CN103496638B - 起重设备提升保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重设备提升保护系统，包括反馈接收单元、闭环控制单元及开环控制单元，其中：所述反馈接收单元，用于接收并监测来自编码器的反馈信号，并在所述反馈信号异常时使开环控制单元运行、否则使闭环控制单元运行；所述闭环控制单元，用于使用所述反馈信号闭环控制所述提升电动机运行；所述开环控制单元，用于开环控制所述提升电动机运行。本发明还提供一种起重设备提升保护方法。本发明通过在编码器反馈信号异常时，将提升电动机由闭环控制模式自动切换到开环控制模式，从而使起重设备在编码器反馈信号异常时不停机，满足特定应用场合的需求。

Description

起重设备提升保护系统及方法

技术领域

本发明涉及起重设备控制领域，更具体地说，涉及一种起重设备提升保护系统及方法。

背景技术

起重设备作为一种运输机械被广泛应用于港口码头、冶金工业、建筑工程等方面。随着现代工业生产规模的不断扩大，工业生产对起重设备的位置控制精度要求越来越高，起重设备的提升控制已成为提高工业生产效率的重要途径。目前国内外的大型起重设备的提升机构一般都使用闭环控制。在闭环控制时，变频器必须得到电动机侧的编码器反馈脉冲才能进行正确控制。

然而对于某些大型设备或特殊应用场合(例如钢铁冶炼、建筑工程现场等)，其外围电气环境异常复杂，往往存在以下情形：(1)编码器接线很长，往往达到100米以上，从而编码器反馈信号在线路上的衰减严重；(2)外围干扰信号严重，导致变频器接收到的编码器反馈信号不稳定；(3)设备振动非常严重，导致编码器端子接线松动，连接可靠性下降。

只要出现以上任意一种情况，变频器都无法正常进行闭环运行，必须等待维修人员前来对线路进行检查后排除故障才能继续运行，若不做处理则整个系统瘫痪。倘若在闭环运行过程中突然出现以上情况则更加危险：在闭环控制运行时，若编码器信号受到干扰、编码器信号突然断线等意外情况，变频器立即停止输出、关闭制动器，从而导致负载重物有一个严重下滑，且系统不能继续运行。上述操作方式在大多数现场不会有问题，但对有连续工作工艺要求的现场是不能接受的，例如：炼钢、水泥等，否则会造成钢水冷却、水泥凝固等重大生产事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述起重设备在闭环控制中编码器信号异常时系统无法运行的问题，提供一种起重设备提升保护系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种起重设备提升保护系统，所述起重设备包括由提升变频器驱动的提升电动机且所述提升电动机上安装有编码器，所述保护系统包括反馈接收单元、闭环控制单元及开环控制单元，其中：所述反馈接收单元，用于接收并监测来自编码器的反馈信号，并在所述反馈信号异常时使开环控制单元运行、否则使闭环控制单元运行；所述闭环控制单元，用于使用所述反馈信号以闭环模式控制所述提升电动机运行；所述开环控制单元，用于以开环模式控制所述提升电动机运行。

在本发明所述的起重设备提升保护系统中，所述起重设备提升保护系统还包括计时器，用于在反馈接收单元判断接收的反馈信号不正常时启动计时；所述反馈接收单元在判断接收的反馈信号不正常且计时器达到预定时间时确认反馈信号异常。

在本发明所述的起重设备提升保护系统中，所述起重设备提升保护系统还包括故障提示单元，用于在反馈接收单元确认反馈信号异常时创建编码器异常的提示信息。

在本发明所述的起重设备提升保护系统中，所述闭环控制单元通过速度闭环控制提升电动机运行。

在本发明所述的起重设备提升保护系统中，所述开环控制单元和闭环控制单元集成到提升变频器。

本发明还提供一种起重设备提升保护方法，所述起重设备包括由提升变频器驱动的提升电动机且所述提升电动机上安装有编码器，所述保护方法包括以下步骤：

(a)监测来自编码器的反馈信号，并在所述反馈信号异常时执行步骤(c)，否则执行步骤(b)；

(b)使用所述反馈信号以闭环模式控制所述提升电动机运行，并返回步骤(a)；

(c)以开环模式控制所述提升电动机运行。

在本发明所述的起重设备提升保护方法中，所述步骤(a)包括：

(a1)接收来自编码器的反馈信号；

(a2)判断所述反馈信号是否正常，并在所述反馈信号正常时执行步骤(b)，否则执行步骤(a3)；

(a3)在所述反馈信号不正常，并达到预定时间时确认反馈信号异常并执行步骤(c)。

在本发明所述的起重设备提升保护方法中，所述步骤(a3)包括：

(a31)启动计时器；

(a32)接收来自编码器的反馈信号；

(a33)判断所述反馈信号是否正常，并在所述反馈信号正常时执行步骤(b)，否则执行步骤(a34)；

(a34)判断所述计时器是否达到预定时间，并在所述计时器达到预定时间时执行步骤(c)，否则执行步骤(a35)；

(a35)使所述计时器增加一个计时周期，并执行步骤(a32)。

在本发明所述的起重设备提升保护方法中，所述步骤(b)中的闭环控制为速度闭环控制。

在本发明所述的起重设备提升保护方法中，所述步骤(c)还包括：创建编码器异常的提示信息。

本发明的起重设备提升保护系统及方法，通过在编码器反馈信号异常时，将提升电动机由闭环控制模式自动切换到开环控制模式，从而使起重设备在编码器反馈信号异常时不停机，满足特定应用场合的需求。

附图说明

图1是本发明起重设备提升保护系统实施例的示意图。

图2是本发明起重设备提升保护方法实施例的流程示意图。

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。

如图1所示，是本发明起重设备提升保护系统实施例的示意图，上述起重设备包括由提升变频器驱动的提升电动机且该提升电动机上安装有编码器。本实施例中的起重设备提升保护系统包括反馈接收单元11、闭环控制单元12及开环控制单元13，其中上述闭环控制单元12及开环控制单元13可集成到提升变频器，而反馈接收单元11既可集成到提升变频器，也可采用独立于提升变频器的硬件。

反馈接收单元11用于接收来自编码器(该编码器安装到提升电动机的转轴)的反馈信号并监测上述来自编码器的反馈信号。该反馈接收单元11在接收的反馈信号异常时使开环控制单元13运行、否则使闭环控制单元12运行。反馈信号异常是指接收的反馈信号非正常(例如在某一时间周期内未接收到反馈信号、反馈信号过弱、反馈信号跳变等)，且持续时间达到预定时间(例如0.5秒)。特别地，该反馈接收单元11也可通过两个独立的模块实现，即信号接收模块和信号判断模块，分别用于实现反馈信号的接收以及判断接收的反馈信号是否异常。

闭环控制单元12用于在反馈信号正常(即反馈信号在时间上连续、信号强度稳定和/或变化在预定范围内等)或反馈信号非正常未超过预定时间时，使用反馈接收单元11从编码器接收的反馈信号闭环控制提升电动机运行，从而实现起重设备的提升操作。通过闭环控制单元12，可实现提升操作的精确控制。特别地，该闭环控制单元12以速度闭环模式控制提升电动机运行。

开环控制单元13用于开环控制提升电动机运行。在开环控制时，无需编码器反馈信号，而直接根据输入的控制指令控制变频器运行以进行提升操作，但控制精度较闭环控制低。

上述起重设备提升保护系统，通过在编码器信号异常时，将变频器从闭环控制模式切换到开环控制模式，虽然降低了控制精度，但可保证提升操作不中止，从而避免了特殊应用场合的安全隐患。

特别地，上述起重设备提升保护系统还包括计时器，用于在反馈接收单元11判断接收的反馈信号不正常时启动计时。并且反馈接收单元11在判断接收的反馈信号不正常且计时器达到预定时间时确认反馈信号异常，从而将变频器从闭环控制模式切换到开环控制模式。

此外，上述起重设备提升保护系统还可包括一个故障提示单元，用于在反馈接收单元11确认反馈信号异常时创建编码器异常的提示信息，以提示相关人员进行设备维护。该故障提示单元可通过声、光等方式输出提示信息，也可同时向指定手机发送短消息或在监控终端上显示提示信息。

如图2所示，是本发明起重设备提升保护方法实施例的示意图，其中起重设备包括由提升变频器驱动的提升电动机且该提升电动机上安装有编码器，该方法包括以下步骤：

步骤S21：监测来自编码器的反馈信号，并在反馈信号异常时执行步骤S23，否则执行步骤S22。反馈信号异常是指接收的反馈信号非正常(例如在某一时间周期内未接收到反馈信号、反馈信号过弱、反馈信号跳变等)，且持续时间达到预定时间(例如0.5秒)。

在具体实现时，该步骤可包括：接收来自编码器的反馈信号；判断接收的反馈信号是否正常(即反馈信号在时间上连续、信号强度稳定和/或变化在预定范围内等)，并在反馈信号正常时执行步骤S22，否则执行判断反馈信号不正常是否达到预定时间，并在反馈信号不正常达到预定时间时确认反馈信号异常并执行步骤S23。

在判断反馈信号不正常是否达到预定时间时，可通过一个计时器实现：在首次确认接收的反馈信号不正常时启动该计时器，且在每一反馈信号采样周期判断反馈信号仍然不正常时使计时器自动增加一个计时周期，若在计时器达到预定时间后反馈信号仍然不正常，则确认反馈信号异常。

步骤S22：使用步骤S21中接收的反馈信号闭环控制提升电动机运行，从而实现起重设备的提升操作。在执行闭环控制的同时，返回步骤S21，继续接收并监测来自编码器的反馈信号。通过闭环控制，可实现起重设备提升操作的精确控制。特别地，该步骤中的闭环控制可以为速度闭环控制。

步骤S23：开环控制提升电动机运行。在开环控制时，无需编码器反馈信号，而直接根据输入的控制指令控制变频器运行以进行提升操作，但控制精度较闭环控制低。

在该步骤执行的同时，也可返回步骤S21，继续接收并监测来自编码器的反馈信号(例如在反馈信号干扰消除后继续闭环控制电动机运行)。也可保持开环控制模式，直到起重设备关闭后重新启动。

在该步骤中，还可包括：创建编码器异常的提示信息，以提示相关人员进行设备维护。特别地，上述提示信息可通过声、光等方式输出，也可同时向指定手机发送短消息或在监控终端上显示提示信息。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种起重设备提升保护系统，所述起重设备包括由提升变频器驱动的提升电动机且所述提升电动机上安装有编码器，其特征在于：所述保护系统包括反馈接收单元、闭环控制单元及开环控制单元，其中：所述反馈接收单元，用于接收并监测来自编码器的反馈信号，并在所述反馈信号异常时使开环控制单元运行、否则使闭环控制单元运行；所述闭环控制单元，用于使用所述反馈信号以闭环模式控制所述提升电动机运行；所述开环控制单元，用于以开环模式控制所述提升电动机运行。

2.根据权利要求1所述的起重设备提升保护系统，其特征在于：所述起重设备提升保护系统还包括计时器，用于在反馈接收单元判断接收的反馈信号不正常时启动计时；所述反馈接收单元在判断接收的反馈信号不正常且计时器达到预定时间时确认反馈信号异常。

3.根据权利要求2所述的起重设备提升保护系统，其特征在于：所述起重设备提升保护系统还包括故障提示单元，用于在反馈接收单元确认反馈信号异常时创建编码器异常的提示信息。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的起重设备提升保护系统，其特征在于：所述闭环控制单元通过速度闭环控制提升电动机运行。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的起重设备提升保护系统，其特征在于：所述开环控制单元和闭环控制单元集成到提升变频器。

6.一种起重设备提升保护方法，所述起重设备包括由提升变频器驱动的提升电动机且所述提升电动机上安装有编码器，其特征在于：所述保护方法包括以下步骤：

(a)监测来自编码器的反馈信号，并在所述反馈信号异常时执行步骤(c)，否则执行步骤(b)；

(b)使用所述反馈信号以闭环模式控制所述提升电动机运行，并返回步骤(a)；

(c)以开环模式控制所述提升电动机运行。

7.根据权利要求6所述的起重设备提升保护方法，其特征在于：所述步骤(a)包括：

(a1)接收来自编码器的反馈信号；

(a2)判断所述反馈信号是否正常，并在所述反馈信号正常时执行步骤(b)，否则执行步骤(a3)；

(a3)在所述反馈信号不正常，并达到预定时间时确认反馈信号异常并执行步骤(c)。

8.根据权利要求7所述的起重设备提升保护方法，其特征在于：所述步骤(a3)包括：

(a31)启动计时器；

(a32)接收来自编码器的反馈信号；

(a33)判断所述反馈信号是否正常，并在所述反馈信号正常时执行步骤(b)，否则执行步骤(a34)；

(a34)判断所述计时器是否达到预定时间，并在所述计时器达到预定时间时执行步骤(c)，否则执行步骤(a35)；

(a35)使所述计时器增加一个计时周期，并执行步骤(a32)。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的起重设备提升保护方法，其特征在于：所述步骤(b)中的闭环控制为速度闭环控制。

10.根据权利要求6-8中任一项所述的起重设备提升保护方法，其特征在于：所述步骤(c)还包括：创建编码器异常的提示信息。