CN101780920A - 用于塔式起重机的回转机构控制*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于塔式起重机的回转机构控制***，其包括电机***、驱动***和通讯***，电机***包括两个电机、两个制动控制器和两个断路器；所述断路器的一端通过三条电源线与驱动***相连，其另一端和电机相连；所述制动控制器的一端通过两条制动器通信线与通讯***的输出端相连，其另一端通过电源线与电机相连。驱动***包括矢量控制模块和防摇摆控制模块，矢量控制模块采用矢量控制方式对电机进行驱动和制动。本发明能够解决在起、止过程中实现匀加速，可以做到防摇摆控制与定位控制，实现对电机的运行到停止全过程的可调控制。最大限度的降低应力的突然释放而造成的塔身抖动，安全方便，节能、环保、噪音小、方便使用。

Description

用于塔式起重机的回转机构控制***

技术领域

本发明属于起重机制造技术领域，具体涉及一种用于塔式起重机的回转机构控制***。

背景技术

塔式起重机回转机构是为塔机回转提供动力的传动装置，该装置一般是由带制动器的电机、行星减速器、小齿轮、回转限位器等组成；由于塔式起重机回转机构是拖动塔吊上部的整体，其重量少则几十吨，多则上百吨，大臂的长度多在60米以上，一般要求要在十秒钟左右要达到全速运转，也要在12秒左右稳定的停止。在运行中停车时，虽然回转电机失去电源停止运行，但塔机前臂、后臂仍然在巨大的回转惯性作用下继续减速回转运行，短时间造成吊物滑越目的地，而无法准确落下，这就要求塔机操作人员要根据经验提前一段距离连续点动停车。大多数的塔机采用了两套回转机构，对称地分布于回转支承两边，两台电机为硬性连接。由于塔式起重机回转机构控制的特殊性：回转机构是塔机惯性冲击影响最直接的传动机构，臂架越长，影响越突出。目前塔式起重机的回转机构控制方式大致分为以下几种，第一、线绕试电机加液力耦合器控制；第二、(OMD)滑差电机控制；第三、(RCV)力矩电机调压加涡流控制；第四、线绕试电机加涡流控制。以上的控制方式存在如下不足：(1)经常发生减速箱输出轴扭断故障，严重影响此设备的正常运行，增加了维修成本和维修次数；(2)启动严重不平稳，对塔身冲击较大，严重威胁着钢结构的运行安全，降低设备本身的使用寿命；(3)在停车时塔身扭动严重，偶有抖动现象，使塔吊司机明显感觉运行不平稳；(4)电器控制件容易损坏，配件费用高；(5)整机扭摆冲击大，电机断电后臂架溜车时间长，就位很困难，回转减速机容易损坏。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出了一种新型塔式起重机回转机构，其发明宗旨在于：在塔式起重机起、止过程中实现匀加速，做到防摇摆控制与定位控制，防止速度突变问题，实现对电机全过程的可调控制，最大限度降低因应力突然释放而造成塔身抖动。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用以下技术方案：

本发明包括电机***、驱动***和通讯***，所述电机***包括两个电机、两个制动控制器和两个断路器；所述断路器的一端通过三条电源线与驱动***相连，其另一端和电机相连；所述制动控制器的一端通过两条制动器通信线与通讯***的输出端相连，其另一端通过电源线与电机相连。

所述驱动***包括矢量控制模块和防摇摆控制模块，所述矢量控制模块采用矢量控制方式对电机进行驱动和制动。

所述防摇摆控制模块通过预先输出相应的响应电流在低速或零速时对电机的力矩进行控制。

所述通讯***包括两根RS485总线，一个数据输入口和一个数据输出口；所述RS485总线与所述驱动***相连；所述数据输入口一端和外部数据输入模块相连，另一端和所述驱动***相连，所述数据输出口一端和驱动***相连，另一端和所述电机***以及***设备相连。

所述矢量控制方式是基于定子磁通估算的象限补偿无速度传感器矢量控制策略进行控制，在低频以及低压的象限和区域内，给电机以转距补偿，达到低频或者零速下的高转距。

所述通讯***的数据输出口能够提供模拟量和数值量信号的输出。

所述模拟量的输出的电流范围为4～20MA。

所述模拟量的输出的电压范围为0～10V。

所述通讯***能够将驱动***的制动器吸合信号发送给电机***中的制动器。

所述通讯***的总线结构可以为Profiubs通讯方式。

所述通讯***的总线结构可以为MODBUS通讯方式。

所述驱动***能够对电机进行参数自学习。

所述驱动***能够给电机提供重荷启动转矩。

本发明与传统控制***相比，具有以下5方面的优点：

(1)能够实现在起、止过程中实现匀加速，最大限度的降低应力的突然释放而造成的塔身抖动；

(2)能够做到防摇摆控制与定位控制，不存在速度的突变的问题；

(3)能够实现对电机的运行到停止全过程的可调控制；

(4)能够消除因电机速度突变对减速箱的冲击，最大限度的保护变速箱，同时减小对塔身钢结构的冲击；

(5)能够最大限度的延长塔吊的使用寿命，并节约电能。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为本发明的回转机构控制电路示意图。

图2本发明的驱动***结构示意图。

图3为本发明的矢量控制原理示意图。

图4为本发明通讯***电路示意图。

图中，1.驱动***；2.通讯***；3.电机***；4.RS485总线；5.数据输入口；6.数据输出口；7.断路器；8.制动控制器；9.电机；10.矢量控制模块；11.防摇摆控制模块；12.制动器通信线。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明所涉及的回转机构控制电路包含三部分内容，驱动***1、通讯***2、电机***3，驱动***采用变频做一拖二矢量控制方式，同时控制的两台电机9；两台电机9运行时，有同样的转矩和转速。通过在矢量控制下的一拖多(一台变频控制两台电机或多台电机)的控制方式，可以给电机输出精确力矩，以及强大的制动能力。该驱动***在对两台联轴电机进行参数自学习的时候，将两台电机看为一台电机进行参数的识别。

电机***3包括两个电机9、两个制动控制器8和两个断路器7；所述断路器7的一端通过三条电源线与驱动***1相连，其另一端和电机9相连；所述制动控制器8的一端通过两条制动器通信线12与通讯***2的输出端相连，其另一端通过电源线与电机9相连。所述通讯***2包括两根RS485总线4，一个数据输入口5和一个数据输出口6；所述RS485总线4与所述驱动***1相连；所述数据输入口5一端和外部数据输入模块相连，另一端和所述驱动***1相连，所述数据输出口6一端和驱动***1相连，另一端和所述电机***3以及***设备相连。

参阅图2所示，本发明所涉及的驱动***1包含矢量控制模块10和防摇摆控制模块12，矢量控制模块10采用矢量控制方式对电机9进行驱动和制动，所述矢量控制方式是基于定子磁通估算的象限补偿无速度传感器矢量控制策略进行控制，在低频以及低压的象限和区域内，给电机9以转距补偿，达到低频或者零速下的高转距。

所述防摇摆控制模块11通过预先输出相应的响应电流在低速或零速时对电机9的力矩进行控制。该模块可以通过在低速时候的强大力矩控制，以及零力矩控制，就可以保证在定位后不会因为***风向等因素的影响而造成偏移动，因此，在无需外购摇摆卡的情况下，利用防摇摆控制模块11就可以实现对摆臂的精确点动控制，其原理是通过对***电流的控制和预先输出相应的响应电流，就可以准确的给回转***一准确的定位，这样就可以提高塔机的工作效率，提高安全性、可靠性。

参阅图3所示，本发明所涉及的矢量控制是基于定子磁通估算的象限补偿无速度传感器矢量控制策略进行控制，在低频以及低压的象限和区域内，给电机以转距补偿，达到低频或者零速下的高转距。

该控制是以定子磁通估算为核心的的矢量控制，其特点是在低频以及低压的象限和区域内，可以给电机9以转距补偿。从而可以克服低频的状态下驱动特性不好的现象。可以做到低频甚至零速下的高转距，如图所示，驱动***1的对电机9的空间矢量控制是将电流分为三相电流来控制的，驱动***1根据自身的速度与定子磁通的估算发出相应的磁通和速度信号，然后通过检测实际发出的驱动电压V_s和电流i_s，并将其送到定子磁通估算器中，经过与原估算参数的对比，定子磁通估算器发出转速参考值

γ_θ。向磁通调节器发出参考值

向电流控制器发出相位参考值

这样最终电流控制器发出的电流信号将是经过不断对比和修正的闭环比较后的参数。在这种控制模型下，即使负载突然变化的情况下，***仍能实现有效柔性的控制，***可以根据负载的变化而发出相应的转距和电流。当***工作与低频的甚至是零速的时候，控制***中的定子磁通估算***将发出较为合适的补偿参数，使得***在低频的时候也具有较为强大的转距电流。由于该驱动***的独特的定子磁通估算和补偿，使得***对电机有着较为强大和精准的控制力矩和电流。这样，回转机构在负载突然变化的情况下，仍能实现有效柔性的控制，驱动***可以根据负载的变化而发出相应的转距和电流。该塔式起重机回转机构启动的时候，由于是矢量控制，可以对电机9进行参数自学习，所以，在启动之前能自动地对电机实行直流励磁，通过转矩预励磁及起动转矩补偿，可以保证为电动机快速地提供起动转矩。驱动***能够给电机提供重荷启动转矩，当回转机构在负载150％的状态下也能实现有效柔性的启动，在启动前，在接受到制动器开闸信号后，***输出转距电流，当驱动***1输出的电流达到负载所需的电流数值后，驱动***1才给制动器一个真正的松闸信号，制动器这时打开，在整个开闸的过程中，驱动***的启动电流如果很大，可以提供负载150％的电流。***在电机运行前，先进行输出励磁电流，将电机的磁场建立起来后，再输出转矩电流，这样就起到了转矩预励磁及起动转矩补偿的效果，给回转机构在重荷的情况下以强大的启动转矩。

参阅图4所示，本发明所涉及的通讯***2的数据输出口6能够提供模拟量和数值量信号的输出，输出的模拟量的电流范围为4～20MA，输出的模拟量的电压范围为0～10V。通讯***2能够将驱动***1的制动器吸合信号通过制动器通信线12发送给电机***中的制动控制器8。通讯***2有多种通讯方式：可采用总线结构Profiubs通讯方式和MODBUS方式；可以选配通讯卡：Profiubs卡和MODBUS卡(选配)。可以将电源缺相、电机9缺相、电机9过载、电机9接地等故障以及力矩、电流、电压等数据传输到上位机以及监控***中。并可以通过总线将数据指令传输到变频器中。

本发明所述的回转机构控制***能够解决在起、止过程中实现匀加速，可以做到防摇摆控制与定位控制，不存在速度的突变的问题。实现对电机的运行到停止全过程的可调控制。最大限度的降低应力的突然释放而造成的塔身抖动，安全方便，节能、环保、噪音小、方便使用。

本发明在所述的用于塔式起重机的回转机构控制***中说明的原理，不限于本实施例，其他设备所可能完成的回转机构控制***，对于本发明所使用的矢量控制原理具有通用性。

Claims (7)

1.一种用于塔式起重机的回转机构控制***，包括电机***、驱动***和通讯***，其特征是：所述电机***包括两个电机、两个制动控制器和两个断路器；所述断路器的一端通过三条电源线与所述驱动***相连，其另一端和所述电机相连；所述制动控制器的一端通过两条制动器通信线与所述通讯***的输出端相连，其另一端通过电源线与所述电机相连。

2.根据权利要求1所述的用于塔式起重机的回转机构控制***，其特征是：所述通讯***将驱动***的制动器吸合信号发送给电机***中的制动器，其包括两根RS485总线，一个数据输入口和一个数据输出口；所述RS485总线与所述驱动***相连；所述数据输入口一端和外部数据输入模块相连，另一端和所述驱动***相连，所述数据输出口能够提供模拟量信号和数值量信号的输出，其一端和驱动***相连，另一端和所述电机***以及***设备相连。

3.根据权利要求1所述的用于塔式起重机的回转机构控制***，其特征是：所述驱动***能够对电机进行参数自学习，包括矢量控制模块和防摇摆控制模块。

4.根据权利要求2所述的用于塔式起重机的回转机构控制***，其特征是：所述模拟量信号所输出的电流范围为4～20MA。

5.根据权利要求2所述的用于塔式起重机的回转机构控制***，其特征是：所述模拟量信号所输出的电压范围为0～10V。

6.根据权利要求1或者2所述的用于塔式起重机的回转机构控制***，其特征是：所述通讯***的总线结构为Profiubs通讯方式。

7.根据权利要求1或者2所述的用于塔式起重机的回转机构控制***，其特征是：所述通讯***的总线结构为MODBUS通讯方式。

Images