CN105129619A - 一种起重机的超速保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机的超速保护系统及方法，可靠性较高，能够保证起重机的作业安全。该系统包括：检测单元，用于检测起重机中的电机定子侧的指定参数；转速估计单元，用于基于检测单元检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；判断单元，用于根据转速估计单元估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；控制单元，用于当判断单元确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

Description

一种起重机的超速保护系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械控制技术领域，尤其涉及一种起重机的超速保护系统及方法。

背景技术

目前常见的起重机的控制系统如图1所示，主要包括操作手柄、PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)、变频器、电机、制动器、减速机、卷扬机构、液压钳等部分。若起重机中的电机转子转速过快，不但会影响设备使用寿命，还可能会导致安全事故的发生。因此，现有技术中，多会采用编码器检测电机转子转速，依据编码器检测得到的电机转子转速进行超速保护。

然而，编码器本身较容易受到干扰损坏、连接线路也容易出现断线，故障率较高，因此完全依赖于编码器的超速保护方案可靠性较低，并不能保证起重机的作业安全。

发明内容

本发明实施例提供一种起重机的超速保护系统及方法，可靠性较高，能够保证起重机的作业安全。

本发明实施例提供一种起重机的超速保护系统，包括：

检测单元，用于检测起重机中的电机定子侧的指定参数；

转速估计单元，用于基于所述检测单元检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；

判断单元，用于根据所述转速估计单元估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；

控制单元，用于当所述判断单元确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

本发明实施例还提供一种起重机的超速保护方法，包括：

检测起重机中的电机定子侧的指定参数；

基于检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；

根据估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；

当确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，基于起重机中的电机定子侧的参数，采用转速估计算法估算电机转子转速，基于估算得到的电机转子转速进行超速保护，无需采用编码器检测电机转子转速，因此相比于现有技术，可靠性较高，能够保证起重机的作业安全。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为目前常见的起重机的控制系统示意图；

图2为本发明实施例提供的起重机的超速保护系统的结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的起重机的超速保护系统的结构示意图之二；

图4为本发明实施例提供的起重机的超速保护系统的实现示意图；

图5为本发明实施例提供的起重机的超速保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为了给出可靠性高、能够保证起重机作业安全的超速保护方案，本发明实施例提供了一种起重机的超速保护系统及方法，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种起重机的超速保护系统，如图2所示，具体可以包括如下单元：

检测单元201，用于检测起重机中的电机定子侧的指定参数；

转速估计单元202，用于基于检测单元201检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；

判断单元203，用于根据转速估计单元202估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；

控制单元204，用于当判断单元203确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

其中，检测单元201检测的电机定子侧的指定参数为转速估计单元202采用预设的转速估计算法估算电机转子转速所需要的参数。

例如，当转速估计单元202采用的预设的转速估计算法为模型参考自适应转速估计算法或卡尔曼滤波转速估计算法时，检测单元201检测的电机定子侧的指定参数可以包括电机的三相定子电压和三相定子电流。

需要说明的是，上述模型参考自适应转速估计算法和卡尔曼滤波转速估计算法仅为示例，并不用限定本发明，转速估计单元202采用的预设的转速估计算法也可以为其它算法，相应的，检测单元201检测的电机定子侧的指定参数也可以为其它参数。

进一步的，判断单元203，还用于确定超速保护阈值。

在本发明的一个具体实施例中，判断单元203，可以不考虑电机运行频率，根据电机额定转速确定超速保护阈值，例如，可以确定超速保护阈值为电机额定转速的110％。

由于电机在电机运行频率小于额定运行频率时的工作状态，与电机运行频率不小于额定运行频率时的工作状态不同，因此，在本发明的另一个具体实施例中，较佳的，判断单元203，可以考虑电机运行频率，来确定超速保护阈值。

具体的，当电机运行频率小于额定运行频率时，判断单元203可以根据电机额定转速确定超速保护阈值。例如，可以确定超速保护阈值为电机额定转速的110％。

由于电机额定转速为定值，因此，当电机运行频率小于额定运行频率时，超速保护阈值为定值。

而当电机运行频率不小于额定运行频率时，图2所示的起重机的超速保护系统还可以包括负载估计单元205，用于估算起重机的负载重量，如图3所示；判断单元203可以根据起重机的操作手柄档位、负载估计单元205估算得到的负载重量、转速估计单元202估算得到的电机转子转速，确定超速保护阈值。

其中，负载估计单元205具体可以基于电机的三相定子电流以及电机数学模型来估算起重机的负载重量，也可以采用现有技术中的其它方式来估算起重机的负载重量，本发明不作具体限定。

由于起重机的操作手柄档位、负载重量、电机转子转速均不为定值，因此，当电机运行频率不小于额定运行频率时，超速保护阈值也不为定值，而是为变化值。

电机运行频率不小于额定运行频率时确定的超速保护阈值应不大于电机运行频率小于额定运行频率时确定的超速保护阈值，能够实现全速段的超速保护。即，当运行频率小于额定运行频率时确定的超速保护阈值为电机额定转速的110％时，电机运行频率不小于额定运行频率时确定的超速保护阈值应不大电机额定转速的110％。

进一步的，判断单元203确定电机转子转速是否超速，具体包括：

当转速估计单元202估算得到的电机转子转速达到超速保护阈值时，确定电机转子转速超速；当转速估计单元202估算得到的电机转子转速未达到超速保护阈值时，确定电机转子转速未超速。

进一步的，当判断单元203确定电机转子转速超速时，控制单元204进行超速保护，具体可以包括控制起重机中的变频器断电；和/或，控制起重机中的制动器制动；和/或，控制起重机中的液压钳关闭。即控制单元204可以执行控制起重机中的变频器断电、控制起重机中的制动器制动、控制起重机中的液压钳关闭三个控制步骤中的至少一个控制步骤，较佳的，可以三个控制步骤均执行，能够及时控制起重机停止作业，减少事故发生概率。

较佳的，变频器也可以根据起重机的操作手柄档位、负载估计单元205估算得到的负载重量、转速估计单元202，优化制动曲线和时间，提高系统平稳性。

较佳的，当判断单元203确定电机转子转速超速时，控制单元204还可以发出超速提醒消息。该超速提醒消息可以发送至起重机的操作台进行本地提醒，具体提醒形式可以采用操作台屏幕显示、语音报警等多种形式；该超速提醒消息也可以发送至预先设定的维护人员的移动终端进行远程提醒，具体提醒形式可以采用短信、应用软件信息等多种形式。

本发明实施例提供的超速保护系统，可以应用于塔式起重机等多种类型的起重机。不但可以应用于起重机稳定工作过程时，也可以应用于起重机启机过程中。相比于现有技术，无需采用编码器检测电机转子转速，可靠性较高，能够保证起重机的作业安全。

基于现有起重机的控制系统，实际实施时，可以如图4所示，检测单元201和转速估计单元202的功能可以由起重机中的变频器实现，具体的，检测单元201的功能由变频器内部的硬件采样电路实现，转速估计单元202的功能由变频器内部的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)实现。

判断单元203和控制单元204的功能可以由起重机中的PLC实现。

负载估计单元205的功能可以额外设置DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理器)实现。

具体的，可以由变频器内部的硬件采样电路对电机的三相定子电压和三相定子电流进行检测，将检测得到的电机的三相定子电压和三相定子电流滤波处理后输入至变频器内部的CPU，由变频器内部的CPU采用模型参考自适应转速估计算法或卡尔曼滤波转速估计算法进行电机转子转速的估算，将估算得到的电机转子转速输出至PLC；同时，变频器还将检测得到的电机的三相定子电流输入至DSP。

DSP可以基于电机的三相定子电流和预先存储的电机数学模型对起重机的负载重量进行估算，将估算得到的负载重量输出至PLC。

PLC可以根据操作手柄输出的档位信号确定电机运行频率，确定超速保护阈值，并判断电机转子转速是否超速，并且在确定电机转子转速超速时，控制变频器断电、制动器制动以及液压钳关闭，实现超速保护。

上述实现方式仅为示例，并不是本发明实施例提供的超速保护系统的唯一实现方式。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种超速保护方法，如图5所示，包括如下步骤：

步骤501、检测起重机中的电机定子侧的指定参数；

步骤502、基于检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；

步骤503、根据估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；

步骤504、当确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

其中，电机定子侧的指定参数可以包括电机的三相定子电压和三相定子电流；预设的转速估计算法可以包括模型参考自适应转速估计算法或卡尔曼滤波转速估计算法。

进一步的，上述超速保护阈值具体可以采用如下方式确定：

当电机运行频率小于额定运行频率时，根据电机额定转速确定超速保护阈值；

当电机运行频率不小于额定运行频率时，估算起重机的负载重量；根据起重机的操作手柄档位、估算得到的负载重量、估算得到的电机转子转速，确定超速保护阈值。

进一步的，当确定电机转子转速超速时，步骤504中进行超速保护，具体可以包括：

控制起重机中的变频器断电；和/或，控制起重机中的制动器制动；和/或，控制起重机中的液压钳关闭。

各步骤具体实施方式可参见前述系统实施例，在此不再详述。

综上所述，采用本发明实施例提供的方案，能够保证起重机的作业安全，并且易于实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种起重机的超速保护系统，其特征在于，包括：

检测单元，用于检测起重机中的电机定子侧的指定参数；

转速估计单元，用于基于所述检测单元检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；

判断单元，用于根据所述转速估计单元估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；

控制单元，用于当所述判断单元确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机定子侧的指定参数包括电机的三相定子电压和三相定子电流。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设的转速估计算法包括模型参考自适应转速估计算法或卡尔曼滤波转速估计算法。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述判断单元，还用于当电机运行频率小于额定运行频率时，根据电机额定转速确定所述超速保护阈值。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

负载估计单元，用于估算起重机的负载重量；

所述判断单元，还用于当电机运行频率不小于额定运行频率时，根据起重机的操作手柄档位、所述负载估计单元估算得到的负载重量、所述转速估计单元估算得到的电机转子转速，确定所述超速保护阈值。

6.如权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，所述控制单元，具体用于当所述判断单元确定电机转子转速超速时，控制起重机中的变频器断电；和/或，控制起重机中的制动器制动；和/或，控制起重机中的液压钳关闭。

7.一种起重机的超速保护方法，其特征在于，包括：

检测起重机中的电机定子侧的指定参数；

基于检测得到的电机定子侧的指定参数，采用预设的转速估计算法，估算电机转子转速；

根据估算得到的电机转子转速和超速保护阈值，确定电机转子转速是否超速；

当确定电机转子转速超速时，进行超速保护。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电机定子侧的指定参数包括电机的三相定子电压和三相定子电流。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预设的转速估计算法包括模型参考自适应转速估计算法或卡尔曼滤波转速估计算法。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述超速保护阈值具体采用如下方式确定：

当电机运行频率小于额定运行频率时，根据电机额定转速确定所述超速保护阈值；

当电机运行频率不小于额定运行频率时，估算起重机的负载重量；根据起重机的操作手柄档位、估算得到的负载重量、估算得到的电机转子转速，确定所述超速保护阈值。

11.如权利要求7-10任一所述的方法，其特征在于，进行超速保护，具体包括：

控制起重机中的变频器断电；和/或

控制起重机中的制动器制动；和/或

控制起重机中的液压钳关闭。