CN107394682A - 一种高层住宅楼电缆敷设控制系统及方法 - Google Patents

一种高层住宅楼电缆敷设控制系统及方法 Download PDF

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武立志
王士芳
白金元
丁文青
张晓艳
李兴旺
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耿彩霞
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    • H02G1/06—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for laying cables, e.g. laying apparatus on vehicle

Abstract

本发明提供一种高层住宅楼电缆敷设控制系统及方法，包括控制单元、动力单元和辅助单元，控制单元与动力单元电连接，动力单元与辅助单元通过电缆连接，控制单元包括变频器和按钮盒，动力单元包括卷扬机和制动器，变频器与卷扬机电连接，变频器与按钮盒电连接，卷扬机与制动器电连接。本发明的有益效果是将变频控制器与卷扬机连接，使得整个高层住宅楼电缆敷设系统结构简单，便于操作；将变频技术与高层住宅楼电缆敷设方法相结合，利用变频技术所具有的独特变频技术，将变频技术与慢速卷扬牵引电缆敷设方法结合起来，既提高了电缆敷设速度，又保证了电缆敷设质量；自动化水平高，节省了人工成本，提高了工作效率。

Description

一种高层住宅楼电缆敷设控制系统及方法
技术领域
本发明属于高层住宅电缆敷设技术领域，涉及一种高层住宅楼电缆敷设控制系统及方法，尤其是一种高层住宅垂直电缆敷设方法。
背景技术
现代工民建电缆敷设施工，多利用电缆盘支架托住电缆，设置拖辊托住电缆，靠人工拉力拖动电缆进行敷设或用电动卷扬拉抻进行电缆敷设，敷设过程中会遇到电缆拉力不均衡，遇到单根大型长距离电缆敷设时，此方法难度高，容易出现刮蹭、绞拧或其他的电缆伤害问题。
目前，针对高层建住宅除了利用人工、电动卷扬或设置阻尼缓速器等方法，但从己有的方法与装备的自动化水平来看，都存在着自动化程度不高，对电缆有损伤等问题，无法安全快速的进行高层住宅电缆敷设要求。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种高层住宅楼电缆敷设控制系统及方法，尤其适合高层住宅垂直电缆敷设，将变频技术与高层住宅楼电缆敷设方法相结合，利用变频技术所具有的独特变频技术，将变频技术与慢速卷扬牵引电缆敷设方法结合起来，既提高了电缆敷设速度，又保证了电缆敷设质量。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高层住宅楼电缆敷设控制系统，包括控制单元、动力单元和辅助单元，控制单元与动力单元电连接，动力单元与辅助单元通过电缆连接，控制单元包括变频器和按钮盒，变频器与按钮盒电连接，变频器与动力单元电连接。
进一步的，动力单元包括卷扬机和制动器，变频器与卷扬机电连接，卷扬机与制动器电连接。
进一步的，辅助单元包括电缆托辊、转角辊和电缆支架，电缆托辊、转角辊与电缆支架通过电缆连接。
进一步的，变频器速度设为四个级别，分别是100％、60％、30％、-100％。
一种高层住宅楼电缆敷设的方法，电缆敷设方法包括以下步骤：
1)对变频器进行参数设置；
2)设置完毕后，将电缆头部与卷扬机的钢丝绳固定连接；
3)启动控制单元；
4)以30％的速度启动卷扬，待速度到设定转速值之后，提高转速至最高速度，在电缆头到拐角处，将速度降至60％，完成电缆转弯动作；
5)对高层住宅楼电缆进行敷设。
进一步的，步骤1)中对变频器的参数设置包括基本参数设置、外部I/O控制参数的设置、速度参数设置和力矩保护参数设置。
进一步的，参数设置主要包括电机的功率、额定电压、额定转速的设置。
进一步的，外部I/O控制参数的设置是对变频器I/O扩展卡输入/输出通道所具有的功能的组态进行设定。
进一步的，力矩保护参数设置为根据电缆的截面积、长度、以及现场电缆路径上的转弯数量，对变频器的力矩进行设定。
进一步的，速度参数设置是对不同运行状态下卷扬机的速度进行设定。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，将变频控制器与卷扬机连接，使得整个高层住宅楼电缆敷设系统结构简单，便于操作；将变频技术与高层住宅楼电缆敷设方法相结合，利用变频技术所具有的独特变频技术，将变频技术与慢速卷扬牵引电缆敷设方法结合起来，既提高了电缆敷设速度，又保证了电缆敷设质量；自动化水平高，节省了人工成本，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作原理示意图。
图中：
M、慢速卷扬电机 DU、变频器 D1、控制电源开关
K1、主回路断路器 K2、中间继电器 K3、卷扬抱闸控制接触器
AN1、变频器控制按钮盒 D2、卷扬抱闸控制电源开关 BR、卷扬抱闸
1、变压器 2、电缆支架 3、电缆盘
4、卷扬机 5、配电箱 6、电缆夹
7、电缆 8、导轮 9、电缆输送机
10、地下室 11、强电井
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明涉及一种高层住宅楼电缆敷设控制系统，用于高层住宅楼电缆的敷设，该控制系统包括控制单元、动力单元和辅助单元，控制单元用于对动力单元的速度进行控制，动力单元用于将电缆盘3中的电缆7从地面经过强电井11从地下室10运行到高层住宅楼顶层，在电缆7运动时，用于对电缆7的运动提供动力，辅助单元是为电缆7在运动时为电缆7提供辅助的动力，且使得电缆7不会与地面直接接触，以免电缆7产生刮蹭，使得电缆7能够按照预先设计的电缆敷设图所示的路径进行运行，由地下室10经过强电井11向上运动，在运动过程中电缆7不会由于受力不均匀而产生刮蹭、绞拧等现象。控制单元、动力单元与辅助单元的配合使用，能够方便快捷的将电缆7的头部运送至高层住宅楼的顶层，与动力单元连接，进而来进行电缆7的敷设工作。
上述的控制单元与动力单元电连接，用于控制动力单元的速度等，动力单元与辅助单元通过电缆7连接，通过辅助单元为电缆7提供辅助动力，使得动力单元能够方便快捷的将电缆7运送至高层住宅楼的顶层。
上述的控制单元包括变频器DU和按钮盒AN1，变频器DU与按钮盒AN1电连接，按钮盒AN1用于对变频器DU进行参数设置；上述的动力单元包括卷扬机M和制动器，卷扬机M和制动器连接，制动器用于控制卷扬机M运行速度，对卷扬机M进行制动，同时，卷扬机M与变频器DU电连接，使得变频器DU对卷扬机M的速度进行调速，控制卷扬机M的速度大小，且变频器DU能够根据预设的参数设定，能够随时调节卷扬机M的速度，以适应电缆7在敷设时所需速度的大小，特别是电缆7在敷设初始需要将电缆7的头部运送至高层住宅楼的顶部，对卷扬机M速度的控制；上述的辅助单元包括电缆托辊、转角辊和电缆支架2，电缆托辊、转角辊与电缆支架2通过电缆7连接，电缆支架2用于安装电缆盘3用，使得电缆盘3固定安装在电缆支架2上，电缆托辊和转角辊用于电缆7在运送时给予电缆7一定的支撑力，电缆7在由住宅楼底部经强电井11向上运动时，经过电缆托辊和转角辊时，电缆托辊和转角辊的转动使得电缆7平稳的向前运动，使得电缆7由地下室10经过强电井11时的运动过程中受力均匀，不会产生绞拧的现象。
由图1可以知道，电缆7与卷扬机M的钢丝绳通过电缆夹头6固定连接，缠绕有电缆7的电缆盘3固定安装在电缆支架2上，电缆支架2固定安装在地面上，卷扬机M固定安装在高层住宅楼的顶层，卷扬机M和按钮盒AN1分别与配电箱5通过导线连接，且在高层住宅楼的顶层强电井11的开口处固定设有导轮8，卷扬机M的钢丝绳绕过导轮8由强电井11向下运动，且在强电井11中设置一个或多个电缆输送机9，电缆7通过电缆输送机9在卷扬机M的作用下向上运动，卷扬机M的钢丝绳在与电缆7连接的时候首先穿过电缆输送机9进入强电井11，进入地下室10与电缆7的头部与电缆夹头6固定连接，在地下室10与强电井11相通的转角处设置转角辊，在地下室10平缓的地方固定设置电缆托辊，使得电缆7在经过强电井11向上运动时，在电缆托辊和转角辊，使得电缆7不会与地面接触，避免电缆7在运行中被刮蹭。同时，变压器1设置在地下室10内，且变压器1与配电箱5通过导线连接。
这里的卷扬机M选择是单卷慢速卷扬机，也可以是其他型号的卷扬机，根据实际情况进行选择，在本实施例中所选择的卷扬机M为单卷慢速卷扬机。
将电缆盘3通过转轴设置在电缆支架2上，电缆支架2固定安装在地面上，卷扬机M固定安装在高层住宅楼的顶层，卷扬机M固定后，将卷扬机M上的钢丝线由强电井11垂下，进入地下室10，而电缆7的头部经过在地面上预留的安装孔进入地下室10，将电缆7的头部与卷扬机M的钢丝绳通过电缆夹头6固定连接，且在地下室10和强电井11的拐角处设置转角辊，在地下室10平缓的地方设置电缆托辊，在强电井11竖直的井道里根据实际需求设置一个或多个电缆输送机9，使得电缆7在经过卷扬机M的携带经过强电井11向上运动时，通过电缆输送机9的作用，将电缆7更平稳的运送至高层住宅楼的顶层，这里电缆输送机9为电缆7向上的运动提供一定的动力，使得电缆7在强电井11中运动时，不会因为受重力的作用而影响其运动的速度。
上述变频器DU控制卷扬机M的速度，在这里，变频器DU速度设为四个级别，分别是100％、60％、30％、-100％，代表的是全速前进、两个慢速前进档位及后退，电缆7的头部与卷扬机M钢丝绳连接的部位在地下室10的转角和高层住宅楼的转角处时需要较慢的速度，在强电井11内可以使用较快的速度，所以通过对变频器DU的参数进行设置，达到在不同的地方，电缆7的运行速度不同，方便快捷的将电缆7运送至高层住宅楼的顶层，使得工作效率增加，且电缆7的运输更加的自动化，降低了人工成本。
该控制系统的工作原理如图2所示，由图2可以知道，卷扬机M与变频机DU通过导线电连接，变频器DU控制卷扬机M的转速，变频器DU与按钮盒AN1通过导线电连接，对变频器DU进行参数设置，在卷扬机M与变频器DU构成的主回路上设置有主回路断路器K1，在发生意外事情时候进行快速断电；同时，卷扬机M的卷扬抱闸BR通过卷扬抱闸控制接触器K3和卷扬抱闸控制电源开关D2依次通过导线与主电源电连接，用于控制卷扬机M，在卷扬机M发生故障时进行紧急制动，此外，卷扬抱闸控制接触器K3与中间继电器K2和控制电源开关D1通过导线依次电连接，控制卷扬机M的启动和停止。
在这里，变频器DU选用西门子6SE70系列书本型变频控制器，型号6SE7021-0EA61，额定功率4KW，额定工作电流10.2A，基本负载电流9.3A，短时电流13.9A。
卷扬机M选择单卷慢速卷扬机，单卷慢速卷扬选用JYM-1.5T单卷慢速卷扬。该单卷慢速卷扬机的参数值具体如下：
电缆7的规格有多种选择，在进行高层住宅楼电缆敷设时，根据电缆7的截面积、长度、以及现场电缆路径上的转弯数量，对变频器DU的力矩保护动作值做出相对应的设定，保证电缆7所受到的外力不会超过其允许值，进而保证电缆7不会受到损伤。
在启动卷扬机M进行电缆敷设的时候，首先对变频器DU进行参数设置，参数设置完毕后，首先以30％的速度启动卷扬机M，待速度倒设定转速值之后，提高转速至最高速度，在电缆7头到拐角处时将速度降至60％，以便能够顺利完成电缆7转弯动作。
为了控制卷扬机M的速度，变频器DU的参数设置至关重要。变频器DU参数设置主要是包括基本参数设置，外部I/O控制参数的设置，速度参数设置，力矩保护参数设置。
基本参数设置是对变频器DU所要控制的电机参数的设置，电机与卷扬机M通过电机轴连接，则参数设置主要包括电机功率、额定电压、额定转速等参数的设置，具体地包括下表中的参数。
参数代码 设定值 参数注释
P071 380 输入装置进线电压单位V
P071 2 输入电机类型2-异步电动机
P100 3 控制类型1-v/f开环控制
P101 380 输入电机额定电压单位V
P102 8.3 输入电机额定电流单位A
P107 50 输入电机额定频率单位Hz
P108 1440 输入电机额定转速1/Min
P368 1 设定命令源端子排上的数字量输入
按照上表对变频器DU的主要参数进行设定。
外部I/O控制参数的设置是对变频器I/O扩展卡输入/输出通道所具有的功能的组态进行设定，通过对I/O扩展卡输入/输出通道功能组态的设定，就可以通过按钮盒AN1对变频器DU输出的速度、方向及运行状态的控制，具体的参数设定详见下表：
按照上表参数对外部I/O控制参数进行设定。
速度参数设置是对不同运行状态下，卷扬机M的不同速度控制，以达到完美的控制效果，具体参数详见下表：
按照上表参数对速度参数进行设定。
力矩保护参数设置：根据电缆7的截面积、长度、以及现场电缆路径上的转弯数量，对变频器DU的力矩保护动作值应做出相应的调整，若保护值偏小，变频器DU保护会频繁动作，影响电缆敷设的速度，若保护值偏大，达不到保护目的会发生钢丝绳断裂，甚至会发生损坏电缆7的情况。
而对于交联电缆而言，多数是以放线机牵引牵引头来敷设电缆7。牵引头是安装于电缆端部的一个密封套头，是牵引电缆时将牵引力过渡到电缆导体的连接件。这种敷设方式下，牵引力作用在线芯上，铜线芯的抗张强度约为240N/mm2，允许的最大牵引强度为70N/mm2，因此作用在铜线芯上的牵引力不能超过按照电缆7截面积的70N/mm2的所得到的牵引力。
因此电缆7的最大允许牵引力为：F＝70KS
式中F最大牵引力，K安全系数，S电缆截面积。
根据此公式可以计算电缆7的最大允许牵引力，只要知道电缆7的截面积就可以知道应用此种电缆7所需的最大牵引力，进而可以知道变频器DU的力矩保护参数怎样进行设定。
另外对于转弯比较多的路径还要考虑其侧压力，当牵引力作用在电缆7上时在弯曲部分的内侧，电缆7受到牵引力的分力和反作用力的作用而受到压力，这就是侧压力，如侧压力过大将会压扁电缆。侧压力为牵引力和弯曲半径之比。一般而言，交联电缆在施工中最大侧压力为3kN/m左右。因此在牵引时，在弯曲部分要避免出现过大的侧压力以免压坏外护层而影响绝缘性能。
侧压力计算公式：P＝T/R
式中T——牵引力(kg)；R——电缆的弯曲半径(m)；P——侧压力(kg/m)。
由上述公式可以计算侧压力，只要知道牵引力和电缆7的弯曲半径，就可以计算出电缆7所受到的侧压力，进而进行变频器DU力矩保护参数设置。
根据下表的参数代码进行力矩保护设定值的设定。
参数代码 设定值 参数注释
P-486 F 力矩保护设定值
经过上述步骤进行变频器DU参数设定后，该控制系统在运行时，按照原理图接线，检查无误后上电，对变频器DU进行参数设置，参数设置完毕后试运转，对整个系统进行运行和调试。
采用上述高层住宅电缆敷设控制系统进行高层住宅电缆敷设的方法，该电缆敷设方法具体包括以下步骤：
1)按照工作需求和所用的电缆7的相关参数，包括电缆7的直径等，对变频器DU进行参数设置，包括基本参数设置、外部I/O控制参数的设置、速度参数设置和力矩保护参数设置；
2)变频器DU相关参数设置完毕后，将卷扬机M的钢丝绳通过强电井11进入地下室10，与电缆7的头部通过电缆夹头6进行固定连接；
3)启动变频器DU，同时启动卷扬机M和电缆输送机9；
4)首先以30％的速度启动卷扬机M，待速度到设定转速值之后，提高转速至最高速度，在电缆头到拐角处，将速度降至60％，完成电缆7转弯动作；
5)电缆7到达高层住宅楼的顶端后，对高层住宅楼强电井11内进行电缆敷设。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，将变频控制器与卷扬机连接，使得整个高层住宅楼电缆敷设系统结构简单，便于操作；将变频技术与高层住宅楼电缆敷设方法相结合，利用变频技术所具有的独特变频技术，将变频技术与慢速卷扬牵引电缆敷设方法结合起来，既提高了电缆敷设速度，又保证了电缆敷设质量；自动化水平高，节省了人工成本，提高了工作效率。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种高层住宅楼电缆敷设控制系统，其特征在于：包括控制单元、动力单元和辅助单元，所述控制单元与所述动力单元电连接，所述动力单元与所述辅助单元通过电缆连接，所述控制单元包括变频器和按钮盒，所述变频器与所述按钮盒电连接，所述变频器与所述动力单元电连接。
2.根据权利要求1所述的高层住宅楼电缆敷设控制系统，其特征在于：所述动力单元包括卷扬机和制动器，所述变频器与所述卷扬机电连接，所述卷扬机与所述制动器电连接。
3.根据权利要求1或2所述的高层住宅楼电缆敷设控制系统，其特征在于：所述辅助单元包括电缆托辊、转角辊和电缆支架，所述电缆托辊、所述转角辊与所述电缆支架通过电缆连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高层住宅楼电缆敷设控制系统，其特征在于：所述变频器速度设为四个级别，分别是100％、60％、30％、-100％。
5.一种高层住宅楼电缆敷设的方法，其特征在于：所述电缆敷设方法包括以下步骤：
1)对所述变频器进行参数设置；
2)设置完毕后，将所述电缆头部与所述卷扬机的钢丝绳固定连接；
3)启动所述控制单元；
4)以30％的速度启动卷扬，待速度到设定转速值之后，提高转速至最高速度，在电缆头到拐角处，将速度降至60％，完成电缆转弯动作；
5)对所述高层住宅楼电缆进行敷设。
6.根据权利要求5所述的高层住宅楼电缆敷设的方法，其特征在于：所述的步骤1)中对所述变频器的参数设置包括基本参数设置、外部I/O控制参数的设置、速度参数设置和力矩保护参数设置。
7.根据权利要求6所述的高层住宅楼电缆敷设的方法，其特征在于：所述参数设置主要包括电机的功率、额定电压、额定转速的设置。
8.根据权利要求6或7所述的高层住宅楼电缆敷设的方法，其特征在于：所述外部I/O控制参数的设置是对所述变频器I/O扩展卡输入/输出通道所具有的功能的组态进行设定。
9.根据权利要求6-8任一项所述的高层住宅楼电缆敷设的方法，其特征在于：所述力矩保护参数设置为根据电缆的截面积、长度、以及现场电缆路径上的转弯数量，对所述变频器的力矩进行设定。
10.根据权利要求6-9任一项所述的高层住宅楼电缆敷设的方法，其特征在于：所述速度参数设置是对不同运行状态下所述卷扬机的速度进行设定。
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