发明内容
本发明要解决的技术问题在于提高断轴事故检测和保护的可靠性及准确度,提供一种起重机驱动机构的转轴保护***及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明提供一种起重机驱动机构的转轴保护***,所述起重机驱动机构包括伺服驱动器、受所述伺服驱动器控制的伺服电机、由所述伺服电机驱动的齿轮箱和卷筒,所述齿轮箱将所述伺服电机提供的动力传递至所述卷筒带动所述卷筒转动,其特征在于,所述转轴保护***包括与所述伺服驱动器通讯连接并设定有警戒值C的控制器、与所述控制器通讯连接的位移测量装置、以及与所述控制器连接并由所述控制器控制对所述卷筒进行制动的刹车装置;其中,
所述控制器从所述伺服驱动器获得伺服电机的转动速度信息,根据该转动速度信息和所述齿轮箱的传动比计算得到所述卷筒的转轴的转动速度,根据所述卷筒的转轴的转动速度计算所述卷筒的转轴在一个时间间隔t1内的理论运行行程A;
所述位移测量用于记录所述卷筒的转轴的行程,所述控制器采集所述位移测量装置在所述时间间隔t1开始时刻和结束时刻的行程输出差值作为所述卷筒的转轴的实际运行行程B;
所述控制器比较理论运行行程A与实际运行行程B,当其差值的绝对值Δ偏离预设定的所述警戒值C时,所述控制器判断设备出现事故,并控制刹车装置制动。
具体地,所述刹车装置安装在所述卷筒上。
具体地,所述位移测量装置是编码器。
具体地,所述控制器为可编程控制器。
进一步地,还包括至少一个受所述控制器控制的指示灯,当出现断轴事故时,所述控制器点亮该指示灯。
进一步地,还包括受所述控制器控制的警报器,当出现断轴事故时,所述控制器控制该警报器发出警报音。
本发明还提供一种起重机驱动机构的转轴保护方法,所述起重机驱动机构包括伺服驱动器、受伺服驱动器控制的伺服电机、伺服电机驱动的齿轮箱和卷筒,齿轮箱将电机提供的动力传递至卷筒带动卷筒转动,其特征在于,所述方法包括下列步骤:
S1:根据所述伺服电机的速度信息和所述齿轮箱的传动比,处理得到在一个时间间隔t1内所述卷筒的转轴的理论运行行程A;
S2:采集处理在时间间隔t1的开始时刻和结束时刻,所述卷筒的转轴行程数据之差,得到所述时间间隔t1内卷筒的转轴的实际运行行程B;
S3:判断理论运行行程A和实际运行行程B差值的绝对值是否偏离预设定的警戒值C,如果偏离则发出刹车指令,否则返回步骤S1。
具体地,在所述步骤S1中,从所述伺服驱动器中获得所述伺服电机的转速信息;并将所述转速信息乘以传动比得到所述卷筒的转轴转速,并对该转轴转速在所述时间间隔t1内进行积分,得到时间间隔t1内所述卷筒的转轴的所述理论运行行程A。
具体地,在所述步骤S2中,通过位移测量装置记录所述卷筒的转轴的行程,计算在所述时间间隔t1开始时刻和结束时刻所述卷筒的转轴行程数据之差,得到在所述时间间隔t1内,所述卷筒的转轴的实际运行行程B。
具体地,在所述步骤S3中,当判断所述理论运行行程A和实际运行行程B差值的绝对值大于所述警戒值C时,判断为断轴,发出刹车指令;
进一步地,在步骤S1之前还包括:S0、预设定所述时间间隔t1、所述传动比和所述警戒值C。
实施本发明的有益效果:本发明提供的起重机驱动机构的转轴保护***及方法,只需在驱动机构低速端安装位移测量装置,相比现有技术省去了高速端安装的测量装置,节省了成本,提高了设备可靠性,且由于是比对一段时间间隔内的位移值,受设备瞬态影响小,提高了断轴事故检测的精确度,可及时准确地为起重设备提供断轴保护,尤其可应用于与核安全直接相关的核级设备中。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图2所示, 本发明提供一种起重机驱动机构的转轴保护***,用于为起重机驱动机构提供断轴事故的检测和保护,所述起重机驱动机构包括伺服驱动器1、受伺服驱动器1控制的伺服电机2、由伺服电机2驱动的齿轮箱3和卷筒4,齿轮箱3将伺服电机2提供的动力传递至卷筒4带动卷筒4转动;该转轴保护***包括设定有警戒值C的控制器5和位移测量装置6,控制器与位移测量装置6和伺服驱动器1通讯连接,该转轴保护***还包括与控制器5连接并由控制器5控制对卷筒进行制动的刹车装置(图中未示出);
位移测量装置6用于记录卷筒4的转轴的行程数据(转动位移),本实施例中位移测量装置6安装在卷筒4的轴端;
控制器5从伺服驱动器1获得伺服电机2的转动速度信息,根据该转动速度信息计算和齿轮箱3的传动比计算得到卷筒4的转轴的转动速度,根据卷筒4的转轴的转动速度计算卷筒4的转轴在一个时间间隔t1内的理论运行行程A;同时采集位移测量装置6在时间间隔t1开始时刻和结束时刻的输出差值作为卷筒4的转轴的实际运行行程B;将卷筒4的转轴的理论运行行程A和实际运行行程B进行比较,当理论运行行程A与实际运行行程B的差值的绝对值Δ大于预设定的警戒值C时,判断认为发生断轴事故,控制器5控制刹车装置制动,以保护设备安全。
需要说明的是,前述的理论运行行程A和实际运行行程B的计算和判断方式有两种,本领域普通技术人员可选用其中任意一种:
方式一、控制器5从伺服驱动器获得伺服电机的转动角速度ω,将该角速度ω乘以齿轮箱3的传动比n1计算得到卷筒4的转轴的转动角速度n1ω,对卷筒4的转轴的转动角速度n1ω在时间间隔t1内进行积分得到卷筒4的转轴在时间间隔t1内的理论运行行程A;从位移测量装置6测量卷筒4的转轴的转过的角度,计算时间间隔t1的开始时刻和结束时刻卷筒4的转轴转过的角度的差值,将该差值作为卷筒转轴的实际运行行程B;比较卷筒4的转轴的理论运行行程A和实际运行行程B,判断理论运行行程A和实际运行行程B的差值的绝对值是否大于预设定的警戒值C,如果是即判断为出现断轴事故,控制器5控制刹车装置制动。这种计算方式中,传动比n1指的是卷筒4的转轴的转动角速度与伺服电机的转动角速度之比,而理论运行行程A和实际运行行程B指的是在时间间隔t1内卷筒的转轴的理论上和实际上分别转过的角度,相应的警戒值C也是一个角度值。
方式二、控制器5从伺服驱动器获得伺服电机的转动线速度v,将该线速度v乘以齿轮箱3的传动比n2计算得到卷筒4的转轴的转动线速度n2v,对卷筒4的转轴的转动线速度n2v在时间间隔t1内进行积分得到卷筒4的转轴在时间间隔t1内的理论运行行程A;从位移测量装置6测量卷筒4的转轴的行程数据,计算时间间隔t1的开始时刻和结束时刻卷筒4的转轴的行程数据的差值,将该差值作为卷筒转轴的实际运行行程B;比较卷筒4的转轴的理论运行行程A和实际运行行程B,判断理论运行行程A和实际运行行程B的差值的绝对值是否大于预设定的警戒值C,如果是即判断为出现断轴事故,控制器5控制刹车装置制动。这种计算方式中,传动比n2指的是卷筒4的转轴的转动线速度与伺服电机的转动线速度之比,理论运行行程A和实际运行行程B指的是在时间间隔t1内卷筒的转轴的理论和实际上分别转过的距离,相应的,警戒值C是一个距离值。
优选地,在本实施例中,控制器5通过现场总线与位移测量装置6和伺服驱动器1通讯连接以从位移测量装置6和伺服驱动器1采集信息,当然也可以采用其他的连接方式。
优选地,在本实施例中,刹车装置安装在卷筒4上,以在发生断轴事故及时制动,当然刹车装置也可以安装在起重机驱动机构其它合适的位置上。
优选地,该转轴保护***中还包括至少一个指示灯(图中未示出),该指示灯受控制器5控制,用于在出现断轴事故时,该指示灯被点亮或闪动以提醒相关设备的操作人员。
优选地,该转轴保护***中还包括警报器(图中未示出),该警报器受控制器5的控制,用于在发生断轴事故时,该警报器发出警报音以提醒相关设备的操作人员。
优选地,本实施中使用可测量位移数据的编码器作为位移测量装置6,当然也可以使用例如加速度传感器等装置作为位移测量装置6。
需要说明的是,编码器包括多种类型和用途,其中有些类型可以采集并输出转动位移数据,有些类型可以采集并输出转速数据,本实施例中,卷筒的转轴上安装的编码器输出的是卷筒4的转轴的转动位移数据(转过的角度或转过的距离),而在对照图1对现有技术中的说明中,其两个编码器输出的均是转速数据。
优选地,控制器5选用可编程控制器,当然也可以选用例如微处理器之类的装置作为控制器5,在本实施例中,在可编程控制器应用下面的算法计算理论运行行程A与实际运行行程B,及进行断轴事故的判断和处理,当然也可以应用其它合适的算法来实现:
采用PLC编程方法得到一组连续的以100ms(t1)、10ms为间隔的方波,即是将固定时间间隔t1设为100ms,如图3所示;
根据伺服电机2的转动线速度v和齿轮箱3的传动比n换算得到卷筒4的转轴转速nv,在每个100ms间隔内(高电平),执行以卷筒的转轴转速nv为函数的积分,得到卷筒4的转轴在固定时间间隔(100ms)内的理论运行行程A;在同一个100ms方波的上升沿、下降沿,记录编码器的输出值,两者差值即为卷筒4的转轴在固定时间间隔(100ms)内的实际运行行程B;
在接下来的10ms低电平期间,停止运算,将A减去B的差值取绝对值得到Δ,接下来根据Δ判断是否出现断轴事故,可以使用以下两种方法来判断:
1、判断Δ是否大于预设定的警戒值C,若Δ大于C,则认为出现了断轴事故,可编程控制器立即控制刹车装置进行制动,保护设备安全;
2、当然也可以设定一个警戒比例r,当Δ/A或Δ/B大于警戒比例r(如1%)时,认为出现了断轴事故,可编程控制器立即控制刹车装置进行制动,保护设备安全。
上述算法中将固定时间间隔t1设定为100ms,但需要说明的是,固定时间间隔t1也可以根据实际情况设为其他数值,当然t1的长度不能过长,过长则不能起到及时进行断轴事故判断和保护的作用,但t1的长度也不能过短,如果过短理论运行行程A和实际运行行程B的计算精确度都会降低,导致判断断轴事故准确度降低。
上述算法中以前述的第二种计算方式为例,当然也可以采用第一种计算方式,鉴于两种计算方式在步骤上基本相同,不予赘述。
本发明还提供一种起重机驱动机构的转轴保护方法,用于为起重机的驱动机构提供断轴事故的检测和保护,所述驱动机构包括伺服驱动器、受伺服驱动器控制的伺服电机、伺服电机驱动的齿轮箱和卷筒,齿轮箱将电机提供的动力传递至卷筒带动卷筒转动,参考图4,所述转轴保护方法包括如下步骤:
步骤S0、设置该方法需要用到的参数,包括设定时间间隔t1、驱动机构高速端和低速端的传动比n、警戒值C;
步骤S1、控制器从伺服驱动器中获得伺服电机的转速信息,将转速信息乘以传动比得到卷筒的转轴的转速,对该转轴的转速在固定时间间隔t1内进行积分,得到时间间隔t1内卷筒的转轴的理论运行行程A;
步骤S2、通过位移测量装置记录卷筒的转轴的行程(即转动位移数据),计算在时间间隔t1开始时刻和结束时刻卷筒转轴的行程之差,得到在时间间隔t1内,卷筒转轴的实际运行行程B;
步骤S3、判断理论运行行程A和实际运行行程B差值的绝对值是否大于警戒值C,如果大于,判断为出现断轴事故,控制器向刹车装置发出刹车指令,控制刹车装置制动,否则返回步骤S1,以持续的对是否发生断轴事故进行检测。
需要说明的是,上述理论运行行程A和实际运行行程B的计算和判断方式有两种,本领域普通技术人员可选用其中任意一种,分别介绍如下:
方式一、控制器5从伺服驱动器获得伺服电机的转动角速度ω,将该角速度ω乘以齿轮箱3的传动比n1计算得到卷筒4的转轴的转动角速度n1ω,对卷筒4的转轴的转动角速度n1ω在时间间隔t1内进行积分得到卷筒4的转轴在时间间隔t1内的理论运行行程A;从位移测量装置6测量卷筒4的转轴的转过的角度,计算时间间隔t1的开始时刻和结束时刻卷筒4的转轴转过的角度的差值,将该差值作为卷筒转轴的实际运行行程B;比较卷筒4的转轴的理论运行行程A和实际运行行程B,判断理论运行行程A和实际运行行程B的差值的绝对值是否大于预设定的警戒值C,如果是即判断为出现断轴事故,控制器5控制刹车装置制动。这种计算方式中,传动比n1指的是卷筒4的转轴的转动角速度与伺服电机的转动角速度之比,而理论运行行程A和实际运行行程B指的是在时间间隔t1内卷筒的转轴的理论上和实际上分别转过的角度,相应的警戒值C也是一个角度值。
方式二、控制器5从伺服驱动器获得伺服电机的转动线速度v,将该线速度v乘以齿轮箱3的传动比n2计算得到卷筒4的转轴的转动线速度n2v,对卷筒4的转轴的转动线速度n2v在时间间隔t1内进行积分得到卷筒4的转轴在时间间隔t1内的理论运行行程A;从位移测量装置6测量卷筒4的转轴的行程数据,计算时间间隔t1的开始时刻和结束时刻卷筒4的转轴的行程数据的差值,将该差值作为卷筒转轴的实际运行行程B;比较卷筒4的转轴的理论运行行程A和实际运行行程B,判断理论运行行程A和实际运行行程B的差值的绝对值是否大于预设定的警戒值C,如果是即判断为出现断轴事故,控制器5控制刹车装置制动。这种计算方式中,传动比n2指的是卷筒4的转轴的转动线速度与伺服电机的转动线速度之比,理论运行行程A和实际运行行程B指的是在时间间隔t1内卷筒的转轴理论和实际上分别转过的距离,相应的,警戒值C是一个距离值。
本发明提供的起重机驱动机构转轴保护***及方法,适用于为各种起重机的驱动机构提供断轴事故的检测和保护,并具有成本低、可靠性高、检测准确度高的优点,尤其是当应用于核燃料装卸贮存***中用到的起重机,能进一步预防核燃料事故,提高核安全。
以上所述实施例仅表达了本发明的较佳实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。