CN109052207B - 一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法：步骤1，在变频器处于待机时，实时检测编码器发送过来的电机转速；步骤2，判断所示电机转速是否大于设定阈值上限，若是，则发出制动器失效信号，并进入步骤3，若否，则直接进入步骤5；步骤3，依次启动零转矩功能和转速追踪功能；步骤4，变频器停止输出零转矩后，转换到给定速度为零的速度控制模式，将重物以零速悬停在空中；步骤5，变频器接收手柄给定命令，变频器按照手柄给定命令运行。本发明可以稳定可靠的将制动器失效后加速下溜的重物快速制动并以零速悬停在空中，避免了目前市面上起升机构单靠制动器这种纯机械制动的方法所带来的风险。

Description

一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法

技术领域

本发明属于起重设备控制技术领域，具体涉及一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法。

背景技术

在起重设备上，各种起升机构的制动器都存在机械失效的可能性，通常的失效保护基本上基于机械设计，比如增加安全制动器、防坠落制动器，但是机械的失效通常是在较长时间内逐渐失效的，如果不能提供足够的维护，机械失效很难避免。目前的绝大多数起升机构没有电气方面的制动器失效保护功能。

近年来，有些用电气方法解决制动器失效的方法被提出，但大多数都存在实现上的困难和不稳定性、也未对失效的场景做全面的考虑。专利CN 105110119 A是从制动器失效检测的角度入手的，只提供了一种较为方便的在起重设备空载时制动器失效状态的判断方法，是一种预防保护的方法，而在起重设备带载运行且制动器发生失效时无法进行保护；专利CN 105217403 A和CN 104444913 A在检测制动器失效时采取的方法是启动零伺服，专利CN 104150311 B和CN 206088642 U同样对重物下溜时,对电机的控制描述模糊，仅以力矩保持或者维持力矩电流一言蔽之，零伺服和力矩保持说起来简单，但是在实现过程中会遇到很多问题，制动器失效后，重物下溜的速度会很快增加，仅输出零速给定信号会造成电机当前给定速度与实际速度相差过大，导致变频器在控制电机时很容易报过流故障，这种情况下重物将会失去控制，一溜到底；专利CN 103663225 B也有上述相同的问题，也是检测到制动器失效后直接启动起升电机按照设定的档位动作，在重物下溜带动电机转动的过程中直接启动变频器对该电机进行控制很容易造成变频器报过流故障。此外，在交流电源作用下刚停止转动的电机在转子上会存在剩磁，这种剩磁会造成电机在带载带速情况下再次启动时无法稳定输出力矩，即很难拉停快速下溜的重物，变频器很容易失控。以上方法存在的问题是他们都能正确的发现制动器失效，但在保护的具体实施方法细节上存在很大的风险，很容易导致变频器报故障，失去输出力矩的能力，其结果都是无法阻止重物的继续下滑。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，解决了现有技术中当制动器失效后电机轴无法被抱紧而导致起重工作的安全性得不到保障的技术问题。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：

一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，包括：

步骤1，在变频器处于待机时，实时检测编码器发送过来的电机转速；

步骤2，判断所示电机转速是否大于设定阈值上限，若是，则发出制动器失效信号，并进入步骤3，若否，则直接进入步骤5；

步骤3，依次启动零转矩功能和转速追踪功能；

步骤4，变频器停止输出零转矩后，转换到给定速度为零的速度控制模式，将重物以零速悬停在空中；

步骤5，变频器接收手柄给定命令，变频器按照手柄给定命令运行。

较佳地，在步骤1之前还包括在每次电机停转时进行的消磁步骤，消磁的方法包括在电机停转时向电机注入预设的反向电流。

较佳地，步骤2中的设定阈值上限为电机额定转速的十分之一。

较佳地，步骤3依次启动零转矩功能和转速追踪功能的方法包括：

步骤31，变频器只控制起升电机的励磁电流，而转矩电流值控制为0；

步骤32，建立电机磁场，同时通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值，进行转速追踪，为转换到速度控制模式做准备。

较佳地，步骤32建立电机磁场，变频器由输出零转矩转换到速度控制模式的时间长度小于等于0.2秒。

较佳地，手柄给定命令包括司机通过手柄实时输出给定速度、起升方向和运行命令信号到变频器。

较佳地，步骤2中发出制动器失效信号的同时，通过报警装置发出报警信号。

较佳地，报警装置包括蜂鸣器。

本发明的有益效果在于：本发明是一种用电气方法解决制动器失效的方法，不需要增加任何硬件成本，只需在现有起升机构的变频器软件里面新增电机消磁功能，零转矩功能和转速追踪功能，并将这三项功能有序结合起来，本发明利用变频器的电机消磁功能在电机每次停止转动时做消除剩磁的处理，然后变频器停止输出并进入待机状态，在待机状态下实时检测并判断制动器是否失效，若是，则自动依次启动零转矩功能和转速追踪功能，然后切换到给定速度为零的速度控制模式，控制电机输出稳定可靠的电磁转矩将快速下溜的重物按预设的减速时间拉停并以零速悬停在空中，同时变频器输出制动器失效报警信号，提示司机接管操作手柄控制变频器将重物下放到地面的安全位置。本发明可以稳定可靠的将制动器失效后加速下溜的重物快速制动并以零速悬停在空中，避免了目前市面上起升机构单靠制动器这种纯机械制动的方法所带来的风险，同时也解决了一些制动器失效保护的电气方法实现困难和不稳定的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，包括：

步骤1，在每次电机停转时进行消磁步骤，消磁的方法包括在电机停转时向电机注入预设的反向电流。在变频器处于待机时，实时检测编码器发送过来的电机转速；

当变频器每次控制电机正常工作后，在停机时向电机注入一定的反向电流，使电机转子快速消除剩磁，为电机下次正常启动并输出大力矩做好准备。如果不消除剩磁，一旦检测到制动器失效，此时电机处于带载带速状态，电机再次启动很难输出稳定可靠的大力矩将重物拉停，而且很容易造成变频器报失速过流故障。

变频器处于待机(上电不运行)状态时实时检测编码器传回来的电机转速，为判断制动器失效做准备，因为变频器在驱动电机运行的过程中制动器始终是开启状态，是不需要检测制动器失效的，只有在变频器上电不运行的状态才需要判断制动器是否失效。当检测到编码器传回来的电机转速超过一定的阈值时即可判断制动器处于失效状态，该阈值预先设定在变频器的参数里面，此阈值既不能设置过小，防止电机编码器受干扰后误触发变频器运行，也不能设置过大，防止制动器失效后下溜距离过大，根据现场调试经验该阈值一般设为电机额定转速的十分之一。

步骤2，判断所示电机转速是否小于等于设定阈值上限，若是，则直接进入步骤5，若否，则发出制动器失效信号，并进入步骤3，设定阈值上限为电机额定转速的十分之一；发出制动器失效信号的同时，通过报警装置发出报警信号。报警装置包括蜂鸣器。

检测到制动器失效后变频器要输出报警信号告知司机，该报警信号一般采用蜂鸣器或者语音播报方式。当电机转速没有超过该阈值时，说明制动器没有失效，转而响应司机的正常操作手柄命令。本发明所说的制动器失效是指制动器在该抱闸时而没有抱闸或者抱不紧的情况，该打开制动器而没有打开制动器的情况不会出现重物下溜的安全事故，故不在本发明实施例中的考虑范围内。

步骤3，依次启动零转矩功能和转速追踪功能；

步骤31，变频器只控制起升电机的励磁电流，而转矩电流值控制为0；

步骤32，建立电机磁场，同时通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值，进行转速追踪。变频器由输出零转矩转换到给定速度为零的速度控制模式的时间长度小于等于0.2秒。

检测到制动器失效后，变频器立即自动依次启动零转矩功能和转速追踪功能，先启用零转矩功能，然后再启用转速追踪功能。零转矩功能是指变频器控制起升电机输出零转矩，此时电机没有任何带负载能力，即只控制起升电机励磁电流，而转矩电流值控制为0。在输出零转矩的过程中，变频器一边建立电机磁场，一边启动转速追踪功能。等待电机磁场建立完成后，变频器将停止输出零转矩，建立电机磁场的时间不超过0.2秒。转速追踪功能是指变频器在建立电机磁场的过程中通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值。

步骤4，变频器停止输出零转矩后，转换到给定速度为零的速度控制模式；

变频器停止输出零转矩后，转换到给定速度为零的速度控制模式，将快速下溜的重物按预设的减速时间拉停并以零速悬停在空中，该减速时间也是起升机构正常工作所使用的减速时间。

步骤5，变频器接收手柄给定命令，变频器按照手柄给定命令运行。手柄给定命令包括司机通过手柄实时输出给定速度、起升方向和运行命令信号到变频器。

当司机收到制动器失效报警信号后，立即操作手柄将新的给定速度、起升方向和运行命令传给变频器，变频器收到这些信息后将重物不再以零速悬停在空中，而是按照操作手柄的给定命令运行，进而将重物安全可靠的下放到地面的安全位置。若变频器在待机状态没有检测到制动器失效，则等待响应司机的正常手柄操作信号，随时进入正常作业状态。在本发明实施例中无需增加任何硬件成本，即可在起重设备起升机构制动器失效时提供一种安全可靠的电气保护控制方法。

本发明利用变频器在每次控制电机停止转动时要对电机的剩磁做消磁处理。变频器控制起升电机输出零转矩，即只控制起升电机励磁电流，转矩电流值控制为零，此时电机没有任何带负载能力。变频器控制电机输出零转矩的过程中，通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值。将电机消磁功能、零转矩功能和转速追踪功能这三项软件功能要有序结合起来，所述有序结合是指电机消磁功能在变频器每次控制电机停止转动时都启用，待消磁完毕后变频器进入待机状态，当检测到制动器失效后，先启用零转矩功能，然后再启用转速追踪功能。

本实施例的起升机构包括变频器，制动器，起升电机，编码器，减速器，卷筒，滑轮和钢丝绳，所述变频器需采用闭环矢量控制模式驱动起升电机，起升电机转动带动减速器，卷筒，滑轮和钢丝绳动作，进而带动重物做升降运动；所述制动器用于接收变频器发出的指令控制电机转轴抱紧或者释放；所述编码器安装在起升电机转轴上，用于测量起升电机的转速脉冲信号，然后把该信号输送到变频器，变频器可以实时检测电机转轴的速度，当变频器不运行时，如果检测到电机转轴的速度超过一定的阈值，即可判断制动器处于失效状态。需要进一步指出的是变频器在控制电机运行过程中是不检测判断制动器是否失效的，只有在变频器处于待机(上电不运行)状态下才检测判断。当判断制动器处于失效状态时，变频器会自动依次启动零转矩功能和转速追踪功能，使用这两种功能后可以有效解决电机当前给定速度与实际速度相差过大而导致变频器报过流故障的问题，所述自动依次启动是指变频器不需要接收外部的运行信号和速度命令就能直接运行，先启用零转矩功能，然后再启用转速追踪功能。所述零转矩功能是指变频器控制起升电机输出零转矩，此时电机没有任何带负载能力，即只控制起升电机励磁电流，转矩电流值控制为零。在输出零转矩的过程中，变频器一边建立电机磁场，一边启动转速追踪功能。等待电机磁场建立完成后，变频器将停止输出零转矩，自动切换到给定速度为零的速度控制模式，此时电机可以输出稳定可靠的电磁转矩将快速下溜的重物按预设的减速时间拉停并以零速悬停在空中，同时变频器输出制动器失效报警信号，提示司机接管操作手柄控制变频器将重物下放到地面安全位置。所述转速追踪功能是指变频器在建立电机磁场的过程中通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值，为后续切换到给定速度为零的速度控制模式做准备。所述零转矩输出持续的时间也就是电机磁场建立完成的时间，不超过0.2秒。所述电机消磁功能是指变频器每次控制电机停止转动时要对电机的剩磁做消磁处理，为后续可能发生的制动器失效后输出稳定可靠的大力矩做准备。所述司机接管操作手柄是指司机收到制动器失效报警信号后，推动操作手柄将新的给定速度、起升方向和运行命令传给变频器，变频器收到这些信息后将重物不再以零速悬停在空中，而是按照操作手柄的给定命令运行，进而将重物安全可靠的下放到地面的安全位置。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，在变频器处于待机时，实时检测编码器发送过来的电机转速；

步骤2，判断所述电机转速是否大于设定阈值上限，若是，则发出制动器失效信号，并进入步骤3，若否，则直接进入步骤5；

步骤3，依次启动零转矩功能和转速追踪功能；所述步骤3依次启动零转矩功能和转速追踪功能的方法包括：步骤31，变频器控制起升电机的励磁电流，而转矩电流值控制为0；步骤32，建立电机磁场，同时通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值，进行转速追踪；变频器由输出零转矩转换到给定速度为零的速度控制模式的时间长度小于等于0.2秒；

检测到制动器失效后，变频器立即自动依次启动零转矩功能和转速追踪功能，先启用零转矩功能，然后再启用转速追踪功能；零转矩功能是指变频器控制起升电机输出零转矩，此时电机没有任何带负载能力，即只控制起升电机励磁电流，而转矩电流值控制为0；在输出零转矩的过程中，变频器一边建立电机磁场，一边启动转速追踪功能；等待电机磁场建立完成后，变频器将停止输出零转矩，建立电机磁场的时间不超过0.2秒；转速追踪功能是指变频器在建立电机磁场的过程中通过电机编码器检测当前重物下溜的速度，并将该速度实时赋给变频器的当前速度给定值；

步骤4，变频器停止输出零转矩后，转换到给定速度为零的速度控制模式，将快速下溜的重物按预设的减速时间拉停并以零速悬停在空中；

步骤5，变频器接收手柄给定命令，变频器按照所述手柄给定命令运行。

2.根据权利要求1所述的一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于：

在所述步骤1之前还包括在每次电机停转时进行的消磁步骤，消磁的方法包括在电机停转时向电机注入预设的反向电流。

3.根据权利要求1所述的一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于：所述步骤2中的设定阈值上限为电机额定转速的十分之一。

4.根据权利要求1所述的一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于：所述步骤32建立电机磁场，变频器由输出零转矩转换到给定速度为零的速度控制模式的时间长度小于等于0.2秒。

5.根据权利要求1所述的一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于：所述手柄给定命令包括所述变频器从手柄接收的给定速度、起升方向和运行命令信号。

6.根据权利要求1所述的一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于：所述步骤2中发出制动器失效信号的同时，通过报警装置发出报警信号。

7.根据权利要求6所述的一种起重设备起升机构制动器失效的保护控制方法，其特征在于：所述报警装置包括蜂鸣器。

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