CN104310218B - 起重机防摇摆控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种起重机防摇摆控制系统及方法，所述系统包括偏移角监控单元、变频器控制单元；其中：所述偏移角监控单元，用于实时计算钢丝绳的偏移角a；所述变频器控制单元，用于在加速过程中，在所述偏移角a达到预设值时使所述变幅变频器的输出频率变为第一频率，同时使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为加速度增大到第二频率并保持不变；所述变频器控制单元还用于在降低过程中，在所述偏移角a的值达到预设值时，使所述变幅变频器的输出频率变为第二频率，同时使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低。本发明通过控制变幅变频器的输出频率来消除载荷水平移动时的摇摆，不仅结构简单，而且调试方便。

Description

起重机防摇摆控制系统及方法

技术领域

本发明涉及起重机控制领域，更具体地说，涉及一种起重机防摇摆控制系统及方法。

背景技术

起重机被广泛地应用于各种工业生产中。目前的起重机中，变幅变频器在驱动变幅电机使钢丝绳上的载荷水平移动时，其输出频率通常按图1中的曲线变化。

然而，上述变幅变频器在将载荷水平移动到目标位置时，载荷在水平方向将前后摇摆。在载荷摇摆时，卸载作业将无法进行。消除载荷的摇摆并且调整载荷到达指定目标位置往往需要很长的操作时间。此外，过大的载荷摇摆也对周围货物、载荷本身，以及现场作业人员造成被损害的威胁。

目前，大多数起重机通过机械设计来避免载荷在水平移动时的摇摆，例如采用多股钢绳相互缠绕来抵消各自的相对作用力。但上述防摇摆结构设计复杂、成本高，且维修麻烦。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述起重机在使载荷水平移动时产生摇摆且防摇摆结构复杂、成本高的问题，提供一种起重机防摇摆控制系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种起重机防摇摆控制系统，所述起重机包括变幅变频器，且所述变幅变频器通过驱动变幅电机运转使悬挂在钢丝绳上的载荷做水平移动，该系统包括偏移角监控单元、变频器控制单元；其中：所述偏移角监控单元，用于实时计算钢丝绳的偏移角a＝arccos(N/G)，其中G为载荷重量，N为当前钢丝绳拉力；所述变频器控制单元，用于使变幅变频器的输出频率从零开始按照设定的加速度增大，并在所述偏移角a达到第一预设值时使所述变幅变频器的输出频率变为第一频率，同时使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为加速度增大到第二频率并保持不变；所述变频器控制单元还用于在接收到减速信号后，使所述变幅变频器的输出频率以设定的减速度降低，并在所述偏移角a的值达到第二预设值时，使所述变幅变频器的输出频率变为第二频率，同时使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低，直到该变幅变频器的输出频率为零。

在本发明所述的起重机防摇摆控制系统中，所述起重机包括起升变频器，所述偏移角监控单元包括拉力计算子单元，用于根据起升变频器的输出转矩实时计算当前钢丝绳拉力N。

在本发明所述的起重机防摇摆控制系统中，所述起重机包括起升变频器，所述偏移角监控单元包括重量计算子单元，用于在所述载荷匀速提升时根据起升变频器的输出转矩计算载荷重量G。

在本发明所述的起重机防摇摆控制系统中，所述设定的加速度、设定的减速度、第一频率、第二频率及偏移角的预设值在起重机调试时设置。

本发明还提供一种起重机防摇摆控制方法，所述起重机包括起升变频器和变幅变频器，且所述变幅变频器通过驱动变幅电机运转使悬挂在钢丝绳上的载荷做水平移动，该方法包括以下步骤：

(a)使变幅变频器的输出频率按照设定的加速度增大，并实时计算偏移角a＝arccos(N/G)，其中G为载荷重量，N为当前钢丝绳拉力；

(b)在所述偏移角a的值大于第一预设值时使所述变幅变频器的输出频率变为第一频率，并使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为加速度增大；

(c)在所述变幅变频器的输出频率达到第二频率时，使所述变幅变频器的输出频率保持不变；

(d)在接收到减速信号时使所述变幅变频器的输出频率以设定的减速度降低，并实时计算偏移角a＝arccos(N/G)；

(e)在所述偏移角a的值大于第二预设值时，使所述变幅变频器的输出频率变为第二频率，并使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低，直到该变幅变频器的输出频率为零。

在本发明所述的起重机防摇摆控制方法中，所述步骤(a)包括：根据起升变频器的输出转矩实时计算当前钢丝绳拉力N。

在本发明所述的起重机防摇摆控制方法中，所述步骤(a)之前包括：在所述载荷匀速提升时根据起升变频器的输出转矩计算载荷重量G。

在本发明所述的起重机防摇摆控制方法中，所述设定的加速度、设定的减速度、第一频率、第二频率及偏移角的预设值在起重机调试时设置。

本发明的起重机防摇摆控制系统及方法，通过控制变幅变频器的输出频率来消除载荷水平移动时的摇摆，不仅结构简单，而且调试方便。

附图说明

图1是现有变幅变频器在控制载荷水平移动时的输出频率。

图2是本发明起重机防摇摆控制系统实施例的示意图。

图3是偏移角的示意图。

图4是本发明的起重机防摇摆控制系统中变幅变频器输出频率的示意图。

图5是本发明起重机防摇摆控制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2所示，是本发明起重机防摇摆控制系统实施例的示意图，其可应用于桥式起重机、塔式起重机等，上述起重机包括起升变频器21和变幅变频器22，且变幅变频器22通过驱动变幅电机运转使悬挂在钢丝绳上的载荷做水平移动。本实施例中的起重机防摇摆控制系统包括偏移角监控单元23、变频器控制单元24。上述偏移角监控单元23、变频器控制单元24可由运行在PLC等逻辑单元上的软件构成。

在载荷水平移动时，悬挂在钢丝绳底端的载荷因惯性作用，将使钢丝绳产生偏移，上述偏移角a即为钢丝绳与垂向的夹角，如图3所示。偏移角监控单元23用于在载荷水平移动时实时计算钢丝绳的偏移角a＝arccos(N/G)，其中G为载荷重量，N为当前钢丝绳拉力。

变频器控制单元24用于控制变幅变频器22的输出频率，以消除载荷水平移动时的摇摆。具体地，该变频器控制单元24在接收到移动载荷的指令时(上述指令可通过操作杆、操作按钮等输入)，使变幅变频器22的输出频率从零开始按照设定的加速度逐渐增大，并在偏移角a达到预设值时使变幅变频器22的输出频率变为第一频率(该第一频率小于当前的变幅变频器的输出频率)，同时使该变幅变频器22的输出频率以当前偏移角a的余切值为加速度增大到第二频率并保持不变。

在接收到减速信号时(例如移动载荷的指令取消或接收到停止移动信号)，变频器控制单元24使变幅变频器22的输出频率以设定的减速度降低，并在偏移角a的值达到预设值时，使变幅变频器22的输出频率变为第二频率(跳变)，同时使该变幅变频器22的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低，直到该变幅变频器22的输出频率为零。

如图4所示，为变幅变频器22在变频器控制单元24控制下的输出频率曲线。通过控制变幅变频器22的输出频率，即可消除载荷因水平移动而产生的摇摆，使其到达指定位置时刚好为垂向。

特别地，上述钢丝绳的拉力N可由偏移角监控单元23计算获得，即偏移角监控单元23包括拉力计算子单元。拉力计算子单元用于在载荷水平移动过程中，根据起升变频器21的输出转矩实时计算当前钢丝绳拉力N。此外，上述偏移角监控单元23还可包括重量计算子单元，用于在载荷匀速提升时根据起升变频器21的输出转矩计算载荷重量G。

当然，在实际应用中，载荷重量G及钢丝绳拉力N也可通过其他任何方式测量或计算获得。

在上述起重机防摇摆控制系统中的各个预设参数，包括设定的加速度、设定的减速度、第一频率、第二频率及偏移角的预设值，可在起重机调试时获得并设置。

如图5所示，是本发明起重机防摇摆控制方法实施例的流程示意图，上述起重机包括起升变频器和变幅变频器，且变幅变频器通过驱动变幅电机运转使悬挂在钢丝绳上的载荷做水平移动，该方法包括以下步骤：

步骤S511：在接收到水平移动指令(例如来自操作杆或按钮)时，使变幅变频器的输出频率按照设定的加速度K1增大，例如使变幅变频器的输出频率为f＝0.5*K1*t1，其中t1为时间，其值从零开始逐渐增大。

步骤S512：计算偏移角a＝arccos(N/G)，其中G为载荷重量，N为当前钢丝绳拉力。上述当前钢丝绳拉力N可根据起升变频器的输出转矩实时计算，载荷重量G只需计算一次，其在载荷匀速提升时根据起升变频器的输出转矩计算。

步骤S513：判断偏移角a的值是否达到预设值a1，在该偏移角a的值达到预设值a1时执行步骤S514，否则返回步骤S511。

步骤S514：使变幅变频器的输出频率变为第一频率f1(跳变)，并使该变幅变频器的输出频率以第一频率f1为起点，按照当前偏移角a的余切值为加速度逐渐增大，例如使变幅变频器的输出频率为f＝f1+b1*cota*t2，其中t2为时间，其值从零开始逐渐增大，b1为微调系数，其值可通过功能码设定。

步骤S515：在变幅变频器的输出频率达到第二频率f2时，使变幅变频器的输出频率保持不变，并以此频率驱动载荷水平移动。

步骤S516：判断是否接收到减速信号，若接收到则执行步骤S517，否则返回步骤S515。

步骤S517：使变幅变频器的输出频率以设定的减速度K2降低，此时变幅变频器的输出频率为f＝f2-0.5*K2*t4，其中t4为时间，其值从零开始逐渐增大。

步骤S518：实时计算偏移角a＝arccos(N/G)。

步骤S519：判断偏移角a的值是否达到预设值a1，并在偏移角a的值达到预设值a1时，执行步骤S520，否则返回步骤S517。

步骤S520：使变幅变频器的输出频率变为第二频率f2，并使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低，直到该变幅变频器的输出频率为零。该步骤中变幅变频器的输出频率为f＝f2-b2*cota*t5，其中t5为时间，其值从零开始逐渐增大，b2为微调系数，其值可通过功能码设定。

特别地，上述起重机防摇摆控制方法中的各个预设参数，包括设定的加速度K1、设定的减速度K2、第一频率f1、第二频率f2及偏移角的预设值a1，可在起重机调试时获得并设置。

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 (8)

1.一种起重机防摇摆控制系统，所述起重机包括变幅变频器，且所述变幅变频器通过驱动变幅电机运转使悬挂在钢丝绳上的载荷做水平移动，其特征在于：该系统包括偏移角监控单元、变频器控制单元；其中：所述偏移角监控单元，用于实时计算钢丝绳的偏移角a＝arccos(N/G)，其中G为载荷重量，N为当前钢丝绳拉力；所述变频器控制单元，用于使变幅变频器的输出频率从零开始按照设定的加速度增大，并在所述偏移角a达到第一预设值时使所述变幅变频器的输出频率变为第一频率，同时使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为加速度增大到第二频率并保持不变；所述变频器控制单元还用于在接收到减速信号后，使所述变幅变频器的输出频率以设定的减速度降低，并在所述偏移角a的值达到第二预设值时，使所述变幅变频器的输出频率变为第二频率，同时使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低，直到该变幅变频器的输出频率为零。

2.根据权利要求1所述的起重机防摇摆控制系统，其特征在于：所述起重机包括起升变频器，所述偏移角监控单元包括拉力计算子单元，用于根据起升变频器的输出转矩实时计算当前钢丝绳拉力N。

3.根据权利要求1所述的起重机防摇摆控制系统，其特征在于：所述起重机包括起升变频器，所述偏移角监控单元包括重量计算子单元，用于在所述载荷匀速提升时根据起升变频器的输出转矩计算载荷重量G。

4.根据权利要求1所述的起重机防摇摆控制系统，其特征在于：所述设定的加速度、设定的减速度、第一频率、第二频率及偏移角的预设值在起重机调试时设置。

5.一种起重机防摇摆控制方法，所述起重机包括变幅变频器，且所述变幅变频器通过驱动变幅电机运转使悬挂在钢丝绳上的载荷做水平移动，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(a)使变幅变频器的输出频率按照设定的加速度增大，并实时计算偏移角a＝arccos(N/G)，其中G为载荷重量，N为当前钢丝绳拉力；

(b)在所述偏移角a的值大于第一预设值时使所述变幅变频器的输出频率变为第一频率，并使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为加速度增大；

(c)在所述变幅变频器的输出频率达到第二频率时，使所述变幅变频器的输出频率保持不变；

(d)在接收到减速信号时使所述变幅变频器的输出频率以设定的减速度降低，并实时计算偏移角a＝arccos(N/G)；

(e)在所述偏移角a的值大于第二预设值时，使所述变幅变频器的输出频率变为第二频率，并使该变幅变频器的输出频率以当前偏移角a的余切值为减速度降低，直到该变幅变频器的输出频率为零。

6.根据权利要求5所述的起重机防摇摆控制方法，其特征在于：所述起重机包括起升变频器，所述步骤(a)包括：根据起升变频器的输出转矩实时计算当前钢丝绳拉力N。

7.根据权利要求5所述的起重机防摇摆控制方法，其特征在于：所述起重机包括起升变频器，所述步骤(a)之前包括：在所述载荷匀速提升时根据起升变频器的输出转矩计算载荷重量G。

8.根据权利要求5所述的起重机防摇摆控制方法，其特征在于：所述设定的加速度、设定的减速度、第一频率、第二频率及偏移角的预设值在起重机调试时设置。