CN115744634B - 塔式起重机及其控制方法、装置、处理器及云管理平台 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种用于塔式起重机的控制方法及装置、处理器以及塔式起重机，塔式起重机包括塔身和上装，上装包括平衡臂、起重臂、固定平衡重以及移动平衡重，固定平衡重固定在平衡臂侧，上装设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨，移动平衡重能够沿导轨移动，控制方法包括：监测塔式起重机的起重力矩；在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置；其中多个力矩区间中的一力矩区间与移动平衡重的一目标位置对应。通过上述技术方案，可以有效解决因平衡重的配重惯性较大而对移动平衡重连续控制会给塔式起重机带来安全性风险。

Description

塔式起重机及其控制方法、装置、处理器及云管理平台

技术领域

本申请涉及建筑机械领域，具体地涉及一种用于塔式起重机的控制方法、处理器、控制装置、塔式起重机、云管理平台以及机器可读存储介质。

背景技术

塔式起重机(也称为塔机、塔吊)因其作业空间大，起吊重量大等优点广泛应用于建筑行业。塔式起重机一般可以包括塔身和上装。上装可以包括起重臂和平衡臂，起重臂用于起吊吊装物，平衡臂用于配重以起到平衡起重臂力矩的作用。现有技术中有通过移动平衡臂末端的配重的位置来匹配起重臂侧起重力矩发生变化的方案。但是在一些大型塔式起重机应用中(例如应用于核电设施、桥梁、风机安装等场景)，吊装物重量通常非常大，相应的平衡臂末端的配重(可以称为固定平衡重)的重量也非常大。大重量物体惯性很大，如果依靠移动固定平衡重的位置来平衡起重力矩变化，那么对大重量的固定平衡重进行移动需要谨慎且精准的控制，否则会给塔机安全性带来风险，这对固定平衡重位置的控制带来诸多难度和挑战。因此在这种情形下需要更为合适的力矩匹配方案。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种用于塔式起重机的控制方法、处理器、控制装置、塔式起重机、云管理平台以及机器可读存储介质，能够更好地满足力矩匹配的要求。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供一种用于塔式起重机的控制方法，塔式起重机包括塔身和上装，上装包括平衡臂、起重臂、固定平衡重以及移动平衡重，固定平衡重固定在平衡臂侧，上装设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨，移动平衡重能够沿导轨移动，控制方法包括：

监测塔式起重机的起重力矩；

在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置；

其中多个力矩区间中的一力矩区间与移动平衡重的一目标位置对应。

在本申请实施例中，起重力矩的变化发生在塔式起重机的起吊过程中，在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置，包括：

在起吊过程中，当起重力矩增大至多个力矩区间中的第一力矩区间时，保持起重力矩，控制移动平衡重移动至与第一力矩区间对应的第一目标位置；

继续增大起重力矩；

当起重力矩增大至多个力矩区间中与第一力矩区间相邻的第二力矩区间时，保持起重力矩，控制移动平衡重移动至与第二力矩区间对应的第二目标位置。

在本申请实施例中，起重力矩的变化发生在塔式起重机的变幅小车变幅过程中，在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置，包括：

在变幅小车变幅过程中，当起重力矩变化至多个力矩区间中的第一力矩区间时，控制变幅小车停止变幅，控制移动平衡重移动至与第一力矩区间对应的第一目标位置；

控制变幅小车恢复变幅；

当起重力矩变化至多个力矩区间中与第一力矩区间相邻的第二力矩区间时，控制变幅小车停止变幅，控制移动平衡重移动至与第二力矩区间对应的第二目标位置。

在本申请实施例中，控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置包括：

确定移动平衡重移动至目标位置需要移动的第一距离；

确定移动平衡重以第一最大允许加速度从与移动平衡重的最大允许速度减速到零时移动平衡重需要移动的减速距离；

判断减速距离是否小于第一距离的一半；

在减速距离小于第一距离的一半的情况下，控制移动平衡重以第二最大允许加速度从零加速到最大允许速度，其中，第一最大允许加速度与第二最大允许加速度的绝对值相等；

在移动平衡重移动至距离目标位置减速距离的情况下，控制移动平衡重以第一最大允许加速度从最大允许速度减速到零；

在减速距离大于或等于第一距离的一半的情况下，控制移动平衡重以第二最大允许加速度从零加速到重新确定的速度，再以第一最大允许加速度减速到零，或者控制移动平衡重以第二最大允许加速度从零开始加速并在移动平衡重已移动第一距离一半时以第一最大允许加速度减速到零。

在本申请实施例中，重新确定的速度为第一最大允许加速度与第一距离的乘积的绝对值开平方根。

在本申请实施例中，多个力矩区间中的每一个力矩区间对应一最大允许速度。

在本申请实施例中，力矩区间的力矩值越大，最大允许速度越小。

本申请第二方面提供一种处理器，被配置成执行上述的用于塔式起重机的控制方法。

本申请第三方面提供一种用于塔式起重机的控制装置，塔式起重机包括塔身和上装，上装包括平衡臂、起重臂、固定平衡重以及移动平衡重，固定平衡重固定在平衡臂侧，上装设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨，移动平衡重能够沿导轨移动，控制装置包括：

驱动机构，用于驱动移动平衡重沿导轨移动，以及

上述的处理器。

在本申请实施例中，驱动机构包括：

第一滑轮组，安装在起重臂上；

第二滑轮组，安装在平衡臂上；以及

卷扬机，通过第一牵引绳绕过第一滑轮组与移动平衡重的一端连接，并通过第二牵引绳绕过第二滑轮组与移动平衡重的另一端连接，以实现对第一牵引绳和第二牵引绳的同步卷收和释放，从而驱动移动平衡重移动。

在本申请实施例中，控制装置还包括：

力矩检测设备，用于检测塔式起重机的起重力矩。

在本申请实施例中，控制装置还包括：

位置检测设备，用于检测移动平衡重的位置。

本申请第四方面提供一种塔式起重机，包括：

塔身；

上装，上装包括：

平衡臂，设置有固定平衡重；

起重臂；以及

移动平衡重，上装设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨，移动平衡重能够沿导轨移动；

上述的用于塔式起重机的控制装置。

在本申请实施例中，处理器为塔机控制器。

在本申请实施例中，塔式起重机包括履带式塔式起重机。

本申请第五方面提供一种云管理平台，包括上述的处理器。

本申请第六方面提供一种机器可读存储介质，机器可读存储介质上存储有指令，指令在被处理器执行时使得处理器实现上述的用于塔式起重机的控制方法。

通过上述技术方案，可以根据起重力矩的变化分级控制移动平衡重的移动来实现塔式起重机的力矩平衡，能够有效解决因平衡重的配重惯性较大而对移动平衡重连续控制会给塔式起重机带来安全性风险。

本申请实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请实施例，但并不构成对本申请实施例的限制。在附图中：

图1示意性示出了根据本申请实施例的塔式起重机的结构示意图；

图2示意性示出了根据本申请实施例的用于塔式起重机的控制方法的流程示意图；

图3A和图3B示意性示出了根据本申请实施例的用于塔式起重机的控制方法中确定移动平衡重的预平衡位置时移动平衡重的位置变化；

图4示意性示出了根据本申请另一实施例的用于塔式起重机的控制方法的流程示意图；

图5A是本申请具体实施例中的移动平衡重系统的结构示意图；

图5B是图5A中A部分的局部放大图；

图5C是图5A中B部分的局部放大图；

图5D是图5B中沿C方向的结构示意图；以及

图5E是本申请具体实施例中的移动平衡重的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请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申请实施例，并不用于限制本申请实施例。

需要说明，若本申请实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本申请实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

在一些大型甚至超大型塔式起重机的应用中，尤其是行走式(例如履带式)塔式起重机的应用中(例如应用于核电设施、桥梁、风机安装等场景)，吊载和平衡臂侧的用于匹配吊载的平衡重的重量也会很大，在塔式起重机起吊或变幅过程中，平衡臂侧的力矩变化较大，对塔身作用的力矩也会很大。为了保证安全性，理想的情况是提升塔身抗弯矩的能力，例如增大塔身体积。然而在实际塔身结构设计中，不可能无限制地增大塔身体积和重量，这就意味着对上装平衡臂和起重臂两侧的力矩平衡提出更高的要求。

图1示意性示出了根据本申请实施例的塔式起重机的结构示意图。如图1所示，在本申请实施例中，塔式起重机可以包括塔身110和上装，上装可以围绕塔身110(例如塔身110的回转机构)转动。上装可以包括平衡臂120、起重臂130、固定平衡重140以及移动平衡重150。固定平衡重140可以固定在平衡臂侧，例如可以固定在平衡臂120的远端处(即，远离塔机回转中心)。上装可以设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨(图中未示出)，移动平衡重150能够沿导轨移动。起重臂130上可以设置有变幅小车160以及供变幅小车160移动(变幅)的滑轨，变幅小车160可以通过吊绳与吊钩170连接。

图2示意性示出了根据本申请实施例的用于塔式起重机的控制方法的流程示意图。图2示出的控制方法可以应用于图1示出的塔式起重机中。如图2所示，在本申请实施例中，该控制方法可以包括以下步骤。

在步骤S210中，监测塔式起重机的起重力矩。

具体地，在一示例中，可以通过重量检测设备检测吊装物施加于起重臂的重量。例如，重量检测设备的示例可以包括称重传感器，其可以设置在吊钩处，用于检测吊装物的重量。例如可以通过位置传感器(例如旋转编码器或拉线传感器)检测变幅小车的变幅幅度(即，变幅小车沿起重臂到塔机回转中心的距离)，来确定吊装物的重力相对于塔机回转中心的力臂(塔机回转中心的位置是已知的)，根据吊装物的重量和力臂可以确定吊装物的力矩。这里塔式起重机的吊载(吊装载荷)可以包括吊装物的重量和吊钩以及吊绳的重量之和，而吊钩和吊绳的重量可以是预先确定的，因此获得吊装物的重量就能得到吊载，根据吊载和力臂可以得到吊载力矩(起重力矩)。在另一示例中，起重力矩可以通过力矩传感器直接测得。

在步骤S220中，在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置；

其中多个力矩区间中的一力矩区间与移动平衡重的一目标位置对应。

具体地，在本申请实施例中，在大型甚至超大型塔式起重机的应用中，在一些工况(例如起吊或变幅)中，由于吊装物的重量可能会很大，在控制移动平衡重移动过程中期望尽可能少地引起上装的力矩波动较大。对此可以采用分段式来控制移动平衡重移动。

当(例如处理器)监测到起重力矩发生变化时，期望上装(包括平衡臂和起重臂)的整体力矩处于安全范围内。可以划分多个力矩区间，每个力矩区域可以与一移动平衡重的目标位置相关联。如果起重力矩在某一个力矩区间内，就将移动平衡重移动到对应的目标位置，以使得起重臂侧力矩和平衡臂侧力矩的差值尽可能小，使得上装的整体力矩处于安全范围内(例如平衡臂和起重臂力矩平衡，或上装的整体力矩小于额定力矩的n％，其中n可以根据安全性要求来确定，例如n＝3,5,10,15等等)。具体地，当起重力矩发生变化并进入多个力矩区间中的某个力矩区间时，可以保持起重力矩不变，控制移动平衡重移动至与该力矩区间对应的目标位置，然后解除对起重力矩变化的限制，当起重力矩变化至另一力矩区间时，又保持起重力矩不变，控制移动平衡重移动至该另一力矩区间对应的另一目标位置。以此类推，直至起重力矩不再变化。

在本申请实施例中，可以根据力矩区间来确定对应的目标位置。具体地，图3A和图3B示意性示出了根据本申请实施例的用于塔式起重机的控制方法中确定移动平衡重的目标位置时移动平衡重的位置变化。如图3A和图3B所示，在本申请实施例中，假定某力矩区间的下限值为M_min，上限值为M_max，中值为M_mid。当塔式起重机处于空钩状态下，移动平衡重位于初始位置，此时在塔式起重机处于空钩状态下(图3A)，即未起吊吊装物的情况下，移动平衡重310可以位于起重臂侧的初始位置(位置A)，此时，平衡臂侧相对于塔身(例如塔机回转中心)的力矩与起重臂侧相对于塔身(例如塔机回转中心)的力矩处于力矩平衡状态。

如果待吊装物被塔式起重机吊起，起重臂侧增加了一起重力矩，其中该起重力矩位于M_min与M_max之间，力矩平衡状态被打破。为了重新达到力矩平衡状态，假定移动平衡重从位于起重臂侧的初始状态向平衡臂侧移动，直至达到目标位置(位置B)时，重新达到力矩平衡状态，则满足公式(1)：

M_l+M_j＝W_c L+M_b 公式(1)

其中，M_l是起重力矩(吊载力矩)，M_j是起重臂力矩，W_c是移动平衡重的重量，L是移动平衡重到塔机回转中心的距离，M_b是平衡臂及固定平衡重力矩。

在公式(1)中，M_j和M_b是已确定的值，则公式(1)可以被改写为：

L＝(M_l+M_j–M_b)/W_c 公式(2)

由此可以得到L。如果得到的L为负值，则说明移动平衡重的目标位置位于起重臂侧。

在一示例中，可以将M_min代入到M_l，得到L₁，根据L₁确定移动平衡重的目标位置。

在另一示例中，可以将M_max代入到M_l，得到L₂，根据L₂确定移动平衡重的目标位置。

在再一示例中，可以将M_mid代入到M_l，得到L₃，根据L₃确定移动平衡重的目标位置。

在本申请实施例中，可以根据塔式起重机的额定力矩来划分多个力矩区间。具体地，额定力矩可以是指根据安全设计要求设定的塔式起重机的最大起重力矩。一般情况下，额定力矩应小于塔式起重机的极限力矩，这里极限力矩可以是指能够使塔式起重机发生倾覆的最小力矩。在一个示例中，极限力矩可以是额定力矩的120％。在一个示例中，多个力矩区间可以包括第一力矩区间：[25％额定力矩，50％额定力矩)，第二力矩区间：[50％额定力矩，75％额定力矩)，第三力矩区间：[75％额定力矩，100％额定力矩)，第四力矩区间：[100％额定力矩，110％额定力矩)，以及第五力矩区间：≥110％额定力矩。

在本申请实施例中，在一种可能的情形中，起重力矩的变化发生在塔式起重机的起吊过程中，在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置，可以包括：

在起吊过程中，当起重力矩增大至多个力矩区间中的第一力矩区间时，保持起重力矩，控制移动平衡重移动至与第一力矩区间对应的第一目标位置；

继续增大起重力矩；

当起重力矩增大至多个力矩区间中与第一力矩区间相邻的第二力矩区间时，保持起重力矩，控制移动平衡重移动至与第二力矩区间对应的第二目标位置。

具体地，在该实施例中，当控制塔式起重机开始起吊吊装物时，起重力矩开始增加，重量检测设备(例如称重传感器)可以检测吊装物施加于吊钩的力(重力)，位置传感器可以检测变幅小车的变幅幅度，根据重量检测设备检测到的力与变幅幅度可以确定起重力矩。可替换地，可以通过力矩传感器直接测得起重力矩。当起重力矩增大到进入多个力矩区间中的某一力矩区间(例如第一力矩区间)时，控制塔式起重机保持该起重力矩(即不再增大起重力)，控制移动平衡重移动到与该力矩区间(例如第一力矩区间)对应的目标位置(例如，第一目标位置)。具体地，在本申请实施例中，上装可以设置有驱动机构，用于驱动移动平衡重沿导轨移动。在一示例中，驱动机构可以包括电机、减速机、制动器、卷筒以及滑轮组。电机可以包括例如步进电机或伺服电机。电机可以通过减速机与卷筒连接，用于驱动卷筒转动。卷筒上可以卷绕有拉绳，拉绳的一端可以连接到移动平衡重的一侧，另一端可以穿过滑轮组与移动平衡重的另一侧连接。制动器用于对卷筒进行制动(减速或停机)。通过电机驱动卷筒正转或反转来实现移动平衡重在导轨上的往复运动。

在控制移动平衡重移动到目标位置后，控制塔式起重机继续增大起重力矩，当起重力矩增大至进入与该力矩区间相邻的力矩区间(例如第二力矩区间)时，控制塔式起重机保持起重力矩，控制移动平衡重移动到与该力矩区间对应的下一个目标位置(例如，第二目标位置)。以此类推，直到塔式起重机完成起吊操作。

在本申请实施例中，在另一种可能的情形中，起重力矩的变化发生在塔式起重机的变幅小车变幅过程中，在监测到起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持起重力矩不变，直至控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置，包括：

在变幅小车变幅过程中，当起重力矩变化至多个力矩区间中的第一力矩区间时，控制变幅小车停止变幅，控制移动平衡重移动至与第一力矩区间对应的第一目标位置；

控制变幅小车恢复变幅；

当起重力矩变化至多个力矩区间中与第一力矩区间相邻的第二力矩区间时，控制变幅小车停止变幅，控制移动平衡重移动至与第二力矩区间对应的第二目标位置。

具体地，在该实施例中，当控制塔式起重机吊起吊装物要进行变幅操作时，起重力矩会发生变化，重量检测设备(例如称重传感器)可以检测吊装物施加于吊钩的力(重力)，位置传感器可以检测变幅小车的变幅幅度，根据重量检测设备检测到的力与变幅幅度可以确定起重力矩。可替换地，可以通过力矩传感器直接测得起重力矩。以变幅小车变幅使得起重力矩增大为例，当起重力矩增大到进入多个力矩区间中的某一力矩区间(例如第一力矩区间)时，控制变幅小车停止变幅，使得塔式起重机保持该起重力矩，控制移动平衡重移动到与该力矩区间(例如第一力矩区间)对应的目标位置(例如，第一目标位置)。

在控制移动平衡重移动到目标位置后，控制变幅小车继续变幅，塔式起重机起重力矩继续增大，当起重力矩增大至进入与该力矩区间相邻的力矩区间(例如第二力矩区间)时，控制变幅小车停止变幅，控制移动平衡重移动到与该力矩区间对应的下一个目标位置(例如，第二目标位置)。以此类推，直到塔式起重机完成变幅操作。

在本申请实施例中，如果起重力矩较小，即使起重力矩发生变化，塔式起重机自身结构能够安全地承受起重力矩变化，则不需要对移动平衡重的位置进行调节。以上述示例为例，如果起重力矩小于25％额定力矩，则无需调节移动平衡重的位置。

在确定目标位置后，可以确定移动平衡重移动至目标位置所要移动的距离，控制驱动机构驱动移动平衡重沿导轨移动该距离，移动平衡重即到达目标位置。以电机为步进电机为例，(例如，处理器)在确定移动平衡重移动至目标位置所要移动的距离后，可以将该距离转换成步进电机要运行的角位移，向电机输出对应的控制信号以驱动电机转动该角位移。在一示例中，可以设置位置传感器(例如编码器或测距传感器)来检测移动平衡重移动的距离，以对移动平衡重的移动进行闭环控制。

在本申请实施例中，通过控制驱动机构的电机的转速和方向可以控制移动平衡重的移动速度和方向。针对某一力矩区间(目标力矩区间)，控制移动平衡重移动至与目标力矩区间对应的目标位置可以包括：

确定移动平衡重移动至目标位置需要移动的第一距离；

确定移动平衡重以第一最大允许加速度从与移动平衡重的最大允许速度减速到零时移动平衡重需要移动的减速距离；

判断减速距离是否小于第一距离的一半；

在减速距离小于第一距离的一半的情况下，控制移动平衡重以第二最大允许加速度从零加速到最大允许速度，其中，第一最大允许加速度与第二最大允许加速度的绝对值相等；

在移动平衡重移动至距离目标位置该减速距离的情况下，控制移动平衡重以第一最大允许加速度从最大允许速度减速到零；

在减速距离大于或等于第一距离的一半的情况下，控制移动平衡重以第二最大允许加速度从零加速到重新确定的速度，再以第一最大允许加速度减速到零，或者控制移动平衡重以第二最大允许加速度从零开始加速并在移动平衡重已移动第一距离一半时以第一最大允许加速度减速到零。

其中，重新确定的速度为第一最大允许加速度与第一距离的乘积的绝对值开平方根。

具体地，在该实施例中，由于移动平衡重的重量较大，其惯性也很大。为了能够准确控制移动平衡重移动至目标位置的同时不会因为其惯性较大而给拉绳带来较大的冲击，可以增加移动平衡重的速度控制策略。

在本申请较佳实施例中，可以根据移动平衡重要移动的距离确定移动平衡重的速度控制策略。

具体地，可以控制移动平衡重先加速到一个速度，然后根据该速度和设定的加速度确定以该设定的加速度从该速度减速到零时移动平衡重移动的距离(位移)，当移动平衡重以该速度移动至与目标位置(例如预平衡位置)相差该距离时，控制移动平衡重以该加速度开始减速(例如，控制制动器或者电机制动)，当移动平衡重的速度降至零时，移动平衡重在目标位置停止。

为了使得移动平衡重的移动过程的耗时尽可能少，可以设定允许拉绳承受的设定最大拉力(即规定拉绳承受的拉力不超过该设定最大拉力)和移动平衡重的最大允许速度。根据力、质量与加速度的关系F＝ma可知，a＝F/m。由于F(设定最大拉力)和m(移动平衡重质量)是已经确定的值，因此最大加速度±a(即移动平衡重的最大允许加速度(符号为正代表加速，负代表减速))也是已知的。将最大允许速度记为v_max，则有公式(3)：

其中t₂是移动平衡重在最大允许速度移动的时间，l₁是移动平衡重从零加速到最大允许速度时移动的位移，l₂是移动平衡重以最大允许速度匀速运动的位置，l₃是移动平衡重从最大允许速度减速到零时移动的位移。

假设移动平衡重要移动的距离为L，如果L>l₁+l₃，则可以确定可以控制移动平衡重先加速(加速度a)到最大允许速度v_max，然后在距离目标位置(例如预平衡位置)l₃时可以从最大允许速度v_max减速到零(加速度为-a)。在这种情况下，使用该速度控制策略，移动平衡重的移动时间较短。

如果L<l₁+l₃，则说明移动平衡重要移动的距离不足以让移动平衡重以加速度a加速到最大允许速度v_max再以加速度(-a)减速到零时刚好到达目标位置(例如预平衡位置)。因此，在这种情况下，移动平衡重可以有一个先加速再减速的过程。假设移动平衡重先加速到速度v，加速度为a₁，移动的距离为l₁，则有移动平衡重从速度v以加速度-a₂减速到零，移动的距离为l₂，则有/>其中，l₁+l₂＝L。假设|a₁|＝|a₂|＝|a|，则有l₂＝L/2。在这种情况下，可以控制移动平衡重以加速度a加速到速度v再以加速度-a减速到零，和/或在确定移动平衡重距离目标位置(例如预平衡位置)L/2时控制移动平衡重以加速度-a开始减速。

在本申请实施例中，对移动平衡重的移动的控制可以采用PID控制。

在本申请实施例中，最大允许速度可以与力矩区间相关联。具体地，多个力矩区间中的每一个力矩区间对应一最大允许速度。进一步地，多个力矩区间中力矩区间越大(即力矩区间中的力矩值越大)，最大允许速度越小。例如，以上述示例为例，第一力矩区间([25％额定力矩，50％额定力矩))对应的第一最大允许速度可以大于第二力矩区间([50％额定力矩，75％额定力矩))对应的第二最大允许速度。在进一步示例中，多个力矩区间中一部分力矩区间(例如两个)对应的最大允许速度可以相同。例如，第二力矩区间与第三力矩区间([75％额定力矩，100％额定力矩))对应的最大允许速度可以相同。在进一步示例中，如果起重力矩超过了额定力矩，例如第四力矩区间([100％额定力矩，110％额定力矩))或第五力矩区间(≥110％额定力矩)，则表明塔式起重机处于有倾覆风险的状态，此时可以禁止移动平衡重移动。

在一种应用场景中，上述实施例的控制方法可以由塔式起重机的塔机控制器来执行。在另一些应用场景中，上述实施例的控制方法可以由塔机控制器以外的实体来执行。在一示例中，控制方法可以由独立的处理器执行。在这种情况下，处理器可以(例如通过通信模块)与塔机控制器通信。在移动平衡重移动至目标位置后，处理器可以向塔机控制器发送允许起吊操作的信号，塔机控制器接收到该信号后可以发出允许起吊操作的提醒(例如，通过声、光等方式，或者在塔机司机室内的显示屏上显示相应信息)。在另一示例中，控制方法可以由云管理平台来执行。在这种情况下，云管理平台可以与塔机控制器通信。在移动平衡重移动至目标位置后，云管理平台可以向塔机控制器发送允许起吊操作的信号，塔机控制器接收到该信号后可以发出允许起吊操作的提醒(例如，通过声、光等方式，或者在塔机司机室内的显示屏上显示相应信息)。另外，云管理平台还可以将移动平衡重移动相关的信息(例如，实时位置)发送给塔机控制器，塔机控制器可以将这些信息通过显示屏进行显示。

在本申请实施例中，提供一种处理器，可以被配置成执行上述任意实施例中的用于塔式起重机的控制方法。

在本申请实施例中，处理器可以是或处理器执行的功能可以集成至塔式起重机的塔机控制器。

在本申请实施例中，处理器可以是单独的处理器，该处理器可以(例如通过通信模块)与塔式起重机的塔机控制器通信。在移动平衡重移动至目标位置后，处理器可以向塔机控制器发送允许起吊操作的信号，塔机控制器接收到该信号后可以发出允许起吊操作的提醒(例如，通过声、光等方式，或者在塔机司机室内的显示屏上显示相应信息)。

在本申请实施例中，云管理平台可以包括该处理器。在这种情况下，云管理平台可以与塔机控制器通信。在移动平衡重移动至目标位置后，云管理平台可以向塔机控制器发送允许起吊操作的信号，塔机控制器接收到该信号后可以发出允许起吊操作的提醒(例如，通过声、光等方式，或者在塔机司机室内的显示屏上显示相应信息)。另外，云管理平台还可以将移动平衡重移动相关的信息(例如，实时位置)发送给塔机控制器，塔机控制器可以将这些信息通过显示屏进行显示。

图4示意性示出了根据本申请实施例的用于塔式起重机的控制装置的示意框图。如图4所示，在本申请实施例中，提供一种用于塔式起重机的控制装置，塔式起重机可以包括塔身和上装，上装可以包括平衡臂、起重臂、固定平衡重以及移动平衡重，固定平衡重可以固定在平衡臂侧，上装设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨，移动平衡重能够沿导轨移动，控制装置可以包括：

驱动机构412，用于驱动移动平衡重沿导轨移动，以及

处理器414，被配置成执行上述任意实施例的用于塔式起重机的控制方法。

图5A-图5E示意性示出了根据本申请实施例的驱动机构的示意框图。如图5A-图5E所示，具体地，在本申请具体的实施例中，上装可以包括设置在移动平衡重4上且与导轨配合移动的导向轮41。

在本申请实施例中，上装可以为桁架结构，桁架结构包括上下布置的上部桁架架构和下部桁架结构，上部桁架架构内形成有供移动平衡重4移动的通道，且上部桁架架构包括两根平行布置的上弦杆51，上弦杆51底部为下盖板52，两个下盖板52向内伸出的翼缘板形成为导轨，导向轮41对称布置在移动平衡重4的左右两侧。

在本申请实施例中，上部桁架架构和下部桁架结构之间通过销轴53连接。

在本申请实施例中，驱动机构412可以包括卷扬机6、第一滑轮组和第二滑轮组，第一滑轮组安装在起重臂1上，第二滑轮组安装在平衡臂2上，卷扬机6通过一根牵引绳绕过第一滑轮组与移动平衡重4的一端连接，且卷扬机6通过另一根牵引绳绕过第二滑轮组与移动平衡重4的另一端连接，以能够使卷扬机6卷收一根牵引绳的同时同步释放另一根牵引绳，从而驱动移动平衡重4移动。

在本申请实施例中，第一滑轮组包括第一滑轮71和第二滑轮72，第一滑轮71安装在起重臂1的上部桁架架构顶部的内表面上，第二滑轮72安装在该上部桁架架构和对应的下部桁架结构之间的销轴53上，一根牵引绳的一端与卷扬机6连接，其另一端依次绕过第二滑轮72和第一滑轮71与移动平衡重4的一端连接；第二滑轮组包括第三滑轮73和第四滑轮74，第三滑轮73安装在平衡臂2的上部桁架架构顶部的内表面上，第四滑轮74安装在位于该上部桁架架构和对应的下部桁架结构之间的销轴53上，另一根牵引绳的一端与卷扬机6连接，其另一端依次绕过第四滑轮74和第三滑轮73与移动平衡重4的另一端连接。

在本申请实施例中，移动平衡重4的前另一端分别设置有用于与牵引绳连接的安装座42。

在本申请实施例中，下部桁架结构内设置有斜撑杆54。

在本申请实施例中，卷扬机6可以包括电机、减速机、制动器以及卷筒。电机可以包括例如步进电机或伺服电机。电机可以通过减速机与卷筒连接，用于驱动卷筒转动。卷筒上可以卷绕有牵引绳，牵引绳如上所述与移动平衡重4连接。制动器用于对卷筒进行制动(减速或停机)。通过电机驱动卷筒正转或反转来实现移动平衡重在导轨上的往复运动以及通过控制电机的转速可以控制移动平衡重4的移动速度。

在本申请较佳实施例中，控制装置还可以包括：力矩检测设备416，用于检测塔式起重机的起重力矩。

具体地，在一示例中，力矩检测设备可以包括重量检测设备和变幅幅度检测设备。重量检测设备的示例可以包括但不限于，称重传感器、拉力传感器等。变幅幅度检测设备的示例可以包括但不限于，旋转编码器、拉线传感器等。重量检测设备和变幅幅度检测设备的功能以及确定起重力矩的原理在上文中已有描述，这里不再赘述。在另一示例中，力矩检测设备可以包括力矩传感器。

在本申请较佳实施例中，控制装置还可以包括：位置检测设备418，用于检测移动平衡重的位置。

具体地，位置检测设备可以使用多种形式来实现。在一示例中，位置检测设备可以包括编码器，编码器的示例可以包括但不限于绝对值编码器和增量编码器。编码器可以被配置成检测电机或减速机的角位移(例如，旋转圈数)，根据电机或减速机的角位移确定卷筒的角位移，以此确定卷筒收绳或放绳的长度。可替换地，编码器可以被配置成检测卷筒的角位移，以此确定卷筒收绳或放绳的长度。根据该长度可以确定移动平衡重移动的距离(例如相对于初始位置)，以此来确定移动平衡重的位置。在另一示例中，位置检测设备可以包括测距传感器(例如，激光测距传感器)。测距传感器可以设置在合适的位置，例如导轨的任一端点处。通过测距传感器可以检测移动平衡重相对于测距传感器的距离，以此来确定移动平衡重的位置。在一示例中，编码器或测距传感器还可以用于检测移动平衡重移动的速度。

在本申请实施例中，提供一种塔式起重机，可以包括：

塔身；

上装，上装包括：

平衡臂，设置有固定平衡重；

起重臂；以及

移动平衡重，上装设置有从平衡臂侧延伸至起重臂侧的导轨，移动平衡重能够沿导轨移动；

上述任意实施例的用于塔式起重机的控制装置。

在该实施例中，控制装置的处理器可以是为塔机控制器。

在本申请实施例中，塔式起重机可以固定式塔式起重机和行走式塔式起重机，行走式塔式起重机可以包括履带式塔式起重机。

在本申请实施例中，提供一种云管理平台，被配置成执行上述任意实施例的用于塔式起重机的控制方法的处理器。

在本申请实施例中，提供一种机器可读存储介质，机器可读存储介质上存储有指令，该指令在被处理器执行时使得处理器实现上述任意实施例的用于塔式起重机的控制方法。

通过本申请实施例的上述技术方案，可以根据起重力矩的变化分级控制移动平衡重的移动来实现塔式起重机的力矩平衡，能够有效解决因平衡重的配重惯性较大而对移动平衡重连续控制会给塔式起重机带来安全性风险的问题。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.一种用于塔式起重机的控制方法，其特征在于，塔式起重机包括塔身和上装，所述上装包括平衡臂、起重臂、固定平衡重以及移动平衡重，所述固定平衡重固定在所述平衡臂侧，所述上装设置有从所述平衡臂侧延伸至所述起重臂侧的导轨，所述移动平衡重能够沿所述导轨移动，所述控制方法包括：

监测所述塔式起重机的起重力矩；

在监测到所述起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持所述起重力矩不变，直至控制所述移动平衡重移动至与所述目标力矩区间对应的目标位置；

其中所述多个力矩区间中的一力矩区间与所述移动平衡重的一目标位置对应。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述起重力矩的变化发生在所述塔式起重机的起吊过程中，所述在监测到所述起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持所述起重力矩不变，直至控制所述移动平衡重移动至与所述目标力矩区间对应的目标位置，包括：

在所述起吊过程中，当所述起重力矩增大至所述多个力矩区间中的第一力矩区间时，保持所述起重力矩，控制所述移动平衡重移动至与所述第一力矩区间对应的第一目标位置；

继续增大起重力矩；

当所述起重力矩增大至所述多个力矩区间中与所述第一力矩区间相邻的第二力矩区间时，保持所述起重力矩，控制所述移动平衡重移动至与所述第二力矩区间对应的第二目标位置。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述起重力矩的变化发生在所述塔式起重机的变幅小车变幅过程中，所述在监测到所述起重力矩变化至多个力矩区间中的一目标力矩区间的情况下，保持所述起重力矩不变，直至控制所述移动平衡重移动至与所述目标力矩区间对应的目标位置，包括：

在所述变幅小车变幅过程中，当所述起重力矩变化至所述多个力矩区间中的第一力矩区间时，控制所述变幅小车停止变幅，控制所述移动平衡重移动至与所述第一力矩区间对应的第一目标位置；

控制所述变幅小车恢复变幅；

当所述起重力矩变化至所述多个力矩区间中与所述第一力矩区间相邻的第二力矩区间时，控制所述变幅小车停止变幅，控制所述移动平衡重移动至与所述第二力矩区间对应的第二目标位置。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制所述移动平衡重移动至与所述目标力矩区间对应的目标位置包括：

确定所述移动平衡重移动至所述目标位置需要移动的第一距离；

确定所述移动平衡重以第一最大允许加速度从与所述移动平衡重的最大允许速度减速到零时所述移动平衡重需要移动的减速距离；

判断所述减速距离是否小于所述第一距离的一半；

在所述减速距离小于所述第一距离的一半的情况下，控制所述移动平衡重以第二最大允许加速度从零加速到所述最大允许速度，其中，所述第一最大允许加速度与所述第二最大允许加速度的绝对值相等；

在所述移动平衡重移动至距离所述目标位置所述减速距离的情况下，控制所述移动平衡重以所述第一最大允许加速度从所述最大允许速度减速到零；

在所述减速距离大于或等于所述第一距离的一半的情况下，控制所述移动平衡重以所述第二最大允许加速度从零加速到重新确定的速度，再以所述第一最大允许加速度减速到零，或者控制所述移动平衡重以所述第二最大允许加速度从零开始加速并在所述移动平衡重已移动所述第一距离一半时以所述第一最大允许加速度减速到零。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述重新确定的速度为所述第一最大允许加速度与所述第一距离的乘积的绝对值开平方根。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述多个力矩区间中的每一个力矩区间对应一最大允许速度。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，力矩区间的力矩值越大，最大允许速度越小。

8.一种处理器，其特征在于，被配置成执行根据权利要求1至7中任意一项所述的用于塔式起重机的控制方法。

9.一种用于塔式起重机的控制装置，其特征在于，塔式起重机包括塔身和上装，所述上装包括平衡臂、起重臂、固定平衡重以及移动平衡重，所述固定平衡重固定在所述平衡臂侧，所述上装设置有从所述平衡臂侧延伸至所述起重臂侧的导轨，所述移动平衡重能够沿所述导轨移动，所述控制装置包括：

驱动机构，用于驱动所述移动平衡重沿所述导轨移动，以及

根据权利要求8所述的处理器。

10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述驱动机构包括：

第一滑轮组，安装在所述起重臂上；

第二滑轮组，安装在所述平衡臂上；以及

卷扬机，通过第一牵引绳绕过所述第一滑轮组与所述移动平衡重的一端连接，并通过第二牵引绳绕过所述第二滑轮组与所述移动平衡重的另一端连接，以实现对所述第一牵引绳和所述第二牵引绳的同步卷收和释放，从而驱动所述移动平衡重移动。

11.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，还包括：

力矩检测设备，用于检测所述塔式起重机的起重力矩。

12.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，还包括：

位置检测设备，用于检测所述移动平衡重的位置。

13.一种塔式起重机，其特征在于，包括：

塔身；

上装，所述上装包括：

平衡臂，设置有固定平衡重；

起重臂；以及

移动平衡重，所述上装设置有从所述平衡臂侧延伸至所述起重臂侧的导轨，所述移动平衡重能够沿所述导轨移动；

根据权利要求9至12中任意一项所述的用于塔式起重机的控制装置。

14.根据权利要求13所述的塔式起重机，其特征在于，所述处理器为塔机控制器。

15.根据权利要求14所述的塔式起重机，其特征在于，所述塔式起重机包括履带式塔式起重机。

16.一种云管理平台，其特征在于，包括根据权利要求8所述的处理器。

17.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质上存储有指令，所述指令在被处理器执行时使得所述处理器实现根据权利要求1至7中任意一项所述的用于塔式起重机的控制方法。