CN109399506B - 一种用于智能叉车臂故障的检测系统、检测方法及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能叉车臂故障的检测系统，通过编码器将伺服电机的运行状态反应于控制器中，可以得知智能叉车臂的工作状态，本发明公开了用于智能叉车臂故障的检测方法，通过控制器了解到的不同的编码器状态，以得知伺服电机是否处于故障和对故障的初步判断；本发明公开了用于智能叉车臂故障的处理方法，通过控制器控制伺服电机反向旋转一段位移，以释放故障产生的力矩差，伺服再恢复原先的运动状态；采用本技术方案，可以对智能叉车臂的故障状态进行排查，并且可以采取相应的应急措施，提高智能叉车使用过程的安全性，提高设备的使用寿命。

Description

一种用于智能叉车臂故障的检测系统、检测方法及其处理 方法

技术领域

本发明属于工业自动化领域，更具体地说，本发明涉及一种用于智能叉车臂故障的检测系统、检测方法及其处理方法。

背景技术

随着经济的发展，工业自动化广泛的普及和使用，智能叉车已经成为了生产线搬运过程的一个重要设备，智能叉车操作简便，功能性强大，逐渐代替传统叉车，在智能叉车的使用过程中，需要针对智能叉车臂在上升或下降过程中出现突发故障而产生危险的情况进行抢修处理，因此基于安全的角度考虑的前提下，需要预先对智能叉车臂是否具有故障进行检测，且还需要判断具体故障的零部件，以及需要准备一些应急处理的措施，通过上述手段避免在叉车使用过程中因为故障而引发安全事故事件的发生，以及避免人工对叉车进行故障排查和故障处理的过程中出现安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于智能叉车臂故障的检测系统、检测方法及其处理方法。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于智能叉车臂故障的检测系统，系统中包括控制器、用于提供叉车臂升降动力的伺服电机、编码器和驱动器，所述伺服电机通过编码器连接于控制器的信号接收端，以通过编码器转化的角位移量为电信号传递于控制器中，控制器根据编码器反馈的不同电信号调整对伺服电机的电压输出控制，控制器通过编码器在伺服电机角位移量的变化差值转化为电信号判断叉车臂是否处于故障状态。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测系统，所述控制器通过编码器反应的角位移量瞬时变化值得出叉车臂的当前速度，通过叉车臂的当前速度和时间相乘，另外加上叉车臂的当前位置，可以推算出下一时刻的合理位置值。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测系统，所述系统中还包括电源，电源设置有输出端，以供电于控制器、伺服电机和驱动器。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测系统，所述系统中编码器采用拉线编码器，将拉绳的端部与叉车臂相连，拉线编码器本体设置在叉车的底部，拉线编码器的信号输出端电连接于控制器，以通过拉线编码器接收叉车臂的位移高度。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测系统，所述控制器中设置有计数模块，用于对所述编码器反馈的信息次数进行计数。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，包括以下步骤：

S1、控制器通过编码器检测的电机旋转产生的角位移量，得到电机的转速，通过电机的转速和叉车臂之间的速度转化关系得到叉车臂的运行速度，并确定叉车臂下一时刻的合理位置值；

S2、计算叉车臂下一时刻的合理位置值、最大位置值和最小位置值：

下一时刻的位置值＝当前时刻值+速度*控制周期时间；

最大位置＝前时刻位置值+最大速度*控制周期时间；

最小位置＝前时刻位置值+最小速度*控制周期时间；

S3，若不满足预设条件，则所述控制器判断状态为故障状态，指令所述伺服电机停止工作；所述预设条件为所述下一时刻的合理位置值大于等于最小位置值且小于等于最大位置值。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，所述步骤S1前还包括所述控制器计算与存储叉臂运行最大速度与最小速度，最大速度是通过给定叉车臂最大电压，之后空载旋转，根据角位移量和时间的正比关系即为叉车臂最大速度，反之，给定叉车臂电机可旋转的最小电压，再带动最大负载的前提下获得叉车臂最小速度。

本发明公开的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，还包括步骤S4:

所述控制器进一步判断故障原因，读取所述计数模块中的计数；

若至少连续两个控制周期时间中的两次计数相同，则所述控制器判断故障原因为编码器故障，反之，若计数模块在至少连续两个控制周期时间中的两次计数正常变化，则判断为驱动器故障，向控制器反馈故障信息。

本发明公开的智能叉车臂的故障处理方法，包括以下步骤：

S1、所述叉车臂处于故障状态下，该叉车臂产生的反向力矩将大于伺服电机输出的传动力矩，同时编码器输出的测量角位移不产生瞬时变化，控制器根据编码器产生的相应测量信号传递于伺服电机，以控制伺服电机停止沿当前状态的转动；

S2、控制器对伺服电机发出反转信号且启动伺服电机反转，直至伺服电机检测到反转的牵引力矩小于最大牵引力矩时，编码器将伺服电机反转后测量的角位移变化量转化为电信号传递于控制器，使得控制器发出停止反转信号于伺服电机中，伺服电机维持正向旋转配合叉车臂升降。

采用本技术方案，通过控制器接收的编码器信号输入，判断伺服电机的故障状态，由于大多编码器输出的信号表达的信息为伺服电机旋转产生的角位移量，因此需要编码器配合相应的处理方法，即可判断故障的产生原因，同时本案对于故障的处理方法所采用的方法为控制器对伺服电机传动力进行控制，伺服电机在产生的问题的情况下通过反转释放抵触力矩，在故障解除的情况下伺服电机恢复牵引转动，通过采用本案的技术方案，不仅可以对智能叉车臂的故障状态进行排查，并且可以采取相应的应急措施，减少故障排查和处理过程中的人工参与，提高智能叉车使用过程的安全性，并且提高设备的使用寿命，节约人力资源成本，提高工作效率。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明一种用于智能叉车臂故障的检测系统的示意图；

图2为本发明一种用于智能叉车臂故障的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例一

图1为本发明一种用于智能叉车臂故障的检测系统的示意图；如图1所示的一种用于智能叉车臂故障的检测系统，系统中包括控制器、用于提供叉车臂升降动力的伺服电机、编码器和驱动器，所述伺服电机通过编码器连接于控制器的信号接收端，以通过编码器转化的角位移量为电信号传递于控制器中，控制器根据编码器反馈的不同电信号调整对伺服电机的电压输出控制，控制器通过编码器在伺服电机角位移量的变化差值转化为电信号判断叉车臂是否处于故障状态，控制器根据编码器输入的角位移量和时间的正比关系得到伺服电机的转速信号；控制器通过编码器反应的角位移量瞬时变化值得出叉车臂的当前速度，通过叉车臂的当前速度和时间相乘，另外加上叉车臂的当前位置，可以推算出下一时刻的合理位置值；通过编码器传递于控制器的角位移变化量信息，可以得知伺服电机的工作状态，例如运行距离、速度等信息，当伺服电机在运行过程中出现故障时，会通过编码器的输入变化传递于控制器，那么控制器通过对编码器的状态判断，即可获得伺服电机的故障状况，进而通过设定的操作得知故障信息。

系统中还包括电源，电源设置有输出端，以供电于控制器、伺服电机和驱动器，电源设置有第一输出端和第二输出端，电源的第一输出端通过导线连接于控制器，电源的第二输出端电连接于伺服电机，电源为系统中的供电装置，电源通过导线将部分直流电转化为交流电供电于控制器，并且供电于伺服电机和驱动器。

由于叉车臂在故障的情况下，电机的转动过程必定会受到阻碍而产生转动变化，控制器可以通过编码器测量的伺服电机角位移量的变化，从而得出叉车臂的运行是否处于故障状态，如果叉车臂运行过程中出现了故障，则控制器通过编码器输入的测量信号可以得知出现故障，进一步故障的判断方法如下所述。

实施例二

图2为本发明一种用于智能叉车臂故障的检测方法的流程图，如图所示的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，系统中编码器采用拉线编码器，将拉绳的端部与叉车臂相连，拉线编码器本体设置在叉车的底部，拉线编码器的信号输出端电连接于控制器，以通过拉线编码器接收叉车臂的位移高度，，系统根据所述叉车臂的当前位置和目标位置作差得到叉车臂的上升或下降状态，再通过编码器反应的角位移量瞬时变化值得出叉车臂的当前速度；通过叉车臂的当前速度和时间相乘，另外加上叉车臂的当前位置，可以推算出下一时刻的合理位置值。

控制器中设置有计数模块，用于对所述编码器反馈的信息次数进行计数。

控制器检测叉车臂的故障情况还包括以下计算步骤：

S1、控制器通过编码器检测的电机旋转产生的角位移量，得到电机的转速，通过电机的转速和叉车臂之间的速度转化关系得到叉车臂的运行速度，并确定叉车臂下一时刻的合理位置值；由于电机旋转产生的角位移量和叉车臂的运行距离是相同或者通过减速器得到正比关系，因此将电机旋转的角位移量除以时间可以得到电机的转速，从而获得叉车臂的运行速度，也可以通过叉车臂的运行高度差除以时间得到其运行速度；

S2、控制器根据编码器反应的叉车臂的角位移量，并且根据系统中存有的最大速度和最小速度，便可以推算得到最大位置值和最小位置值，叉车臂的运行位置在最大位置值和最小位置值之间说明运行正常，反之，则说明叉车臂运行故障；最大速度和最小速度分别乘以相同的时间，则可以得出最大位移和最小位移，再降该最大位移和最小位移加上当前位置值即可得出最大位置值和最小位置值。

计算叉车臂下一位置值、最大位置值和最小位置值的计算方法为：

下一时刻的位置值＝当前时刻值+速度*控制周期时间；

最大位置＝前时刻位置值+最大速度*控制周期时间；

最小位置＝前时刻位置值+最小速度*控制周期时间。

S3、若不满足预设条件，则所述控制器判断状态为故障状态，指令所述伺服电机停止工作；所述预设条件为所述下一时刻的合理位置值大于等于最小位置值且小于等于最大位置值。

结合上述步骤，所述控制器进一步判断故障原因，读取所述计数模块中的计数；

若至少连续两个控制周期时间中的两次计数相同，则所述控制器判断故障原因为编码器故障，反之，若计数模块在至少连续两个控制周期时间中的两次计数正常变化，则判断为驱动器故障，向控制器反馈故障信息。

步骤S1前还包括所述控制器计算与存储叉臂运行最大速度与最小速度，最大速度是通过给定叉车臂最大电压，之后再通过伺服电机空载旋转，根据角位移量和时间的正比关系即为叉车臂最大速度，反之，给定叉车臂电机可旋转的最小电压，再带动最大负载的前提下获得叉车臂最小速度；最大速度和最小速度根据步骤S1中的描述可以得出，电机的转速和叉车臂的上升或下降速度是相等或者通过减速器得到正比关系，因此电机在负载不同的情况下，转速肯定随之产生变化，那么由此可得电机在空转下可以得出最大速度和电机在满载前提下得出的最小速度。

系统中可以将编码器替换为拉线编码器，将拉绳的端部与叉车臂相连，拉线编码器本体设置在叉车的底部，拉线编码器的信号输出端电连接于控制器，以接收拉线编码器输入的叉车臂的位移量。

智能叉车臂的下一时刻的位置值根据最大速度和最小速度可以得到最大位置值和最小位置值，叉车臂的当前时刻运行位置在最大位置值和最小位置值之间说明运行正常，反之，则说明叉车臂运行故障，当叉车臂出现故障停止时，所述控制器连续不断获得角位移量的瞬时差值为0时，则可以判断编码器出现故障，反之，为驱动器出现故障。

智能叉车在上升或下降的过程中，故障原因通常与驱动器和伺服电机相关，那么在控制系统中得知驱动器故障或伺服电机故障，这两种情况的处理方式都是重启或等待人工处理，因此，仅需要给后续维修一个初步的判断即可，若是编码器损坏的情况，则有多种可能性，因此同样将该情况获知后并通过报警或者反应于遥控器中，以通知后台的维修人员对其进行处理。

实施例三

上述方式为智能叉车的长期维护处理，长期维护设备需要人工参与，对其工作状态进行全面的排查，这是提升设备使用寿命的最直接有效方法，但是在现场工作时，偶尔会出现一些紧急的故障，需要立即对其排除，以便于维持当时的工作状态，本案提供的方法为一种用于智能叉车臂故障的处理方法，还包括以下步骤：

S1、所述叉车臂处于故障状态下，该叉车臂产生的反向力矩将大于伺服电机输出的传动力矩，同时编码器输出的测量角位移不产生瞬时变化，控制器根据编码器产生的相应测量信号传递于伺服电机，以控制伺服电机停止沿当前状态的转动；控制器通过编码器获得伺服电机的运行状态，由于叉车臂的运行故障通常体现在伺服电机的运行状态中，因此控制器可以通过编码器了解到伺服电机的运行状态，控制器测得伺服电机的运行状态故障，可以判断是否需要对其进行故障处理。

S2、控制器对伺服电机发出反转信号且启动伺服电机反转，直至伺服电机检测到反转的牵引力矩小于最大牵引力矩时，编码器将伺服电机反转后测量的角位移变化量转化为电信号传递于控制器，伺服电机维持正向旋转配合叉车臂升降。

本实施例的S2过程中由于伺服电机的反转释放了部分的力矩压力差，因此当这一过程完结后，再控制伺服电机维持原先运行的方向正转，如果伺服电机正转和叉车臂上升或下降过程正常，则说明故障解除，如果叉车臂依然无法移动，则说明需要操作人员进一步确认并处理故障。

该实施例中所公布的方法是通过编码器配合伺服电机反转的得到反向力矩，进而释放由于故障力矩产生的压力差，以达到处理紧急故障或者故障预处理的目的，由于叉车臂在上升或下降过程中，电机的旋转产生的力矩作用于叉车臂上，若叉车臂处于正常状态，该力矩则相当于作用力，但是处于故障状态时，这个力矩会积压在叉车臂中，引起叉车臂的卡滞，从而不利于叉车臂的故障处理，因此通过反转释放一部分力矩压力，那么针对影响不大的故障，有可能故障就随之解除了，如果是一些较为难处理的故障，也可以通过这个方法对其进行预处理，从而便于操作人员对其进行维修。

该方法配合上述中的故障检测方法，可以提供给后续维护设备的人员处理思路和争取处理故障的时间，将很大程度上增加设备的使用寿命，同时也便于设备现场工作，由于大多数故障情况仅为卡滞和局部生锈引起的，因此这种预处理方法可以解决很多紧急故障，提高工作效率。

采用本技术方案，通过控制器接收的编码器信号输入，判断伺服电机的故障状态，由于大多编码器输出的信号表达的信息为伺服电机旋转产生的角位移量，因此需要编码器配合相应的处理方法，即可判断故障的产生原因，同时本案对于故障的处理方法所采用的方法为控制器对伺服电机传动力进行控制，伺服电机在产生的问题的情况下通过反转释放抵触力矩，在故障解除的情况下伺服电机恢复牵引转动，通过采用本案的技术方案，不仅可以对智能叉车臂的故障状态进行排查，并且可以采取相应的应急措施，减少故障排查和处理过程中的人工参与，提高智能叉车使用过程的安全性，并且提高设备的使用寿命，节约人力资源成本，提高工作效率。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，系统中包括控制器、用于提供叉车臂升降动力的伺服电机、编码器和驱动器，所述伺服电机通过编码器连接于控制器的信号接收端，以通过编码器转化的角位移量为电信号传递于控制器中，控制器根据编码器反馈的不同电信号调整对伺服电机的电压输出控制，控制器通过编码器在伺服电机角位移量的变化差值转化为电信号判断叉车臂是否处于故障状态，还包括以下步骤：

S1、控制器通过编码器检测的电机旋转产生的角位移量，得到电机的转速，通过电机的转速和叉车臂之间的速度转化关系得到叉车臂的运行速度，并确定叉车臂下一时刻的合理位置值；

S2、计算叉车臂下一时刻的合理位置值、最大位置值和最小位置值：

下一时刻的位置值＝当前时刻值+速度*控制周期时间；

最大位置＝前时刻位置值+最大速度*控制周期时间；

最小位置＝前时刻位置值+最小速度*控制周期时间；

S3，若不满足预设条件，则所述控制器判断状态为故障状态，指令所述伺服电机停止工作；所述预设条件为所述下一时刻的合理位置值大于等于最小位置值且小于等于最大位置值。

2.按照权利要求1所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，所述控制器通过编码器反应的角位移量瞬时变化值得出叉车臂的当前速度，通过叉车臂的当前速度和时间相乘，另外加上叉车臂的当前位置，可以推算出下一时刻的合理位置值。

3.按照权利要求1所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，所述系统中还包括电源，电源设置有输出端，以供电于控制器、伺服电机和驱动器。

4.按照权利要求1所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，所述系统中编码器采用拉线编码器，将拉绳的端部与叉车臂相连，拉线编码器本体设置在叉车的底部，拉线编码器的信号输出端电连接于控制器，以通过拉线编码器接收叉车臂的位移高度。

5.按照权利要求1所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，所述控制器中设置有计数模块，用于对所述编码器反馈的信息次数进行计数。

6.按照权利要求1所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括所述控制器计算与存储叉臂运行最大速度与最小速度，最大速度是通过给定叉车臂最大电压，之后空载旋转，根据角位移量和时间的正比关系即为叉车臂最大速度，反之，给定叉车臂电机可旋转的最小电压，再带动最大负载的前提下获得叉车臂最小速度。

7.按照权利要求5所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，还包括步骤S4:

所述控制器进一步判断故障原因，读取所述计数模块中的计数；

若至少连续两个控制周期时间中的两次计数相同，则所述控制器判断故障原因为编码器故障，反之，若计数模块在至少连续两个控制周期时间中的两次计数正常变化，则判断为驱动器故障，向控制器反馈故障信息。

8.智能叉车臂的故障处理方法，包括权利要求1至7任一所述的一种用于智能叉车臂故障的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述叉车臂处于故障状态下，该叉车臂产生的反向力矩将大于伺服电机输出的传动力矩，同时编码器输出的测量角位移不产生瞬时变化，控制器根据编码器产生的相应测量信号传递于伺服电机，以控制伺服电机停止沿当前状态的转动；

S2、控制器对伺服电机发出反转信号且启动伺服电机反转，直至伺服电机检测到反转的牵引力矩小于最大牵引力矩时，编码器将伺服电机反转后测量的角位移变化量转化为电信号传递于控制器，使得控制器发出停止反转信号于伺服电机中，伺服电机维持正向旋转配合叉车臂升降。

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