示意图；
15.图2是本实用新型的一种智能节能型施工升降机控制系统的控制原理图；
16.图3是本实用新型的节能控制单元的控制原理图；
17.图4是本实用新型的电量检测电路的检测原理图；
18.附图中，标准节1，被控执行单元2，吊笼3，底笼4，变频驱动单元5，节能控制单元6，电源适配器7，电压检测单元60，降压斩波电路61，电量检测单元62，储能装置63，制动电阻单元64，第一开关组65，第二开关组 66，第三开关组67。
具体实施方式
19.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。
20.结合图1、和图2所示，根据本实用新型的一种智能节能型施工升降机控制系统，该系统适用于升降施工节能控制的被控执行单元2，包括标准节1、被控执行单元2、沿标准节升降运动的吊笼3、环绕设置在标准节1底端周围的底笼4以及驱动所述吊笼3沿标准节1升降运动的变频驱动单元5和节能控制单元6，所述变频驱动单元5的输出端与所述节能控制单元6的输入端进行电气连接，所述节能控制单元6的输出端与所述被控执行单元2的输入端连接，所述变频驱动单元5的输入端连接在输入电网的交流母线上，所述被控执行单元2的输入端设置有节能控制开关和电源适配器7，所述被控执行单元2的输入通过节能控制开关和电源适配器7连接在输入电网的交流母线上，所述节能控制开关的控制端与所述节能控制单元6的节能输出控制端连接；所述被控执行单元2为执行升降机的层门、底笼门、吊笼门、照明灯(照明灯亮与灭的控制开关)、电风扇(照明灯亮与灭的控制开关)等用电设备的执行驱动装置，所述被控执行单元2(执行驱动装置)至少包括用于层门驱动、底笼门驱动、吊笼门驱动的执行变频电机以及照明灯和电风扇关闭或接通；当变频驱动单元5驱动所述吊笼3沿标准节1运动状态时，例如吊笼3处于下降状态，吊笼3的势能逐渐转换成电能，造成母线上的电压升高，此时，节能控制单元6检测到变频驱动单元5母线电压高于某个阀值后(dc:660v或 dc:710v)，节能控制单元6将吸收母线上的电压进行储能，当节能控制单元 6储能电量达到100％时，节能控制单元6输出控制信号使被控执行单元2执行驱动控制命令；当节能控制单元6储能电量达消耗低于20％时，节能控制单元6通过控制节能控制开关接通电源适配器7，使输入电网的交流母线上的电压经过电源适配器输出dc60v的电压用于执行层门驱动、底笼门驱动、吊笼门驱动、照明灯或电风扇等用电设备，此时节能控制单元6将吸收母线上的电压进行储能，从而达到升降机上升或下降过程中节能的状态。
21.在本实用新型中，如图2和图3所示，所述节能控制单元6包括电压检测单元60、降压斩波电路61、电量检测单元62、储能装置63和制动电阻单元64，所述变频驱动单元5的输出端与所述电压检测单元60连接，所述电压检测单元60的输出端与所述制动电阻单元64的两端并联连接，在电压检测单元60的输出端与所述制动电阻单元64之间串联有第一开关组65，该第一开关组65的控制端与所述电量检测单元62的第一检测控制端连接，所述电压检测单元60的输出端通过第二开关组66与所述降压斩波电路61的输入端连接，该降压斩波电路61的输出端与所述储能装置63连接，该储能装置63 的储能输出端通过第三开关组67与所述被控执行单元2输入端连接，所述电量检测单元62的第二检测控制端与所述节能控制开关的控制端连接，所述该储能装置63的电量检测端与所述电量检测单元62的电量检测输入端连接，所述第三开关组67的控制端与所述电量检测单元62的第三检测控制端连接，在本实用新型中，所述电压检测单元60包括电压传感器、电压比较器和电压控制开关，所述电压传感器的输出端，所述电压比较器由比较运算放大器构成的电压比较器，所述变频驱动单元5的输出端分别与所述电压传感器的输入端和电压控制开关的输入端连接，所述电压比较器的输出端与所述电压控制开关的控制端连接，所述电压控制开关的输出端分别与第
一开关组65的输入端和第二开关组66的输入端连接，所述第一开关组65的输出端与制动电阻单元64连接，所述第二开关组66的输出端与所述降压斩波电路61的输入端连接；所述变频驱动单元5包括变频电机3m、整流模块和逆变模块，所述整流模块的输入端连接在输入电网的交流母线(l1/l2/l3)上，所述整流模块的输出端分别与逆变模块的输入端和所述电压控制开关的输入端连接，所述逆变模块的输出端与变频电机的电源输入端连接，所述储能装置63为储能电池或储能电容，所述节能控制开关、第一开关组65、第二开关组66和第三开关组67为继电器开关组或接触器开关组，第一开关组65由控制开关k1和控制开关k2组成，第二开关组66由控制开关k3和控制开关k4组成，第三开关组67由控制开关k5和控制开关k6组成，所述节能控制开关由控制开关k7 和控制开关k8组成，所述被控执行单元2为执行升降机的层门、底笼门、吊笼门、照明灯(照明灯亮与灭的控制开关)、电风扇(照明灯亮与灭的控制开关) 等用电设备的执行驱动装置，所述被控执行单元2(执行驱动装置)至少包括用于驱动层门、底笼门、吊笼门开闭的执行变频电机以及照明灯(照明灯亮与灭的驱动控制开关)和电风扇(电风扇启动与停止的驱动控制开关)，储能装置63 安装于吊笼3的顶部，储能装置63所述存储的电能将用于升降机的层门、底笼门、吊笼门、照明灯、电风扇等用电设备运行提供电能，所述变频驱动单元5安装于吊笼1内，当吊笼3处于下降状态，吊笼3的势能逐渐转换成电能，造成母线上的电压升高，此时，电压检测单元60采集整流模块输出的电压并送入电量检测单元62和降压斩波电路61中，电量检测单元62检测到输出母线上的电压高于某个阀值后(dc:660v或dc:710v)，电量检测单元62输出控制信号使第二开关组66的控制开关k3和控制开关k4闭合，降压斩波电路61(采用buck降压斩波电路)输出低压直流，当压斩波电路单元61输出的电压稳定至dc60v电压对储能装置63进行充电储能，降压斩波电路61不仅起到调压作用，还能起到有效抑制逆变模块侧电流谐波的作用，为防止储能装置63充满而溢出，电量检测单元62检测储能装置63电量，对充、放电阀值进行检测和控制，当电量少于20％时进行充电，电量等于100％时停止充电；当储能装置63储能电量达消耗低于20％时，电量检测单元62控制所述控制开关k1和控制开关k2断开，控制开关k3和控制开关k4闭合，将回馈电能接入，对储能装置63进行充电，当储能装置63的电量达到100％时切断充电电源，控制开关k1和控制开关k2闭合接通制动电阻单元64，将剩余的能量释放到制动电阻单元64将其消耗，电量检测单元62输出控制信号使控制开关k5和控制开关k6闭合，控制开关k7和控制开关k8断开，被控执行单元2被接通并执行驱动控制操作命令，使储能装置63所存储的电能用于执行层门驱动、底笼门驱动、吊笼门驱动、照明灯或电风扇等用电设备；当储能装置63储能电量达消耗低于20％时不能为被控执行单元2提供运行的工作电源，电量检测单元62输出控制信号使控制开关k5和控制开关k6断开，控制开关k7和控制开关k8闭合而接通电源适配器7，使输入电网的交流母线上的电压经过电源适配器输出dc60v，用于被控执行单元2中执行层门驱动、底笼门驱动、吊笼门驱动、照明灯或电风扇等用电设备(例如，层门自动开启与关闭、吊笼门自动开启与关闭、底笼门自动开启与关闭)，从而控制升降机在上升或下降过程中达到节能的作用。
22.如图3和图4所示，所述电量检测单元62包括中央处理器、电量检测电路和电压驱动模块，所述电量检测电路包括电压保护电路、dc
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dc降压转换器和电压计量电路，所述储能装置63的电量输出端通过电压保护电路与 dc
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dc降压转换器的输入端连接，所述dc
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dc降压转换器的输出端通过电压计量电路与所述中央处理器连接，所述电压保护电路包括第
一电感l1、第二电感l2、第一电容c1、第二电容c2、第一电阻r1、第二电阻r2、发光二极管d1和稳压二极管d2，所述储能装置63的正极电量输出端分别与第一电感l1的一端、发光二极管d1的阳极和第一电阻r1的一端连接，所述第二电感l1的另一端通过第一电容c1与第二电感l2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端分别与稳压二极管d2的阴极、第二电容c2的一端和dc
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dc 降压转换器的电压输入端连接，所述发光二极管d1的阴极与第二电阻r2的一端连接，所述第二电阻r2的另一端、第二电感l2的另一端、稳压二极管 d2的阳极和第二电容c2的另一端分别与所述储能装置63的负极电量输出端连接，所述dc
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dc降压转换器采用sx2106转换器芯片，可提供宽4.5v至 21v输入电压范围和两通道连续负载输出电流能力，所述电压计量电路采用 ds2762计量芯片，用于判断储能装置63过压、过放电和过流状态，实时监测储能装置63的电压、电流、充放电状况及剩余电量等参数。所述第一电感 l1、第一电容c1和第二电感l1相互串联后再并联连接在储能装置63的正负极两端，当储能装置63吸收电能进行充电时，第一电感l1、第一电容c1和第二电感l2同时进行储能时，在某一时刻，电流从第一电感l1流向第一电容c1和第二电感l2到达储能装置63的负极吸收电能进行充电，在此过程中，流向储能装置63的负极的电流逐渐增加并被释放至储能装置63中，在下时刻，电流从第二电感l2流向第一电容c1和第一电感l1到达储能装置63的正极吸收电能进行充电，在此过程中，流向储能装置63的正极的电流逐渐增加并被释放至储能装置63中，储能装置63在放电过程中与上述过程原理相同，此时第一电感l1、第一电容c1和第二电感l2将储存的电能释放至系统中，储能装置63在吸收或释放能量(或充放电)过程中，储能装置63两端的能量达逐渐达到平衡和稳定，从而使储能装置63电能转换效率和可靠性也得到了大幅度提高，具有电路结构简单、转换效率高、成本低；发光二极管d1不仅可有效防止储能装置63正负极连接错误的发生，当接反时，发光二极管 d1不发亮，储能装置63在释放电能时发光二极管d1发亮，从而可有效监测可以有效显储能装置63供电的情况，以便判断储能装置63供电是否正常；储能装置63在电能释放(放电)过程中，第一电阻r1吸收线路中的电能，起到分压作用，稳压二极管d2对线路中的电压进行限压和稳压，防止线路中的电压过高而损坏其他元器件，第二电容c2吸收线路中的高频干扰信号，对线路起到滤波作用。
23.在本实用新型中，结合图1、图2、图3和图4，所述中央处理器的检测控制端分别通过电压驱动模块与所述第一开关组65的控制端、第二开关组66 的控制端和第三开关组67的控制端连接；所述电量检测单元62还包括无线通信模块和lcd显示器，所述无线通信模块和lcd显示器分别与所述中央处理器连接，所述中央处理器为arm系列单片机或at89c51系列单片机，所述无线通信模为gprs无线通信模块、zigbee无线通信模块或lora无线通信模块；当吊笼3在标准节1上处于下降状态时，吊笼3的势能逐渐转换成电能，造成母线上的电压升高，变频电机3m的电量通过逆变模块输出至整流模块上，从而引逆变模块与整流模块之间的直流母线np电压升高，直流母线 np输出的电压送入电压检测单元60的电压传感器进行检测，当检测到母线电压高于某个阈值后(dc:660v或dc:710v)，会将制动电阻单元64与母线 pb间的电压控制开关k闭合、控制开关k1和控制开关k2闭合接通，使电能通过制动电阻单元64消耗；当电压稳定至dc60v时，控制开关k1和控制开关k2断开，电能通过电压控制开关k、降压斩波电路61并保持电源波形平滑稳定接入储能装置63中，对吊笼3的势能逐渐转换成电能进行回收利用，以达到升降机运行过程中节能的目的，避免了制动电阻单元64在消耗再生能量时会产生大量热量对整流模块或逆变模块运行的影响。所述储能装置63
的电压输出端分别连接在电压保护电路和dc
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dc降压转换器连接，该电压保护电路防止反向连接错误以及防止过高的电压输出至dc
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dc降压转换器进行降压和整流，当所述储能装置63的实时电量在设定最低电压和最高电压之间变化时，dc
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dc降压转换器输出的电压也随之变化，电压计量电路检测其输出的电压输出至中央处理器分析处理后，中央处理器分别控制所述第一开关组 65(控制开关k1和控制开关k2)闭合接通制动电阻单元64、控制所述第二开关组66(控制开关k3和控制开关k4)闭合或断开进行充电、控制所述第三开关组67(控制开关k5和控制开关k6)通过储能装置63为被控执行单元2提供运行工作电压以及控制所述节能控制开关(控制开关k7和控制开关k8)接通电源适配器7为被控执行单元2提供运行工作电压，所述中央处理器将检测的电量信息发送至操作控制人员，从而方便操作控制人员实施查看储能装置 63的运行状态，也合理利用施工升降机在运行过程中产生的电能进行存储，将升降机下降过程中变频电机3m(或减速电机)所发电能进行存储，存储的电能用于驱动智能升降机吊笼门、底笼门、层门、吊笼照明等、电风扇等用电设备，从而实现了升降机在被动运行情形下驱动电机产生的再生能量进行回收利用，达到升降机运行过程中节能的目的。
24.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。