CN201932765U - 电缆卷筒控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电缆卷筒控制装置，以根据不同的工况控制驱动电机的运行。该电缆卷筒控制装置包括变频电机、变频器、可编程控制器以及增量编码器。变频电机用以驱动电缆卷筒。变频器用以控制该变频电机的转速。可编程控制器用以计算电缆卷筒所需的电机转速，并根据该电机转速向该变频器提供一给定转速。增量编码器，安装于该变频电机上，检测实际电机转速并反馈给该可编程控制器。

Description

电缆卷筒控制装置

技术领域

本实用新型涉及各种起重机的电缆卷筒，尤其是涉及电缆卷筒的控制装置。

背景技术

在集装箱码头需要使用到各种起重机械，例如桥吊、轨道吊、市电轮胎吊(以市电为动力，使用轮胎行走的起重机)、散货机械、龙门吊、门机等。这些起重机械，例如桥吊的吊具、大车都需要电缆供电。

以桥吊吊具为例，在作业时，集装箱是用吊具进行装卸。吊具及上架的工作电源由吊具电缆提供，吊具电缆卷筒就是控制吊具电缆跟随主起升进行起升、下降运动。吊具卷筒系统不但要控制好吊具电缆随着主起升位置、速度变化的精确跟随，还要保护好吊具电缆，保证其受力在允许范围内。

因而，需要一种控制装置，来计算出主起升在不同位置时对应于卷筒的运动半径，进而根据变化的起升线速度算出卷筒角速度，得出所需电机转速；而且，期望确保电缆在不同工况下所受张力处于其许用拉力之内。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电缆卷筒控制装置，以根据不同的工况控制电机的运行。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种电缆卷筒控制装置，包括变频电机、变频器、可编程控制器以及增量编码器。变频电机用以驱动电缆卷筒。变频器用以控制该变频电机的转速。可编程控制器用以计算电缆卷筒所需的电机转速，并根据该电机转速向该变频器提供一给定转速。增量编码器，安装于该变频电机上，检测实际电机转速并反馈给该可编程控制器。

在上述的电缆卷筒控制装置中，该可编程控制器是根据电缆卷筒的电缆缠绕外径和主起升的高度计算电缆卷筒所需的电机转速。

在上述的电缆卷筒控制装置中，当电缆卷筒随主起升上升时，该可编程控制器提供的该给定转速大于电缆卷筒所需的电机转速。

在上述的电缆卷筒控制装置中，当电缆卷筒随主起升下降时，该可编程控制器提供的该给定转速小于电缆卷筒所需的电机转速。

在上述的电缆卷筒控制装置中，该可编程控制器控制该变频器的力矩输出值，使得作用在电缆上的拉力小于电缆张力。

本实用新型的电缆卷筒控制装置利用主系统的位置信号计算卷筒外径和圈数，节约了成本。并且，采用速度闭环控制和动态力矩限幅控制方式，使电缆跟随响应快，适应性广，既可调整速度增益又可调整力矩限幅。

附图说明

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本实用新型一实施例的电缆卷筒控制装置原理框图。

图2示出缠绕了电缆的电缆卷筒。

具体实施方式

根据本实用新型的构思，电缆卷筒控制装置是控制电缆随着主起升进行上升、下降运动，从桥吊主控系统采集的是主起升速度和主起升高度信号。电缆卷筒控制装置可以把主起升的高度值转换为电缆在电缆卷筒上的圈数，进而算出电缆卷筒的外径，根据主起升的实际速度再结合电缆卷筒的外径算出卷筒电机所需的速度，作为控制电缆的基础。

较佳地，在实际控制时，收缆方向的给定速度要比计算出的电机所需速度稍大，放缆方向的给定速度要比计算出的电机所需速度稍小，这样可以始终保持电缆的张紧。

进一步，考虑到仅使用单纯的速度控制而力矩不受限，对电缆会产生损伤，所以在采用速度控制的同时，较佳地对力矩根据不同的工况进行动态限制，确保电缆所受拉力始终处于许可值范围内，从而不会对电缆产生损伤。

下面将参照附图详细描述上述构思。虽然在本实用新型的下述实施例中，是以桥吊为背景来描述电缆卷筒控制装置。然而可以理解，本实用新型的电缆卷筒控制装置可广泛应用于桥吊、轨道吊、市电轮胎吊、散货机械、龙门吊、门机等起重机械。

图1示出本实用新型一实施例的电缆卷筒控制装置原理框图。参见图1所示，装置包括可编程控制器(PLC)10、变频器12、变频电机14、增量型编码器16、制动器17、以及减速箱18。PLC 10与变频器12组成的变频控制系统，输出给定速度Vs来控制变频电机14。变频电机14带有增量型编码器16，其检测电机实际速度Vr，作为速度反馈给变频器形成闭环控制。

减速箱18提供变频电机14到卷筒22的减速比。制动器17用于根据PLC的开关信号来启动或者关闭减速箱。

主给定速度Vs是依据对卷筒电机所需的转速Vc获得的。PLC 10接收主起升速度Vm和主起升高度信号Hm，经过计算得出主起升在不同位置、不同速度时卷筒电机所需的转速Vc，从而得出给定速度Vs。

下面，给出计算卷筒电机所需的转速Vc的实例。

图2示出缠绕了电缆的电缆卷筒。图2的实线部分为卷筒20的电缆的3圈空盘保护余量，虚线部分为电缆缠绕的最大圈数。根据主起升速度Vm和主起升高度信号Hm，以及卷筒的电缆变化，能够计算出卷筒电机所需的转速Vc，具体过程如下：

根据桥吊的实际工况，电缆卷筒上所缠绕的电缆应能满足起升从舱底至最高起升速度。基于这一设计理念，卷筒从空盘保护余量(3圈，但不以此为限)至最大圈数的电缆长度＝起升总行程。由于卷筒的外径是随主起升位置的变化而不断变化的，可设卷筒的外径为X，则可利用面积相等公式计算出这个变量。

以下均为已知量：电缆直径d，卷筒内径DI，起升总行程H，得到以下面积相等公式：

H*d＝π*{(X/2)²-[(DI+6d)/2]²}

即可解得X。

解得X后，可得π*X等于实时变化的卷筒周长，根据主起升线速度Vm/(π*X)即可求得卷筒角速度，再乘以减速箱减速比可计算出所需的电机转速Vc。

在一实施例中，给定速度Vs与卷筒电机所需的转速Vc的关系为：当主起升上升时，给定速度Vs大于卷筒电机所需的转速Vc；而当主起升下降时，给定速度Vs小于卷筒电机所需的转速Vc。这样，保持电缆在上升和下降过程中始终保持张紧。

考虑到单纯的速度控制会使力矩在某些情况下超出电缆所能承受的范围，使电缆受到损伤。因此在一较佳实施例中，装置对力矩根据不同的工况进行动态限制，确保电缆所受拉力始终处于许可值范围内(小于电缆张力)，从而不会对电缆产生损伤。

下面描述具体的控制过程：

主起升上升时，由PLC 10提供的电机给定速度Vs比计算所需速度稍快，保证电缆在上升过程中始终保持张紧。例如给定速度Vs比需要速度快3％以上。电缆上升时又分加速、匀速、减速三种不同状态，对于不同的状态卷筒系统能进行判断。卷筒系统根据相应的工况结合不同的电缆圈数给出合适的力矩限幅，即保证电缆跟随又能对电缆起保护。通过PLC 10控制变频器12的力矩输出值，使电缆在加速，匀速，减速三种状态下受到的力始终小于电缆的许用张力，可以用以下公式解释：

许用张力×当前电缆缠绕半径＞输出力矩＝加速(减速)上升力矩+垂电缆重力力矩

在此，当前电缆缠绕半径是卷筒内径DI加上变化中的电缆缠绕厚度的值。另外，加速(减速)上升力矩和垂直电缆重力力矩，其力臂也是当前电缆缠绕半径。由此，可计算出允许的加速(减速)上升力矩。

主起升下降时，电机给定速度Vs比计算所需速度稍慢，保证电缆在下降过程中始终保持张紧。例如给定速度Vs比需要速度慢3％以上。下降时也分加速、匀速、减速，不同的工况结合不同的电缆圈数给不同的力矩限幅，即保证电缆跟随又能对电缆起保护。通过PLC 10控制变频器12的力矩输出值，使电缆在加速，匀速，减速三种状态下受到的力始终小于电缆的许用张力，可以用以下公式解释：

许用张力×当前电缆缠绕半径＞输出力矩＝加速(减速)下降力矩+垂电缆重力力矩

主起升停止时，吊具卷筒延时10s左右停止。根据电缆不同的圈数，给定安全的力矩限幅，维持电缆张紧，利于快速相应，起升10s还无动作，卷筒系统报闸停止。通过PLC 10控制变频器12的力矩输出值，保证此时的力矩输出等于垂电缆的重力力矩。

综上所述，本实用新型的电缆卷筒控制装置，利用主系统的位置信号计算卷筒外径和圈数，节约了成本。并且，采用速度闭环控制和动态力矩限幅控制方式，使电缆跟随响应快，适应性广，既可调整速度增益又可调整力矩限幅。在不同工况下对电机的力矩限幅能很好地保护其控制对象——电缆。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种电缆卷筒控制装置，其特征在于包括：

变频电机，用以驱动电缆卷筒；

变频器，用以控制该变频电机的转速；

可编程控制器，用以计算电缆卷筒所需的电机转速，并根据该电机转速向该变频器提供一给定转速；以及

增量编码器，安装于该变频电机上，检测实际电机转速并反馈给该可编程控制器。

2.如权利要求1所述的电缆卷筒控制装置，其特征在于，该可编程控制器是根据电缆卷筒的电缆缠绕外径和主起升的高度计算电缆卷筒所需的电机转速。

3.如权利要求1所述的电缆卷筒控制装置，其特征在于，当电缆卷筒随主起升上升时，该可编程控制器提供的该给定转速大于电缆卷筒所需的电机转速。

4.如权利要求1所述的电缆卷筒控制装置，其特征在于，当电缆卷筒随主起升下降时，该可编程控制器提供的该给定转速小于电缆卷筒所需的电机转速。

5.如权利要求1-4任一项所述的电缆卷筒控制装置，其特征在于，该可编程控制器控制该变频器的力矩输出值，使得作用在电缆上的拉力小于电缆张力。

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