CN114803907A - 具有冗余功能的驱动设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有冗余功能的驱动设备及其控制方法。为了克服舞台演出时由于单台设备故障占用演出空间致使演出意外停止的问题,本发明采用双驱动源,当其中一台发生故障时,另一驱动源能够维持设备继续正常运行,此种双电机备份控制系统极大地降低了设备故障率,使得设备在演出使用过程中不会因一台驱动电机故障而引发无法切换场景等严重演出事故,保障节目期间剧院的有效运营,减少不必要的运营损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种舞台机械领域,尤其涉及一种具有冗余功能的驱动设备及其控制方法。
背景技术
演艺节目进行时,为达到良好的舞台效果,实现频繁的场景切换,往往需要大量的驱动设备,若在演出过程中有一台设备出现故障,则会占用演出空间,使得下一场景切换无法如期进行,影响演员的正常换场,甚至能够导致整场演出中途意外停止,这将会严重影响剧场的运营收入,带来严重的经济损失。现有技术针对此问题普遍在电动机上设置变频器报警,或者仅依靠演出前的人工设备检查,以此对能够检出的隐患进行提前消除。然而上述做法并不能很好的避免非检出性故障,仍然会存在设备故障影响演出的问题。
例如,一种在中国专利文献上公开的“一种智能升降机系统”,其公告号CN111365689A,包括基座和运动平台,基座上设有电机、处理器、变频器和滚筒,滚筒上缠绕有绳索,电机驱动滚筒转动,运动平台位于基座下方,基座通过绳索与运动平台相连,滚筒的一侧设有光电编码器,处理器分别与光电编码器和变频器通信连接;变频器用于检测电机的电流与电压,变频器设有阈值,当变频器检测到电机的电压值和电流值超过阈值时,变频器向处理器报错,电机停止运行;光电编码器用于检测滚筒转速和旋转的圈数,处理器根据光电编码器发送的数据计算运动平台的实际速度和实际位置,并根据目标速度和目标位置调整电机的运行。此方案通过设置变频器和光电编码器避免运动平台超载和超速,确保升降机能安全运行,仅设置变频器固然能够在演出设备发生故障时发出警报,却无法保障突发其他故障的情况下舞台设备的正常运行,因此依然存在突发故障导致演出意外停止的问题。
发明内容
本发明主要解决舞台演出时由于单台设备故障占用演出空间从而导致演出意外停止的问题;提供一种具有冗余功能的驱动设备及其控制方法,本方案中的设备具有两台驱动源,当其中一台发生故障时,另一驱动源能够维持设备继续正常运行,此种双电机备份控制系统极大地降低了设备故障率,使得设备在演出使用过程中不会因一台驱动电机故障而引发无法切换场景等严重演出事故,保障节目期间剧院的有效运营,减少不必要的运营损失。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
本发明包括一种具有冗余功能的驱动设备,包括驱动设备,升降物件和连接装置;驱动设备为两组,分别设置有电动机和滚筒装置;连接装置包括牵引绳,牵引绳一端固定于其中一组驱动设备的滚筒装置,另一端穿过所速升降物件使所速升降物件呈现吊挂状并固定于另一组驱动设备的滚筒装置形成牵引回路;所速滚筒装置上设置有缠绕所速牵引绳的绳槽段,绳槽段的长度满足单台滚筒装置驱动完成所速升降物件整个行程时所需牵引绳的缠绕,使其形成一个稳定的具有冗余功能的运动体系。
作为优选,所述的升降物件上设有连接组,包含固定设置在升降物件同一侧的一组动滑轮,升降物件长度方向设置有若干动滑轮;滚筒装置设置有若干段绳槽段,每段绳槽段对应设置独立的牵引绳;工作时绳槽段用于容纳牵引绳并且引导牵引绳运行方向,使得两组驱动设备运行更加精密。
作为优选,所述连接装置还包括均匀设置在升降物件上方的一组定滑轮;牵引绳穿过定滑轮动连接,定滑轮数量与动滑轮数量相适应;牵引绳对应所形成的牵引回路的数量与设置的动滑轮的数量相适配或者设置为动滑轮数量的一半;每个滚筒装置可以引出若干段牵引绳至另一组驱动设备的滚筒装置并固定;定滑轮可以沿着升降物件的长度方向均匀设置,也可以按照实际情况进行排布上的调整。
作为优选,所述滚筒装置上设置的绳槽段数量与牵引绳的形成的牵引回路的数量相同,所有绳槽段的长度满足单台滚筒装置驱动完成提升升降物件整个升降行程;不会出现因行程不够而导致的驱动装置运行错误。
作为优选,所述的电动机侧面还设有接线口和变频器,滚筒装置的一端设置有位置编码器;电动机通过接线口与外部电源相连,变频器用于检测电动机运行时的电压电流变化,并在发生故障时及时报错,增加了实际演出时的舞台安全性,有效降低设备故障率。
本发明还包括一种控制方法,具体包括:
第一步,根据电动机的实际运行状态来划分舞台驱动设备的运行状态:设常态A、常态B;常态A为各驱动设备同时工作状态,常态B为其中一台驱动设备单独工作;根据驱动设备的各个运行状态制定出实际的运行方案。此方法对于电动机的正常状态运行与异常状态运行均作出考虑,能够在舞台上演出进行时提供更加完善的运行方案,可以以最少的时间由常态A切换至常态B;一般情况会对设备进行支行前常规性的检查,因此两台设备同时出现故障都不能运行的情况为特小概率事情,因此,常态B的可运行的技术运用保障了节目期间的有效运营,最大程度上减小不必要的运营损失;
第二步,根据驱动设备的各个运行状态分别制定运行方案,设定不同状态下驱动设备对应的运行参数,如常态A时,两组驱动设备的速度分别为VA1,VA2升降物件的行程H;常态B时驱动设备的速度VB2,升降物件的行程HB。
第三步,监测读取每台驱动设备的实时运行参数,输出参数,进行逻辑运算,判断,当所有驱动设备逻辑值为1时,判断为Y,则所有驱动设备继续以常态A参数运行;
当其中有一台驱动设备的逻辑值时为0时,判断为N,此时选取任一台逻辑值为1的一台驱动设备以常态B设定的对应的的参数进行运行;
第四步,计算HB=H-H0,H0为物件当前位置时已经运行完成的行程,同时输出停止运行指令给其它的驱动设备,因此,常态A可以根据实际情况自动切换到常态B的工作状态。
作为优选,各驱动设备选用的电动机的额定参数、型号,滚筒装置的规格、型号相互一致。根据两台电动机的工作情况,在常态A下,两台电动机均能够正常运行,并按照一定的方式牵引升降物件完成运动;而单故障常态B下,由单个电动机工作,以维持舞台承载演出的功能效果;常态A可以根据实际情况自动切换到常态B的工作状态;常态A下,两台电动机同时运行,且两台电动机的运行的速度相同,即 VA1=VA2;此时升降物件运行的距离为单台电动机滚筒旋转运行所折算的直线距离的两倍,且升降物件实际的运行速度V等于两台电动机运行速度的叠加,即V=VA1+VA2,则单台滚筒装置在完成整个升降物件所运行的圈数假设对应为n1;这种方法能够在单台电动机出现故障时,仍能保证演出的正常进行。
作为优选,判断驱动设备运行状态时,若所有驱动设备的逻辑值均为1时,就判定驱动设备状态Y,此时,所有的驱动设备均以常态A设置的参数进行运行;当其中有一台驱动设备的逻辑值监测为0时,就判断为驱动设备状态N,此时将选取逻辑值为1的一台驱动设备以常态B设置的对应参数进行运行,而监测值为0的设备停止运行;判断结束后通过公式HB=H-H0计算升降物体的行程。
作为优选,所述的常态A下,两台电动机同时运行,且两台电动机的运行的速度相同,即即VA1=VA2;此时升降物件运行的距离为单台电动机滚筒旋转运行所折算的直线距离的两倍,且升降物件实际的运行速度V等于两台电动机运行速度的叠加,即V=VA1+VA2,则单台滚筒装置在完成整个所述升降物件所运行的圈数假设对应为n1。
作为优选,切换成常态B运行时,其中只有一台驱动设备运行时,牵引绳相当于一端固定,此时设定运行的驱动设备的运行速度为常态下的运行速度VA1或VA2,则升降物件的实际运行速度V为VA1或VA2,计算单台滚筒装置在常态B下的运行圈数n2,n2=2(n1-n0),其中n0为切换至常态B前,其中一台电动机1已经运行的圏数。此时为了保证升降物件能够在预期时间内达到原本的舞台效果,及按照设定好的运行速度升降到预期的高度,只需要调节能够正常运行的发电动机1的运行速度至常态A的两倍速度即可。
本发明的有益效果是:
一方面,本方案中的设备及运行方法使用两台驱动源,能够有效避免单台驱动源发生故障时导致舞台事故的问题;本方案的设备及运行方法无需依靠人工检查,确保设备的安全;另一方面,避免了在设置的变频报警器出现故障报警时,为确保安全,不得不停止设备运行而中断节目演出,造成不必要的运营损失的风险;因此,从技术上保证了维修时间不占用节目演出时间的影响演出的事情。
另一方面,所选用的驱动设备和的滚筒装置具有相同的参数和型号,使得在常态A和常态B切换时容易获得更加简单的冗余控制技术,如果对于完成升降物件的最终达到预期行程的运行时间没有特别重要的要求,则可以使两台电动机的功率相比常规的一用一备的电动机功率小一倍,而使得本冗余控制技术的驱动设备更加经济合理,因此,达到了合理降低成本和能耗,是更节能环保的低碳的控制技术。
附图说明
图1是本发明的一种具有冗余功能的驱动设备结构图。
图2是本发明的一种具有荣誉功能的驱动设备的电机双环式提升流程图。
图中1.电动机,2.滚筒装置,3.升降物件。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例:
本实施例的一种具有冗余功能的驱动设备及其控制方法,为双电机备份在舞台机械领域的应用,如图1所示,升降物件3以升降吊桥为例,由两台型号参数一致的驱动设备独立工作,共同驱动升降吊桥;驱动设备分别设置有电动机1和滚筒装置2,驱动设备分列吊桥两侧,牵引绳为一组粗钢丝绳,通过钢丝绳连接两台驱动设备,钢丝绳一端由一台滚筒装置2固定,然后穿过吊桥与之滑动连接,另一端与另一台滚筒装置2缠绕连接,此外为了便于控制升降吊桥移动且为移动提供借力点,本方案在升降吊桥的一个可受力面以及舞台上方的受力面上均设置有动滑轮组,并在上方设有定滑轮组,牵引绳穿过定滑轮动连接,定滑轮数量与动滑轮数量相适应,以保障钢丝绳与其滑动连接,能成功牵引升降吊桥运行;电动机1侧面还设有接线口与变频器,滚筒装置2的一端设置有位置编码器,电动机1通过接线口与外部电源相连,变频器用于检测电动机1运行时的电压电流变化,并在发生故障时及时报错,增加了实际演出时的舞台安全性,有效降低设备故障率。
此外,为了分散集中载荷,滚筒装置2设置有若干段绳槽段,每段绳槽段对应设置独立的牵引绳;牵引绳对应所形成的牵引回路的数量与设置的动滑轮的数量相适配或是动滑轮数量的一半;滚筒装置2上设置的绳槽段数量与牵引绳的形成的牵引回路的数量相同,所有绳槽段的长度能够满足单台滚筒装置2驱动完成提升升降物件3整个升降行程。
进行双环提升操作时,由上位机向PLC发送执行命令,再由PLC将执行命令发送至驱动器;驱动器接收到执行命令后,控制电动机1运行,并将运行情况实时反馈至PLC;当驱动设备出现故障时,立刻将故障信息上报给PLC;收到故障信息后,PLC迅速切断故障电动机1运行,并将新数据发送至正常工作的驱动器,以维持设备正常运行。
在正常情况下,两台电动机1同时开始运行,设定两台电动机1运行的速度相同,此时对于升降吊桥相当于双环提升,假设吊桥上升了两米行程,则两台滚筒装置2实际旋转运行的圈数折算成直线距离,则各自运行了一米行程,吊桥所运行的总行程两米均分给了两台滚筒装置2上缠绕的钢丝绳,吊桥实际的运行速度为两台机组速度的叠加。
当其中一台驱动设备因发生故障而无法正常运行时,此时只有一台卷筒装置能够运行,缠绕其上的钢丝绳能够实现吊桥的升降功能,此时,钢丝绳处于一端固定,另一端运动的状态。因此,此时升降吊桥运行速度为一台电动机1的速度,此时,可以根据需要,设置此时继续运行的电动机1的速度为原来运行时的2倍速或同倍速,相应地,此时的吊桥的运行速度保持不变或降到了一半;一台滚筒装置2产生的钢丝绳牵引形成能够满足吊桥的全行程升降的需要。
应理解,实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种具有冗余功能的驱动设备,其特征在于,包括:驱动设备,升降物件(3)和连接装置;所述驱动设备为两组,分别设置有电动机(1)和滚筒装置(2);所述连接装置包括牵引绳,所述牵引绳一端固定于其中一组驱动设备的滚筒装置(2),另一端穿过所述升降物件(3)使所述升降物件(3)呈现吊挂状,并固定于另一组驱动设备的滚筒装置(2)形成牵引回路。
2.根据权利要求1所述的一种具有冗余功能的驱动设备,其特征在于,所述升降物件(3)上设有连接组,所述连接组包含固定设置在升降物件(3)同一侧的一组动滑轮,若干动滑轮沿升降物件(3)长度方向设置;所述滚筒装置(2)设置有若干段绳槽段,每段绳槽段对应设置独立的牵引绳。
3.根据权利要求2所述的一种具有冗余功能的驱动设备,其特征在于,所述连接装置还包括均匀设置在所述升降物件(3)上方的一组定滑轮;所述牵引绳与所述定滑轮滑动连接,所述定滑轮数量与所述动滑轮数量相适应,所述牵引绳对应所形成的牵引回路的数量与设置的动滑轮的数量相适配或设置为动滑轮数量的一半。
4.根据权利要求3所述的一种具有冗余功能的驱动设备,其特征在于,所述滚筒装置(2)上设置的绳槽段数量与所述牵引绳形成的牵引回路的数量相同,所述所有绳槽段的总长度满足单台滚筒装置(2)驱动完成提升所述升降物件(3)整个升降行程。
5.根据权利要求4所述的一种具有冗余功能的驱动设备,其特征在于,所述电动机(1)侧面还设有接线口与变频器,所述滚筒装置(2)的一端侧面设有位置编码器。
6.一种具有冗余功能的驱动设备的控制方法,其特征在于,适用于如权利要求1~5任意一项所述的具有冗余功能的驱动设备,包括以下步骤:
S1:划分驱动设备的运行状态;
S2:根据驱动设备的各个运行状态分别制定运行方案,设定不同状态下驱动设备对应的运行参数;
S3:监测读取每台驱动设备的实时运行参数,输出参数,进行逻辑运算的判断;
S4:计算升降物件(3)行程,同时输出停止运行指令给其它的驱动设备。
7.根据权利要求6所述的一种具有冗余功能的驱动设备的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.1:划分驱动设备的运行状态为:常态A和常态B;处于常态A时各驱动设备同时工作,处于常态B时两组设备中的一组驱动设备单独工作;
S2.1:常态A时,设两组驱动设备的速度分别为VA1和VA2,升降物件(3)的行程为H; 常态B时,设驱动设备的速度为VB2,升降物件(3)的行程为HB;
各驱动设备选用的电动机(1)的额定参数、型号,所述滚筒装置(2)的规格、型号相互一致。
8.根据权利要求7所述的一种具有冗余功能的驱动设备的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S3.1:当所有驱动设备逻辑值为1时,判断为Y,所有驱动设备继续以常态A参数运行;当其中有一台驱动设备的逻辑值时为0时,判断为N,此时选取任一台逻辑值为1的一台驱动设备以常态B设定的对应参数进行运行;
S4.1:通过公式HB=H-H0计算升降物件(3)行程,H0为所述物件当前位置时已经运行完成的行程。
9.根据权利要求7或8所述的一种具有冗余功能的驱动设备的控制方法,其特征在于,所述常态A下,两组驱动设备同时运行,设定两组驱动设备的运行速度一致,即VA1=VA2,升降物件(3)实际运行速度V为两组驱动设备运行速度的叠加,即V=VA1+VA2,常态A下,设单台滚筒装置(2)在完成整个所述升降物件(3)所运行的圈数为n1。
10.根据权利要求7或8所述的一种具有冗余功能的驱动设备的控制方法,其特征在于,所述常态B下,只有一台驱动设备运行,牵引绳一端固定,设定运行的驱动设备的运行速度为常态下的运行速度VA1或VA2,则升降物件(3)的实际运行速度V=VA1或V=VA2,计算单台滚筒装置(2)在常态B下的运行圈数n2,n2=2(n1-n0),其中n0为切换至常态B前,两台驱动设备中的一台驱动设备已经运行的圏数。
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