CN103910288A - 一种可自识别的安全制动器plc控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自识别的安全制动器PLC控制系统及其控制方法，所述系统包括：增量型编码器、安全制动器控制单元以及操作单元，增量型编码器用于采集高速轴及低速轴的转速信号；安全制动器控制单元包括PLC可编程逻辑控制器，控制输出模块以及稳压电源；所述的PLC可编程逻辑控制器用于对采集到转速信号进行逻辑运算分析，并依据逻辑运算分析结果对控制输出模块输出相应的逻辑控制命令；所述控制输出模块按照接收到的逻辑控制命令进行动作，控制工作制动器或者安全制动器动作。本发明能够及时发现故障隐患，降低了安全制动器误动作的可能性，大大降低保护动作时对机械结构的破坏且调试简单方便，提高了安全制动器的使用效率。

Description

一种可自识别的安全制动器PLC控制系统及其控制方法

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，具体的说是涉及一种可应用于PLC控制安全制动器的铸造起重机工业现场的可自识别的安全制动器PLC控制系统及其控制方法。

背景技术

铸造起重机用于冶金行业，其工作任务是为冶炼炉运送钢水。一般，铸造起重机有五个机构：主起升，副起升、大车、主小车、副小车机构，电机安装在高速轴上，卷筒安装在低速轴上，高速轴和低速轴通过减速器连接在一起。传统的起升机构制动器设在高速轴上，称工作制动器。在这种情况下，如果高速轴和低速轴之间的某个传动环节故障，主起升制动器对于卷筒将失去作用。针对这种情况，在卷筒上装设制动器，称安全制动器。在传动环节故障和超速故障时，工作制动器先动作，安全制动器延时动作，确保起吊的液态金属钢水包能够在事故状态时受到保护并安全可靠制动。

目前，传统的安全制动器控制方式为：在卷筒上装设超速开关，在起升机构故障且卷筒超速时，安全制动器动作。采取这种控制方式原理简单，调试方便，但缺点是安全制动器只有在卷筒超速时才会起作用，且对机械结构破坏较大。

另一种较为常用的PLC的安全制动器控制方式为：根据高低速的传动速比是常数，通过装置不间断的检测该常数。当这个常数发生变化时，就意味着机械的传动环节被破坏，安全制动器立即动作。其优点是在故障发生的初期就能判断出来，控制安全制动器动作，安全制动器动作对机械结构破坏较小。缺点是控制原理比较复杂，保护功能不全面，且调试需专业电气技术人员现场花费较长时间进行参数设置。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种可自识别的安全制动器PLC控制系统，以解决现有技术提供的传统控制方式保护范围局限及保护对机械结构破较大以及目前PLC控制原理复杂及对于调试人员要求高的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种可自识别的安全制动器PLC控制系统，包括：增量型编码器、安全制动器控制单元以及为用户提供人机交互操作平台的操作单元，

其特征在于：所述的增量型编码器分别安装在电机的高速轴上和卷筒的低速轴上，分别用于采集高速轴及低速轴的转速信号；

所述安全制动器控制单元与所述增量型编码器之间通过屏蔽电缆连接；

所述的安全制动器控制单元包括PLC可编程逻辑控制器，控制输出模块以及稳压电源；所述的PLC可编程逻辑控制器用于对采集到转速信号进行逻辑运算分析，并依据逻辑运算分析结果对控制输出模块输出相应的逻辑控制命令；所述控制输出模块按照接收到的逻辑控制命令进行动作，控制工作制动器或者安全制动器动作；所述的稳压电源用于为PLC可编程逻辑控制器提供稳定的电源，并能够在突然断电情况下维持PLC可编程逻辑控制器一定时间下的正常运行，提供故障解决时间。

所述的PLC可编程逻辑控制器包括电源模块，CPU处理运算模块、执行模块及高速计数模块；所述的高速计数模块用于对各个增量型编码器采集的转速信号进行高低值溢出有效值判定，得到相应的高速轴及低速轴转速值；所述的CPU处理运算模块用于将高速轴及低速轴转速值进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在不同载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，同时实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行情况，通过高速计数模块对增量型编码器采集到的转速信号进行高低值溢出有效值判定，将判定的有效数据与标准比对值进行比较，若出现数据异常则控制执行模块输出相应的逻辑控制命令。

所述的控制输出模块包括断路器、继电器以及接触器，所述断路器与外部供电电源连接；所述的继电器与PLC可编程逻辑控制器连接，由PLC可编程逻辑控制器输出逻辑控制命令控制继电器动作；所述的接触器由与其连接的继电器控制，所述接触器控制工作制动器及安全制动器的正常工作，确保系统运行安全。

所述的操作单元包括设置于用户操作台的急停按钮、故障复位按钮，安全制动器运行指示灯，故障蜂鸣器，所述的安全制动器运行指示灯用于显示安全制动器运行状态，正常运行时其运行指示灯亮（绿色），当出现故障时运行指示灯灭，所述的故障蜂鸣器用于在出现故障时报警长鸣，所述的故障复位按钮用于在排除故障并时对系统进行功能复位，所述的急停按钮用于在出现紧急情况时强制断电停车，属于紧急保护动作。

所述的不同载荷状态包括空载、50%载荷、100%载荷状态。

所述CPU处理运算模块的逻辑运算包括：S、正常范围值的自识别以及T、实际运行状态下实时检测高速轴及低速轴的转速信号，并实时进行故障信号的判别分析：

S、正常范围值的自识别：

S1、在空载状态下，利用PLC可编程逻辑控制器给入高速轴及低速轴的N档位运行信号，往复循环若干次，通过增量型编码器采集相应的转速信号，高速计数模块对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，CPU处理运算模块进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，具体运算过程如下：首先按照上升顺序，先给入一档信号，待稳定运行后通过增量型编码器采集相应的转速信号，并输入到PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块，经高速计数模块高低值溢出程序（高低值溢出有效值判定）处理后，得到上升一档对应的电机高速轴速度及低速轴速度；CPU处理运算模块通过做DIV运算分别得出上升一档状态下的相应传动比；同理按照上述过程依次得出在上升二、三、四、N档状态下的相应上升传动比计算值；同理再按照下降顺序，对上述N档位运行信号进行依次下降的下降一、二、三、四、N档状态下的相应下降传动比计算值；CPU处理运算模块将上述2N组传动比计算值进行AVE运算得出第一循环的相应传动比值后，按照上述循环过程进行若干次循环，CPU处理运算模块对上述循环计算得到的传动比值再次进行AVE运算得出空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储；

S2、在50%载荷状态下，按照S1运算过程，得出在50%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储；

S3、在100%载荷状态下，按照空载过程的运算方式，得出在100%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储；

S4、CPU处理运算模块将上述不同载荷状态的三组变比进行模糊计算生成实际运行状态检测的标准比对值N并储存，完成自识别过程；

所述的模糊计算是指以行业内经验公式进行数据处理：即{其中的最大值+4（除最大值、最小值外的其余值的和）+最小值}/6；

T、在实际运行状态下实时检测高速轴及低速轴的转速信号，并实时进行故障信号的判别分析：通过增量型编码器实时采集高速轴及低速轴的转速信号，高速计数模块（内部设置高低值溢出程序块）对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，CPU处理运算模块将判定的有效数据与内部存储的自识别过程中的标准比对值进行比较，若出现数据异常则进行相应的故障报警处理，安全制动器紧急报闸，其具体的判别分析过程为：

T1、对采集到的各个高速轴转速信号进行溢出有效值判别分析：CPU处理运算模块内置多重比较函数，高速计数模块将高速轴转速信号先作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据认定为有效输入数据W；CPU处理运算模块利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值W0作比较，当该数据大于标准设置范围时，即W>W0且维持超速状态一定时间时，输出故障信号；

T2、对采集到的单组的高低速轴转速信号进行溢出有效值判定：CPU处理运算模块内置多重比较函数，高速计数模块将高速轴转速信号与低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据后，CPU处理运算模块计算该数据组对应的单组的高低速轴转速比值N并利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值N0作比较，当该数据不属于标准设置范围时，输出故障信号；

T3、对采集到的低速轴转速信号进行溢出有效值判定：CPU处理运算模块内置多重比较函数，高速计数模块将各个低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据，CPU处理运算模块将该组数据做差处理得到低速轴转速差V，将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较，当该差值V不属于标准设置范围时，输出相应的故障信号。

所述的T3中将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较是指对将该差值V与标准低速轴最大转速M的不同百分比作比较，并按照不同的百分比，对输出故障信号对应划分为若干报警保护等级。

鉴于安全制动器报故障则为比较严重的机械故障，因此其复位检查必须比较严格，不能轻易复位，因此在所述的PLC可编程逻辑控制器还设置故障复位模块，所述的故障复位模块包括与操作单元的故障复位按钮连接的延时输出功能块、上升沿触发器、累加器、复位值地址模块、比较模块；所述延时输出功能块通过故障复位按钮给入复位信号，延时输出设定为1s，每当给入复位信号持续1s后该模块输出高电平至上升沿触发器；所述上升沿触发器将该高电平送至累加器，所述累加器将该高电平进行加一累加运算处理后存入复位值地址模块，所述的复位值地址模块输出相应的复位值作为比较模块的输入值；所述的比较模块将该输入值与内部预设的预设值进行比较，当复位值地址模块输出相应的复位值与预设值逻辑判断相等时，输出高电平的复位逻辑信号。

所述的故障复位模块还包括用于对复位值地址模块进行清零处理的赋值模块；所述的赋值模块与延时输出功能块连接，通过故障复位按钮给入复位信号，延时输出设定为ns，当给入复位信号持续ns后该模块输出高电平至赋值模块，所述赋值模块输出0至复位值地址模块，用于系统初始状态的复位清零处理以及故障排除后的复位清零处理。

所述的控制系统还包括触摸屏和上位机，PLC可编程逻辑控制器将各个速度实际检测的数值存入预先设定好的存储地址内的同时该存储数据通过DP通讯线缆连接PLC可编程逻辑控制器的CPU处理运算模块与触摸屏的DP接口实现传送；也可通过增加网络模块通过以太网实现PLC的CPU处理运算模块与触摸屏连接完成数据传送。

其相应的控制方法：

ⅰ、预先采集安全制动器在正常运行时，不同载荷状态下相应传动比的的正常范围值并存储，即进行标准参数自识别处理；

ⅱ、实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行参数，并对当前参数信号进行故障信号判别分析，在出现故障时进行报警，安全制动器紧急报闸；

所述的预先采集安全制动器在正常运行时，不同载荷状态下相应传动比的的正常范围值并存储，即进行标准参数自识别处理：

通过增量型编码器采集安全制动器在不同载荷状态下的高速轴及低速轴的转速信号，并通过屏蔽电缆将转速信号输送至PLC可编程逻辑控制器进行逻辑运算分析，通过逻辑运算得出高速轴与低速轴在不同载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值并存储；

所述的不同载荷状态包括空载、50%载荷、100%载荷状态。

所述标准参数自识别处理的逻辑运算包括：

S1、在空载状态下，利用PLC可编程逻辑控制器给入高速轴及低速轴的N档位运行信号，往复循环若干次，通过增量型编码器采集相应的转速信号，利用PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，利用PLC可编程逻辑控制器的CPU处理运算模块进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，具体运算过程如下：首先按照上升顺序，先给入一档信号，待稳定运行后通过增量型编码器采集相应的转速信号，并输入到PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块，经高速计数模块高低值溢出程序（高低值溢出有效值判定）处理后，得到上升一档对应的电机高速轴速度及低速轴速度；CPU处理运算模块通过做DIV运算分别得出上升一档状态下的相应传动比；同理按照上述过程依次得出在上升二、三、四、N档状态下的相应上升传动比计算值；同理再按照下降顺序，对上述N档位运行信号进行依次下降的下降一、二、三、四、N档状态下的相应下降传动比计算值；CPU处理运算模块将上述2N组传动比计算值进行AVE运算得出第一循环的相应传动比值后，按照上述循环过程进行若干次循环，CPU处理运算模块对上述循环计算得到的传动比值再次进行AVE运算得出空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储；

S2、在50%载荷状态下，按照S1运算过程，得出在50%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储；

S3、在100%载荷状态下，按照空载过程的运算方式，得出在100%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储；

S4、CPU处理运算模块将上述不同载荷状态的三组变比进行模糊计算生成实际运行状态检测的标准比对值N并储存，完成自识别过程；

ⅱ、实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行参数，并对当前参数信号进行故障信号信号判别分析，在出现故障时进行报警，安全制动器紧急报闸：通过增量型编码器实时采集高速轴及低速轴的转速信号，对采集到的转速信号进行溢出有效值判定，将判定的有效数据与标准比对值进行比较，若出现数据异常则进行相应的故障报警处理，安全制动器紧急报闸。

T1、对采集到的各个高速轴转速信号进行溢出有效值判别分析：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将高速轴转速信号先作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据认定为有效输入数据W；CPU处理运算模块利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值W0作比较，当该数据大于标准设置范围时，即W>W0且维持超速状态一定时间时，输出故障信号；

T2、对采集到的单组的高低速轴转速信号进行溢出有效值判定：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将高速轴转速信号与低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据后，CPU处理运算模块计算该数据组对应的单组的高低速轴转速比值N并利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值N0作比较，当该数据不属于标准设置范围时，输出故障信号；

T3、对采集到的低速轴转速信号进行溢出有效值判定：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将各个低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据，CPU处理运算模块将该组数据做差处理得到低速轴转速差V，将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较，当该差值V不属于标准设置范围时，输出相应的故障信号。

所述的T3中将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较是指对将该差值V与标准低速轴最大转速M的不同百分比作比较，并按照不同的百分比，对输出故障信号对应划分为若干报警保护等级。

鉴于安全制动器报故障则为比较严重的机械故障，因此其复位检查必须比较严格，不能轻易复位，所述的控制方法还包括故障排除后的复位处理：首先在所述的PLC可编程逻辑控制器设置故障复位模块，所述的故障复位模块包括与延时输出功能块、上升沿触发器、累加器、复位值地址模块、比较模块；其次，给入复位信号，延时输出设定为1s，每当给入复位信号持续1s后利用延时输出功能块输出高电平至上升沿触发器，上升沿触发器将该高电平送至累加器，累加器将该高电平进行加一累加运算处理后存入复位值地址模块，复位值地址模块输出相应的复位值作为比较模块的输入值；所述的比较模块将该输入值与内部预设的预设值进行比较，当复位值地址模块输出相应的复位值与预设值逻辑判断相等时，输出高电平的复位逻辑信号进行复位处理。

所述的故障复位处理还包括用于对复位值地址模块进行清零处理；通过设置与延时输出功能块连接的赋值模块，通过持续给入复位信号，延时输出设定为ns，当给入复位信号持续ns后延时输出功能块输出高电平至赋值模块，赋值模块输出0至复位值地址模块，用于系统初始状态的复位清零处理以及故障排除后的复位清零处理。

所述的控制方法还包括对于采集的数据的同步传输过程：在将各个转速信号实际检测的数值存入预先设定好的存储地址内的同时该存储数据通过DP通讯线缆连接PLC的CPU模块与触摸屏的DP接口实现传送；也可通过增加网络模块通过以太网实现PLC的CPU模块与触摸屏连接完成数据传送。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

内置多种保护功能，可及时发现故障隐患，降低了安全制动器误动作的可能性，大大降低保护动作时对机械结构的破坏；提高安全制动器的保护性能；

程序内部实现参数自识别设置功能，调试简单方便，极大的缩短调试时间，也降低了对调试人员的技术水平要求，极大的提高了安全制动器的使用效率；

增加故障诊断功能，可定期对机械部件之间传动比数据进行分析，建立数学模型，为平时维护、点检人员提供数据分析支持，极大的降低了点检时间，提高了起重机的使用寿命；

预留多种通讯接口，极大的提高了系统的扩展性，为将来系统进行信息化监控，提供了实时数据接口。

附图说明

图1是本发明提供的PLC电路原理图；

图2是本发明提供的编码器电路原理图；

图3是本发明提供的自识别流程图；

图4是本发明提供的故障逻辑输出流程图；

图5是本发明提供的系统原理框图。

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，对本发明进行进一步详细说明。

一般情况下，铸造起重机即安装安全制动器的起重机采用双电机双卷筒拖动模式，也存在双电机单卷筒模式此时则需要3个编码器；下面为使用最多编码器——四个增量型编码器的情况为例进行说明。

四个增量型编码器如图5的C部分：分别安装在两台电机的高速轴上和两个卷筒的低速轴上；

所述安全制动器控制单元与所述增量型编码器之间通过屏蔽电缆连接通信；

安全制动器控制单元如图5的B部分：内含PLC可编程逻辑控制器，控制输出模块以及稳压电源；所述的PLC可编程逻辑控制器用于对采集到转速信号进行逻辑运算分析，并依据逻辑运算分析结果对控制输出模块输出相应的逻辑控制命令；所述控制输出模块按照接收到的逻辑控制命令进行动作，控制工作制动器或者安全制动器动作；所述的稳压电源用于为PLC可编程逻辑控制器提供稳定的电源，并能够在突然断电情况下维持PLC可编程逻辑控制器一定时间下的正常运行，提供故障解决时间；所述的控制输出模块包括断路器、继电器以及接触器，所述断路器与外部供电电源连接；所述的继电器与PLC可编程逻辑控制器连接，由PLC可编程逻辑控制器输出逻辑控制命令控制继电器动作；所述的接触器由与其连接的继电器控制，所述接触器控制工作制动器及安全制动器的正常工作，确保系统运行安全。

所述的PLC可编程逻辑控制器包括电源模块，CPU处理运算模块、执行模块及高速计数模块；所述的高速计数模块用于对各个增量型编码器采集的转速信号进行高低值溢出有效值判定，得到相应的高速轴及低速轴转速值；所述的CPU处理运算模块用于将高速轴及低速轴转速值进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在不同载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，同时实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行情况，通过高速计数模块对增量型编码器采集到的转速信号进行高低值溢出有效值判定，将判定的有效数据与标准比对值进行比较，若出现数据异常则控制执行模块输出相应的逻辑控制命令。

所述的操作单元如图5的A部分，包括设置于用户操作台的急停按钮、故障复位按钮，安全制动器运行指示灯，故障蜂鸣器，所述的安全制动器运行指示灯用于显示安全制动器运行状态，正常运行时其运行指示灯亮（绿色），当出现故障时运行指示灯灭，所述的故障蜂鸣器用于在出现故障时报警长鸣，所述的故障复位按钮用于在排除故障并时对系统进行功能复位，所述的急停按钮用于在出现紧急情况时强制断电停车，属于紧急保护动作。

本系统能够实现测试运行状态下，自识别标准数据计算功能；实际运行状态下，监测故障逻辑输出控制功能；故障复位功能；数据记录与上传功能；故障诊断功能。

下面以铸造起重机行业现场应用为例解释说明该发明的技术方案：

铸造起重机主起升机构安装有安全制动器，按照图1、图2所示连接外围电控线路，系统由PLC可编程逻辑控制器对工作制动器及安全制动器的动作进行控制及故障报警输出。

在检查外围线路连接无误后，进行系统初次运行的自识别过程如图3所示：分别在空载、50%载荷、100%载荷状态（本例仅使用3个状态）下进行各个档位速度（本例采用四个档位）运行3个循环；通过四个高速编码器及PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块采集1#、2#电机的高速轴及低速轴即卷筒的转速信号并输入PLC可编程逻辑控制器，高速计数模块通过运算逻辑得出对应的四个速度值并存入相应的存储地址内，CPU处理运算模块自行运算出各种条件下传动比的正常范围，并生成端口参数作为实际运行时状态检测的标准值，完成。

自识别过程：

S1、在空载状态下，利用PLC可编程逻辑控制器给入高速轴及低速轴的四档位运行信号，往复循环三次，通过增量型编码器采集相应的转速信号，利用PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，利用PLC可编程逻辑控制器的CPU处理运算模块进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，具体运算过程如下：首先按照上升顺序，先给入一档信号，待稳定运行后通过增量型编码器采集相应的转速信号，并输入到PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块，经高速计数模块高低值溢出程序（高低值溢出有效值判定）处理后，得到上升一档对应的电机高速轴速度及低速轴速度：1#电机高速轴速度Ng11，低速轴速度Nd11，2#电机高速轴速度Ng12，低速轴速度Nd12；CPU处理运算模块通过做DIV运算分别得出上升一档状态下的相应传动比：1#电机传动比P1，2#电机的传动比P2；同理按照上述过程依次得出在上升二、三、四档状态下的相应上升传动比计算值；同理再按照下降顺序，对上述四档位运行信号进行依次下降的下降一、二、三、四档状态下的相应下降传动比计算值；CPU处理运算模块将上述八组传动比计算值进行AVE运算得出第一循环的相应传动比值后，按照上述循环过程循环3次，CPU处理运算模块对上述循环计算得到的传动比值再次进行AVE运算得出空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值（传动比A1、A2）存储；

S2、在50%载荷状态下，按照S1运算过程，得出在50%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值（传动比B1、B2）存储；

S3、在100%载荷状态下，按照空载过程的运算方式，得出在100%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值（传动比C1、C2）存储；

S4、CPU处理运算模块将上述不同载荷状态的三组变比进行模糊计算生成实际运行状态检测的标准比对值N并储存，完成自识别过程；

完成自识别后，将系统工作模式设置为实际运行状态，即完成安全制动器控制系统的调试，投入实际运行状态，程序运行如图4。

正常状态下，起重机主电源接通，安全制动器一直处于通电打开状态，安全制动器运行指示灯亮，并由PLC可编程逻辑控制器控制工作制动器的打开与闭合；在出现故障时，由PLC可编程逻辑控制器的CPU处理运算模块进行判断，执行模块输出故障报警控制信号，故障蜂鸣器接通，并将工作制动器闭合，经过一定延时后安全制动器闭合。

同时系统将各个速度实际检测的数值存入预先设定好的存储地址内，当条件允许有外部设备时，可向上位机或触摸屏传输相应实时数据，属于预留端口程序，以增加系统的扩展性。

实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行参数，并对当前参数信号进行故障信号信号判别分析，在出现故障时进行报警，安全制动器紧急报闸，同时系统自动记录故障状态下的各监测速度值，以备进行故障诊断分析：通过增量型编码器实时采集高速轴及低速轴的转速信号，对采集到的转速信号进行溢出有效值判定，将判定的有效数据与标准比对值进行比较，若出现数据异常则进行相应的故障报警处理，安全制动器紧急报闸。

T1、对采集到的各个高速轴转速信号进行溢出有效值判别分析：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将高速轴转速信号先作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据认定为有效输入数据W；CPU处理运算模块利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值W0作比较，当该数据大于标准设置范围时，即W>W0且维持超速状态一定时间时，输出故障信号；

T2、对采集到的单组的高低速轴转速信号进行溢出有效值判定：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将高速轴转速信号与低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据后，CPU处理运算模块计算该数据组对应的单组的高低速轴转速比值N并利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值N0作比较，当该数据不属于标准设置范围时，输出故障信号；

T3、对采集到的低速轴转速信号进行溢出有效值判定：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将各个低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据，CPU处理运算模块将该组数据做差处理得到低速轴转速差V，将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较，当该差值V不属于标准设置范围时，输出相应的故障信号。

所述的T3中将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较是指对将该差值V与标准低速轴最大转速M的不同百分比作比较，并按照不同的百分比，对输出故障信号对应划分为若干报警保护等级。

具体的将实际测得的两电机卷筒速度做差得到卷筒转速差V，差值V与标准卷筒最大转速M的不同百分比作比较，划分为5个报警保护等级：1）当差值V>0.8标准卷筒最大转速M,延时0.5s即报出故障；2）当差值V>0.7标准卷筒最大转速M，延时1s即报出故障；3）当差值V>0.4标准卷筒最大转速M，延时3s即报出故障；4）当差值V>0.15标准卷筒最大转速M,延时5s即报出故障；5）当差值V>0.05标准卷筒最大转速M,延时7s即报出故障。

在故障排除后，通过复位功能按键给系统进行复位，同时清空之前保存的故障状态速度值，系统重新运行，该功能为数据传输功能的补充功能。正常时可通过数据传输功能显示当前各个检测部件的速度值，在出现故障时，可读取在故障时刻各检测部件的速度值，从而得到哪个部件速度异常导致的故障发生。

所述的PLC可编程逻辑控制器还设置故障复位模块，本例的复位按键时间为3s，即所述的故障复位模块包括与操作单元的故障复位按钮连接的延时输出功能块、上升沿触发器、累加器、复位值地址模块、比较模块；所述延时输出功能块通过故障复位按钮给入复位信号，延时输出设定为1s，每当给入复位信号持续1s后该模块输出高电平至上升沿触发器；所述上升沿触发器将该高电平送至累加器的使能标志位，所述累加器将该高电平进行加一累加运算处理后存入复位值地址模块，所述的复位值地址模块输出相应的复位值作为比较模块的输入值，所述的比较模块将该输入值与内部预设的预设值进行比较，当完成三次复位信号输入，所述的复位值地址模块内存储值为3即当复位值地址模块输出相应的复位值与预设值逻辑判断相等时，输出高电平的复位逻辑信号。

所述的故障复位模块还包括用于对复位值地址模块进行清零处理的赋值模块；所述的赋值模块与延时输出功能块连接，通过故障复位按钮给入复位信号，延时输出设定为ns，当给入复位信号持续ns后该模块输出高电平至赋值模块，所述赋值模块输出0至复位值地址模块，用于系统初始状态的复位清零处理以及故障排除后的复位清零处理。

例如：复位信号的清零过程包括：

1）系统初始运行时复位值地址模块清零方式为复位信号高电平输入至延时输出功能块，延时设定5s，即持续给入复位信号5s后输出高电平至赋值模块MOVE的使能标志位，将0赋给复位值地址模块。

2）系统运行过程中，进行复位后，复位值地址模块的复位值自行清零等待下次复位逻辑：复位逻辑信号高电平输入至延时输出功能块，延时设定1s，复位逻辑信号维持1s后输出高电平至赋值模块MOVE的使能标志位，将0赋给复位值地址模块，复位逻辑信号停止输出，系统程序继续运行。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可自识别的安全制动器PLC控制系统，包括：增量型编码器、安全制动器控制单元以及为用户提供人机交互操作平台的操作单元， 

其特征在于：所述的增量型编码器分别安装在电机的高速轴上和卷筒的低速轴上，分别用于采集高速轴及低速轴的转速信号； 

所述安全制动器控制单元与所述增量型编码器之间通过屏蔽电缆连接； 

所述的安全制动器控制单元包括PLC可编程逻辑控制器，控制输出模块以及稳压电源；所述的PLC可编程逻辑控制器用于对采集到转速信号进行逻辑运算分析，并依据逻辑运算分析结果对控制输出模块输出相应的逻辑控制命令；所述控制输出模块按照接收到的逻辑控制命令进行动作，控制工作制动器或者安全制动器动作；所述的稳压电源用于为PLC可编程逻辑控制器提供稳定的电源，并能够在突然断电情况下维持PLC可编程逻辑控制器一定时间下的正常运行，提供故障解决时间； 

所述的操作单元包括设置于用户操作台的急停按钮、故障复位按钮，安全制动器运行指示灯，故障蜂鸣器，所述的安全制动器运行指示灯用于显示安全制动器运行状态，正常运行时其运行指示灯亮，当出现故障时运行指示灯灭，所述的故障蜂鸣器用于在出现故障时报警长鸣，所述的故障复位按钮用于在排除故障并时对系统进行功能复位，所述的急停按钮用于在出现紧急情况时强制断电停车，属于紧急保护动作。 

2.根据权利要求1所述的可自识别的安全制动器PLC控制系统，其特征在于：所述的PLC可编程逻辑控制器包括电源模块，CPU处理运算模块、执行模块及高速计数模块；所述的高速计数模块用于对各个增量型编码器采集的转速信号进行高低值溢出有效值判定，得到相应的高速轴及低速轴转速值；所述的CPU处理运算模块用于将高速轴及低速轴转速值进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在不同载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，同时实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行情况，通过高速计数模块对增量型编码器采集到的转速信号进行高低值溢出有效值判定，将判定的有效数据与标准比对值进行比较，若出现数据异常则控制执行模块输出相应的逻辑控制命令；所述的不同载荷状态包括空载、50%载荷、100%载荷状态。 

3.根据权利要求1所述的可自识别的安全制动器PLC控制系统，其特征在于：所述CPU处理运算模块的逻辑运算包括：S、正常范围值的自识别以及T、实际运行状态下实时检测高速轴及低速轴的转速信号，并实时进行故障信号的判别分析： 

S、正常范围值的自识别： 

S1、在空载状态下，利用PLC可编程逻辑控制器给入高速轴及低速轴的N档位运行信号，往复循环若干次，通过增量型编码器采集相应的转速信号，高速计数模块对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，CPU处理运算模块进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，具体运算过程如下：首先按照上升顺序，先给入一档信号，待稳定运行后通过增量型编码器采集相应的转速信号，并输入到PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块，经高速计数模块进行高低值溢出有效值判定处理后，得到上升一档对应的电机高速轴速度及低速轴速度；CPU处理运算模块通过做DIV运算分别得出上升一档状态下的相应传动比；同理按照上述过程依次得出在上升二、三、四、N档状态下的相应上升传动比计算值；同理再按照下降顺序，对上述N档位运行信号进行依次下降的下降一、二、三、四、N档状态下的相应下降传动比计算值；CPU处理运算模块将上述2N组传动比计算值进行AVE运算得出第一循环过程的相应传动比值后，按照上述循环过程进行若干次循环，CPU处理运算模块对上述循环计算得到的传动比值再次进行AVE运算得出空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储； 

S2、在50%载荷状态下，按照S1运算过程，得出在50%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储； 

S3、在100%载荷状态下，按照S1过程的运算方式，得出在100%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储； 

S4、CPU处理运算模块将上述不同载荷状态的三组变比进行模糊计算生成实际运行状态检测的标准比对值N并储存，完成自识别过程； 

T、在实际运行状态下实时检测高速轴及低速轴的转速信号，并实时进行故障信号的判别分析：通过增量型编码器实时采集高速轴及低速轴的转速信号，高速计数模块对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，CPU处理运算模块将判 定的有效数据与内部存储的自识别过程中的标准比对值进行比较，若出现数据异常则进行相应的故障报警处理，安全制动器紧急报闸，其具体的判别分析过程为： 

T1、对采集到的各个高速轴转速信号进行溢出有效值判别分析：CPU处理运算模块内置多重比较函数，高速计数模块将高速轴转速信号先作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据认定为有效输入数据W；CPU处理运算模块利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值W0作比较，当该数据大于标准设置范围时，即W>W0且维持超速状态一定时间时，输出故障信号； 

T2、对采集到的单组的高低速轴转速信号进行溢出有效值判定：CPU处理运算模块内置多重比较函数，高速计数模块将高速轴转速信号与低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据后，CPU处理运算模块计算该数据组对应的单组的高低速轴转速比值N并利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值N0作比较，当该数据不属于标准设置范围时，输出故障信号； 

T3、对采集到的低速轴转速信号进行溢出有效值判定：CPU处理运算模块内置多重比较函数，高速计数模块将各个低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据，CPU处理运算模块将该组数据做差处理得到低速轴转速差V，将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较，当该差值V不属于标准设置范围时，输出相应的故障信号。 

4.根据权利要求3所述的可自识别的安全制动器PLC控制系统，其特征在于：所述的T3中将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较是指对将该差值V与标准低速轴最大转速M的不同百分比作比较，并按照不同的百分比，对输出故障信号对应划分为若干报警保护等级。 

5.根据权利要求1所述的可自识别的安全制动器PLC控制系统，其特征在于：所述的控制输出模块包括断路器、继电器以及接触器，所述断路器与外部供电电源连接；所述的继电器与PLC可编程逻辑控制器连接，由PLC可编程逻辑控制器输出逻辑控制命令控制继电器动作；所述的接触器由与其连接的继电器控制，所述接触器控制工作制动器及安全制动器的正常工作，确保系统运行安全。 

6.一种可自识别的安全制动器运行状态的的控制方法，包括如下步骤： 

ⅰ、预先采集安全制动器在正常运行时，不同载荷状态下相应传动比的的正常范围值并存储，即进行标准参数自识别处理：通过增量型编码器采集安全制动器在不同载荷状态下的高速轴及低速轴的转速信号，并通过屏蔽电缆将转速信号输送至PLC可编程逻辑控制器进行逻辑运算分析，通过逻辑运算得出高速轴与低速轴在不同载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值并存储；所述的不同载荷状态包括空载、50%载荷、100%载荷状态； 

ⅱ、实时检测安全制动器在实际运行状态下的运行参数，并对当前参数信号进行故障信号判别分析，在出现故障时进行报警，安全制动器紧急报闸：通过增量型编码器实时采集高速轴及低速轴的转速信号，对采集到的转速信号进行溢出有效值判定，将判定的有效数据与标准比对值进行比较，若出现数据异常则进行相应的故障报警处理，安全制动器紧急报闸。 

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述标准参数自识别处理的逻辑运算包括： 

S1、在空载状态下，利用PLC可编程逻辑控制器给入高速轴及低速轴的N档位运行信号，往复循环若干次，通过增量型编码器采集相应的转速信号，利用PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块对上述信号进行高低值溢出有效值判定后，利用PLC可编程逻辑控制器的CPU处理运算模块进行逻辑运算，得出高速轴与低速轴在空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储，具体运算过程如下：首先按照上升顺序，先给入一档信号，待稳定运行后通过增量型编码器采集相应的转速信号，并输入到PLC可编程逻辑控制器的高速计数模块，经高速计数模块进行高低值溢出有效值判定处理后，得到上升一档对应的电机高速轴速度及低速轴速度；CPU处理运算模块通过做DIV运算分别得出上升一档状态下的相应传动比；同理按照上述过程依次得出在上升二、三、四、N档状态下的相应上升传动比计算值；同理再按照下降顺序，对上述N档位运行信号进行依次下降的下降一、二、三、四、N档状态下的相应下降传动比计算值；CPU处理运算模块将上述2N组传动比计算值进行AVE运算得出第一循环过程的相应传动比值后，按照上述循环过程进行若干次循环，CPU处理运算模块对上述循环计算得到的传动比值再次进行 AVE运算得出空载状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储； 

S2、在50%载荷状态下，按照S1运算过程，得出在50%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储； 

S3、在100%载荷状态下，按照S1过程的运算方式，得出在100%载荷状态下相应传动比的正常范围值，将上述正常范围值作为实际运行状态检测的标准比对值存储； 

S4、CPU处理运算模块将上述不同载荷状态的三组变比进行模糊计算生成实际运行状态检测的标准比对值N并储存，完成自识别过程。 

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述的故障信号判别分析的是指： 

T1、对采集到的各个高速轴转速信号进行溢出有效值判别分析：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将高速轴转速信号先作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据认定为有效输入数据W；CPU处理运算模块利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值W0作比较，当该数据大于标准设置范围时，即W>W0且维持超速状态一定时间时，输出故障信号； 

T2、对采集到的单组的高低速轴转速信号进行溢出有效值判定：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将高速轴转速信号与低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据后，CPU处理运算模块计算该数据组对应的单组的高低速轴转速比值N并利用多重比较函数与内部存储的自识别过程中的对应的标准比对值N0作比较，当该数据不属于标准设置范围时，输出故障信号； 

T3、对采集到的低速轴转速信号进行溢出有效值判定：在CPU处理运算模块内置多重比较函数，通过高速计数模块将各个低速轴转速信号均作溢出比较，排除采集数值的高低溢出后，将该数据组认定为有效输入数据，CPU处理运算模块将该组数据做差处理得到低速轴转速差V，将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较，当该差值V不属于标准设置范围时，输出相应的故障信号。 

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述的T3中将该差值V与内部存储的自识别过程中的标准低速轴最大转速M进行比较是指对将该差值V 与标准低速轴最大转速M的不同百分比作比较，并按照不同的百分比，对输出故障信号对应划分为若干报警保护等级。 

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述的控制方法还包括故障排除后的复位处理：首先在所述的PLC可编程逻辑控制器设置故障复位模块，所述的故障复位模块包括与延时输出功能块、上升沿触发器、累加器、复位值地址模块、比较模块；其次，给入复位信号，延时输出设定为1s，每当给入复位信号持续1s后利用延时输出功能块输出高电平至上升沿触发器，上升沿触发器将该高电平送至累加器，累加器将该高电平进行加一累加运算处理后存入复位值地址模块，复位值地址模块输出相应的复位值作为比较模块的输入值；所述的比较模块将该输入值与内部预设的预设值进行比较，当复位值地址模块输出相应的复位值与预设值逻辑判断相等时，输出高电平的复位逻辑信号进行复位处理。