CN104760888A - 用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其包括：逻辑状态检测模块，模拟信号检测转换模块，输出模块和分别与上述各模块连接的时序逻辑控制模块，该时序逻辑控制模块根据逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块传输的逻辑电平信号判断起重机的工作状态，并根据起重机的工作状态产生制动控制信号，并将制动控制信号传输至输出模块输出。本发明所述的制动控制装置能够直接应用于起重机模拟量定子调压调速控制系统，在不影响现有控制系统的完备性的条件下，按照预定规则与现有控制系统共同对起重机机械制动器进行自动控制，消除现有控制系统的溜钩及溜车缺陷，从而达到安全生产的目的。

Description

用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置

技术领域

本发明涉及一种制动控制装置，尤其涉及一种用于起重机控制系统的制动控制装置。

背景技术

目前，起重机的主流控制系统一般分为模拟量定子调压调速、数字量定子调压调速以及数字量变频器调速。定子调压调速虽然在向先进的数字量控制方式发展，性价比较高的模拟量定子调压调速控制器还是被许多厂家所青睐，仍在广泛使用。

模拟量定子调压调速控制器是一个成熟的晶闸管相位控制的起重机电动机控制系统，它包含了所有起重机控制的常用功能，但由于设计缺陷，在生产中存在着溜钩或溜车隐患。溜钩或溜车指的是在电动机无转矩输出的情况下，机械制动器抱闸处于打开状态，起重机的吊钩、大小车等机构受重力或惯性作用不受控制地垂直或水平运动，这在安全生产中是十分危险的。

瑞典ABB公司的型号为ASTAT9的控制器是典型的模拟量定子调压调速控制器。ASTAT9的制动系统只使用零位和方向给定作为打开制动器的条件，在只有方向给定而无速度给定时，制动器打开，电机在没有速度环控制的情况下，受负载重力或自身惯性作用，即会产生溜钩或溜车现象。

目前还没有专门应对ASTAT9或其它类似模拟量定子调压调速控制器溜钩及溜车缺陷的产品。当前，在应用模拟量定子调压调速控制系统的起重机时，解决溜钩及溜车问题的方法是：

1.操作员按经验判断运动状态，发现速度异常时，人工按紧急停止按钮，使制动器失电抱闸。

2.调整控制器线路，取超速信号直接串接至制动器控制回路中。

上述方法1采用的是人工控制，操作员欠缺经验或疏忽大意还是无法避免溜钩或溜车现象；方法2需要修改原有控制器线路，破坏了原有控制系统的完备性，可能产生误动作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，该制动控制装置能够直接应用于起重机模拟量定子调压调速控制系统，在不影响现有控制系统的完备性的条件下，按照预定规则与该控制系统共同对起重机机械制动器进行自动控制，消除现有控制系统经常会发生的溜钩及溜车现象，从而实现安全生产。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接，所述制动控制装置包括：

逻辑状态检测模块，其用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接，接收传输自起重机模拟量定子调压调速控制系统的方向给定逻辑信号和制动器状态逻辑信号，并将其转换为逻辑电平信号输出；

模拟信号检测转换模块，其用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接，接收传输自起重机模拟量定子调压调速控制系统的速度给定模拟信号和速度反馈模拟信号，将其分别与预设的参考值进行比较，转换为逻辑电平信号输出；

时序逻辑控制模块，其分别与逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块连接，根据逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块传输的逻辑电平信号判断起重机的工作状态，并根据起重机的工作状态产生制动控制信号；

输出模块，其与所述时序逻辑控制模块连接，并用以与起重机的制动器连接，其输出所述制动控制信号。

本发明针对的模拟量定子调压调速控制系统可以是瑞典ABB生产的ASTAT9模拟量定子调压调速控制器或其它类似的模拟量定子调压调速控制器。本发明所述的制动控制装置为附加在现有模拟量调压调速控制器上的独立装置，在使用中其与现有的模拟量调压调速控制器共同参与控制起重机机械制动器，但不会影响现有模拟量定子调压调速控制系统的正常工作。

本技术方案中涉及的方向给定逻辑信号可以是起重机操纵杆给出的0V/110V的逻辑电压信号，制动器状态逻辑信号可以是支持继电器型或NPN、PNP型限位开关的制动器限位开关输出的逻辑电压信号，速度给定信号可以是起重机操纵杆给出的0～10V的模拟电压信号，速度反馈信号可以是由测速发电机或编码器输出的±10V的模拟电压信号。

进一步地，本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置还包括起重机工作状态显示单元，其与所述时序逻辑控制模块连接，以显示起重机的工作状态。

进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述逻辑状态检测模块与时序逻辑控制模块之间还连接有光电耦合器。光电耦合器用于将逻辑状态检测模块输出的逻辑电平信号进一步隔离转换为时序逻辑控制模块识别的逻辑电平信号，例如将0V/10V的逻辑电平信号隔离转换为0V/5V的逻辑电平信号。

更进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述光电耦合器与时序逻辑控制模块之间还连接有发光二极管，用于信号状态指示。

进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述模拟信号检测转换模块包括依次连接的绝对值电路和比较器电路，所述速度给定模拟信号和速度反馈模拟信号分别经相应的绝对值电路整流放大，在相应的比较器电路与预设的参考值进行比较，转换为逻辑电平信号。

更进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述比较器电路后还连接有光电耦合器，该光电耦合器与所述时序逻辑控制模块连接，所述经比较器转换的逻辑电平信号通过光电耦合器传输至时序逻辑控制模块。同样地，该光电耦合器也用于将比较器电路输出的逻辑电平信号转换为时序逻辑控制模块识别的逻辑电平信号。

进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述输出模块包括继电器，该继电器与起重机模拟量定子调压调速控制系统的继电器串联连接。

进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述输出模块的继电器与时序逻辑控制模块之间连接有光电耦合器。该光电耦合器用于将时序逻辑控制模块输出的制动控制信号转换为继电器的驱动信号。

进一步地，本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置还包括电源转换电路，所述电源转换电路将起重机模拟量定子调压调速控制系统的电源转换为所述制动控制装置所需的电源。

进一步地，在上述用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置中，所述时序逻辑控制模块包括MCU。

本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置通过附加在模拟量定子调压调速控制系统上的独立装置的方式，针对模拟量定子调压调速控制系统的存在的可能发生溜钩及溜车的缺陷，补充模拟量定子调压调速控制系统的制动控制条件和制动控制输出，从而在不影响该控制系统的完备性的条件下，与该控制系统共同对起重机机械制动器进行自动控制，消除了该控制系统的溜钩及溜车缺陷，达到了安全生产的目的。

附图说明

图1为本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置在一种实施方式下的结构框图。

图2为本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置在一种实施方式下的电路图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置做出进一步的解释和说明。

图1显示了本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置在一种实施方式下的结构框图。

如图1所示，该用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置包括：用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接的逻辑状态检测模块，其接收传输自起重机模拟量定子调压调速控制系统的方向给定逻辑信号和制动器状态逻辑信号，并将其转换为逻辑电平信号输出，例如将0V/110V的方向给定逻辑信号转换为0V/10V的逻辑电平信号输出，将限位开关输出的制动器状态信号转换为逻辑电平信号输出；用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接的模拟信号检测转换模块，接收传输自起重机模拟量定子调压调速控制系统的速度给定模拟信号和速度反馈模拟信号，将其分别与预设的参考值进行比较，转换为逻辑电平信号输出；时序逻辑控制模块，其分别与逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块连接，根据逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块传输的逻辑电平信号判断起重机的工作状态，并根据起重机的工作状态产生制动控制信号；输出模块，其与时序逻辑控制模块连接，并用以与起重机的制动器连接，输出模块输出制动控制信号。

图2显示了本发明所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置在一种实施方式下的电路结构。

如图2所示，在本实施例中，来自ASTAT9控制器的方向给定逻辑信号通过逻辑状态检测模块（图中未示出）将0V/110V的逻辑信号转换为0V/10V的逻辑电平信号DIRECT_A和DIRECT_B，其分别通过与逻辑状态检测模块连接的第一光电耦合器11和第二光电耦合器12进一步转换为时序逻辑控制模块（本实施例中为单片机31）可接收识别的0V/5V的逻辑电平信号，第三发光二极管L3和第四发光二极管L4分别对应连接在第一光电耦合器11、第二光电耦合器12和单片机31之间，用以指示信号状态，第三发光二极管L3和第四发光二极管L4分别与单片机31（型号PIC16F68X）的引脚6和引脚7连接；同样，来自制动器限位开关输入的制动器状态逻辑信号（制动器开启/闭合时，其限位开关输出对应的高/低电平）通过逻辑状态检测模块转换为逻辑电平信号BK_CLOSE，然后通过第三光电耦合器13转换为单片机31可接收识别的0V/5V的逻辑电平信号，经过第二发光二极管L2接入单片机31的引脚10；来自ASTAT9控制器的速度给定信号SPEED_REF通过第一绝对值电路21进行整流放大，在第一比较器电路22与第一变阻器51的预设电压进行比较，若高于该预设电压则转换为逻辑电平输出，再经过第四光电耦合器23转换成单片机31可以识别的0V/5V的逻辑电平信号输出到单片机31的引脚8，单片机31以是否收到逻辑电平判断速度给定信号SPEED_REF是否有效；来自ASTAT9控制器的速度反馈信号SPEED_FB通过第二绝对值电路24进行整流放大，在第二比较器电路25与第二变阻器52的预设电压比较，若高于该预设电压则转换为逻辑电平输出，再经过第五光电耦合器26转换成单片机31可以识别的0V/5V的逻辑电平信号输出到单片机31的引脚9，单片机31以是否收到逻辑电平判断速度反馈信号SPEED_FB是否有效；其中绝对值电路由军工级的运算放大器LM124实现，比较器电路由LM139实现，光电耦合器使用PC817单路光电耦合器，也可使用TLP521-1替代。

请继续参阅图2，本实施例中的时序逻辑控制模块2以单片机31为核心实现，单片机31选用高可靠性的PIC16F68x，单片机31根据接收的逻辑电平信号，判断起重机的工作状态，具体为：无方向给定、速度给定（相应逻辑电平信号均为0），判定起重机处于空闲状态，则不产生制动控制信号；有方向给定和速度给定（相应逻辑电平信号均为5v），判定起重机处于正常状态，也不产生制动控制信号；无方向给定（相应逻辑电平信号为0），有速度给定（相应逻辑电平信号为5v），判定起重机处于正常状态，不产生制动控制信号；设过渡时间Td和限时保护时间Ts，当有方向给定（相应逻辑电平信号为5v），无速度给定（相应逻辑电平信号为0）的状态持续时间超过Td，则判定起重机状态异常，时间超过Ts后输出制动控制信号，令制动器强制抱闸。

请继续参阅图2，单片机31的引脚18输出的制动控制信号通过第六光电耦合器41传输给输出模块的继电器K2S线圈，根据制动器抱闸逻辑关系选择继电器K2S相应常开触点RL_NO或常闭触点RL_NC串入制动器控制线路。即该继电器与现有起重机模拟量定子调压调速控制系统的继电器串联连接，以共同控制起重机制动器的动作。

如图2所示，在本实施例中，制动控制装置还具有电源转换电路，三端稳压器53（型号LM317）给接口电路供电，同时还通过全隔离的DC/DC模块54（型号B1505S）给单片机31提供+5V工作电源。

本发明所述的用于起重机ASTAT9控制器的制动控制装置通过附加在ASTAT9控制器上的独立装置的方式，针对ASTAT9控制器的溜钩及溜车缺陷，按照上述预定规则补充ASTAT9控制器的制动控制条件和制动控制输出，从而在不影响ASTAT9控制器的完备性的条件下，与ASTAT9控制器共同对起重机机械制动器进行自动控制，消除了ASTAT9控制器的溜钩及溜车缺陷，从而达到了安全生产的目的。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接，所述制动控制装置包括：

逻辑状态检测模块，其用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接，接收传输自起重机模拟量定子调压调速控制系统的方向给定逻辑信号和制动器状态逻辑信号，并将其转换为逻辑电平信号输出；

模拟信号检测转换模块，其用以与起重机模拟量定子调压调速控制系统连接，接收传输自起重机模拟量定子调压调速控制系统的速度给定模拟信号和速度反馈模拟信号，将其分别与预设的参考值进行比较，转换为逻辑电平信号输出；

时序逻辑控制模块，其分别与逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块连接，根据逻辑状态检测模块和模拟信号检测转换模块传输的逻辑电平信号判断起重机的工作状态，并根据起重机的工作状态产生制动控制信号；

输出模块，其与所述时序逻辑控制模块连接，并用以与起重机的制动器连接，其输出所述制动控制信号。

2.如权利要求1所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，还包括起重机工作状态显示单元，其与所述时序逻辑控制模块连接，以显示起重机的工作状态。

3.如权利要求1所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述逻辑状态检测模块与时序逻辑控制模块之间还连接有光电耦合器。

4.如权利要求3所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述光电耦合器与时序逻辑控制模块之间还连接有发光二极管。

5.如权利要求1所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述模拟信号检测转换模块包括依次连接的绝对值电路和比较器电路，所述速度给定模拟信号和速度反馈模拟信号分别经相应的绝对值电路整流放大，在相应的比较器电路与预设的参考值进行比较，转换为逻辑电平信号。

6.如权利要求5所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述比较器电路后还连接有光电耦合器，该光电耦合器与所述时序逻辑控制模块连接，所述经比较器电路转换的逻辑电平信号通过光电耦合器传输至时序逻辑控制模块。

7.如权利要求1所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述输出模块包括继电器，该继电器与起重机模拟量定子调压调速控制系统的继电器串联连接。

8.如权利要求7所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述输出模块的继电器与时序逻辑控制模块之间连接有光电耦合器。

9.如权利要求1所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，还包括电源转换电路，所述电源转换电路将起重机模拟量定子调压调速控制系统的电源转换为所述制动控制装置所需的电源。

10.如权利要求1所述的用于起重机模拟量定子调压调速控制系统的制动控制装置，其特征在于，所述时序逻辑控制模块包括MCU。