CN109733992A - 一种起升设备系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种起升设备系统及其控制方法，所述控制方法采用雷达测距方式检测起升设备的运动距离，对所述运动距离进行修正，根据修正后的距离及设定阈值，控制起升设备的运动。所述起升设备系统包括测距传感器、控制器、执行机构、输入设备，所述测距传感器用于测量起升设备的运动，所述控制器根据测量数据，计算运动距离并进行修正，输出控制信号；所述执行机构根据所述控制信号动作，所述输入设备用于输入参数。本申请能够精确测量起升设备的运动距离，避免了机械碰撞，减少了起升设备的损害。
Description
技术领域
本发明涉及起升设备技术领域，尤其是涉及一种起升设备系统及其控制方法。
背景技术
起升设备是起重机行业中极其重要的一种设备，其性能的好坏关系到人员安全，设备安全。实际使用过程中，设备在2个位置需要可靠的动作，分别是预限位和极限位，预限位置是让电机减速，从高速档切换到1档；极限位置是让电机停车。如果从高速档直接让电机停车，由于起升设备惯性大，导致停机距离远，而且刹车片磨损快，所以需要从预限位置让电机减速到1档(1档速度一般是全速的5～10％)，然后再刹车，这样刹车距离短，而且刹车片磨损少，安全性高。
目前主要根据行程开关或者光电传感器来检测预限和极限位，如图1所示，其中，1为金属支架，2为起升设备金属支架，3为预限传感器，4为极限传感器，起升设备金属支架沿水平方向运动，当起升设备运动到预限传感器位置时，如图中的位置2，预限传感器检测到金属支架，预限传感器输出减速控制信号；当起升设备运动到极限传感器位置时，如图中的位置3，极限传感器检测到金属支架，预限传感器输出停车控制信号。
由于起升设备工作环境恶劣，粉尘极大，采用行程开关寿命短；采用光电开关，易受粉尘影响，容易出现误操作，起升设备因此发生碰撞。
现有技术中，为了防止发生碰撞，在起升设备两侧安装缓冲器，当碰撞时，依靠缓冲器吸收能量，但这种机械式保护手段，其保护效果差，容易造成起升设备设备损坏。
因此，精确测量起升设备运动距离以避免发生碰撞是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种起升设备控制方法及系统，采用雷达测距方式，计算起升设备的运动距离，并对运动距离进行修正，结合设定阈值，控制起升设备的运动，精确测量起升设备运动距离，避免了机械碰撞，减少对起升设备的损害。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种起升设备的控制方法，采用雷达测距方式检测起升设备的运动距离，对所述运动距离进行修正，根据修正后的运动距离及设定阈值，控制起升设备的运动。
本发明的上述发明目的是还通过以下技术方案得以实现的：
一种起升设备系统，包括测距传感器、控制器、执行机构、输入设备，所述测距传感器用于测量起升设备的运动，所述控制器根据测量数据，计算运动距离并进行修正，输出控制信号；所述执行机构根据所述控制信号动作，所述输入设备用于输入参数。
本发明进一步设置为：起升设备运动距离的计算如下式：
其中，s(t)表示节点A和节点B之间的距离，单位为米；Kr表示调频斜率，单位为赫兹/秒；c表示光速,等于299792458米/秒；Δf1表示接收信号频率上升沿在Δt1时间内的变化量；Δf2表示发射信号频率下降沿在Δt2时间内的变化量。
本发明进一步设置为：采用中值滤波算法或加权平均算法对起升设备运动距离进行修正。
本发明进一步设置为：取采样数据窗口的长度为L，对某一时刻起升设备的运动修正距离s1(t)计算方法如下：
S1、对s(t-L+1)～s(t)的L个数进行升序排列；
S2、选取中间值k；
S3、赋值s1(t)＝k；
其中，窗口长度L为奇数。
本发明进一步设置为：取采样数据窗口的长度为L，对每个数据赋予不同的权值，计算某一时刻起升设备的运动修正距离s1(t)，
s1(t)＝s(t)×K1+s(t-1)×K2+…+s(t-i)×K(i+1)+…+s(t-n)×K(n+1)
其中，K(i+1)表示第i+1个数据的权值，s(t)表示t时刻起升设备的运动距离。
本发明进一步设置为：越靠近当前时刻的采样值，其权值越大。
本发明进一步设置为：窗口的长度L取值为5～20。
本发明进一步设置为：控制起升设备的运动，包括对预限输出控制，所述预限输出控制方法如下：
在预限位置-第一阈值/2<当前位置＜预限位置+第一阈值/2情况时，保持当前状态不改变；
在当前位置≤预限位置-第一阈值/2情况时，预限输出，控制起升设备减速；
在当前位置≥预限位置+第一阈值/2情况时，预限输出释放。
本发明进一步设置为：控制起升设备的运动，包括对预限输出控制，预限输出控制方法如下：当连续出现N次当前位置<预限位置,预限输出，控制起升设备减速；
当连续出现N次当前位置>预限位置,预限输出，预限输出释放。
本发明进一步设置为：控制起升设备的运动，包括对极限输出控制，极限输出控制方法如下：
在极限位置-第二阈值/2<当前位置＜极限位置+第二阈值/2情况时，保持当前状态不改变；
在当前位置≤极限位置-第二阈值/2情况时，极限输出，控制起升设备减速；
在当前位置≥极限位置+第二阈值/2情况时，极限输出释放。
本发明进一步设置为：所述控制起升设备的运动，包括对极限输出控制，极限输出控制方法如下：当连续出现N次当前位置<极限位置,极限输出，控制起升设备减速；
当连续出现N次当前位置>极限位置,极限输出释放。
本发明进一步设置为：所述控制器根据测距传感器的检测数据，采用测距算法计算所述起升设备的运动距离，并根据滤波算法，对所述运动距离进行修正，再根据修正后的距离，结合设定阈值，采用防抖算法，得到起升设备的控制信号并输出给相应的执行机构。
本发明进一步设置为：所述控制器包括PLC控制器，所述测距传感器包括雷达传感器。
本发明进一步设置为：所述执行机构包括接触器、调速器、电机。
本发明进一步设置为：所述输入设备包括人机会话界面。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
1.本申请采用雷达测距原理，结合滤波算法和防抖动处理，输出控制信号，实现起升设备控制，可靠性高，参数设置灵活。
2.进一步地，本申请包含有预限输出、极限输出功能，避免了机械碰撞，减少对起升设备的损害。
附图说明
图1是本申请现有的起升设备限位结构示意图。
图2是本申请一个具体实施例的起升设备测距控制系统结构示意图。
图3是本申请一个具体实施例的起升设备运行距离测量原理示意图。
图4是本申请一个具体实施例的起升设备系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本申请的一种起升设备系统，如图2所示，
包括测距传感器11、控制器12、输入设备13，测距传感器11用于测量起升设备的运动，控制器12根据测量数据，计算并对运动距离进行修正，并输出控制信号；输入设备13用于输入参数或命令并显示。所述控制器分别与所述输入设备和所述测距传感器连接。
控制器12根据测距传感器11的检测数据，采用测距算法计算起升设备的运动距离，并根据滤波算法，对运动距离进行修正，再根据修正后的数值，结合设定阈值，采用防抖算法，得到起升设备的控制信号并输出控制信号给相应的执行机构。
如图3所示，图中曲线分别表示发射信号频率和表示接收信号频率，扫频周期为T，发射信号经过目标反射，回波信号会有延时，在三角形的频率变化中，可以在上升沿和下降沿两者上进行距离测量。对于运动目标，则上升沿/下降沿期间的频率差不同，通过这二个频率差来测距。
测距算法采用如下公式：
其中，S(t)表示节点A和节点B之间的距离，单位为米；Kr表示调频斜率，单位为赫兹/秒；c表示光速,等于299792458米/秒；Δf1表示接收信号频率上升沿在Δt1时间内的变化量；Δf2表示发射信号频率下降沿在Δt2时间内的变化量。
采用雷达测距，不仅可以测量起升设备的水平运动距离，也可以测量起升设备的垂直运动距离。本申请统一用运动距离来表示。
所述控制器包括PLC控制模块，所述测距传感器包括雷达传感器。
所述输入设备包括人机会话界面，用于输入控制参数或命令。
控制器计算起升设备运动距离，并根据设定阈值，输出控制信号控制起升设备的运动。
因为运动过程中，起升设备的运动会存在晃动，为了使计算更精确，控制器对运动距离的测试数据要进行修正，
在本申请的一个具体实施例中，修正方法采用中值滤波算法，具体修正方法如下：
取采样数据窗口的长度为L，对某一时刻钩头运动修正距离s1(t)计算方法如下：
S1、对s(t-L+1)～s(t)的L个数进行升序排列；
S2、选取中间值k；
S3、赋值s1(t)＝k；
其中，窗口长度L取奇数，这样中间值只有一个。
在本申请的一个具体实施例中，修正方法采用加权平均算法，具体修正方法如下：取采样数据窗口的长度为L，对每个数据赋予不同的权值，计算某一时刻钩头运动修正距离s1(t)，
s1(t)＝s(t)×K1+s(t-1)×K2+…+s(t-i)×K(i+1)+…+s(t-n)×K(n+1)
其中，K(i+1)表示第i+1个数据的权值，s(t)表示t时刻的钩头运动距离。
为了使修正更符合实际，越靠近当前时刻的采样值，其权值越大。
当窗口长度L取得过大时，会导致距离信息延迟较大，影响测量精度，本申请中采样数据窗口的长度为L取值为5～20。
在一个具体实施例中，设窗口L等于5，从当前时刻往前的各采样数的权数分别为0.45,0.25，0.15，0.1，0.05，计算如下：
s1(t)＝s(t)×0.45+s(t-1)×0.25+s(t-2)×0.15+s(t-3)×0.1+s(t-4)×0.05
实际使用过程中，起升设备在预限位和极限位需要可靠的动作。预限位置是让电机减速，从高速档切换到1档；极限位置是让电机停车。如果从高速档直接让电机停车，由于起升设备惯性大，导致停机距离远，而且刹车片磨损快，所以需要从预限位置让电机减速到1档，其中1档速度一般是全速的5～10％，然后再刹车，这样刹车距离短，而且刹车片磨损少，安全性高。
根据修正后的数据，再根据设定阈值，采用防抖动算法，控制器进行预限位置控制和极限位置控制。
在一个具体实施例中，对于预限位置控制的方法如下：
在预限位置-第一阈值/2<当前位置＜预限位置+第一阈值/2情况时，保持当前状态不改变；
在当前位置≤预限位置-第一阈值/2情况时，预限输出，控制起升设备减速；
在当前位置≥预限位置+第一阈值/2情况时，预限输出释放。
在另一个具体实施例中，对于预限位置控制的方法如下：
当连续出现N次当前位置<预限位置,预限输出，控制起升设备减速；
当连续出现N次当前位置>预限位置,预限输出，预限输出释放。
极限位置的控制方式与预限位置的控制方式相同，相应地，
在一个具体实施例中，对于极限位置控制的方法如下：
在极限位置-第二阈值/2<当前位置＜极限位置+第二阈值/2情况时，保持当前状态不改变；
在当前位置≤极限位置-第二阈值/2情况时，极限输出，控制起升设备减速；
在当前位置≥极限位置+第二阈值/2情况时，极限输出释放。
在另一个具体实施例中，对于极限位置控制的方法如下：
当连续出现N次当前位置<极限位置,极限输出，控制起升设备减速；
当连续出现N次当前位置>极限位置,极限输出释放。
一种起升设备系统，如图4所示，包括起升设备测距控制系统1、执行机构，起升设备测距控制系统1测量所述执行机构的运动距离，并根据所述运动距离控制所述执行机构的动作。
执行机构包括运动机构23、起升设备电控模块24、电机21、减速器22，，减速器22一端与电机21连接，另一端与运动机构23连接，运动机构23与测距控制系统1设置在运动框架上，运动框架、运动机构23能够独立运动，测距控制系统1与起升设备电控模块24连接，起升设备电控模块24同时与电机21连接；测距控制系统1测量运动机构23的运动距离，并根据测量结果，输出控制信号给起升设备电控模块24，起升设备电控模块24根据控制信号控制电机21的动作。
运动机构23是能够实现水平运动的行走轮，或是能够实现垂直运动的钢丝绳卷筒，本申请为了叙述方便，统一称作运动机构。
运动框架是天车或类似能够实现运动的框架结构，其能够带动运动机构整体运动，测距控制系统1设置在运动框架上，在运动框架运动的过程中，测距控制系统1也相应地产生运动，通过与被测物的相对运动进行测距。
被测物是墙面类的遮挡物，或是相邻的运动框架。
所述起升设备电控模块包括接触器、调速器，所述接触器与所述调速器连接。
测距控制系统1输出控制信号，接触器根据控制信号控制接触器主触点的闭合或者断开，进而实现对调速器的控制，调速器控制电机的运动速度或运动状态，运动状态包括运动或停止。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种起升设备的控制方法，其特征在于：采用雷达测距方式检测起升设备的运动距离，对所述运动距离进行修正，根据修正后的运动距离及设定阈值，控制起升设备的运动。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：起升设备运动距离的计算如下式：
其中，s(t)表示节点A和节点B之间的距离，单位为米；Kr表示调频斜率，单位为赫兹/秒；c表示光速,等于299792458米/秒；Δf1表示接收信号频率上升沿在Δt1时间内的变化量；Δf2表示发射信号频率下降沿在Δt2时间内的变化量。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：采用中值滤波算法或加权平均算法对起升设备运动距离进行修正。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：取采样数据窗口的长度为L，对每个数据赋予不同的权值，计算某一时刻起升设备的运动修正距离s1(t)，
s1(t)＝s(t)×K1+s(t-1)×K2+…+s(t-i)×K(i+1)+…+s(t-n)×K(n+1)
其中，K(i+1)表示第i+1个数据的权值，s(t)表示t时刻起升设备的运动距离。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：控制起升设备的运动，包括对预限输出控制，所述预限输出控制方法如下：
在预限位置-第一阈值/2<当前位置＜预限位置+第一阈值/2情况时，保持当前状态不改变；
在当前位置≤预限位置-第一阈值/2情况时，预限输出，控制起升设备减速；
在当前位置≥预限位置+第一阈值/2情况时，预限输出释放。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：控制起升设备的运动，包括对预限输出控制，预限输出控制方法如下：当连续出现N次当前位置<预限位置,预限输出，控制起升设备减速；
当连续出现N次当前位置>预限位置,预限输出，预限输出释放。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：控制起升设备的运动，包括对极限输出控制，极限输出控制方法如下：
在极限位置-第二阈值/2<当前位置＜极限位置+第二阈值/2情况时，保持当前状态不改变；
在当前位置≤极限位置-第二阈值/2情况时，极限输出，控制起升设备减速；
在当前位置≥极限位置+第二阈值/2情况时，极限输出释放。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述控制起升设备的运动，包括对极限输出控制，极限输出控制方法如下：当连续出现N次当前位置<极限位置,极限输出，控制起升设备减速；
当连续出现N次当前位置>极限位置,极限输出释放。
9.一种起升设备系统，其特征在于：包括测距控制系统、执行机构，所述测距控制系统用于实现权利要求1-8任一一项所述的方法；所述执行机构包括电机，用于根据所述测距控制系统输出的控制信号，控制起升设备的动作，包括电机的运动速度或运动状态。
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