CN109132870A - 一种塔机起升微速控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔机起升微速控制系统及方法，包括控制装置，所述控制装置连接有用于提供人际交互界面同时显示塔机工作模式、运行参数、参数设置及报警等信息的显示装置；连接有用于给定塔机运行动作控制信号的起升操纵装置；连接有用于执行控制装置起升命令的起升变频驱动系统；通过模式选取、起升信号发生及起升执行步骤；可达到微速控制，毫米精度，能够满足高精度吊装要求的工况；点动控制，不受操作人员水平限制，有效防止误操作，更加安全、可靠；多种微速控制距离可选，满足不同吊装精度要求；便捷人机交互界面，一键实现微速控制选择。

Description

一种塔机起升微速控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种塔机微动距离控制系统，属工程机械领域，具体是一种塔机起升微速控制系统及方法。

背景技术

随着建筑行业的发展，新型预制件、装配式混凝土结构建造、工业化住宅技术等施工方式的诞生与推广，对塔机的吊装精度、吊装稳定性和特大、特重设备慢就位、精准安装等都提出了更高要求。

现有技术起升变频塔机普遍采用起升五档控制，即上升、下降分别有5个档位（5种运行速度），一档速度最低，五档速度最高。起升操纵指令通过开关量，输入控制装置，控制装置输出开关量控制信号，驱动中间继电器工作，中间继电器触点接通、断开，使起升变频驱动装置接收相应信号，进而控制执行机构动作。其起升控制方式均为连续运行方式，即手柄不回中立位，系统一直控制吊钩按当前速度运行，对需要精确定位的操作十分不利。因此会出现以下几个技术缺点：1.缺少微速控制工作模式，无法满足装配式建筑迅速发展情况下，对塔机吊装精度的要求；2.需要精准吊装的工况，仅依靠司机在一档速度下，人为判断运行时间、运行距离来实现，难度大，且容易发生吊装质量事故；3.控制方式采用大量继电器、接触器和硬线连接，故障点多，发生故障需更换硬件，影响作业效率。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种塔机起升微速控制系统及方法，在微速控制模式下，系统自动控制运行时间、速度和距离，使微动距离更加精确，有效地提高了塔机起升的精确度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种塔机起升微速控制系统，包括控制装置，所述控制装置连接有用于提供人际交互界面同时显示塔机工作模式、运行参数、参数设置及报警等信息的显示装置；连接有用于给定塔机运行动作控制信号的起升操纵装置；连接有用于执行控制装置起升命令的起升变频驱动系统。

进一步，所述起升变频驱动系统包括有连接至控制装置并用于执行运行动作控制命令，控制电机的运行及检测电机工作电流，并预先设定电机工作频率、时间等参数的起升驱动装置；所述起升驱动装置连接有用于提供负载运行动力，驱动负载运行的起升电机，同时起升驱动装置还连接有用于对起升电机执行制动的起升制动器；所述起升电机连接有用于检测电机的运行速度的起升编码器，所述起升编码器连接至控制装置；所述起升电机通过起升减速机连接有起升卷筒，所述起升卷筒通过起升绕绳轮系及起升钢丝绳连接有变幅小车，所述变幅小车通过起升吊钩连接载荷。

一种塔机起升微速控制方法，包括以下步骤：

A、模式选取：

通过显示装置选择正常或微速模式，若选择正常模式则正常执行塔机起升控制；若选择微速模式则后续选择对应的微距等级（30mm、50mm或其他），然后进入步骤B。

B、起升信号发生：

显示装置通过总线将信号发送至控制装置，控制装置将切换至微速控制程序，使吊钩每次执行微距作业；控制系统进入微速控制模式后，只能以微速、点动控制吊钩上升、下降，对联动台输入的其它档位信号不响应；待控制装置检测到起升操纵装置发出的起升信号后，进入步骤C。

C、起升执行：

当控制装置检测到起升操纵装置发出的起升信号后，控制装置接收到“起升”信号，则通过总线将“起升”信号和“微速”控制信号发送至起升驱动装置，起升驱动装置则按预先设定的微速控制频率f开始加速运行，控制起升电机转动，通过起升减速机减速，传递至起升卷筒开始转动，起升钢丝绳开始伸长，通过变幅小车，使起升吊钩开始向下运动。

本发明的有益效果是：起升系统采用总线集成控制方式，数据通信安全、可靠，继电器、接触器等元器件及其硬件接线大大减少的同时，也减少故障点和降低维修、加工费用；微速控制，使吊钩运行距离达到mm级别，能够满足更多高精度吊装要求的工况，使塔机整体性能提升；点动控制，不受操作人员水平限制，有效防止误操作，使微速下吊装更安全、更可靠；多种微速控制距离可选，满足不同吊装精度、高度要求；便捷的人机交互界面，司机可以一键实现微速控制，并进行控制距离选择。

附图说明

图1为本发明系统结构图。

图中：1、起升操纵装置，2、显示装置，3、控制装置，4、起升变频驱动系统，41、起升驱动装置，42、起升制动器，43、起升电机，44、起升编码器，45、起升减速机，46、起升卷筒，47、起升绕绳轮系，48、变幅小车，49、起升吊钩。

具体实施方式

下面结合附图，以起升电机常态f=50Hz时，额定速度V=92m/min，加速时间T1=减速时间T3=4s，同时微速频率f1=3Hz对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种塔机起升微速控制系统，包括控制装置3，所述控制装置3连接有用于提供人际交互界面同时显示塔机工作模式、运行参数、参数设置及报警等信息的显示装置2；连接有用于给定塔机运行动作控制信号的起升操纵装置1；连接有用于执行控制装置起升命令的起升变频驱动系统4。

进一步，所述起升变频驱动系统4包括有连接至控制装置并用于执行运行动作控制命令、控制电机的运行及检测电机工作电流、并预先设定电机工作频率、时间等参数的起升驱动装置41；所述起升驱动装置41连接有用于提供负载运行动力、驱动负载运行的起升电机43，同时起升驱动装置41还连接有用于对起升电机43执行制动的起升制动器42；所述起升电机43连接有用于检测电机的运行速度的起升编码器44，所述起升编码器44连接至控制装置3；所述起升电机43通过起升减速机45连接有起升卷筒46，所述起升卷筒46通过起升绕绳轮系47及起升钢丝绳连接有变幅小车48，所述变幅小车48通过起升吊钩49连接载荷。

一种塔机起升微速控制方法，包括以下步骤：

A、模式选取：

通过显示装置2选择正常或微速模式，若选择正常模式则正常执行塔机起升控制；若选择微速模式则后续继续选择50mm微距等级，然后进入步骤B。

B、起升信号发生：

显示装置2通过总线将信号发送至控制装置3，控制装置3将切换至微速控制程序，使起升吊钩49执行微距作业；系统进入微速控制模式后，只能以微速、点动控制吊钩上升、下降，对联动台输入的其它档位信号不响应；待控制装置3检测到起升操纵装置1发出的起升信号后，进入步骤C。

C、起升执行：

当控制装置3检测到起升操纵装置1发出的起升信号后，控制装置3接收到“起升”信号，则通过总线将“起升”信号和“微速”控制信号发送至起升驱动装置41，起升驱动装置41则按预先设定的微速控制频率f1=3Hz开始运行，控制起升电机43转动，通过起升减速机减速45，传递至起升卷筒46开始转动，起升钢丝绳开始伸长，通过变幅小车48，使起升吊钩49开始上下运动；其中微距加速时间为t1’，在t1’内起升电机43实现加速运行，在达到起升加速时间为t1’后，起升电机43处于微距运行阶段，微距运行时间为t2’，在微距运行时间t2’后，起升电机43电机执行微距减速运行，微距减速时间为t3’；在运行t1’+ t2’+ t3’时间后，起升距离为S，达到设定值50mm后，起升起升操纵装置1回位，当次微速模式作业结束。

进一步，所述步骤C中微速模式下起升距离S由微距加速位移S1、微距运行位移S2及微距减速位移S3组成，即起升距离S=S1+S2+S3，并无限接近于设定的起升距离；起升电机43初始速度V=92m/min,初始频率为f=50Hz，加速时间T1=减速时间T3=4S（加速时间、减速时间可自己设定，无需相同），若设定微速模式中微距位移为S=50mm，微速频率f1=3Hz时，则微速模式中运行速度V1=3/50*92m/min=5.52 m/min=0.092m/s，微距加、减速时间t1’= t3’=3/50*4s=0.24s；由此微距加速位移S1=微距减速位移S3=1/2*a1*t1²=1/2*0.092/0.24*0.24²=11.04mm，微距运行位移S2= V1*t2’=92*t2’(mm)，S=S1+S2+S3=22.08mm+92*t2’,由此，本实施例内微距运行时间t2’=0.303s。

本发明的控制特征：总线系统用于集成显示装置、控制装置、起升变频驱动装置，实现控制、检测与执行机构之间的数据通信；显示装置是提供人机交互界面，用于显示塔机工作模式、运行参数、参数设置及报警信息等，且可以通过显示触摸屏，选择进入微速控制模式；起升操纵装置用于给定塔机运行动作控制信号；控制装置是控制系统的核心，用于接收工作模式信号、起升控制信号和检测信号，并发出起升运行控制命令；起升变频驱动装置用于执行运行动作控制命令，控制电机的运行及检测电机工作电流，并预先设定电机工作频率、时间等参数；起升编码器用于检测电机的运行速度；起升电机提供负载运行动力，驱动负载运行；起升减速机是动力传达机构，根据相应的减速比将电机的输出速度和转矩传动给负载；起升卷筒用于收放卷钢丝绳；起升钢丝绳用于将起升卷筒和起升吊钩连接起来，起到牵引吊钩上下运动的作用；起升绕绳轮系用于缠绕支撑钢丝绳，起到改变力的方向和大小的作用；起升吊钩用于悬挂载荷的作用。

公式推导过程如下：

系统将吊钩运行过程分解为加速（S1）、平稳运行（S2）、减速（S3）三个阶段，通过对三个阶段运行时间、运行速度（与设定频率相关）控制，使S=S1+S2+S3≈设定距离。

如：f=50Hz时，对应速度V=92m/min（电机频率固定，速度固定）；

50Hz时，对应加速时间T1=4s（可调）；

50Hz时，对应减速时间T3=4s（可调）；

若设定微速运行时，频率f1设定为3Hz，则：

3Hz时，对应速度V2=3/50*92m/min=5.52 m/min=0.092m/s；

3Hz时，对应加速时间t1’=3/50*4s=0.24s；

3Hz时，对应减速时间t3’=3/50*4s=0.24s；

根据上述指标及图1可得：

S1=1/2*a1*t1²=1/2*0.092/0.24*0.24²=0.01104m=11.04mm；

S2=V1*t2=92*t2(mm)；

S3=S2=11.04mm(因为本例中，加减速时间设置相同)；

则：S=S1+S2+S3=22.08mm+92*t2。

综上所述，本发明效果明显，方便使用，本系统采用总线集成控制方式，有效减少故障点和降低维修、加工费用；微速控制，毫米精度，能够满足高精度吊装要求的工况；点动控制，不受操作人员水平限制，有效防止误操作，更加安全、可靠；多种微速控制距离可选，满足不同吊装精度要求；便捷人机交互界面，一键实现微速控制选择。

Claims (4)

1.一种塔机起升微速控制系统，其特征在于，包括控制装置（3），所述控制装置（3）连接有用于提供人际交互界面同时显示塔机工作模式、运行参数、参数设置及报警等信息的显示装置（2）；连接有用于给定塔机运行动作控制信号的起升操纵装置（1）；连接有用于执行控制装置起升命令的起升变频驱动系统（4）。

2.根据权利要求1所述的一种塔机起升微速控制系统，其特征在于，所述起升变频驱动系统（4）包括有连接至控制装置并用于执行运行动作控制命令、控制电机的运行及检测电机工作电流、并预先设定电机工作频率、时间等参数的起升驱动装置（41）；所述起升驱动装置（41）连接有用于提供负载运行动力、驱动负载运行的起升电机（43），同时起升驱动装置（41）还连接有用于对起升电机（43）执行制动的起升制动器（42）；所述起升电机（43）连接有用于检测电机的运行速度的起升编码器（44），所述起升编码器（44）连接至控制装置（3）；所述起升电机（43）通过起升减速机（45）连接有起升卷筒（46），所述起升卷筒（46）通过起升绕绳轮系（47）及起升钢丝绳连接有变幅小车（48），所述变幅小车（48）通过起升吊钩（49）连接载荷。

3.一种塔机起升微速控制方法，其特征在于，包括权利要求1或2所述的一种塔机起升微速控制系统，并包括步骤：

A、模式选取：

通过显示装置（2）选择正常或微速模式，若选择正常模式则正常执行塔机起升控制；若选择微速模式则后续继续选择微距等级，然后进入步骤B；

B、起升信号发生：

显示装置（2）通过总线将信号发送至控制装置（3），控制装置（3）将切换至微速控制程序，使起升吊钩（49）执行微距作业；系统进入微速控制模式后，只能以微速、点动控制吊钩上升、下降，对联动台输入的其它档位信号不响应；待控制装置（3）检测到起升操纵装置（1）发出的起升信号后，进入步骤C；

C、起升执行：

当控制装置（3）检测到起升操纵装置（1）发出的起升信号后，控制装置（3）接收到“起升”信号，则通过总线将“起升”信号和“微速”控制信号发送至起升驱动装置（41），起升驱动装置（41）则按预先设定的微速控制频率f1开始运行，控制起升电机（43）转动，通过起升减速机减速（45），传递至起升卷筒（46）开始转动，起升钢丝绳开始伸长，通过变幅小车（48），使起升吊钩（49）开始上下运动；其中微距加速时间为t1’，在t1’内起升电机（43）实现加速运行，在达到起升加速时间为t1’后，起升电机（43）处于微距运行阶段，微距运行时间为t2’，在微距运行时间t2’后，起升电机（43）电机执行微距减速运行，微距减速时间为t3’；在运行t1’+ t2’+ t3’时间后，起升距离为S，达到设定值后，起升起升操纵装置（1）回位，当次微速模式作业结束。

4.根据权利要求3所述的一种塔机起升微速控制方法，其特征在于，所述步骤C中微速模式下起升距离S由微距加速位移S1、微距运行位移S2及微距减速位移S3组成，即起升距离S=S1+S2+S3，并无限接近于设定的起升距离；起升电机（43）初始速度V=a（m/min）,初始频率为f，加速时间T1、减速时间T3，若设定微速模式中微距位移为S，微速频率f1时，则微速模式中运行速度V1= f1/f*a（m/min），微距加速时间t1’=f1/f* T1(s),微距减速时间t3’=f1/f*T3(s)；微距加速位移S1=1/2*a1*t1²=1/2* V1/t1’²*t1’²(mm)微距减速位移S3=1/2*a3*t1²=1/2* V1/t3’²*t3’²(mm)，微距运行位移S2=V1*t2’ (mm)，S=S1+S2+S3，微距运行时间t2’=(S-S1-S3)/V1(s)。