CN103288000B - 料斗提升机的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种料斗提升机的控制系统及控制方法。该料斗提升机包括导柱、升降装置、提升装置和吊带，升降装置套设在导柱上，可沿导柱移动，提升装置包括电机及与电机连接的转轮，吊带一端连接升降装置，另一端连接在转轮上，电机用于驱动转轮转动以卷绕或松开吊带。该料斗提升机的控制系统包括控制模块和变频模块，控制模块用于生成电机频率随时间变化关系的控制信号，电机频率随时间变化关系被构造为使吊带匀速运动，变频模块用于根据控制信号控制电机的频率。本发明提供的料斗提升机的控制系统及控制方法，通过使电机频率按特定的变化关系随时间变化，使得吊带可以匀速运动。

Description

料斗提升机的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及制药设备领域，具体涉及料斗提升机的控制系统及控制方法。

背景技术

在制药领域，通常需要将药品提升到一定高度，为此人们研发了料斗式提升机，用来提升药品。但是，现有的料斗式提升机主要采用液压式提升，其在使用过程中需要使用液压油、润滑油等，很容易造成生产环境的污染，在药品生产的高洁净环境中大大受到限制。另外一方面，液压式提升的提升机的造价比较高。为此，申请人研制了一种通过吊带提升的料斗式提升机，但是吊带在卷绕的过程中，吊带的线速度在不断变化，使得料斗式提升机不能平稳、匀速地上升或下降。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种可以使料斗式提升机匀速上升或下降的料斗提升机的控制系统及控制方法。

为了实现本发明的目的，本发明实施例一方面提供一种料斗提升机的控制系统，所述料斗提升机包括导柱、升降装置、提升装置和吊带，所述升降装置套设在所述导柱上，可沿所述导柱移动，所述提升装置包括电机及与所述电机连接的转轮，所述吊带一端连接所述升降装置，另一端连接在所述转轮上，所述电机用于驱动所述转轮转动以卷绕或松开所述吊带，所述料斗提升机的控制系统包括控制模块和变频模块，所述控制模块用于生成电机频率随时间变化关系的控制信号，所述电机频率随时间变化关系被构造为使所述吊带匀速运动，所述变频模块用于根据所述控制信号控制所述电机的频率。

优选地，所述吊带卷绕的线速度与电机的频率之间的关系为：

$f=\frac{p}{2\mathrm{\π}(1-s)}*\frac{v}{\sqrt{\frac{\mathrm{\δv}}{\mathrm{\π}}t+r^2}}$

其中v为吊带的线速度，r为卷筒半径与初始绕带厚度之和，δ为吊带厚度，f为电机的频率；s为电机的转差率；p为电机的磁极对数；根据v对时间t的导数为零的条件得到电机频率f随时间的变化关系。

优选地，所述料斗提升机的控制系统还包括限位传感器，所述限位传感器用于检测所述升降装置是否达到预定位置，如果是，则向所述控制模块发送对应的信号，所述控制模块用于根据所述信号控制所述电机停止转动。

优选地，所述料斗提升机的控制系统还包括称重传感器，所述称重传感器用于检测所述吊带的承重，所述控制模块用于判断所述承重是否超过预定值，如果是，则发出报警信号。

优选地，所述料斗提升机的控制系统还包括速度传感器，所述速度传感器用于检测所述升降装置的移动速度，并反馈给所述控制模块，所述控制模块用于在预定时间范围内所述移动速度的变化范围超出预定范围时调整所述电机频率随时间的变化关系。

本发明实施例另一方面提供一种料斗提升机的控制方法，所述料斗提升机包括导柱、升降装置、提升装置和吊带，所述升降装置套设在所述导柱上，可沿所述导柱移动，所述提升装置包括电机及与所述电机连接的转轮，所述吊带一端连接所述升降装置，另一端连接在所述转轮上，所述电机用于驱动所述转轮转动以卷绕或松开所述吊带，所述料斗提升机的控制方法包括如下步骤：

生成电机频率随时间变化关系的控制信号，所述电机频率随时间变化关系被构造为使所述吊带匀速运动；

根据所述控制信号控制所述电机的频率。

优选地，所述吊带卷绕的线速度与电机的频率之间的关系为：

$f=\frac{p}{2\mathrm{\π}(1-s)}*\frac{v}{\sqrt{\frac{\mathrm{\δv}}{\mathrm{\π}}t+r^2}}$

其中v为吊带的线速度，r为卷筒半径与初始绕带厚度之和，δ为吊带厚度，f为电机的频率；s为电机的转差率；p为电机的磁极对数；根据v对时间t的导数为零的条件得到电机频率f随时间的变化关系。

优选地，所述料斗提升机的控制方法还包括如下步骤：检测所述升降装置是否达到预定位置，如果是，则控制所述电机停止转动。

优选地，所述料斗提升机的控制方法还包括如下步骤：检测所述吊带的承重，如果所述承重超过预定值，则发出报警信号。

优选地，所述料斗提升机的控制方法还包括如下步骤：检测所述升降装置的移动速度，如果在预定时间范围内所述移动速度的变化范围超出预定范围，则调整电机频率随时间的变化关系。

本发明实施例提供的料斗提升机的控制系统及控制方法，通过使电机频率按特定的变化关系随时间变化，使得吊带可以匀速运动，从而保证料斗提升机平稳运行。

附图说明

图1是本发明实施例提供的料斗提升机的结构示意图。

图2是图1的料斗提升机的剖视图。

图3是本发明实施例提供的料斗提升机的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1和图2，本发明实施例提供一种料斗提升机，其包括导柱12、升降装置13、提升装置14和吊带15。

导柱12用于固定在工作场地中，作为该料头提升机的支撑部件。在本实施例中，导柱12的底端设置有底座11，底座11可以通过膨胀螺栓固定在工厂的地面上。在其他实施例中，该底座11也可以省略，而将导柱12直接固定在地面上。

升降装置13套设在导柱12上，可沿导柱12移动。具体地，升降装置13的一端开设有通孔，导柱12穿过该通孔。请参考图2和图3，在一优选实施例中，升降装置13内设置有多个夹持导柱12的可转动的导轮，当升降装置13被提升时，导轮相对于导柱12滚动。具体地，导柱12的横截面呈方形，四个导轮131分别夹持于导柱12的两相对侧面上。当然，本领域技术人员可以理解，在其他实施例中，升降装置13与导柱12也可以为滑动配合。

料斗承载装置16安装在升降装置13上，其可以随着升降装置13的升降而升降，从而使承载在该料斗承载装置16的用于盛装药品的料斗（图未示）也相应地升降。

吊带15的一端连接升降装置13，另一端连接在提升装置14上。提升装置14包括转轮及驱动转轮142转动的电机，吊带15的另一端与转轮142连接，并缠绕在转轮142上。电机用于驱动转轮142转动，以卷绕或松开吊带15，从而带动升降装置13上升或下降。需要说明的是，此处所指吊带15可以是钢丝绳、吊索或柔性材料制成的带状物。具体地，转轮142安装在电机的转轴上，该电机和转轮142均收容在提升装置14的外壳内，吊带15穿过提升装置14的外壳，连接在转轮142上，并在转轮142上缠绕。当然，也可以在电机上连接一减速机，减速机与转轮142连接，此时电机与转轮142为间接连接。

请参考图3，本发明实施例提供的上述料斗提升机的控制系统，其包括控制模块21和变频模块22，控制模块21用于生成电机频率随时间变化关系的控制信号，电机频率随时间变化关系被构造为使吊带15匀线速度运动（后简称匀速运动），变频模块22用于根据控制信号控制电机的频率。具体地，控制模块21可以为LOGO！控制器，变频模块22可以为变频器。控制模块21根据吊带15、电机、转轮142等部件的特点和参数，来生成可以使吊带15匀速运动的电机频率曲线，即电机频率随时间的变化关系。电机的转速与电机频率呈正比例关系，因此控制电机频率即可控制电机转速。变频模块22根据控制模块21的控制信号来改变电机工作电源的频率（即电机频率），从而改变电机的转速。由于升降装置13是在吊带15的牵引下移动，因此当吊带15匀速运动时，升降装置13也相应地匀速运动。

需要说明的是，吊带15卷绕（即升降装置13上升）的过程中，吊带15的卷绕半径逐渐增大，吊带15松开（即升降装置13下降）时，电机的转向反向，而吊带15的卷绕半径则逐渐减小，因此，为了使升降装置13能够匀速上升和下降，电机正转和反转时的频率变化趋势也应相反。

在一优选实施例中，电机为三相异步电机，吊带15呈带状。在该实施例中，吊带15卷绕的线速度与电机的频率之间的关系为：

$f=\frac{p}{2\mathrm{\π}(1-s)}*\frac{v}{\sqrt{\frac{\mathrm{\δv}}{\mathrm{\π}}t+r^2}}$

其中v为吊带的线速度，r为卷筒半径与初始绕带厚度之和，δ为吊带厚度，f为电机的频率；s为电机的转差率；p为电机的磁极对数。要使吊带15匀速上升，则v对时间t的导数为零，根据此条件即可得到电机频率f随时间的变化关系。在其他实施例中，如果电机的种类、吊带15的形状及转轮142的形状不同，则吊带15卷绕的线速度与电机的频率之间的关系也有所不同，本领域技术人员可以相应的参数得到新的关系，然后根据v对时间t的导数为零这一条件来得到电机频率f随时间的变化关系，这些计算对本领域技术人员来说都是显而易见的，此处不再赘述。

在一优选实施例中，该控制系统还包括限位传感器24，限位传感器24用于检测升降装置13是否达到预定位置，如果是，则向控制模块21发送对应的信号，控制模块21用于根据信号控制电机停止转动。请一并参考图2，在本实施例中，在导柱12的上端和下端分别设置有限位传感器24，分别代表升降装置13的上极限位置和下极限位置。当升降装置13到达限位传感器24所在位置时，表示该升降装置13已达到极限位置，如果继续移动可能会导致事故发生，因此限位传感器24向控制模块21发出信号，控制模块21控制电机停止转动，以避免事故发生。限位传感器24具体可以为行程开关。

在一优选实施例中，该控制系统还包括称重传感器25，称重传感器25用于检测吊带15的承重，控制模块21用于判断承重是否超过预定值，如果是，则发出报警信号，以防止超重而造成事故。请一并参考图2，该称重传感器25具体设置在提升装置14内，并位于吊带15的下方。

在一优选实施例中，该控制系统还包括速度传感器23，速度传感器23用于检测升降装置13的移动速度，并反馈给控制模块21。具体地，速度传感器23实时或间隔地检测升降装置13的移动速度，将结果反馈给控制模块21，控制模块21对反馈的结果进行分析，如果发现在预定时间范围内移动速度的变化范围超出预定范围（即不是匀速运动），则调整电机频率随时间的变化关系。例如，如果发现某一时间段内升降装置13的速度在逐渐减小，则可以计算出其加速度，然后根据加速度的大小将电机的频率适当地增大。反之，如果速度在增大，则根据加速度的大小将电机的频率适当地减小。当按原有控制策略（即电机频率随时间变化关系）无法使升降装置13匀速移动时，可以通过该速度传感器23的反馈信号对电机频率进行修正，以使升降装置13能够继续匀速移动。

请参考图3，在一优选实施例中，该控制系统还包括人机交互模块26，用于实现操作者与该料斗提升机的交互。人机交互模块26具体可以为触控液晶屏、控制盒等设备，也可以包括用于根据报警信号报警的警示灯、蜂鸣器等。

本发明实施例还提供上述料斗提升机的控制方法，该的控制方法包括如下步骤：

生成电机频率随时间变化关系的控制信号，电机频率随时间变化关系被构造为使吊带15匀速运动；

根据控制信号控制电机的频率。

具体地，可以通过LOGO！控制器来生成上述控制信号，而通过变频器来控制电机的频率。

在一优选实施例中，电机为三相异步电机，吊带15呈带状。吊带15卷绕的线速度与电机的频率之间的关系为：

$f=\frac{p}{2\mathrm{\π}(1-s)}*\frac{v}{\sqrt{\frac{\mathrm{\δv}}{\mathrm{\π}}t+r^2}}$

其中v为吊带的线速度，r为卷筒半径与初始绕带厚度之和，δ为吊带厚度，f为电机的频率；s为电机的转差率；p为电机的磁极对数。根据v对时间t的导数为零的条件计算得到电机频率f随时间的变化关系。

在一优选实施例中，该控制方法还包括如下步骤：检测升降装置13是否达到预定位置，如果是，则控制电机停止转动。具体地，可以通过限位传感器24检测升降装置13是否到达上极限位置或下极限位置，如果是，则停止电机转动，以避免发生事故。

在一优选实施例中，该控制方法还包括如下步骤：检测吊带15的承重，如果承重超过预定值，则发出报警信号。如上所述，具体可以通过称重传感器25来检测吊带15的承重。

在一优选实施例中，该控制方法还包括如下步骤：检测升降装置13的移动速度，如果在预定时间范围内移动速度的变化范围超出预定范围，则调整电机频率随时间的变化关系。具体地，可以通过速度传感器23实时检测升降装置13的移动速度，如果发现在预定时间范围内移动速度的变化范围超出预定范围（即不是匀速运动），则调整电机频率随时间的变化关系。例如，如果发现升降装置13的移动速度在逐渐减小，则可以计算出其加速度，然后根据加速度的大小将电机的频率适当地增大，以使升降装置13继续匀速运动。反之，如果速度在增大，则根据加速度的大小将电机的频率适当地减小。

本发明实施例提供的料斗提升机的控制系统及控制方法，通过使电机频率按特定的变化关系随时间变化，使得吊带可以匀速运动，从而保证料斗提升机平稳运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种料斗提升机的控制系统，所述料斗提升机包括导柱、升降装置、提升装置和吊带，所述升降装置套设在所述导柱上，可沿所述导柱移动，所述提升装置包括电机及与所述电机连接的转轮，所述吊带一端连接所述升降装置，另一端连接在所述转轮上，所述电机用于驱动所述转轮转动以卷绕或松开所述吊带，其特征在于，所述料斗提升机的控制系统包括控制模块和变频模块，所述控制模块用于生成电机频率随时间变化关系的控制信号，所述电机频率随时间变化关系被构造为使所述吊带匀速运动，所述变频模块用于根据所述控制信号控制所述电机的频率；所述吊带卷绕的线速度与电机的频率之间的关系为：

其中v为吊带的线速度，r为卷筒半径与初始绕带厚度之和，δ为吊带厚度，f为电机的频率；s为电机的转差率；p为电机的磁极对数；根据v对时间t的导数为零的条件得到电机频率f随时间的变化关系。

2.根据权利要求1所述的料斗提升机的控制系统，其特征在于，还包括限位传感器，所述限位传感器用于检测所述升降装置是否达到预定位置，如果是，则向所述控制模块发送对应的信号，所述控制模块用于根据所述信号控制所述电机停止转动。

3.根据权利要求1所述的料斗提升机的控制系统，其特征在于，还包括称重传感器，所述称重传感器用于检测所述吊带的承重，所述控制模块用于判断所述承重是否超过预定值，如果是，则发出报警信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述的料斗提升机的控制系统，其特征在于，还包括速度传感器，所述速度传感器用于检测所述升降装置的移动速度，并反馈给所述控制模块，所述控制模块用于在预定时间范围内所述移动速度的变化范围超出预定范围时调整所述电机频率随时间的变化关系。

5.一种料斗提升机的控制方法，所述料斗提升机包括导柱、升降装置、 提升装置和吊带，所述升降装置套设在所述导柱上，可沿所述导柱移动，所述提升装置包括电机及与所述电机连接的转轮，所述吊带一端连接所述升降装置，另一端连接在所述转轮上，所述电机用于驱动所述转轮转动以卷绕或松开所述吊带，其特征在于，所述料斗提升机的控制方法包括如下步骤：

生成电机频率随时间变化关系的控制信号，所述电机频率随时间变化关系被构造为使所述吊带匀速运动；

根据所述控制信号控制所述电机的频率；所述吊带卷绕的线速度与电机的频率之间的关系为：

其中v为吊带的线速度，r为卷筒半径与初始绕带厚度之和，δ为吊带厚度，f为电机的频率；s为电机的转差率；p为电机的磁极对数；根据v对时间t的导数为零的条件得到电机频率f随时间的变化关系。

6.根据权利要求5所述的料斗提升机的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：检测所述升降装置是否达到预定位置，如果是，则控制所述电机停止转动。

7.根据权利要求5所述的料斗提升机的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：检测所述吊带的承重，如果所述承重超过预定值，则发出报警信号。

8.根据权利要求5至7任一项所述的料斗提升机的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：检测所述升降装置的移动速度，如果在预定时间范围内所述移动速度的变化范围超出预定范围，则调整电机频率随时间的变化关系。