CN114084799A - 一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统及方法，所述系统包括：安全控制装置、变频驱动装置、速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车、平衡梁、无线倾角传感器、起升吊钩；所述安全控制装置与变频驱动装置、位置编码器以及无线倾角传感器相连接，用于发出同步动作命令、位置反馈和倾斜角度反馈信息，进行同步精度控制调节和发出报警信息；本发明从电气控制上保证多电机同步的精度和可靠；从结构设计上，使其具有一定的容差能力，可适应一定程度的同步误差；从人机交互上，设置报警系统，当前二重控制、保护策略失效时，可立即报警，避免发生严重后果。
Description
技术领域
本发明涉及一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统及方法，属于塔机控制技术领域。
背景技术
随着桥梁、电建行业吊装重量不断升高的需求，市场上千吨米级以上的塔机应用已经很普遍。单起升工作模式，无法满足这些超大塔吊重功能需求，因此多起升同步工作模式的也逐渐开始应用。多起升工作模式中，对多电机工作的同步性精度要求极高，若电机不同步，使吊钩发生倾斜，轻则影响电机、钢丝绳的寿命，重则影响吊装安全性。
现有技术针对多起升同步控制精度研究，没有将电气控制和结构设计有效融合，且没有考虑同步失效后的控制措施，因此会出现以下几个技术缺点：
1)控制精度差。现有技术仅通过电机、卷筒速度闭环控制，实现多电机速度同步控制，对卷筒位置没有监控，同步控制精度不高；
2)容错性差。现有技术对多电机速度进行同步控制，一旦出现轻微的不同步现象，系统内部无法容错，可能导致吊钩长期倾斜工作，严重影响钢丝绳、电机、吊钩等使用寿命；
3)安全性差。现有技术对同步控制失效后的工况没有进行监控，一旦发生吊具倾斜现象，无法及时发现，可能导致严重后果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统及方法，从电气控制上保证多电机同步的精度和可靠；从结构设计上，使其具有一定的容差能力，可适应一定程度的同步误差；从人机交互上，设置报警系统，当前二重控制、保护策略失效时，可立即报警，避免发生严重后果。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统，包括：
安全控制装置、变频驱动装置、速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车、平衡梁、无线倾角传感器、起升吊钩；
所述安全控制装置与变频驱动装置、位置编码器以及无线倾角传感器相连接，用于发出同步动作命令、位置反馈和倾斜角度反馈信息，进行同步精度控制调节和发出报警信息；
所述变频驱动装置与起升电机相连接，用于执行运行动作控制命令，控制起升电机的运行速度，所述起升电机用于提供负载运行动力，驱动负载运行；
所述速度编码器与起升电机和变频驱动装置相连接，用于检测起升电机的运行速度，反馈电机运行速度至变频驱动装置，保证多起升电机运行速度同步；
所述起升电机通过起升减速机与起升卷筒相连接，所述起升减速机是动力传达机构，根据相应的减速比将电机的输出速度和转矩传动给负载，所述起升卷筒用于收、放钢丝绳；
所述位置编码器与起升卷筒相连接，用于检测起升卷筒位置，保证多起升卷筒位置同步；
所述起升卷筒通过起升绕绳轮系与变幅小车相连接，所述起升绕绳轮系用于缠绕支撑钢丝绳，起到改变力的方向和大小的作用；变幅小车用于将起升钢丝绳和吊具连接，并实现倍率变换；
所述变幅小车通与平衡梁相连接，所述平衡梁上设有挂钩，所述平衡梁用于保持吊钩平衡；所述吊钩用于悬挂载荷的作用；
所述无线倾角传感器与平衡梁相连接，用于检测实时测量平衡梁以及其上吊钩的水平倾斜角度并反馈至安全控制装置控制器。
进一步的，所述安全控制装置和平衡梁之间连接有多个变频控制装置以及相对应的速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车。
进一步的，所述多个起升电机、起升卷筒、起升钢丝绳和变幅小车分别连接到两根二级平衡梁的滑轮上，两根二级平衡梁分别通过滑轮与一根一级平衡梁连接，一级平衡梁下方连接吊钩。
第二方面，本发明提供一种根据上述所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统的保护方法，应用于安全控制装置，包括：
接收起升停止、运行信号命令，通过总线或多段速硬线发出档位控制信号至变频驱动装置；其中，变频驱动装置根据接收到的档位信号控制相应的起升电机运行，接收速度编码器返回的电机运行速度，对比其他从驱动装置速度值，发出给定速度调整命令至从驱动装置，保证多个电机速度同步。
进一步的，包括：
接收位置编码器发送的卷筒位置反馈信号，当主卷筒位置与从卷筒位置不一致时，以主卷筒位置为基准，发出给定速度调整命令至相应的从驱动装置，调整相应从电机运行速度，进而调整相应从卷筒位置，直至卷筒位置保持一致后，退出位置同步控制模式，继续以电机速度进行同步控制，同时检测位置信息，如此反复循环，通过速度同步和位置同步控制，保证多起升同步控制精度和安全性。
进一步的，包括：
接收倾角传感器反馈的一级平衡梁的倾斜角度，若吊钩倾斜角度超出预设的误差允许范围，输出停止命令，使所有电机停止运行，并发出告警信息，提醒操作者进行相应处置，保证吊装安全。
第三方面，本发明提供一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提出一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护方法，从控制精度、容错能力和失效纠错等方面，对多起升同步控制的安全性进行保护，其具有以下几个优点：
1)同步控制精度高，采用电机速度闭环和卷筒位置闭环双重同步控制，保证同步控制的精准度；
2)同步控制容错性高，采用二级平衡梁设计方式，可自适应一定程度的同步误差，不影响系统工作，提高工作效率；
3)同步控制安全性高，当同步控制精度、容错设计失效时，可通过立即停止工作、发出报警信息等纠错措施，保证吊装工作的安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统的系统连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例介绍一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统，包括：
安全控制装置、变频驱动装置、速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车、平衡梁、无线倾角传感器、起升吊钩；
所述安全控制装置与变频驱动装置、位置编码器以及无线倾角传感器相连接，用于发出同步动作命令、位置反馈和倾斜角度反馈信息，进行同步精度控制调节和发出报警信息；
所述变频驱动装置与起升电机相连接，用于执行运行动作控制命令，控制起升电机的运行速度，所述起升电机用于提供负载运行动力，驱动负载运行；
所述速度编码器与起升电机和变频驱动装置相连接，用于检测起升电机的运行速度，反馈电机运行速度至变频驱动装置，保证多起升电机运行速度同步；
所述起升电机通过起升减速机与起升卷筒相连接，所述起升减速机是动力传达机构，根据相应的减速比将电机的输出速度和转矩传动给负载，所述起升卷筒用于收、放钢丝绳；
所述位置编码器与起升卷筒相连接，用于检测起升卷筒位置，保证多起升卷筒位置同步；
所述起升卷筒通过起升绕绳轮系与变幅小车相连接，所述起升绕绳轮系用于缠绕支撑钢丝绳，起到改变力的方向和大小的作用；变幅小车用于将起升钢丝绳和吊具连接，并实现倍率变换；
所述变幅小车通与平衡梁相连接，所述平衡梁上设有挂钩，所述平衡梁用于保持吊钩平衡；所述吊钩用于悬挂载荷的作用；
所述无线倾角传感器与平衡梁相连接，用于检测实时测量平衡梁以及其上吊钩的水平倾斜角度并反馈至安全控制装置控制器。
进一步的，所述安全控制装置和平衡梁之间连接有多个变频控制装置以及相对应的速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车。
进一步的，所述多个起升电机、起升卷筒、起升钢丝绳和变幅小车分别连接到两根二级平衡梁的滑轮上，两根二级平衡梁分别通过滑轮与一根一级平衡梁连接，一级平衡梁下方连接吊钩。
本实施例控制方案实现的原理：
第1重控制控制方案实现原理：
当安全控制装置接收到起升停止、运行信号命令后，安全控制装置通过总线或多段速硬线发出档位控制信号至变频驱动装置；变频驱动装置根据接收到的档位信号控制相应起升电机运行；起升电机运行速度通过速度编码器返回变频驱动装置，变频驱动装置以主驱动装置为依据，对比其他从驱动装置速度值，当从驱动装置速度与主驱动装置不一致时，以主驱动装置速度为基准，安全控制装置发出给定速度调整命令至从驱动装置，以保证多个电机速度同步。起升电机速度通过起升减速机降速、提高扭矩后，带动起升卷筒转动，长时间运行状态下，存在累计误差，可能导致多个起升卷筒的钢丝绳收放长度不一致，进而导致起升吊钩倾斜。起升卷筒上安装位置编码器，安全控制装置实时接收起升卷筒位置反馈信号，当主卷筒位置与从卷筒位置不一致时，以主卷筒位置为基准，安全控制装置发出给定速度调整命令至相应的从驱动装置，调整相应从电机运行速度，进而调整相应从卷筒位置，直至卷筒位置保持一致后，安全控制装置退出位置同步控制模式，继续以起升电机速度进行同步控制，同时检测位置信息，如此反复循环，通过速度同步和位置同步控制，保证多起升同步控制精度和安全性。
第2重控制方案实现原理(以四起升为例说明)：
四个起升电机分别带动四个起升卷筒，四根钢丝绳分别通过四个变幅小车，连接到两根二级平衡梁的滑轮上，两根二级平衡梁分别通过滑轮与一根一级平衡梁连接，一级平衡梁下方连接吊钩。若起升电机速度不同步超差或起升卷筒位置不同步超差，将导致平衡梁发生倾斜，进而吊钩倾斜，影响吊装安全。
本方案提出的采用二级平衡梁设计方式，使其结构形式具有更大的容错性，一定范围内的速度超差、位置超差，不会导致吊钩倾斜，使塔机安全性更高、效率提升。
第3重控制方案实现原理：
连接吊钩的一级平衡梁上，安装倾角传感器，其实时测量吊钩的水平倾斜角度并反馈至安全控制装置控制器，若吊钩倾斜角度超出误差允许范围，安全控制装置立即输出停止命令，使所有电机停止运行，并发出告警信息，提醒操作者进行相应处置，保证吊装安全。
实施例2
本实施例介绍一种根据实施例1所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统的保护方法，包括：
接收起升停止、运行信号命令，通过总线或多段速硬线发出档位控制信号至变频驱动装置；其中，变频驱动装置根据接收到的档位信号控制相应的起升电机运行，接收速度编码器返回的电机运行速度，对比其他从驱动装置速度值，发出给定速度调整命令至从驱动装置，保证多个电机速度同步。
接收位置编码器发送的卷筒位置反馈信号，当主卷筒位置与从卷筒位置不一致时，以主卷筒位置为基准，发出给定速度调整命令至相应的从驱动装置，调整相应从电机运行速度，进而调整相应从卷筒位置，直至卷筒位置保持一致后，退出位置同步控制模式，继续以电机速度进行同步控制，同时检测位置信息，如此反复循环，通过速度同步和位置同步控制，保证多起升同步控制精度和安全性。
接收倾角传感器反馈的一级平衡梁的倾斜角度，若吊钩倾斜角度超出预设的误差允许范围，输出停止命令，使所有电机停止运行，并发出告警信息，提醒操作者进行相应处置，保证吊装安全。
本发明提出一种多起升同步安全性控制的保护方法，从电气控制上保证控制精度；从结构设计上，实现微小超差的容错设计；从人机交互上，当同步控制失效后，立即停止起升动作并发出报警信息。
通过在一级平衡梁上安装倾角传感器的方式，监测吊钩水平度，一旦吊钩发生超出误差范围的倾斜，则控制系统立即切断起升电机动作，并发出报警信息。
本发明提出的多起升同步安全性控制保护方法，不局限于双起升、四起升，对于非单起升控制的系统均有效。
本发明提出的二级平衡梁保护方法，可延伸至多级平衡梁设计，不局限于二级平衡梁。
实施例3
本实施例提供一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例2中任一项所述方法的步骤。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例2中任一项所述方法的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统，其特征在于，包括：
安全控制装置、变频驱动装置、速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车、平衡梁、无线倾角传感器、起升吊钩；
所述安全控制装置与变频驱动装置、位置编码器以及无线倾角传感器相连接，用于发出同步动作命令、位置反馈和倾斜角度反馈信息，进行同步精度控制调节和发出报警信息；
所述变频驱动装置与起升电机相连接，用于执行运行动作控制命令，控制起升电机的运行速度，所述起升电机用于提供负载运行动力，驱动负载运行；
所述速度编码器与起升电机和变频驱动装置相连接，用于检测起升电机的运行速度，反馈电机运行速度至变频驱动装置，保证多起升电机运行速度同步；
所述起升电机通过起升减速机与起升卷筒相连接，所述起升减速机是动力传达机构，根据相应的减速比将电机的输出速度和转矩传动给负载，所述起升卷筒用于收、放钢丝绳；
所述位置编码器与起升卷筒相连接，用于检测起升卷筒位置，保证多起升卷筒位置同步；
所述起升卷筒通过起升绕绳轮系与变幅小车相连接，所述起升绕绳轮系用于缠绕支撑钢丝绳，起到改变力的方向和大小的作用；变幅小车用于将起升钢丝绳和吊具连接，并实现倍率变换；
所述变幅小车通与平衡梁相连接，所述平衡梁上设有挂钩，所述平衡梁用于保持吊钩平衡；所述吊钩用于悬挂载荷的作用；
所述无线倾角传感器与平衡梁相连接，用于检测实时测量平衡梁以及其上吊钩的水平倾斜角度并反馈至安全控制装置控制器。
2.根据权利要求1所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统，其特征在于：所述安全控制装置和平衡梁之间连接有多个变频控制装置以及相对应的速度编码器、位置编码器、起升电机、起升减速机、起升卷筒、起升钢丝绳、起升绕绳轮系、变幅小车。
3.根据权利要求2所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统，其特征在于：所述多个起升电机、起升卷筒、起升钢丝绳和变幅小车分别连接到两根二级平衡梁的滑轮上，两根二级平衡梁分别通过滑轮与一根一级平衡梁连接，一级平衡梁下方连接吊钩。
4.一种根据权利要求3所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护系统的保护方法，应用于安全控制装置，其特征在于，包括：
接收起升停止、运行信号命令，通过总线或多段速硬线发出档位控制信号至变频驱动装置；其中，变频驱动装置根据接收到的档位信号控制相应的起升电机运行，接收速度编码器返回的电机运行速度，对比其他从驱动装置速度值，发出给定速度调整命令至从驱动装置，保证多个电机速度同步。
5.根据权利要求4所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护方法，其特征在于，包括：
接收位置编码器发送的卷筒位置反馈信号，当主卷筒位置与从卷筒位置不一致时，以主卷筒位置为基准，发出给定速度调整命令至相应的从驱动装置，调整相应从电机运行速度，进而调整相应从卷筒位置，直至卷筒位置保持一致后，退出位置同步控制模式，继续以电机速度进行同步控制，同时检测位置信息，如此反复循环，通过速度同步和位置同步控制，保证多起升同步控制精度和安全性。
6.根据权利要求5所述的塔机多起升同步安全性控制的三重保护方法，其特征在于，包括：
接收倾角传感器反馈的一级平衡梁的倾斜角度，若吊钩倾斜角度超出预设的误差允许范围，输出停止命令，使所有电机停止运行，并发出告警信息，提醒操作者进行相应处置，保证吊装安全。
7.一种塔机多起升同步安全性控制的三重保护装置，其特征在于：包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求4～6任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求4～6任一项所述方法的步骤。
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