CN109733992B - 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 (8)
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，设置起升设备运动的预限位和极限位，在预限位置让电机减速，从高速档切换到1档，在极限位置让电机停车，基于修正后的运动距离及设定阈值，采用防抖动算法，根据起升设备当前位置，控制起升设备在预限位和极限位的运动；
其中，对预限位控制方法如下：
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；
对极限位控制方法如下：
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。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：雷达测距的发射信号频率和接收信号频率采用三角形的频率变化曲线，对于运动目标，上升沿/下降沿期间的频率差不同，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，包括对预限位输出控制，预限位输出控制方法如下：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。
6.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，包括对极限位输出控制，极限位输出控制方法如下：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。
7.一种起升设备系统，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1-6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。
8.根据权利要求7所述起升设备系统，其特征在于：所述执行机构包括运动机构、起升设备电控模块、电机、减速器，减速器一端与电机连接，另一端与运动机构连接，运动机构与测距控制系统设置在运动框架上，运动框架、运动机构能够独立运动，测距控制系统与起升设备电控模块连接，起升设备电控模块同时与电机连接；测距控制系统测量运动机构的运动距离，并根据测量结果，输出控制信号给起升设备电控模块，起升设备电控模块根据控制信号控制电机的动作。
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