CN108879613B - 一种船用起重机的电机保护方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用起重机的电机保护方法和装置，属于船用机械技术领域。所述电机保护方法包括：实时获取电机的电流；根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量；当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将所述电机停机。本发明通过根据电机的电流得到电机在设定时长内的发热量，并根据电机在设定时长内的发热量确定是否将电机停机，由于发热量是由电机在一段时间内的工作状态统计出来的结果，因此当电机在S6工作制下工作时，不会造成电机无法工作在S6工作制下；同时当电机在S1工作制下工作时，可以有效避免因为电机长时间处于过载状态而烧毁电机，实现对电机的有效保护。

Description

一种船用起重机的电机保护方法和装置

技术领域

本发明涉及船用机械技术领域，特别涉及一种船用起重机的电机保护方法和装置。

背景技术

船用起重机(英文：ship’s cargo handling gear)是船舶自备的用于装卸货物的装置和机械。船用起重机主要用于舰船间货物的运输转移、海上补给、水下作业设备的投放与回收等重要任务，因此保障船用起重机的稳定运行十分重要。电机作为船用起重机的驱动装置，需要对其进行保护，从而保障船用起重机的稳定运行。

由于电机的电流与电机的实际功率正相关，因此一般都是通过监测电机的电流进行电机的保护。传统的电机保护方法包括：当电机的电流小于或等于设定阈值时，热保护继电器保持不动，电机继续运行；当电机的电流大于设定阈值时，热保护继电器进行动作，电机停机。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

船用起重机是在海上环境中执行运输作业的一种特殊起重机，海上特殊的应用环境给船用起重机的控制带来了很大的挑战性，导致船用起重机的工况具有特殊性，如在船用起重机执行某些联动动作时，驱动船用起重机作业的电机会处于超载状态。

具体来说，船用起重机的电机一般会采用S1连续工作制或者S6连续周期工作制。S1连续工作制是在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定，电机在S1连续工作制下以额定功率持续运行；S6连续周期工作制是按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，但无断能停转时间，电机在S6连续工作制下有时以高功率(大于额定功率)运行一段时间，有时又以低功率(小于额定功率)运行一段时间。

如果设定阈值较小，则电机在S6连续工作制下以高功率运行一段时间时，电机的电流很容易大于设定阈值，导致热保护继电器进行动作，电机停机，最终造成电机无法工作在S6连续工作制下。如果设定阈值较大，则电机在S1连续工作制下以高功率运行一段时间时，即使电机处于过载状态，电机的电流也会小于或等于设定阈值，热保护继电器保持不动，电机继续运行，最终会因为电机长时间处于过载状态而烧毁电机，无法对电机进行保护。所以，现有的电机保护方法无法对船用起重机的电机进行有效保护。

发明内容

本发明实施例提供了一种船用起重机的电机保护方法和装置，能够解决现有技术无法对船用起重机的电机进行有效保护的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种船用起重机的电机保护方法，所述电机保护方法包括：

实时获取电机的电流；

根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量；

当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将所述电机停机。

可选地，所述根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量，包括：

按照如下公式计算所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量P1：

其中，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长，I为所述电机的电流，R为所述电机的电阻，

为所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间电流的等效值。

优选地，所述电机保护方法还包括：

按照如下公式计算所述设定阈值P2：

其中，I₁为所述电机在S1工作制下的额定电流，R为所述电机的电阻，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长。

可选地，所述电机保护方法还包括：

实时获取船用起重机各个动作机构的负载和速度；

根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率；

输出所述船用起重机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的功率曲线。

优选地，所述根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率，包括：

分别按照如下公式计算所述电机驱动的各个动作机构的功率P3：

P3＝F×v；

其中，F为所述动作机构的负载，v为所述动作机构的速度；

将所述电机驱动的所有动作机构的功率相加，得到所述船用起重机的功率。

优选地，所述电机保护方法还包括：

接收用户输入的最大功率；

将所述最大功率与所述功率曲线同时输出。

更优选地，所述电机保护方法还包括：

接收用户输入的设定比例；

确定所述功率曲线上大于所述最大功率的功率所占的比例；

当确定的比例大于或等于设定比例时，进行报警。

另一方面，本发明实施例提供了一种船用起重机的电机保护装置，所述电机保护装置包括：

发热量参数获取模块，用于实时获取电机的电流；

发热量确定模块，用于根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量；

发热量处理模块，用于当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将所述电机停机。

可选地，所述电机保护装置还包括：

功率参数获取模块，用于实时获取船用起重机各个动作机构的负载和速度；

功率确定模块，用于根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率；

功率输出模块，用于输出所述船用起重机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的功率曲线。

优选地，所述电机保护装置还包括：

工作制确定模块，用于确定所述电机所在的工作制；

功率获取模块，用于获取所述电机所在的工作制下的最大功率；

所述功率输出模块还用于，将所述最大功率与所述功率曲线同时输出。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过根据电机的电流得到电机在设定时长内的发热量，并根据电机在设定时长内的发热量确定是否将电机停机，由于发热量是由电机在一段时间内的工作状态统计出来的结果，因此当电机在S6工作制下工作时，虽然电机偶尔会以高功率运行，但是电机也会以低功率运行，电机正常情况下整体的发热量不会超过设定阈值，不会造成电机无法工作在S6工作制下；同时当电机在S1工作制下工作时，如果电机长时间处于过载状态，则电机整体的发热量会超过设定阈值，此时将电机停机，可以有效避免因为电机长时间处于过载状态而烧毁电机，实现对电机的有效保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种船用起重机的电机保护方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种船用起重机的电机保护装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种船用起重机的电机保护方法，图1为本发明实施例提供的一种船用起重机的电机保护方法的流程图，参见图1，该电机保护方法包括：

步骤101：实时获取电机的电流。

在具体实现时，可以利用电流传感器获取电机的电流，也可以利用电机自带的检测装置(如变频器的逆变单元)获取电机的电流。在实际应用中，可以周期性从电流传感器获取到电机的电流，例如，每隔1s从电流传感器获取一次电机的电流。

步骤102：根据获取的电流，确定电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量。

可选地，该步骤102可以包括：

按照如下公式计算电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量P1：

其中，T为国际电工委员会(英文：International Electro TechnicalCommission，简称：IEC)标准中各个工作制下一个周期的时长(如10分钟)，I为电机的电流，R为电机的电阻，

为电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间电流的等效值。

还是以每隔1s从电流传感器获取一次电机的电流为例，依次获取到电流值I1、I2、I3、……，10分钟一共需要获取到600个电流值。在第10分钟的时候，将电流值I1～I600取等效值，即为第10分钟时的

在第11分钟的时候，将电流值I61～I660取等效值，即为第11分钟的

以此类推，随着时间的推移，不断获取电流并根据获取电流确定发热量。

在具体实现时，也可以在获取电流的同时，利用电压传感器获取电机的电压，通过公式

计算电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量。其中，T为IEC标准中各个工作制下一个周期的时长，I为电机的电流，U为电机的电压。

在实际应用中，还可以利用温度传感器检测环境温度，或者通过触摸屏输入环境参数，并根据环境温度或者环境参数对确定的发热量进行修正补偿，以提高所得发热量的准确性。

步骤103：当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将电机停机。

可选地，该电机保护方法还可以包括：

按照如下公式计算设定阈值P2：

其中，I₁为电机在S1工作制下的额定电流，R为电机的电阻，T为IEC标准中各个工作制下一个周期的时长。

在实际应用中，由于计算电机的发热量和设定阈值时都会乘以电机的电阻，因此可以不用获取到电机电阻的数值，简化本发明实施例提供的船用起重机的电机保护方法的实现。在比较电机的发热量和设定阈值之间的大小关系时，可以直接以字母R代替电机的电阻，例如电机的发热量为A×R，设定阈值为B×R；也可以默认电机的电阻为1，即电机的发热量为A，设定阈值为B。在前述两个例子中，A为将电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间电流的等效值、国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长的具体数值代入式子

中计算得到的结果，B为将电机在S1工作制下的额定电流、国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长的具体数值代入式子

中计算得到的结果。通过比较A和B之间的大小关系，得到电机的发热量与设定阈值之间的大小关系。

与电机的发热量的计算类似，也可以通过公式P2＝I₁×U×T计算设定阈值。其中，I₁为电机的电流，U₁为电机的电压，T为IEC标准中各个工作制下一个周期的时长。

在本实施例中，当确定的发热量小于设定阈值时，使电机继续运行。在具体实现时，可以在电机和电源(如发电机)之间设置继电器。如果确定的发热量小于设定阈值，则控制继电器保持不动，电机继续运行；如果确定的发热量大于或等于设定阈值，则控制继电器进行切换，将电机停机。

本发明实施例通过根据电机的电流得到电机在设定时长内的发热量，并根据电机在设定时长内的发热量确定是否将电机停机，由于发热量是由电机在一段时间内的工作状态统计出来的结果，因此当电机在S6工作制下工作时，虽然电机偶尔会以高功率运行，但是电机也会以低功率运行，电机正常情况下整体的发热量不会超过设定阈值，不会造成电机无法工作在S6工作制下；同时当电机在S1工作制下工作时，如果电机长时间处于过载状态，则电机整体的发热量会超过设定阈值，此时将电机停机，可以有效避免因为电机长时间处于过载状态而烧毁电机，实现对电机的有效保护。

可选地，该电机保护方法还可以包括：

实时获取船用起重机各个动作机构的负载和速度；

根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率；

输出船用起重机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的功率曲线。

通过输出船用起重机的功率曲线，以便工作人员直观了解到电机的运行情况，从而在电流传感器故障等意外状况下保证对电机的保护。

在具体实现时，可以利用重量传感器获取动作机构的负载，利用编码器获取动作机构的速度，利用触摸屏输出船用起重机的功率曲线。在实际应用中，可以将电流传感器、重量传感器、编码器等参数获取器件以及触摸屏通过如Profinet总线与可编程逻辑控制器(英文：Programmable Logic Controller，简称PLC)连接，由PLC实现船用起重机的电机保护。

进一步地，根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率，可以包括：

分别按照如下公式计算电机驱动的各个动作机构的功率P3：

P3＝F×v；

其中，F为动作机构的负载，v为动作机构的速度；

将电机驱动的所有动作机构的功率相加，得到船用起重机的功率。

例如，电机同时驱动船用起重机的起升机构、变幅机构和回转机构，则先利用重量传感器获取到吊钩负荷，利用起升卷筒编码器获取到起升速度或者起升高度(结合时间即可得到起升速度)，利用变幅卷筒编码器获取到变幅角速度或者变幅角度(结合时间即可得到变幅角速度)，利用回转编码器获取到回转角速度或者回转角度(结合时间即可得到回转角速度)。再根据吊钩负荷和起升速度计算起升机构的功率，根据吊钩负荷和变幅角速度计算变幅机构的功率，根据吊钩负荷和回转角度计算回转机构的功率。然后将起升机构的功率、变幅机构的功率和回转机构的功率相加，即为船用起重机的功率。

优选地，该电机保护方法还可以包括：

接收用户输入的最大功率；

将最大功率与功率曲线同时输出。

例如，电机在S1工作制下的最大功率为额定功率，在S6工作制下的最大功率为某个大于额定功率的高功率。

通过同时输出最大功率与功率曲线，便于工作人员及时确定功率曲线上的功率是否超出最大功率。

更优选地，该电机保护方法还可以包括：

接收用户输入的设定比例；

确定功率曲线上大于最大功率的功率所占的比例；

当确定的比例大于或等于设定比例时，进行报警。

通过报警以在工作人员没有及时关注功率曲线时提醒工作人员电机的运行可能存在问题，以便工作人员及时处理，可以有效避免电机由于长时间超载运行而损坏。

本发明实施例提供了一种船用起重机的电机保护装置，适用于实现图1所示的船用起重机的电机保护方法。图2为本发明实施例提供的一种船用起重机的电机保护装置的结构示意图，参见图2，该电机保护装置包括：

发热量参数获取模块201，用于实时获取电机的电流；

发热量确定模块202，用于根据获取的电流，确定电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量；

发热量处理模块203，用于当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将电机停机。

可选地，发热量确定模块201可以用于，

按照如下公式计算电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量P1：

其中，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长，I为电机的电流，R为电机的电阻，

为电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间电流的等效值。

优选地，该电机保护装置还可以包括：

阈值确定模块，用于按照如下公式计算设定阈值P2：

其中，I₁为电机在S1工作制下的额定电流，R为电机的电阻，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长。

可选地，该电机保护装置还可以包括：

功率参数获取模块，用于实时获取船用起重机各个动作机构的负载和速度；

功率确定模块，用于根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率；

功率输出模块，用于输出船用起重机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的功率曲线。

进一步地，功率确定模块可以用于，

分别按照如下公式计算电机驱动的各个动作机构的功率P3：

P3＝F×v；

其中，F为动作机构的负载，v为动作机构的速度；

将电机驱动的所有动作机构的功率相加，得到船用起重机的功率。

优选地，该电机保护装置还可以包括：

功率接收模块，用于接收用户输入的最大功率；

功率输出模块还用于，将最大功率与功率曲线同时输出。

更优选地，该电机保护装置还可以包括：

比例接收模块，用于接收用户输入的设定比例；

比例确定模块，用于确定功率曲线上大于最大功率的功率所占的比例；

报警模块，用于当确定的比例大于或等于设定比例时，进行报警，并将电机停机。

需要说明的是：上述实施例提供的船用起重机的电机保护装置在保护船用起重机的电机时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的船用起重机的电机保护装置与船用起重机的电机保护方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种船用起重机的电机保护方法，其特征在于，所述电机保护方法包括：

周期性从电流传感器实时获取电机的电流；

根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量；

当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将所述电机停机；

所述根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量，包括：

按照如下公式计算所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量P1：

其中，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长，I为所述电机的电流，R为所述电机的电阻，

为所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间从电流传感器获取的所有电流的等效值；

所述电机保护方法还包括：

按照如下公式计算所述设定阈值P2：

其中，I₁为所述电机在S1工作制下的额定电流，所述电机在S1工作制下以额定功率持续运行，R为所述电机的电阻，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长。

2.根据权利要求1所述的电机保护方法，其特征在于，所述电机保护方法还包括：

实时获取船用起重机各个动作机构的负载和速度；

根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率；

输出所述船用起重机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的功率曲线。

3.根据权利要求2所述的电机保护方法，其特征在于，所述根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率，包括：

分别按照如下公式计算所述电机驱动的各个动作机构的功率P3：

P3＝F×v；

其中，F为所述动作机构的负载，v为所述动作机构的速度；

将所述电机驱动的所有动作机构的功率相加，得到所述船用起重机的功率。

4.根据权利要求2所述的电机保护方法，其特征在于，所述电机保护方法还包括：

接收用户输入的最大功率；

将所述最大功率与所述功率曲线同时输出。

5.根据权利要求4所述的电机保护方法，其特征在于，所述电机保护方法还包括：

接收用户输入的设定比例；

确定所述功率曲线上大于所述最大功率的功率所占的比例；

当确定的比例大于或等于设定比例时，进行报警。

6.一种船用起重机的电机保护装置，其特征在于，所述电机保护装置包括：

发热量参数获取模块，用于周期性从电流传感器实时获取电机的电流；

发热量确定模块，用于根据获取的电流，确定所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量；

发热量处理模块，用于当确定的发热量大于或等于设定阈值时，将所述电机停机；

所述发热量确定模块用于，

按照如下公式计算所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的发热量P1：

其中，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长，I为所述电机的电流，R为所述电机的电阻，

为所述电机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间从电流传感器获取的所有电流的等效值；

所述电机保护装置还包括：

阈值确定模块，用于按照如下公式计算所述设定阈值P2：

其中，I₁为所述电机在S1工作制下的额定电流，所述电机在S1工作制下以额定功率持续运行，R为所述电机的电阻，T为国际电工委员会标准中各个工作制下一个周期的时长。

7.根据权利要求6所述的电机保护装置，其特征在于，所述电机保护装置还包括：

功率参数获取模块，用于实时获取船用起重机各个动作机构的负载和速度；

功率确定模块，用于根据获取的负载和速度，确定船用起重机在当前时刻的功率；

功率输出模块，用于输出所述船用起重机在距离当前时刻设定时长的历史时刻与当前时刻之间的功率曲线。

8.根据权利要求7所述的电机保护装置，其特征在于，所述电机保护装置还包括：

工作制确定模块，用于确定所述电机所在的工作制；

功率获取模块，用于获取所述电机所在的工作制下的最大功率；

所述功率输出模块还用于，将所述最大功率与所述功率曲线同时输出。

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