智能控制施工升降机关键技术研究与应用

吴学松，江楚杰

（1.中国建筑科学研究院有限公司建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000;2.广州市特威工程机械有限公司，广东 广州 510460；3.中国工程机械工业协会施工机械化分会，河北 廊坊 065000）

WU Xue-song,JIANG Chu-jie

施工升降机是高层、超高层建筑施工不可或缺的垂直运输设备。随着建筑施工逐渐向智能建造、信息化施工方向发展，施工升降机也在不断更新升级，智能控制的人货两用施工升降机（以下简称智能施工升降机）的研发与应用，有效克服了普通施工升降机智能化程度低、安全性差等弊病，无需专职司机，提升运行效率和设备安全的同时能有效降低使用成本，符合国家大力推动的智能建造发展方向。

2017 年广州特威工程机械有限公司首次推出国内第一代智能施工升降机，2018 年开始在中建三局成都一超高层建筑施工现场试用。经过几年的反复研制、总结改进和工程应用，智能施工升降机技术和产品不断完善。至今已有多家制造企业开发研制了智能施工升降机，每年都有部分智能施工升降机投入工程使用。智能施工升降机的安全使用迫切需要有可靠的产品质量、完善的使用管理制度作为保障，为此，中国工程机械工业协会施工机械化分会、中建三局集团有限公司、广州特威工程机械有限公司等联合行业相关单位编制《智能控制的人货两用施工升降机技术规程》标准，该标准规定了智能施工升降机的术语和定义、基本规定、设计制造、安装与验收、使用与维护、拆卸，目前已完成征求意见，该标准的制订对于保障智能施工升降机的可靠性和安全使用具有重要意义。

智能施工升降机是在普通施工升降机的基础上进行的自动化和智能化升级，与普通施工升降机的主要不同点在于：具有运行条件检测、层站呼梯系统、安全监控系统、笼内选层、自动运行、自动平层，还需具备主动安全防护措施、监控措施等，确保智能施工升降机的安全使用。本文重点介绍智能施工升降机的几项关键技术研究进展。

1 智能操控系统

智能施工升降机的智能操控系统主要由吊笼运行控制、笼内选层、层站呼梯、自动平层、专业人员身份识别、乘员人数识别等组成，如图1 所示。

图1 智能施工升降机操控系统示意图

1.1 吊笼运行控制

吊笼运行控制包括智能驾驶控制系统和自动门控制系统。智能驾驶控制系统负责采集层站呼梯指令、笼内选层指令控制吊笼自动运行至目的楼层自动平齐楼层面停靠；自动门控制系统控制吊笼门和层门的自动开启和关闭。在实际应用中，施工升降机的智能控制自动化程度高，无需专人操作，节约了大量人力物力，提高了施工效率，更加安全可靠。

1.2 层站呼梯与笼内选层

层站呼梯安装于楼层侧，用于层站乘梯人员发出召唤指令使吊笼自动运行至乘梯楼层停靠。升降机实际使用过程大多为双笼，因此须具有双笼联动控制功能，采用顺向截梯、行程最短的原则，提高施工升降机的使用效率，节省能耗及减少传动件损耗。层站呼梯连接示意图如图2 所示。

图2 层站呼梯连接示意图

笼内选层器安装于吊笼内，用于乘梯人员发出目的楼层号指令使吊笼自动运行至目的楼层停靠。

1.3 自动平层

智能驾驶施工升降机应具有自动停层功能及自动开关门功能。采用旋转编码器产生脉冲个数，通过高速计数器软件编程将位置刻度与脉冲个数对应，利用可编程控制器控制来实现自动平层功能，可提高施工升降机的使用效率。图3 为自动平层硬件及笼内选层连接示意图。

图3 自动平层硬件及笼内选层连接示意图

1.4 自动门控制

传统施工升降机的吊笼门、层门均采用手动打开与关闭，而在智能施工升降机上用传统的开关门方式，现场使用时存在忘记关门或故意不关门的现象，导致施工升降机一直停在某一楼层位置无法运行，造成施工升降机运输力低。自动门控制系统与施工升降机自动平层功能联动，在变频器控制下，电机拖动吊笼门、吊笼门机械联动层门的方式来实现吊笼门、层门的自动开关及升降机运行之间的电气互锁，实现了升降机自动运行到基层或其它目标楼层时，吊笼门自动开关门。同时采用电梯光幕检测，机械防撞检测实现自动门防夹功能，从而确保自动门的可靠性、安全性及智能驾驶施工升降机的高效性。图4 为自动门控制系统连接示意图。

图4 自动门控制系统连接示意图

2 安全保护系统

2.1 升降机升降通道检测

传统施工升降机由专职司机操作升降机的运行及停止，当障碍物从层门伸出影响升降机运行时，升降机司机凭感觉来判断，存在一定的安全隐患。通道检测技术是智能施工升降机吊笼运行时保障吊笼运行通道安全的保护系统，上通道检测装置安装在吊笼顶部，下通道检测装置安装在吊笼底部（图5）；当通道有障碍物干涉时，首先碰撞上下通道检测装置，触发限位使吊笼紧急制动，从而确保升降机在轨道上安全运行。

图5 升降机升降通道检测装置示意图

2.2 自动门防夹装置

该装置配合智能施工升降机中电动吊笼门开关使用，通过限位开关和碰撞接触块触发机构配合，实现有障碍物触碰阻挡时使门缓冲停止且自动开门到位，以确保在无人操作的吊笼门关门过程中人与物品的安全（图6）。同时与吊笼门两侧光幕检测装置相配合，实现了施工升降机自动门的防夹功能。

图6 自动门机械碰撞防夹装置

在机械碰撞检测系统基础上同时配上无接触的光幕防夹装置，实现双重防夹检测，如检测到物体在笼门位置，笼门停止关闭，自动打开，提升安全性能。

2.3 升降机行程范围安全保护系统

该系统采用可编程控制器统计编码器脉冲个数，可将上、下限位（减速）装置的位置刻度记录，通过限位状态与可编程控制器记录的位置刻度相比较，可确保施工升降机在上、下限位（减速）装置失效时仍然有效地控制施工升降机正常减速、停止的行程范围保护，从而使得整个系统的安全运行得到保障。与现有安全系统相比，该系统具有双重保护功能，提高控制装置的可靠性及施工升降机运行安全性。

2.4 编码器检测

智能施工升降机自动平层、行程范围安全保护等功能都应用到编码器计数，如果编码器计数出现过多或过少计数，将会带来功能误判或失效，严重情况涉及安全隐患，因此对编码器异常检测是必不可少的。采用2 个独立安装的旋转编码器，分别与驱动齿轮直接或间接相连，当智能施工升降机上下运行时，2 个旋转编码器计数产生脉冲个数，应用可编程控制器的高速计数器软件编程计数判断2 个编码器的脉冲计数情况。当2 个编码器计数有偏差或不计数时，施工升降机无法运行或自动停止运行。

2.5 专业人员身份识别

采用人脸识别功能或密码等方式验证操作人员是否具有相应权限，用于升降机安拆、使用、维护前确认人员身份方可操作设置进入相应工作模式，在拆装过程未完成时，屏蔽其他人员对设备的操作权限，提升各种工况模式切换的安全措施。

2.6 吊笼内乘员人数识别

传统施工升降机配有超载装置限制施工升降机额定负载，目前常用的施工升降机额定负载为2t，在上下班高峰期时，升降机吊笼内会挤满乘坐人员，负载重量没有达到2t，升降机仍然能正常运行。为限制升降机吊笼内在上下班高峰期时乘坐人员过多，智能施工升降机通过AI 图像识别等技术，实时监控当前吊笼人员具体数量，人数传输至运行控制系统，控制升降机在不超过规定承载人数时方可启动。

3 安全监控系统

智能施工升降机应能通过安全监控系统综合采集控制系统中各项运行参数，并进行监测、报警、记录。

3.1 信息采集

采集施工升降机的载重量、运行高度、运行速度、安全开关状态、防坠安全器、电机电压和电流、智能控制系统自检状态等，并根据上述状态存储工作时间、工作循环等对施工升降机的维保和管理有指导意义的统计数据。

3.2 视频监控

智能施工升降机吊笼内设有视频监控摄像头，可以拍摄吊笼内的货物动态、人员行为及设备运行情况等，设备管理人员可在监控室或通过云服务，监控施工升降机的运行状态，如果发现有异常的人员行为可以通过语音对讲，及时制止，保障运行安全。通过云服务随时随地监控设备运行状态监控，并可利用手机或电脑实现远程数据、视频监控。

3.3 信息存储

系统应能存储30 个连续工作日的监控内容、报警信息，和72h 的监控视频，以方便施工升降机管理人员备查。

4 抗扰技术

4.1 电磁兼容性

施工升降机属于工业设备，且施工现场往往有很多大型设备，运行环境比较恶劣，智能控制系统是施工升降机的控制核心，必须能在施工现场环境中长时间保证自身可靠地运行。为此，全系统采用工业级器件，所有电路设计按照工业标准设计，对于关键回路，增加冗余设计，保证系统可靠稳定运行。

4.2 无线防串扰

由于施工升降机是运行在室外裸露的环境，作为其运行轨道的标准节也是现场搭建的，安装在楼层侧的呼梯系统要与吊笼通讯，采用无线方式具有安装方便、易于扩展等优点。楼层侧的呼梯请求和层门开关状态须要通过其传输，其防断连和串扰的必要性是不言而喻的。故应采用传输距离远、多信道和具备通讯地址筛选的无线通讯方式，保证无线信号的传输可靠、安全。

5 结语

随着建筑施工快速向智能建造、信息化施工方向发展，施工升降机也在不断更新升级，智能施工升降机的生产与应用，有效克服了传统施工升降机智能化程度低、安全监测不足等弱点，能有效降低使用成本，符合国家大力推动的智能建造发展方向。

2018 年以来，智能施工升降机已在全国多个省份的施工现场投入使用，全国不同厂家投入市场超过百台，在成都绿地468 项目、中国第一历史档案馆迁建工程、湖北宜昌中医院、顺德碧桂园总部智慧工地等项目应用效果良好，实现了施工升降机智能化、自动化、安全、经济、高效运行，促进了升降机领域的技术革新，为《智能控制的人货两用施工升降机技术规程》标准的编制奠定了良好基础。希望通过该标准的制订促进智能施工升降机的健康发展。O