CN112660949B - 施工升降机的防溜车控制方法和系统 - Google Patents

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本发明涉及起重设备领域，提供了一种施工升降机的防溜车控制方法，包括：接收制动指令或启动指令，并采集电机的转速信号；当接收到制动指令时，控制电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；以及，当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作。本发明方案中利用电机输出制动转矩和驱动转矩，使得电机同时具有制动和驱动功能，确保制动过程与驱动过程能够无缝对接，从而使得升降机启停过程平稳，防止溜车。

Description

施工升降机的防溜车控制方法和系统
技术领域
本发明涉及起重设备领域，具体地涉及一种施工升降机的防溜车控制方法和系统。
背景技术
升降机的溜车现象是指电机将轿厢提升到达指定点后，电机电源切断而制动器制动之前，轿厢会先下降一定的距离再悬停；当悬停在半空中的轿厢需要继续起升时，一般是制动器松开，然后电机通电启动，如果制动器已经松开，电机的力矩又没有上升到一定的数值，轿厢就会先往下移动，然后随着电机力矩的逐步建立再往上移动。
在现阶段，控制施工升降机的轿厢起升和下降动作是通过制动器的制动转矩与电机的驱动转矩的时序配合来完成的，其中，电机的驱动转矩由变频器的输出频率与电流来控制，属于电气控制，其响应快速，准确可控，而制动器的制动转矩由制动器通电与断电来控制，属于机械制动，在制动器抱闸和松闸期间必然存在机械延时，相应输出的制动转矩也会存在延时，且在制动转矩开始输出到制动转矩输出保持期间，制动转矩不可控，无法与电机输出的驱动转矩衔接配合，使得施工升降机在不同的负载情况下，轿厢启动瞬间出现不同程度溜车的情况。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在的上述问题，提供了一种施工升降机的防溜车控制方法和系统。
施工升降机包括变频器和受所述变频器驱动以用于带动升降机的轿厢上升/下降的电机，为解决施工升降机在轿厢启动瞬间出现不同程度溜车的情况，本发明第一方面提供了一种施工升降机的防溜车控制方法，包括：
接收制动指令或启动指令，并采集电机的转速信号；
当接收到所述制动指令时，控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；以及，
当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作。
优选地，所述启动指令包括：
用于控制施工升降机的轿厢起升/下降的升降指令，以及，
用于控制施工升降机的轿厢运行速度的速度指令。
优选地，所述控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩，包括：
根据施工升降机的轿厢在不同负载工况下所需的制动转矩，建立制动转矩与轿厢负载之间的对应关系；
获取当前轿厢负载，并以所述当前轿厢负载为输入，根据所述制动转矩与轿厢负载之间的对应关系控制所述电机输出制动转矩。
优选地，所述在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，包括：
在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，获取启动阶段施工升降机的轿厢在不同负载工况下产生的位移；
在不同负载工况下控制所述电机输出启动补偿转矩，所述启动补偿转矩用于将不同负载工况下产生的轿厢位移控制在误差范围内，并建立启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系；
获取当前轿厢负载和在当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移，以所述当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移为输入，根据所述启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系控制所述电机输出相应的启动补偿转矩。
优选地，在当前轿厢负载工况下，电机输出的驱动转矩为所述制动转矩与所述启动补偿转矩之和。
优选地，所述防溜车控制方法还包括：
当检测到施工升降机的轿厢位移超过误差范围，和/或，电机转速超过预定转速时，控制制动器输出制动转矩。
本发明第二方面提供了一种施工升降机的防溜车控制系统，包括：
变频器和受所述变频器驱动以用于带动施工升降机的轿厢上升/下降的电机，以及，
控制器，包括指令输出单元，用于输出制动指令和启动指令；
转速传感器，用于检测电机的实时转速；
负重传感器，用于检测施工升降机的轿厢负载；
位移传感器，用于检测轿厢位移；
其中，所述变频器的输入端分别与所述控制器、所述转速传感器、所述负重传感器和所述位移传感器连接，所述变频器的输出端与所述电机连接；
所述变频器用于当接收到所述制动指令时，控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；以及，当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作。
优选地，所述变频器包括：
第一获取模块，与所述负重传感器连接，用于获取施工升降机的轿厢负载；
第一处理模块，与所述第一获取模块连接，用于根据施工升降机的轿厢在不同负载工况下所需的制动转矩，建立制动转矩与轿厢负载之间的对应关系；
第一控制模块，与所述第一获取模块和所述第一处理模块连接，用于根据所述制动转矩与轿厢负载之间的对应关系控制所述电机输出与当前轿厢负载匹配的制动转矩。
优选地，所述变频器还包括：
第二获取模块，与所述位移传感器和所述负重传感器连接，用于在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，获取轿厢负载和启动阶段施工升降机的轿厢在不同负载工况下产生的位移；
第二处理模块，与所述第二获取模块连接，用于根据所述电机输出的将不同负载工况下产生的轿厢位移控制在误差范围内的启动补偿转矩，建立启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系；
第二控制模块，与所述第二获取模块和所述第二处理模块连接，用于在启动阶段根据所述启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系控制所述电机输出启动补偿转矩，使当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移在误差范围内。
优选地，所述防溜车控制系统还包括：分别与所述变频器和所述电机连接的安全制动器；
当所述变频器检测到施工升降机的轿厢位移超过误差范围，和/或，电机转速超过预定转速时，通过向所述安全制动器发送制动信号以控制所述安全制动器输出制动转矩。
本发明技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用电机输出制动转矩和驱动转矩，使得电机同时具有制动功能和驱动功能，确保制动过程与驱动过程能够无缝对接，从而避免施工升降机启动瞬间溜车；
(2)施工升降机的启停过程平稳，提高了轿厢乘坐的舒适性和安全性；
(3)使用电气式的电机制动方法减少了因制动器制动失效所带来的风险；
(4)根据施工升降机的轿厢不同负载自适应调整电机的输出转矩，采用全闭环控制模式，以确保启动过程平稳、不溜车。
附图说明
图1是施工升降机的防溜车控制方法的流程图；
图2是施工升降机的防溜车控制系统的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
施工升降机包括变频器和受所述变频器驱动以用于带动施工升降机的轿厢上升/下降的电机，为解决施工升降机在轿厢启动瞬间出现不同程度溜车的情况，本发明提供了一种施工升降机的防溜车控制方法。
如图1所示，该防溜车控制方法包括：
步骤S1、接收制动指令或启动指令，并采集电机的转速信号；
具体地，所述启动指令包括：用于控制施工升降机的轿厢起升/下降的升降指令，以及，用于控制施工升降机的轿厢运行速度的速度指令。
步骤S2、当接收到所述制动指令时，控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；
步骤S3、当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作。
在本发明方案中，变频器根据预设的电机转速和接收的电机实时转速控制输出到电机中的电流，实现矢量闭环控制。电机的闭环控制是指将作为被控单元的电机的输出反馈到输入端的变频器中，并对变频器施加控制。在闭环控制中，由于控制主体能根据反馈信息发现和纠正被控客体运行的偏差，所以有较强的抗干扰能力，能进行有效的控制，从而保证预定目标的实现。在本发明中，变频器根据电机端反馈的转速信号控制输出频率和电流，通过改变电机的电源频率实现速度调节。
在步骤S2中，所述的控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩，具体包括：
步骤S21、根据施工升降机的轿厢在不同负载工况下所需的制动转矩，建立制动转矩与轿厢负载之间的对应关系；
步骤S22、获取当前轿厢负载，并以所述当前轿厢负载为输入，根据所述制动转矩与轿厢负载之间的对应关系控制所述电机输出制动转矩。
在本发明实施例中，将变频器设置矢量闭环控制模式，启动变频器零速度转矩保持输出功能，通过采集电机轴的转动速度，将施工升降机的轿厢以接近零转速下保持悬停，此时轿厢处于制动状态，轿厢重力与电机输出的制动转矩保持动态平衡。当轿厢空载和额载时，变频器分别对轿厢悬停在空中所需要的制动转矩进行标定，得到空载制动转矩M0、额载制动转矩M1，并通过采样轿厢处于不同负载情况下所需的制动转矩，绘制制动转矩M随轿厢负载Q的变化曲线，该曲线的两端点分别为(空载重量Q0，空载制动转矩M0)和(额载重量Q1，满载制动转矩为M1)。变频器根据制动转矩M随轿厢负载Q的变化曲线可以大致得到制动转矩与轿厢负载之间的对应关系，在变频器中输入当前轿厢负载后，根据该对应关系即可确定电机输出的制动转矩。
根据本发明实施例，在轿厢重力与电机输出的制动转矩保持动态平衡的基础上，加大/减小电机输出转矩量，作为轿厢起升/下降时电机的启动补偿转矩输出量。
在步骤S3中，所述的在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，具体包括：
步骤S31、在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，获取启动阶段施工升降机的轿厢在不同负载工况下产生的位移；
步骤S32、在不同负载工况下控制所述电机输出启动补偿转矩，所述启动补偿转矩用于将不同负载工况下产生的轿厢位移控制在误差范围内，并建立启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系；
步骤S33、获取当前轿厢负载和在当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移，以所述当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移为输入，根据所述启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系控制所述电机输出相应的启动补偿转矩。
在本发明实施例中，变频器根据轿厢当前负载/当前负载工况下轿厢的溜车位移L换算为电机输出的启动补偿转矩△M，即△M＝K×L。
在实际应用中，变频器获取在不同轿厢负载{Q1,Q2,Q3,Q4，…}情况下测得轿厢的溜车位移量{L1,L2,L3,L4，…}，并通过在轿厢起升瞬间控制电机轴输出启动转矩量△M，使轿厢的溜车位移量L控制在允许范围内(根据实际要求来设置)，得到启动补偿转矩序列{△M1,△M2,△M3,△M4,…}，由该溜车位移量序列{L1,L2,L3,L4，…}和启动补偿转矩量序列{△M1,△M2,△M3,△M4,…}计算得到上述公式中的参数K。
在本发明方案中，在当前轿厢负载工况下，电机输出的驱动转矩为制动转矩与启动补偿转矩之和。
在本发明的上述实施例的基础上，根据一个优选的实施例，所述防溜车控制方法还包括：
当检测到施工升降机的轿厢位移超过误差范围，和/或，电机转速超过预定转速时，控制制动器输出制动转矩。
在本实施例中，将制动器输出的制动转矩作为一种冗余保护，当变频器检测到轿厢溜车位移，和/或轿厢溜车速度超过设定范围后，启动机械式的制动器输出制动转矩，停止电机动作，确保制动安全性，同时防止在电机断电情况下轿厢下坠。
本发明第二方面还提供了一种施工升降机的防溜车控制系统，如图2所示，该防溜车控制系统包括变频器和受所述变频器驱动以用于带动施工升降机的轿厢上升/下降的电机，以及，控制器、转速传感器、负重传感器和位移传感器。
其中，变频器的输入端分别与所述控制器、所述转速传感器、所述负重传感器和所述位移传感器连接，所述变频器的输出端与所述电机连接。
在本发明实施例中，控制器包括指令输出单元，用于输出制动指令和启动指令。
转速传感器用于检测电机的实时转速。优选地，该转速传感器为安装在电机轴尾端且随电机同步转动的旋转编码器，变频器根据该旋转编码器传回来的脉冲频率获取电机工作速度，用于电机轴输出的驱动转矩的闭环控制。该转速传感器还可以为其他用于测电机转速的元件。
位移传感器用于检测轿厢位移。优选地，该位移传感器为安装在轿厢齿轮上的旋转编码器，变频器根据该旋转编码器传回来的脉冲数量获取轿厢的位移量，用于检测轿厢在启动瞬间的溜车位移。该位移传感器还可以为其他用于测轿厢位移的元件。
负重传感器用于检测施工升降机的轿厢负载。该负重传感器采用建筑、其中设备领域的常用仪器设备即可，此处不再赘述。
所述变频器用于当接收到所述制动指令时，控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；以及，当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作。
在本发明实施例中，为实现电机制动功能，所述变频器包括：
第一获取模块，与所述负重传感器连接，用于获取施工升降机的轿厢负载；
第一处理模块，与所述第一获取模块连接，用于根据施工升降机的轿厢在不同负载工况下所需的制动转矩，建立制动转矩与轿厢负载之间的对应关系；
第一控制模块，与所述第一获取模块和所述第一处理模块连接，用于根据所述制动转矩与轿厢负载之间的对应关系控制所述电机输出与当前轿厢负载匹配的制动转矩。
进一步地，在本发明实施例中，为实现电机驱动功能，所述变频器还包括：
第二获取模块，与所述位移传感器和所述负重传感器连接，用于在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，获取轿厢负载和启动阶段施工升降机的轿厢在不同负载工况下产生的位移；
第二处理模块，与所述第二获取模块连接，用于根据所述电机输出的将不同负载工况下产生的轿厢位移控制在误差范围内的启动补偿转矩，建立启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系；
第二控制模块，与所述第二获取模块和所述第二处理模块连接，用于在启动阶段根据所述启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系控制所述电机输出启动补偿转矩，使当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移在误差范围内。
在本发明上述实施例的基础上，根据另一个优选的实施例，所述防溜车控制系统还包括：分别与所述变频器和所述电机连接的安全制动器；
当所述变频器检测到施工升降机的轿厢位移超过误差范围，和/或，电机转速超过预定转速时，通过向所述安全制动器发送制动信号以控制所述安全制动器输出制动转矩，停止电机动作，防止在电机断电情况下轿厢下坠。
本发明技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用电机输出制动转矩和驱动转矩，使得电机同时具有制动功能和驱动功能，确保制动过程与驱动过程能够无缝对接，从而避免施工升降机启动瞬间溜车；
(2)施工升降机的启停过程平稳，提高了轿厢乘坐的舒适性和安全性；
(3)使用电气式的电机制动方法减少了因制动器制动失效所带来的风险；
(4)根据施工升降机的轿厢不同负载自适应调整电机的输出转矩，采用全闭环控制模式，以确保启动过程平稳、不溜车；
(5)将制动器输出的制动转矩作为一种冗余保护，在电机断电情况下启动机械式的制动器输出制动转矩，确保制动安全性，同时防止轿厢下坠。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种施工升降机的防溜车控制方法，其特征在于，施工升降机包括变频器和受所述变频器驱动以用于带动施工升降机的轿厢上升/下降的电机，所述施工升降机的防溜车控制方法包括：
接收制动指令或启动指令，并采集电机的转速信号；
当接收到所述制动指令时，控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；以及，
当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作；
所述防溜车控制方法还包括：
当检测到施工升降机的轿厢位移超过误差范围，和/或，电机转速超过预定转速时，控制制动器输出制动转矩。
2.根据权利要求1所述的防溜车控制方法，其特征在于，所述启动指令包括：
用于控制施工升降机的轿厢起升/下降的升降指令，以及，
用于控制施工升降机的轿厢运行速度的速度指令。
3.根据权利要求1所述的防溜车控制方法，其特征在于，所述控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩，包括：
根据施工升降机的轿厢在不同负载工况下所需的制动转矩，建立制动转矩与轿厢负载之间的对应关系；
获取当前轿厢负载，并以所述当前轿厢负载为输入，根据所述制动转矩与轿厢负载之间的对应关系控制所述电机输出制动转矩。
4.根据权利要求3所述的防溜车控制方法，其特征在于，所述在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，包括：
在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，获取启动阶段施工升降机的轿厢在不同负载工况下产生的位移；
在不同负载工况下控制所述电机输出启动补偿转矩，所述启动补偿转矩用于将不同负载工况下产生的轿厢位移控制在误差范围内，并建立启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系；
获取当前轿厢负载和在当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移，以所述当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移为输入，根据所述启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系控制所述电机输出相应的启动补偿转矩。
5.根据权利要求1或4所述的防溜车控制方法，其特征在于，在当前轿厢负载工况下，电机输出的驱动转矩为所述制动转矩与所述启动补偿转矩之和。
6.一种施工升降机的防溜车控制系统，其特征在于，所述防溜车控制系统包括变频器和受所述变频器驱动以用于带动施工升降机的轿厢上升/下降的电机，以及，
控制器，包括指令输出单元，用于输出制动指令和启动指令；
转速传感器，用于检测电机的实时转速；
负重传感器，用于检测施工升降机的轿厢负载；
位移传感器，用于检测轿厢位移；
其中，所述变频器的输入端分别与所述控制器、所述转速传感器、所述负重传感器和所述位移传感器连接，所述变频器的输出端与所述电机连接；
所述变频器用于当接收到所述制动指令时，控制所述电机输出与施工升降机的当前轿厢负载匹配的制动转矩；以及，当接收到所述启动指令时，在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，控制所述电机输出启动补偿转矩，将启动阶段产生的轿厢位移控制在误差范围内，并驱动所述电机执行与所述启动指令相对应的动作；
所述防溜车控制系统还包括：分别与所述变频器和所述电机连接的安全制动器；
当所述变频器检测到施工升降机的轿厢位移超过误差范围，和/或，电机转速超过预定转速时，通过向所述安全制动器发送制动信号以控制所述安全制动器输出制动转矩。
7.根据权利要求6所述的防溜车控制系统，其特征在于，所述变频器包括：
第一获取模块，与所述负重传感器连接，用于获取施工升降机的轿厢负载；
第一处理模块，与所述第一获取模块连接，用于根据施工升降机的轿厢在不同负载工况下所需的制动转矩，建立制动转矩与轿厢负载之间的对应关系；
第一控制模块，与所述第一获取模块和所述第一处理模块连接，用于根据所述制动转矩与轿厢负载之间的对应关系控制所述电机输出与当前轿厢负载匹配的制动转矩。
8.根据权利要求6所述的防溜车控制系统，其特征在于，所述变频器还包括：
第二获取模块，与所述位移传感器和所述负重传感器连接，用于在施工升降机的轿厢负载与电机输出的制动转矩达到动态平衡的基础上，获取轿厢负载和启动阶段施工升降机的轿厢在不同负载工况下产生的位移；
第二处理模块，与所述第二获取模块连接，用于根据所述电机输出的将不同负载工况下产生的轿厢位移控制在误差范围内的启动补偿转矩，建立启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系；
第二控制模块，与所述第二获取模块和所述第二处理模块连接，用于在启动阶段根据所述启动补偿转矩与轿厢负载/位移之间的对应关系控制所述电机输出启动补偿转矩，使当前轿厢负载工况下产生的轿厢位移在误差范围内。
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