CN105486955A - 一种电动葫芦能效测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动葫芦能效测试方法及系统，属于起重设备能效测试技术领域。所述方法包括：根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能；根据规定载荷在起升过程中消耗的电能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能；根据有效能和供给能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的能效值。所述系统包括：UPS电源、PLC、工控计算机、控制转接箱、调压器、电流互感器、电能表和激光测距仪。本发明提供的电动葫芦能效测试方法和系统，具有操作方便、测量精度高等优点，能够满足不同类型、不同功率的电动葫芦能效测试的需求，通用性强，自动化程度高，提高了测量精度，能最大限度地减少使用者的劳动强度。

Description

一种电动葫芦能效测试方法及系统

技术领域

本发明涉及起重设备能效测试技术领域，特别涉及一种电动葫芦能效测试方法及系统。

背景技术

电动葫芦是一种轻小型起重设备，具有体积小、自重轻、操作简单及使用方便等特点，被广泛应用于工矿企业、仓储码头等场所。随着近些年国家对节能减排的重视，电动葫芦的能耗也越来越受到关注。目前国内外还没有针对电动葫芦能效测试的标准和专用的测试系统。电动葫芦能效测试的主要难点在于：1)能效值的定义；电动葫芦的实际工况包括起升、停止和下降，其中所涉及的能量转换包括电能与机械能、机械能与动能、以及动能与位能，能量损耗包括电机能量损耗、减速器及制动器工作过程的能量损耗；由于能量损耗还包括电气部分损耗和机械传递过程中的损耗等，因此能效值的定义和计算均是难题。2)由于电动葫芦在下降制动过程中会产生一定的制动下滑量，因此在电动葫芦升降过程中载荷会越来越低，并最终降落到地面，从而影响能效测试结果的准确性。

发明内容

为了解决现有电动葫芦能效测试缺乏标准、能效值无法确定及测试结果准确性差等问题，本发明提供了一种电动葫芦能效测试方法，包括：

根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能；

根据规定载荷在起升过程中消耗的电能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能；

根据所述有效能和供给能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的能效值。

所述根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能的步骤具体包括：将位移测量设备安装在规定载荷正上方；根据所述位移测量设备测得的规定载荷起升的起始位移和停止位移，计算出规定载荷的起升高度；根据所述规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能；所述有效能的计算公式为：其中：Q_y为预设工作周期内的有效能，G为电动葫芦提升的规定载荷的质量；H_i为第i个工作周期的规定载荷的起升高度；k为预设工作周期次数。

所述根据规定载荷在起升过程中消耗的电能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能的步骤具体包括：将电能测量设备与电动葫芦电源进线端的三相交流电输入端连接；根据所述电能测量设备在规定载荷起升过程中的测量值，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能；所述供给能的计算公式为：其中：Q_G为预设工作周期内的供给能，D_i为第i个工作周期内电能测量设备的测量值，k为预设工作周期次数。

所述位移测量设备为激光测距仪。

所述电能测量设备为电能表。

在所述根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能的步骤之前还包括：检查规定载荷起升的起始位移是否大于预设测量低位；如果所述起始位移大于预设测量低位，则提升所述规定载荷，使所述起始位移小于预设测量低位。

本发明还提供了一种用于实现上述方法的系统，包括UPS电源、PLC、工控计算机、控制转接箱、调压器、电流互感器、电能表和激光测距仪；所述UPS电源分别与PLC、工控计算机和电能表电连接；所述PLC分别与工控计算机和控制转接箱电连接；所述激光测距仪与工控计算机电连接；所述电能表分别与工控计算机、调压器和电流互感器电连接；所述电流互感器分别与调压器和电动葫芦电连接；所述控制转接箱与电动葫芦电连接。

所述系统还包括外部三相电源，所述外部三相电源分别与所述UPS电源及调压器电连接。

本发明提供的电动葫芦能效测试方法，具有操作方便、测量精度高等优点。本发明提供的电动葫芦能效测试系统，采用PLC与工控计算机结合的方案，能够满足不同类型、不同功率的电动葫芦能效测试的需求，通用性强，自动化程度高，提高了测量精度，能最大限度地减少使用者的劳动强度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电动葫芦能效测试方法流程图；

图2是本发明实施例提供的电动葫芦能效测试系统的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。

电动葫芦是用于将一定载荷提升到一定位置的起重设备。在载荷上升过程中，电动葫芦的能量消耗主要是电能，即接入电动葫芦的三相交流电的电能，电机运行会消耗一部分能量、减速器及制动器的制动摩擦也会产生能量损耗，载荷最终被提升到指定位置。因此，实际用于实现载荷提升所消耗的能量才是电动葫芦能效问题关注的重点。在本发明实施例中给出如下定义：将规定载荷提升至规定位置时克服重力所做的功被称为有效能，将此过程中消耗的电能称为供给能。本发明实施例电动葫芦的能效值定义为：在预设工作周期内(通常取10个工作周期)有效能与供给能的比值。

参见图1，本发明实施例提供了一种电动葫芦能效测试方法，包括如下步骤：

步骤101：将位移测量设备安装在规定载荷的正上方，并将电能测量设备与电动葫芦电源进线端的三相交流电输入端连接。

在实际应用中，位移测量设备采用激光测距仪，电能测量设备可采用电能表。基于试验过程安全的考虑，激光测距仪通常安装在规定载荷的正上方；此外在保证安全的前提下，激光测距仪也可以安装在规定载荷的正下方；本实施例的激光测距仪安装在规定载荷的正上方。

步骤102：根据激光测距仪测得的规定载荷起升的起始位移S1和停止位移S2，计算出规定载荷的起升高度H。

规定载荷的起升高度H＝S1-S2。

步骤103：根据规定载荷的质量和起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能Q_y。

Q_y的计算：克服载荷重力作用做功的公式为W＝mgH，其中m为载荷的质量，单位是kg；g为重力加速度，取9.8N/kg；H为载荷被提升的高度(起升高度)，单位是m。通常情况下，电动葫芦用的载荷质量单位都以吨计，用符号G表示，1G＝1000kg，这样有效能的计算公式为：

$Q_y=\underset{1}{\overset{k}{\Σ}}\left(9800{\mathrm{GH}}_i\right);$

其中，G为电动葫芦提升的载荷质量，单位为吨(t)；H_i为第i个工作周期的载荷起升高度，单位为米(m)；k为工作周期次数(k≤10)；Q_y的单位为焦耳(J)。

步骤104：根据电能表在规定载荷起升过程中的测量值，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能Q_G。

Q_G的计算： $Q_G=\underset{1}{\overset{k}{\Σ}}3.6\×{10}^6{D}_i;$

其中，D_i为第i个工作周期内电能表测量值，单位为千瓦时(kWh)，1千瓦时＝3.6×10⁶焦耳；k为工作周期次数(k≤10)；Q_G的单位为焦耳(J)。

步骤105：根据电动葫芦在预设工作周期内的有效能和供给能，计算出电动葫芦的能效值η。

η的计算：η＝Q_y/Q_G×100％。

在具体生产实践中，激光测距仪和电能表测得的数据分别通过RS422和RS485数据线传输至工控计算机，由工控计算机计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能、供给能和能效值。电动葫芦提升的载荷质量可通过吊钩秤在计算机上读出或直接键盘输入。在循环试验过程中，为了防止规定载荷起升的起始位移过低，影响能效测试结果的准确性，需要在规定载荷起升前使用激光测距仪测量规定载荷起升的起始位移是否大于预设测量低位；如果起始位移大于预设测量低位，则需要先提升规定载荷，使起始位移小于预设测量低位，然后再进行起升试验过程；如果起始位移小于等于预设测量低位，则直接进行起升试验过程。

参见图2，本发明实施例还提供了一种用于实现上述电动葫芦能效测试方法的系统，包括：UPS电源201、PLC(可编程序控制器)202、工控计算机203、控制转接箱204、调压器205、电流互感器206、电能表207和激光测距仪208。其中：UPS电源分别与PLC、工控计算机和电能表电连接，用于提供稳定的电源；PLC通过以太网与工控计算机连接，用于实现与工控计算机的通讯；PLC通过控制转接箱与电动葫芦电连接，用于控制电动葫芦的升降；电动葫芦的电源线和控制线分别与控制转接箱电连接；激光测距仪通过RS422数据线与工控计算机的RS422通讯接口连接，用于将测得的规定载荷起升的位移值传输给工控计算机；电能表通过RS485数据线与工控计算机的RS485通讯接口连接，以及电能表分别与调压器和电流互感器电连接，用于根据调压器输出的电压值及电流互感器的电流值，计算出电能值，并将该电能值传输给工控计算机；电流互感器分别与调压器和电动葫芦电连接，用于测量电动葫芦的工作电流；调压器用于调节电动葫芦的输入电压，以适应不同规格的电动葫芦及相关的试验工况；工控计算机用于根据获得的电能值和规定载荷的起升高度值，计算出电动葫芦的能效值，并将能效值存入数据库，通过数据库进行数据储存并生成报表，以便进行查询与打印。在实际应用中，为了保证UPS电源及调压器的连续稳定工作，需要将外部三相电源209接入UPS电源及调压器。

本实施例的电动葫芦能效测试系统是在额定电压和额定载荷下进行的，调压器用于调节电动葫芦的输入电压，调压器的输出动力线分别接入电能表的电压端和电流互感器的输入端，电流互感器的输出端接入电能表。电能表用于根据电动葫芦的输入电压及电流，计算得到电能值。工控计算机可将电压、电流、频率及电能值进行实时显示。电能表具有2路无源数字量输入点，分别作为与PLC控制电动葫芦上升和下降动作的握手信号。激光测距仪可安装在电动葫芦的载荷正上方，并通过通讯接口与工控计算机连接，使载荷起升的高度值实时的显示在工控计算机上。测试时将被测电动葫芦的控制线及电源线接入控制转接箱中。在工控计算机上选择工作制和测量次数(或自定义运行周期和次数)，先将载荷提升到一定高度，待载荷停止后，再在工控计算机上选择测量，系统将按照选择的工作制和次数(或自定义运行周期和次数)进行自动上升、停止、下降、停止的循环。开始命令发出后，系统先读取当前载荷的高度值，然后开始上升运行；载荷按电动葫芦的工作制上升预定时间后停止，系统再次读取当前载荷的高度值，并读取电能表传输到工控计算机的电能值，系统分别计算得到有效能与供给能，并自动计算出能效值。每次循环能效值均自动计算并显示和存储。在循环过程中，当激光测距仪测得的规定载荷起升的起始位移大于预设测量低位时，表明载荷的高度过低；在下一个循环开始之前，系统会通过程序控制将载荷自动提升后再进行下一循环的起升。提升过程中所产生的供给能和有效能系统会自动扣除，整个测量过程无需人为干预。在全部循环完成后，系统能自动计算能效的平均值。试验数据存储在计算机的数据库中，可以方便的进行调用和打印，有利于跟踪电动葫芦的能效情况，方便企业根据能效值来改进电动葫芦的性能，提高市场竞争力。

本发明实施例的电动葫芦能效测试方法，具有操作方便、测量精度高等优点。本发明实施例的电动葫芦能效测试系统，采用PLC与工控计算机结合的方案，能够满足不同类型、不同功率的电动葫芦能效测试的需求，通用性强、自动化程度高，提高了测量精度，能最大限度地减少使用者的劳动强度。本发明实施例的电动葫芦能效测试系统，可选择电动葫芦M1～M8的工作级别，按所选择的工作制自动进行试验和测量。在试验过程中，由于制动下滑量的影响，载荷高度会越来越低，本实施例采用了激光测距仪，不仅可以参与测量载荷的高度变化，而且还可以设置测量低位，在载荷下降到低位后自动进行提升，并继续测量，满足了自动测量的要求。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动葫芦能效测试方法，其特征在于，包括：

根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能；

根据规定载荷在起升过程中消耗的电能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能；

根据所述有效能和供给能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的能效值。

2.如权利要求1所述的电动葫芦能效测试方法，其特征在于，所述根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能的步骤具体包括：将位移测量设备安装在规定载荷正上方；根据所述位移测量设备测得的规定载荷起升的起始位移和停止位移，计算出规定载荷的起升高度；根据所述规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能；所述有效能的计算公式为：其中：Q_y为预设工作周期内的有效能，G为电动葫芦提升的规定载荷的质量；H_i为第i个工作周期的规定载荷的起升高度；k为预设工作周期次数。

3.如权利要求2所述的电动葫芦能效测试方法，其特征在于，所述根据规定载荷在起升过程中消耗的电能，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能的步骤具体包括：将电能测量设备与电动葫芦电源进线端的三相交流电输入端连接；根据所述电能测量设备在规定载荷起升过程中的测量值，计算出电动葫芦在预设工作周期内的供给能；所述供给能的计算公式为：其中：Q_G为预设工作周期内的供给能，D_i为第i个工作周期内电能测量设备的测量值，k为预设工作周期次数。

4.如权利要求2所述的电动葫芦能效测试方法，其特征在于，所述位移测量设备为激光测距仪。

5.如权利要求3所述的电动葫芦能效测试方法，其特征在于，所述电能测量设备为电能表。

6.如权利要求1所述的电动葫芦能效测试方法，其特征在于，在所述根据规定载荷的起升高度，计算出电动葫芦在预设工作周期内的有效能的步骤之前还包括：检查规定载荷起升的起始位移是否大于预设测量低位；如果所述起始位移大于预设测量低位，则提升所述规定载荷，使所述起始位移小于预设测量低位。

7.一种用于实现如权利要求1所述方法的系统，其特征在于，包括UPS电源、PLC、工控计算机、控制转接箱、调压器、电流互感器、电能表和激光测距仪；所述UPS电源分别与PLC、工控计算机和电能表电连接；所述PLC分别与工控计算机和控制转接箱电连接；所述激光测距仪与工控计算机电连接；所述电能表分别与工控计算机、调压器和电流互感器电连接；所述电流互感器分别与调压器和电动葫芦电连接；所述控制转接箱与电动葫芦电连接。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括外部三相电源，所述外部三相电源分别与所述UPS电源及调压器电连接。