CN111217247B - 一种升降机构防冲顶控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种升降机构防冲顶控制系统和控制方法，所述控制系统包括起升机构控制手柄、变频器、起升电机、编码器、旁路按钮和防冲顶零位设置按钮，控制手柄，旁路按钮和防冲顶零位设置按钮均与变频器电性连接，所述编码器与起升电机的驱动轴连接，编码器信号和起升电机与变频器电性连接，本发明的控制方法通过预设防冲顶零位点，并根据该零位点确定防冲顶减速区，每次起升机构上升时，变频器判断吊钩是否到达防冲顶减速区来控制起升电机是继续保持当前速度运行还是开始减速停机，达到防冲顶的目的，本发明方法简单，系统控制效果好，安全性高，具有良好的应用前景。

Description

一种升降机构防冲顶控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及起重机械技术领域，尤其涉及一种升降机构防冲顶控制系统和控制方法。

背景技术

在起重设备上，起升机构需要人工进行控制，当其升至起重设备的顶部时应当控制吊钩停止运动，否则会造成冲顶事故，对于小型设备而言，是否冲顶是易于观察的，而对于大型设备而言，则需要借助一些辅助机构帮助识别是否存在冲顶危险，目前最常见的办法就是在起升机构上加装机械凸轮开关，当吊钩达到机械凸轮开关设定的特定位置时，其自动控制电机停机，从而达到防止冲顶的情况发生。

然而目前绝大多数大型起重设备均设置在户外，机械凸轮开关为机械结构，其长期风吹日晒容易导致其失效，这就导致存在较大的安全隐患，因此需要增设一套更加安全可靠的升降机构防冲顶控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种自动化程度高，成本低，更加安全可靠的升降机构防冲顶控制系统和控制方法。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种升降机构防冲顶控制方法，其包括如下步骤：

S1、变频器每次断电再重新上电后，需要按住旁路按钮，操作起升手柄控制起升机构驱动吊钩上升至待标定的防冲顶零位位置，停止上升，然后松开旁路按钮从而设定此时吊钩所在位置为防冲顶零位点；

S2、判断吊钩是否达到防冲顶减速区，若是则进入S3，若否则进入S5；

S3、变频器控制起升机构减速停车并使吊钩停在防冲顶零位点；

S4、变频器接收手柄的上升指令不运行，接收手柄下降指令正常运行；

S5、变频器按照手柄的控制指令进行上升或者下降运行。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，设置防冲顶零位点的方法包括：

S101、驱动起升机构吊钩上升或者下降，起升电机上的编码器输出脉冲信号给变频器；

S102、当到达防冲顶零位点时，变频器停机，按住防冲顶零位设置按钮2 秒钟，变频器记录此时编码器输出的脉冲数，并将该脉冲数标记为零位点脉冲数。

在以上技术方案的基础上，优选的，步骤二中，所述判断是否达到防冲顶减速区的方法包括：

S201、变频器获取起升电机上的编码器的实时脉冲信号，并与零位点脉冲信号进行对比，计算出吊钩相对防冲顶零位点的距离a₁；

S202、变频器获取此时起升电机的转速v₁，同时获取变频器的预设减速时间t，则减速距离a₂＝v₁*t/2，所述防冲顶减速区为在防冲顶零位点下方距离在0-a₂之间的区域；

S203、若a₁＞a₂，则判定为还未到达预设减速区，若a₁≤a₂，则判定已到达预设减速区。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括：

S6、若设置的零位点不合适，需要将吊钩再上升一段距离，可以按住该旁路按钮，同时操作起升手柄将吊钩上升至合适的位置后，再松开旁路按钮，从而将此位置设置为新的防冲顶零位点。

本发明还提供一种升降机构防冲顶控制系统，其包括起升机构控制手柄、变频器、起升电机，编码器，旁路按钮和防冲顶零位设置按钮，控制手柄，旁路按钮和防冲顶零位设置按钮均与变频器电性连接，所述编码器与起升电机的驱动轴连接，编码器信号和起升电机与变频器电性连接，控制手柄用于发送上升、下降，起停指令给变频器，从而使变频器控制起升电机转动并带动吊钩上升和下降以及停机；

所述编码器与起升电机的驱动轴驱动连接，编码器用于检测起升电机的驱动轴的转动量并将发送对应的脉冲信号给变频器；

起升电机与变频器电性连接，变频器根据编码器的脉冲信号、起升电机的转速以及减速时间计算吊钩的相对位置并判断是否减速停机。

更进一步优选的，所述变频器还包括零位脉冲记录模块和距离计算模块，所述零位脉冲记录模块用于记录编码器调零时对应的脉冲数值，零位脉冲记录模块可选择地与编码器电性连接，零位脉冲记录模块和编码器均与距离计算模块电性连接，所述距离计算模块根据编码器的实时脉冲记录与零位脉冲记录模块记录的脉冲数值之差以及一个脉冲数值对应距离的乘积进行计算吊钩此时相对防冲顶零位点的距离a₁。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述距离计算模块从变频器内获取起升电机的实时转速v₁和起升电机的减速时间t，根据a₂＝v₁*t/2计算吊钩的减速距离并得到防冲顶减速区。

当a₁≤a₂时，变频器接收手柄的上升指令不运行，接收手柄下降指令正常运行；

当a₁＞a₂时，变频器按照手柄的控制指令进行上升或者下降运行。

本发明的升降机构防冲顶控制系统和控制方法相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的升降机构防冲顶控制系统具有更加安全，可以在吊钩进入危险区域时能够自动断开上升开关控制线路的特点，同时设置了旁路开关，为操作者提供上升操作必要的控制手段，又能够避免误操作；

(2)本发明的升降机构防冲顶控制方法整体步骤简单，通过标定防冲顶零位点的方式确保起升机构在上升的过程中不会冲过防冲顶零位点，避免了目前市面上起升机吊钩只依靠机械凸轮所标定的上升终点限位失效带来的冲顶风险，增加了一层电气保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明升降机构防冲顶控制系统的结构示意图；

图2为本发明升降机构防冲顶控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，结合图2，本发明的升降机构防冲顶控制方法，其包括如下步骤：

S1、变频器每次断电再重新上电后，需要按住旁路按钮，操作起升手柄控制起升机构驱动吊钩上升至待标定的防冲顶零位位置，停止上升，然后松开旁路按钮从而设定此时吊钩所在位置为防冲顶零位点；

S2、判断吊钩是否达到防冲顶减速区，若是则进入S3，若否则进入S5；

S3、变频器控制起升机构减速停车并使吊钩停在防冲顶零位点；

S4、变频器接收手柄的上升指令不运行，接收手柄下降指令正常运行；

S5、变频器按照手柄的控制指令进行上升或者下降运行。

以上实施方式中，将吊钩的位置与预设的防冲顶零位点进行对比，根据对比结果分别采用两种不同的控制策略，可以有效防止吊钩会因为认为操作失误而造成冲顶事故。

在具体实施方式中，设置防冲顶零位点的方法包括：

S101、驱动起升机构吊钩上升或者下降，起升电机上的编码器输出脉冲信号给变频器；

S102、当到达防冲顶零位点时，变频器停机，按住防冲顶零位设置按钮2 秒钟，变频器记录此时编码器输出的脉冲数，并将该脉冲数标记为零位点脉冲数。

以上实施方式中，所述编码器可以是增量型编码器，也可以是绝对值编码器，若为增量型编码器，变频器则根据另外点脉冲弄信号与其他时刻的脉冲信号差值进行位置计算，绝对值编码器则利用绝对值信号进行对应的位置计算。

在具体实施方式中，判断是否到达防冲顶减速区的方法包括：

S201、变频器获取起升电机上的编码器的实时脉冲信号，并与零位点脉冲信号进行对比，计算出吊钩相对防冲顶零位点的距离a₁；

S202、变频器获取此时起升电机的转速v₁，同时获取变频器的预设减速时间t，可以计算得到减速距离a₂＝v₁*t/2，所述防冲顶减速区则设在防冲顶零位点下方且距离防冲顶零位点为0-a₂之间的区域；

S203、若a₁＞a₂，则判定为吊钩还未到达预设减速区，若a₁≤a₂，则判定吊钩已到达预设减速区。

以上实施方式中，S201中计算吊钩相对防冲顶零位点的距离a₁的方法主要在于，根据编码器的精度、吊钩吊绳缠绕半径以及编码器测量轴与吊绳的驱动轴之间的转动比进行计算，首先确定相对防冲顶零位点的编码器的脉冲量之差，根据编码器精度与差值确定编码器测量轴的转动圈数，根据转动比确定吊绳驱动轴的转动圈数，再根据缠绕半径和转动圈数来计算吊绳的运动长度即可得到相对防冲顶零位点的距离a₁，若该距离大于减速距离，则还处在安全区域，可以不用减速，若该距离小于或等于减速距离，则应当立即减速，避免冲顶。

在具体实施方式中，所述步骤还包括：

S6、若设置的零位点不合适，需要将吊钩再上升一段距离，可以按住该旁路按钮，同时操作起升手柄将吊钩上升至合适的位置后，再松开旁路按钮，从而将此位置设置为新的防冲顶零位点。

以上实施方式中，若有必要，可以通过旁路将上升指令发送至变频器，从而控制吊钩上升至合适的位置，达到重新设置防冲顶零位点的目的。

本发明还提供一种升降机构防冲顶控制系统，其包括起升机构控制手柄、变频器、起升电机，编码器，旁路按钮和防冲顶零位设置按钮，控制手柄，旁路按钮和防冲顶零位设置按钮均与变频器电性连接，所述编码器与起升电机的驱动轴连接，编码器信号和起升电机与变频器电性连接，控制手柄用于发送上升、下降，起停指令给变频器，从而使变频器控制起升电机转动并带动吊钩上升和下降以及停机；

所述编码器与起升电机的驱动轴驱动连接，编码器用于检测起升电机的驱动轴的转动量并将发送对应的脉冲信号给变频器；

起升电机与变频器电性连接，变频器根据编码器的脉冲信号、起升电机的转速以及减速时间计算吊钩的相对位置并判断是否减速停机。

以上实施方式中，应当理解的是，吊钩的吊绳驱动轴的半径、编码器的测量轴的半径以及两者之间的传动比均是已知的，在计算吊绳的伸长量与驱动轴的转动速度时，吊绳的半径应该算入驱动轴的半径之内。

在具体实施方式中，所述变频器还包括零位脉冲记录模块和距离计算模块，所述零位脉冲记录模块用于记录编码器调零时对应的脉冲数值，零位脉冲记录模块可选择地与编码器电性连接，零位脉冲记录模块和编码器与距离计算模块电性连接，所述距离计算模块根据编码器的实时脉冲记录与零位脉冲记录模块记录的调零脉冲数值之差以及一个脉冲数值对应距离的乘积进行计算吊钩此时相对防冲顶零位点的距离a₁。

以上实施方式中，所述的变频器包括控制系统，操作者通过控制系统可以选择性地控制零位脉冲记录模块记录编码器此时对应的脉冲数值，并将该脉冲数值作为防冲顶零位点。

在具体实施方式中，所述距离计算模块从变频器内获取起升电机的实时转速v₁和起升电机的减速时间t，根据a₂＝v₁*t/2计算吊钩的减速距离并得到防冲顶减速区。

当a₁≤a₂时，变频器接收手柄的上升指令不运行，接收手柄下降指令正常运行；

当a₁＞a₂时，变频器按照手柄的控制指令进行上升或者下降运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (2)

1.一种升降机构防冲顶控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、变频器每次断电再重新上电后，需要按住旁路按钮，操作起升手柄控制起升机构驱动吊钩上升至待标定的防冲顶零位位置，停止上升，然后松开旁路按钮从而设定此时吊钩所在位置为防冲顶零位点；

S2、判断吊钩是否达到防冲顶减速区，若是则进入S3，若否则进入S5；

S3、变频器控制起升机构减速停车并使吊钩停在防冲顶零位点；

S4、变频器接收手柄的上升指令不运行，接收手柄下降指令正常运行；

S5、变频器按照手柄的控制指令进行上升或者下降运行；

设置防冲顶零位点的方法包括：

S101、驱动起升机构吊钩上升或者下降，起升电机上的编码器输出脉冲信号给变频器；

S102、当到达防冲顶零位点时，变频器停机，按住防冲顶零位设置按钮2秒钟，变频器记录此时编码器输出的脉冲数，并将该脉冲数标记为零位点脉冲数；

判断是否到达防冲顶减速区的方法包括：

S201、变频器获取起升电机上的编码器的实时脉冲信号，并与零位点脉冲信号进行对比，计算出吊钩相对防冲顶零位点的距离a₁；

S202、变频器获取此时起升电机的转速v₁，同时获取变频器的预设减速时间t，则减速距离a₂＝v₁*t/2，防冲顶减速区为在防冲顶零位点下方距离在0-a₂之间的区域；

S203、若a₁＞a₂，则判断还未到达预设减速区，若a₁≤a₂，则判断已到达预设减速区；

在S201中，计算吊钩相对防冲顶零位点的距离a₁的方法在于，根据编码器的精度、吊钩吊绳缠绕半径以及编码器测量轴与吊绳的驱动轴之间的转动比进行计算，首先确定相对防冲顶零位点的编码器的脉冲量之差，根据编码器精度与差值确定编码器测量轴的转动圈数，根据转动比确定吊绳驱动轴的转动圈数，再根据缠绕半径和转动圈数来计算吊绳的运动长度即可得到相对防冲顶零位点的距离a₁。

2.如权利要求1所述的一种升降机构防冲顶控制方法，其特征在于，还包括：S6、若设置的零位点不合适，需要将吊钩再上升一段距离，按住该旁路按钮，同时操作起升手柄将吊钩上升至合适的位置后，再松开旁路按钮，从而将此位置设置为新的防冲顶零位点。

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