CN101875477B - 具有制动器失效保护装置的起重机及制动器失效保护方法 - Google Patents

Abstract

具有制动器失效保护装置的起重机及制动器失效保护方法，属于机电一体化领域，本发明是为了解决目前防止起重机溜钩的机械装置结构过于复杂，而且可靠性不高的问题。本发明具有制动器失效保护装置的起重机包括主控制器、变频器、起升机构感应电动机、光电编码器、制动器、机械传动式减速装置、卷筒、吊钩、信号转换器和高速接口模块，通过光电编码器检测在制动器制动起升机构时，起升机构有无移动，如果光电编码器有输出信号，说明制动器失效，主控制器模块控制变频器工作，驱动起升机构感应电动机产生电磁力矩实现电磁制动，慢速将重物放到合适位置，同时发出制动器故障报警信号。本发明用于起重机制动器的失效保护。

Description

具有制动器失效保护装置的起重机及制动器失效保护方法

技术领域

本发明涉及具有制动器失效保护装置的起重机及制动器失效保护方法，属于机电一体化领域。

背景技术

在起重机实际运行过程中，需要重物在空中悬停时，启动制动器，如果制动器失效就会发生溜钩现象，造成所吊重物拖动起升吊钩下滑，严重影响系统的可靠运行，同时也威胁到现场人员的安全。

目前的起重机的制动器大多采用机械式结构，并作为最终的防止溜钩的保护手段，没有考虑因制动器失效造成的溜钩问题。有些技术方案采用在起重机传动轴上设置机械式保护器来防止溜钩，但需要增加复杂的机械装置，而且这种制动器一般采用摩擦制动，当所吊重物较重时，仍会出现溜钩现象，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是解决目前防止起重机溜钩的机械装置结构过于复杂，而且可靠性不高的问题，提供了具有制动器失效保护装置的起重机及制动器失效保护方法。

本发明包括主控制器模块、变频器、起升机构感应电动机、光电编码器、制动器、机械传动式减速装置、卷筒和吊钩，主控制器模块的输入输出端与变频器的输入输出端相连，变频器的输出端与起升机构感应电动机的输入端相连，起升机构感应电动机的轴的一端安装光电编码器，起升机构感应电动机的轴的另一端与机械传动式减速装置的输入轴相连，起升机构感应电动机和机械传动式减速装置之间的起升机构感应电动机的轴上安装制动器，机械传动式减速装置的输出轴与卷筒的轴相连，卷筒通过缠绕的钢丝绳带动吊钩上下运动，

它还包括信号转换器和高速接口模块，光电编码器的信号输出端与信号转换器的信号输入端相连，信号转换器的检测用信号输出端与高速接口模块的输入端相连，高速接口模块的输出端与主控制器模块的输入端相连，信号转换器的控制用信号输出端与变频器的输入端相连。

基于上述装置实现的制动器失效保护方法包括以下步骤：

步骤一、在制动器制动的情况下，主控制器模块检测光电编码器是否通过信号转换器和高速接口模块输出脉冲信号，

判断结果为是，执行步骤二，判断结果为否，制动器没有失效，结束制动器失效保护方法的执行，

步骤二、判断制动器的断路器KM是否动作，

判断结果为是，执行步骤四，判断结果为否，执行步骤三，

步骤三、制动器的断路器KM故障报警，然后执行步骤五，

步骤四、制动器故障报警，

步骤五、主控制器模块驱动变频器启动起升机构感应电动机运行，起升机构感应电动机按预先设定的较低速度将吊钩所吊重物放在安全指定位置，完成制动器的失效保护。

本发明的优点：采用高性能中央处理器的主控制器模块、高精度高可靠性的光电编码器、先进的控制算法，所实现的系统是具有多种控制模态的光机电一体化产品，实现了对起重机起升机构全部运行过程的精确控制，实时监测和安全快速保护，有效解决了传统起重机在制动器故障情况下出现溜钩等问题，具体体现在以下几方面：

1、采用高性能处理器以及变频驱动控制方式，保证系统的高性能运行；

2、在制动器失效时采用电机的电磁力矩以较低转速将所吊重物安全放置在指定地点，避免重物突然落地带来的危险以及经济损失；

3、在无需额外安装保护用机械制动装置的前提下实现了起重机的保护控制，不增加系统体积和成本。

总之，本发明显著提高了起重机系统的安全系数，具有较大的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明总的装置结构示意图，图2是本发明装置的电气原理图，图3是本发明方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式包括主控制器模块1、变频器2、起升机构感应电动机3、光电编码器4、制动器5、机械传动式减速装置6、卷筒7和吊钩8，主控制器模块1的输入输出端与变频器2的输入输出端相连，变频器2的输出端与起升机构感应电动机3的输入端相连，起升机构感应电动机3的轴的一端安装光电编码器4，起升机构感应电动机3的轴的另一端与机械传动式减速装置6的输入轴相连，起升机构感应电动机3和机械传动式减速装置6之间的起升机构感应电动机3的轴上安装制动器5，机械传动式减速装置6的输出轴与卷筒7的轴相连，卷筒7通过缠绕的钢丝绳带动吊钩8上下运动，

它还包括信号转换器9和高速接口模块10，光电编码器4的信号输出端与信号转换器9的信号输入端相连，信号转换器9的检测用信号输出端与高速接口模块10的输入端相连，高速接口模块10的输出端与主控制器模块1的输入端相连，信号转换器9的控制用信号输出端与变频器2的输入端相连。

参见图1和图2所示，起重机在正常运行时，闭合总开关S1，主控制器模块1接收起重机联动台12或遥控器11主令头的非零档位指令信号，主控制器模块1控制变频器2通电，驱动起升机构感应电动机3产生电磁力矩，并通过机械传动式减速装置6、卷筒7和吊钩8带动重物13运行。在运行过程中，具体的是向上、向下，以什么样的档位运行则依据起重机联动台12或遥控器11的主令头所发出的控制指令。同时，实时显示当前起重机的运行状态。

当起重机联动台12或遥控器11的主令头在零档位时，首先主控器模块1控制变频器2断电，使其输出频率趋近零，使得起升机构感应电动机3停电，同时主控制器模块1发送命令，让制动器5的断路器KM断电，制动器5抱闸，在制动器5的制动力矩作用下，起重机停止移动重物13。

在起重机由运行转入到停止时，要检查是否存在溜钩现象，因为一旦发生溜钩现象会威胁到现场人员的安全。参见图3，本发明检测制动器5是否失效及其失效保护方法包括以下步骤：

步骤一、在制动器5制动的情况下，主控制器模块1检测光电编码器4是否通过信号转换器9和高速接口模块10输出脉冲信号，

判断结果为是，执行步骤二，判断结果为否，制动器5没有失效，结束制动器失效保护方法的执行，

步骤二、判断制动器5的断路器KM是否动作，

判断结果为是，执行步骤四，判断结果为否，执行步骤三，

步骤三、制动器5的断路器KM故障报警，然后执行步骤五，

步骤四、制动器5故障报警，

步骤五、主控制器模块1驱动变频器2启动起升机构感应电动机3运行，起升机构感应电动机3按预先设定的较低速度将吊钩8所吊重物放在安全指定位置，完成制动器5的失效保护。

在起升机构由运行转入到停止时，主控制器模块1首先检查起重机联动台12或遥控器11主令头是否发出零档位指令，即是否发出让起升机构感应电动机3停转、同时让制动器5制动的指令，主控制器模块1一旦检测到零档位控制指令，则通过高速接口模块2检测光电编码器3是否有输出脉冲，如果有脉冲输出，则判断出制动器环节出现问题。这时可能存在的问题有两种：一是制动器5的断路器KM没有动作，另一个是制动器5本身失效了，为了能判断出是哪种情况，我们首先检查制动器断路器KM是否返回正常断开信号，如果没有，则系统进行制动器断路器故障报警。如果断路器KM正常断开，返回信号正常，则说明制动器5失效，则系统进行制动器5故障报警，同时启动变频器2，投入到低速下降运行，将吊钩8所吊重物13放在安全指定位置，完成制动器5的失效保护。主控制器模块1同时检测是否有起重机联动台12或遥控器11主令头非零档位信号，一旦有非零档位命令，则起重机系统重新转入主令头控制方式。

下面详细介绍各部件：

主控制器模块1：

主控制器模块1采用PLC控制器、工业控制计算机或单片机控制器。主控制器模块具有程序存储器和数据存储器单元，CPU运算单元等，实现以下功能：

(1)接受起重机联动台12或遥控器11主令头发出的档位控制指令；

(2)接受各种开关量信号；

(3)向变频器2发出控制指令；

(4)通过信号转换器9和高速接口模块10接收光电编码器4输出的速度信号进行溜钩判断。

变频器2：

变频器2是起重机系统实现平滑调速的关键设备。变频器2采用转速闭环的矢量控制或者直接转矩控制算法。同时直流回路有外接制动电阻，实现能耗制动。变频器采用全控型电力电子器件IGBT、GTR、GTO或Power-Mosfet等，控制特性良好，变频器2与主控制器模块1之间的通讯是RS232或RS485，也可以采用二进制编码的开关量控制方式。

光电编码器4：

光电编码器4安装在起升机构感应电动机3的轴端，为了提高速度的检测精度，本实施例采用每转2048线的光电编码器。

信号转换器9：

信号转换器9将光电编码器4的输出信号转换为两组隔离的脉冲信号，进而将起升机构感应电动机3的速度信号分别传送给高速接口模块9和变频器2。通过图1可以看出，光电编码器4采集的速度信号经过信号转换器9后提供给变频器2用于起升机构感应电动机3的闭环控制，同时提供给主控制器模块1用于制动器5的失效判断以执行保护控制，也就是说通过增加信号转换器9同时实现了两种功能，而且相互之间互不影响。在信号传送过程中均采用差动信号传输的形式，同时采用双绞屏蔽线。

高速接口模块10：

采用高速接口模块10的目的是解决速度信号的接收问题。由于光电编码器4的输出脉冲频率较高，信号转换器9的输出脉冲频率也相应较高，另外，本实施例中光电编码器4输出的脉冲信号以及信号转换器9的输出脉冲信号均采用RS485的差分形式，因此，需要将其转换为TTL电平，以便主控制器模块1接收，使其能够很好的接收到速度信号。

Claims (4)

1.具有制动器失效保护装置的起重机，它包括主控制器模块(1)、变频器(2)、起升机构感应电动机(3)、光电编码器(4)、制动器(5)、机械传动式减速装置(6)、卷筒(7)和吊钩(8)，主控制器模块(1)的输入输出端与变频器(2)的输入输出端相连，变频器(2)的输出端与起升机构感应电动机(3)的输入端相连，起升机构感应电动机(3)的轴的一端安装光电编码器(4)，起升机构感应电动机(3)的轴的另一端与机械传动式减速装置(6)的输入轴相连，起升机构感应电动机(3)和机械传动式减速装置(6)之间的起升机构感应电动机(3)的轴上安装制动器(5)，机械传动式减速装置(6)的输出轴与卷筒(7)的轴相连，卷筒(7)通过缠绕的钢丝绳带动吊钩(8)上下运动，

其特征在于，所述起重机还包括信号转换器(9)和高速接口模块(10)，光电编码器(4)的信号输出端与信号转换器(9)的信号输入端相连，信号转换器(9)的检测用信号输出端与高速接口模块(10)的输入端相连，高速接口模块(10)的输出端与主控制器模块(1)的输入端相连，信号转换器(9)的控制用信号输出端与变频器(2)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的具有制动器失效保护装置的起重机，其特征在于，主控制器模块(1)采用PLC控制器、工业控制计算机或单片机控制器。

3.根据权利要求1所述的具有制动器失效保护装置的起重机，其特征在于，变频器(2)采用全控型电力电子器件IGBT、GTR、GTO或Power-Mosfet。

4.基于权利要求1所述的具有制动器失效保护装置的起重机实现的制动器失效保护方法，其特征在于，制动器失效保护方法包括以下步骤：

步骤一、在制动器(5)制动的情况下，主控制器模块(1)检测光电编码器(4)是否通过信号转换器(9)和高速接口模块(10)输出脉冲信号，

判断结果为是，执行步骤二，判断结果为否，制动器(5)没有失效，结束制动器失效保护方法的执行，

步骤二、判断制动器(5)的断路器KM是否动作，

判断结果为是，执行步骤四，判断结果为否，执行步骤三，

步骤三、制动器(5)的断路器KM故障报警，然后执行步骤五，

步骤四、制动器(5)故障报警，

步骤五、主控制器模块(1)驱动变频器(2)启动起升机构感应电动机(3)运行，起升机构感应电动机(3)按预先设定的较低速度将吊钩(8)所吊重物放在安全指定位置，完成制动器(5)的失效保护。

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