用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置和方法，所述裝置包括操縱單元、摩擦絞車制動電阻、摩擦絞車變頻器、摩擦絞車、摩擦絞車信號檢測單元、工控機、交流電源、儲纜絞車變頻器、儲纜絞車制動電阻和儲纜絞車。所述方法采用了變頻調(diào)速技術(shù)結(jié)合控制裝置實現(xiàn)了摩擦絞車和儲纜絞車的閉環(huán)控制以及二者之間的同步控制，同時結(jié)合多種信號檢測提高了系統(tǒng)運行的安全性。
【專利說明】用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置和方法，特別涉及一種以變頻方式驅(qū)動的絞車數(shù)字計算機控制裝置和方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]絞車是一種常見的傳動設(shè)備，應(yīng)用在礦井、起重設(shè)備、深海探測、浮空器系留、救生設(shè)備、游樂設(shè)施等等各行各業(yè)，絞車與被拖動對象之間大部分采用鋼絲繩連接，由于鋼絲繩具有足夠的強度和硬度，不怕擠壓變形，安全性較高，因此廣泛應(yīng)用。但是如果繩索要求的長度較長，幾百米甚至幾千米時，鋼絲繩自身的重量可能比拖動對象的重量還要大，勢必要求驅(qū)動功率大大增加，這是其一；其二，如果被拖動對象本身是一個需要有線供電的設(shè)備，甚至其上的設(shè)備需要和其它設(shè)備間進行有線通訊，顯然這時鋼絲繩就不能作為拖動媒介了，采用光電復(fù)合承重纜繩就成為首選，它是由高分子材料作纖維來進行承重的，具有質(zhì)量輕，抗拉強度高等優(yōu)點，內(nèi)部可嵌入光纖和電纜，因此可以解決長距離通訊、輸電和承載等問題，但是這種纜繩在徑向受到較大的擠壓應(yīng)力時不能保持圓形形狀，也就說容易被壓扁，破壞了內(nèi)部的光纖和電纜。因此這種纜繩在拖動較大負載時，大量的纜繩以多層纏繞的方式存放在儲纜卷筒上，如不采取措施，會造成里層的纜繩被外層的纜繩壓扁，最里側(cè)一層的纜繩最為嚴重。因此一個卷筒既具有拖動負載的功能又具有存放纜繩的功能對于這種纜繩是不適合的，需要把拖動功能和存放功能分開。為此，就需要兩個絞車，二者配合，協(xié)調(diào)一致的工作。拖動負載的絞車除了直接帶動負載外，還通過摩擦，減張力的原理，使其出繩端張力減小，因而稱之為摩擦絞車；存放纜繩的絞車的任務(wù)就是使纜繩整齊存放，并使纜繩擠壓應(yīng)力小，這時需要設(shè)置一個進纜的張力，這個張力只需使纜繩能夠繃直、不松弛即可，因此不需要很大的力就可實現(xiàn)，該絞車也稱之為儲纜絞車。
[0003]上述摩擦絞車和儲纜絞車之間通過光電復(fù)合承重纜繩連接起來，要使整個系統(tǒng)能夠順暢工作，二者之間必須能以某種方式協(xié)調(diào)起來。另外正是由于光電復(fù)合承重纜繩的多功能性使得它的造價十分昂貴，在執(zhí)行收放任務(wù)時如何有效地防止絞車系統(tǒng)可能對纜繩造成的破壞，提高纜繩的使用壽命，也是絞車控制系統(tǒng)面臨的重大問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的就是針對光電復(fù)合承重纜繩的特點及其所帶來的問題，提供一種安全性非常高的用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置和方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的控制裝置包括:
[0006]操作單元:用于人工輸入收、放纜速度信號以及停車信號；所述操作單元由模擬量輸出模塊和開關(guān)量輸出模塊組成；模擬量輸出模塊的模擬量輸出信號直接輸出至摩擦絞車變頻器，作為頻率變化的信號源；開關(guān)量輸出模塊的開關(guān)量輸出信號是輸出操作單元的操作狀態(tài)，是處于收、放還是停狀態(tài)，所述開關(guān)量輸出信號直接輸出至工控機的信號采集模塊；[0007]摩擦絞車制動電阻:用于在絞車系統(tǒng)放纜情況下，負載倒拖時，釋放掉摩擦絞車減速電機處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能；所述摩擦絞車制動電阻的輸入端與摩擦絞車變頻器的輸出端連接；
[0008]摩擦絞車變頻器:用于為摩擦絞車提供變頻電源以驅(qū)動摩擦絞車；所述摩擦絞車變頻器需配置成速度伺服工作方式，還需配置其驅(qū)動電機的規(guī)格參數(shù)，最大轉(zhuǎn)速，從O至最大轉(zhuǎn)速之間的加減速時間等參數(shù)；
[0009]摩擦絞車:用于直接拖動負載；所述摩擦絞車由摩擦絞車減速電機、裝在摩擦絞車減速電機尾部的摩擦絞車編碼器、摩擦絞盤和負載組成；所述摩擦絞車編碼器裝在摩擦絞車減速電機尾部，并把摩擦絞車減速電機的速度信號以脈沖編碼的格式反饋到摩擦絞車變頻器；所述摩擦絞盤由一對上下布置的絞盤構(gòu)成，每個絞盤開若干個半圓型繩槽，用于纜繩的纏繞；所述負載與纜繩連接，由纜繩拖動其運動；
[0010]信號檢測單元:用于檢測摩擦絞車狀態(tài)；
[0011]工控機:用于對摩擦絞車和儲纜絞車的邏輯控制，同時使顯示所述控制裝置狀態(tài)參數(shù)；
[0012]所述工控機由信號輸出模塊、信號處理模塊、信號采集模塊和通訊模塊組成；所述信號輸出模塊具有兩組繼電器輸出信號，一組輸出至摩擦絞車變頻器，另一組輸出至儲纜絞車變頻器；所述信號處理模塊用于處理信號采集模塊采集的信號并通過信號輸出模塊輸出控制指令；所述信號采集模塊采集由開關(guān)量輸出模塊傳送過來的開關(guān)量輸出信號和信號檢測單元傳送過來的模擬量信號；所述通訊模塊用于信號處理模塊與兩個變頻器的通訊；
[0013]交流電源:分別與摩擦絞車變頻器和儲纜絞車變頻器連接，用于提供交流電源；
[0014]儲纜絞車變頻器:用于為儲纜絞車提供變頻電源以驅(qū)動儲纜絞車；
[0015]儲纜絞車制動電阻:用于在儲纜絞車減速電機被倒拖情況下，釋放掉儲纜絞車減速電機處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能；所述儲纜絞車制動電阻的輸入端與儲纜絞車變頻器的輸出端連接；
[0016]儲纜絞車:用于存放纜繩，并與摩擦絞車在運行控制中保持線速度同步；所述儲纜絞車由儲纜絞車減速電機、裝在儲纜絞車減速電機尾部的儲纜絞車編碼器、儲纜卷筒和排纜機構(gòu)組成；所述儲纜絞車減速電機為儲纜卷筒提供動力；所述儲纜絞車編碼器裝在儲纜絞車減速電機尾部，并把儲纜絞車減速電機的轉(zhuǎn)速信號以脈沖編碼的格式反饋到儲纜絞車變頻器；所述儲纜卷筒用來存放纜繩，并在儲纜絞車減速電機驅(qū)動下保持與摩擦絞車線速度同步；所述排纜機構(gòu)是用于纜繩在儲纜卷筒上儲纜，同時在排纜機構(gòu)上裝有放纜長度測量傳感器以測量放出去的纜繩長度。
[0017]用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置的控制方法，控制步驟為:
[0018](I)開始，初始化；
[0019](2)設(shè)定一個循環(huán)周期時間；
[0020](3)根據(jù)操作單元的開關(guān)量輸出模塊對操作單元的操作狀態(tài)進行判斷裝置是否處于啟動狀態(tài)，如果不是，則繼續(xù)對操作單元的狀態(tài)進行判斷，如果是，進入下一步；
[0021](4)儲纜絞車啟動并運行；
[0022](5)延時預(yù)設(shè)的時間；
[0023](6)摩擦絞車啟動并運行，拖動負載運動；[0024](7)根據(jù)操作單元的開關(guān)量輸出模塊的輸出指令判斷裝置是否停車，如果沒有停車指令，則又回到步驟(4)，循環(huán)執(zhí)行；如果有停車指令，則進入下一步；
[0025](8)摩擦絞車停車；
[0026](9)判斷摩擦絞車速度是否為0，如果不為0，則在此繼續(xù)等待，如果為0，進入下一
I K
少；
[0027](10)儲纜絞車停車；
[0028](11)周期循環(huán)過程是否需要結(jié)束，如果不是，則回到步驟3 ;如果是，則進入下一
I K
少；
[0029](12)結(jié)束。
[0030]本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是:
[0031](I)實現(xiàn)了摩擦絞車和儲纜絞車兩個絞車的協(xié)調(diào)控制，使得排纜整齊。由于摩擦絞車是速度控制方式，儲纜絞車是力矩控制方式，摩擦絞車減速電機是大功率、大扭矩的電機，直接驅(qū)動負載，是負載速度控制的實施者；儲纜絞車減速電機是小功率、小扭矩的電機，其負載是進入到儲纜絞車的纜繩張力，且該張力實質(zhì)是由儲纜絞車減速電機自身控制的，因為儲纜絞車是力矩控制方式，且儲纜絞車始終設(shè)置為收纜運動。當整個絞車系統(tǒng)處于放纜狀態(tài)時，摩擦絞車處于正常的放纜工況，盡管此時儲纜絞車設(shè)置為收纜運動，但是由于其輸出力矩遠小于摩擦絞車，因此被摩擦絞車倒拖成放纜運動；當整個絞車系統(tǒng)處于收纜狀態(tài)時，摩擦絞車處于正常的收纜工況，此時儲纜絞車仍設(shè)置為收纜運動，如果沒有纜繩的纏繞，儲纜絞車的速度由于沒有外負載而變得越來越快，甚至飛車，但是實際中由于纜繩的牽扯，儲纜絞車想快而快不起來，被迫跟隨摩擦絞車線速度同步；
[0032](2)整個絞車系統(tǒng)安全措施完備。在系統(tǒng)停車狀態(tài)下，為避免電機剎車失效而造成負載失控，設(shè)置了機械制動裝置，當該機械制動裝置處于制動狀態(tài)時，如果啟動絞車系統(tǒng)，由于程序的控制，系統(tǒng)不會啟動；在收放過程中出現(xiàn)摩擦絞車與儲纜絞車不同步報警、排纜故障報警、纜繩張力超限報警、失速報警時系統(tǒng)會自動減速停車，避免了急停造成的沖擊；在放纜過程出現(xiàn)放纜至最后一層報警，系統(tǒng)自動減速到一固定值繼續(xù)運行，避免由于人工的疏忽造成纜繩放空而造成事故；在收纜過程中出現(xiàn)收纜到最后20米報警，系統(tǒng)自動減速到一固定值繼續(xù)運行，出現(xiàn)收纜到最后5米報警，系統(tǒng)會自動減速停車，避免由于人工的疏忽造成負載被卷進絞車的事故；同時由于纜繩整個長度過長，造成放出去和收回來的長度顯示有誤差，放出去的起點位置和收回來的終點位置不一致，系統(tǒng)還設(shè)置了放纜長度修改功能；另外操作單元還具有中位自鎖功能，避免人體不小心觸碰操作單元造成意外收、放操作；
[0033](3)整個絞車系統(tǒng)操作簡單，在全部設(shè)備上電后，只需對操作單元實施一維操作運動即可實現(xiàn)收、放操作，控制界面簡潔、直觀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明實施例的用于光電復(fù)合承重電纜收放的電動絞車控制方法硬件構(gòu)成方框圖；
[0035]圖2是圖1中信號檢測單元的信號構(gòu)成圖；
[0036]圖3是本發(fā)明實施例的纜繩走線示意圖；[0037]圖4是本發(fā)明實施例的用于光電復(fù)合承重電纜收放的電動絞車控制方法流程圖?！揪唧w實施方式】
[0038]如圖1所示是本發(fā)明實施例的用于光電復(fù)合承重電纜收放的電動絞車控制方法硬件構(gòu)成方框圖，它包括:
[0039]操作單元110:用于人工輸入收、放纜速度信號以及停車信號；所述操作單元110具有由模擬量輸出模塊111和開關(guān)量輸出模塊112，模擬量輸出模塊111與摩擦絞車變頻器130連接；開關(guān)量輸出模塊112與工控機160的信號采集模塊163連接；
[0040]摩擦絞車制動電阻120:用于在絞車系統(tǒng)放纜情況下，負載倒拖時，釋放掉摩擦絞車減速電機處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能；所述摩擦絞車制動電阻120與摩擦絞車變頻器130連接；
[0041]摩擦絞車變頻器130:用于為摩擦絞車140提供變頻電源以驅(qū)動摩擦絞車140 ;所述摩擦絞車變頻器130還與摩擦絞車編碼器141連接，還與摩擦絞車減速電機142連接；
[0042]摩擦絞車140:用于直接拖動負載，同時通過摩擦的原理使負載產(chǎn)生的張力逐漸衰減，使得進入到儲纜絞車的纜繩張力很??；所述摩擦絞車140由摩擦絞車減速電機142、摩擦絞車編碼器141、摩擦絞盤143和負載144組成；所述摩擦絞車編碼器141與摩擦絞車減速電機142連接；所述摩擦絞盤143和所述負載144連接；
[0043]信號檢測單元150:用于檢測摩擦絞車和儲纜絞車中關(guān)鍵部位的狀態(tài)；所述信號檢測單元150見圖2描述；
[0044]工控機160:用于對摩擦絞車140和儲纜絞車200的邏輯控制，同時使顯示系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)；所述工控機由信號輸出模塊161、信號處理模塊162、信號米集模塊163和通訊模塊164組成。所述信號輸出模塊161與摩擦絞車變頻器130連接，還與儲纜絞車變頻器180連接；所述信號采集模塊163還與信號檢測單元150連接；所述通訊模塊164與摩擦絞車變頻器130連接，還與儲纜絞車變頻器180連接；
[0045]交流電源170:用于為整個絞車系統(tǒng)提供交流電源；所述交流電源170與摩擦絞車變頻器130連接，還與儲纜絞車變頻器180連接；
[0046]儲纜絞車變頻器180:用于為儲纜絞車200提供變頻電源以驅(qū)動儲纜絞車200 ；
[0047]儲纜絞車制動電阻190:用于在儲纜絞車減速電機201被倒拖情況下，釋放掉儲纜絞車減速電機201處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能；所述儲纜絞車制動電阻190與儲纜絞車變頻器180連接；
[0048]儲纜絞車200:用于整齊地存放纜繩，并與摩擦絞車140在運行控制中保持線速度同步。所述儲纜絞車200由儲纜絞車減速電機201、儲纜絞車編碼器202、儲纜卷筒203和排纜機構(gòu)204組成；所述儲纜絞車減速電機201與所述儲纜絞車編碼器202連接，還與所述儲纜卷筒203連接；所述儲纜絞車編碼器202還與儲纜絞車變頻器180連接；所述排纜機構(gòu)204與儲纜卷筒203連接。
[0049]如圖2所示是圖1中信號檢測單元的信號構(gòu)成圖，其采集的信號包括:
[0050]位于摩擦絞車140中的纜繩張力檢測151 ；
[0051]位于摩擦絞車140中的機械制動檢測152 ；
[0052]位于儲纜絞車200中的放纜長度檢測153 ；[0053]位于儲纜絞車200中的放纜到最后一層檢測154 ；
[0054]位于儲纜絞車200中的排纜故障檢測151 ；
[0055]上述5種信號均與所述工控機160的信號采集模塊163連接。
[0056]如圖3所示是本發(fā)明實施例的纜繩走線示意圖，說明如下:
[0057]纜繩I在一對上下布置的摩擦絞盤2上經(jīng)過多圈纏繞的方式進入到導(dǎo)輪3，再經(jīng)1/4圈后纏繞在儲纜卷筒5上，導(dǎo)輪3可在排纜絲杠4上來回移動，導(dǎo)論3和儲纜卷筒5之間通過鏈傳動方式保持同步。
[0058]如圖4所示是本發(fā)明實施例的用于光電復(fù)合承重電纜收放的電動絞車控制方法流程圖。所述控制方法步驟如下:
[0059]( I)步驟10開始，初始化；
[0060](2)步驟11設(shè)定一個循環(huán)周期時間；
[0061](3)步驟12根據(jù)操作單元的開關(guān)量輸出模塊對操作單元的操作狀態(tài)進行判斷裝置是否處于啟動狀態(tài)，如果不是，則繼續(xù)對操作單元的狀態(tài)進行判斷，如果是，進入下一
I K
少；
[0062](4)步驟13儲纜絞車啟動并運行；
[0063](5)步驟14延時預(yù)設(shè)的時間；
[0064](6)步驟15摩擦絞車啟動并運行，拖動負載運動；
[0065](7)步驟16根據(jù)操作單元的開關(guān)量輸出模塊的輸出指令判斷裝置是否停車，如果沒有停車指令，則又回到步驟(13)，循環(huán)執(zhí)行；如果有停車指令，則進入下一步；
[0066](8)步驟17摩擦絞車停車；
[0067](9)步驟18判斷摩擦絞車速度是否為0，如果不為0，則在此繼續(xù)等待，如果為0，進入下一步；
[0068]( 10)步驟19儲纜絞車停車；
[0069](11)步驟20周期循環(huán)過程是否需要結(jié)束，如果不是，則回到步驟12 ;如果是，則進入下一步；
[0070](12)步驟 20 結(jié)束。
[0071]在上述步驟中如果出現(xiàn)報警情況，采取的措施如下表所示:
[0072]表I
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置，其特征是所述裝置包括: 操作單元:用于人工輸入收、放纜速度信號以及停車信號；所述操作單元由模擬量輸出模塊和開關(guān)量輸出模塊組成；模擬量輸出模塊的模擬量輸出信號直接輸出至摩擦絞車變頻器，作為頻率變化的信號源；開關(guān)量輸出模塊的開關(guān)量輸出信號是輸出操作單元的操作狀態(tài)，是處于收、放還是停狀態(tài)，所述開關(guān)量輸出信號直接輸出至工控機的信號采集模塊；摩擦絞車制動電阻:用于在絞車系統(tǒng)放纜情況下，負載倒拖時，釋放掉摩擦絞車減速電機處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能；所述摩擦絞車制動電阻的輸入端與摩擦絞車變頻器的輸出端連接； 摩擦絞車變頻器:用于為摩擦絞車提供變頻電源以驅(qū)動摩擦絞車；所述摩擦絞車變頻器需配置成速度伺服工作方式，還需配置其驅(qū)動電機的規(guī)格參數(shù)，最大轉(zhuǎn)速，從O至最大轉(zhuǎn)速之間的加減速時間等參數(shù)； 摩擦絞車:用于直接拖動負載；所述摩擦絞車由摩擦絞車減速電機、裝在摩擦絞車減速電機尾部的摩擦絞車編碼器、摩擦絞盤和負載組成；所述摩擦絞車編碼器裝在摩擦絞車減速電機尾部，并把摩擦絞車減速電機的速度信號以脈沖編碼的格式反饋到摩擦絞車變頻器；所述摩擦絞盤由一對上下布置的絞盤構(gòu)成，每個絞盤開若干個半圓型繩槽，用于纜繩的纏繞；所述負載與纜繩連接，由纜繩拖動其運動； 信號檢測單元:用于檢測摩擦絞車和儲纜絞車的狀態(tài)； 工控機:用于對摩擦絞車和儲纜絞車的邏輯控制，同時顯示所述控制裝置狀態(tài)參數(shù)；所述工控機由信號輸出模塊、信號處理模塊、信號采集模塊和通訊模塊組成；所述信號輸出模塊具有兩組繼電器輸出信號，一組輸出至摩擦絞車變頻器，另一組輸出至儲纜絞車變頻器；所述信號處 理模塊用于處理信號采集模塊采集的信號并通過信號輸出模塊輸出控制指令；所述信號采集模塊采集由開關(guān)量輸出模塊傳送過來的開關(guān)量輸出信號和信號檢測單元傳送過來的模擬量信號；所述通訊模塊用于信號處理模塊與兩個變頻器的通訊； 交流電源:分別與摩擦絞車變頻器和儲纜絞車變頻器連接，用于提供交流電源； 儲纜絞車變頻器:用于為儲纜絞車提供變頻電源以驅(qū)動儲纜絞車； 儲纜絞車制動電阻:用于在儲纜絞車減速電機被倒拖情況下，釋放掉儲纜絞車減速電機處于發(fā)電狀態(tài)所產(chǎn)生的電能；所述儲纜絞車制動電阻的輸入端與儲纜絞車變頻器的輸出端連接； 儲纜絞車:用于存放纜繩，并與摩擦絞車在運行控制中保持線速度同步；所述儲纜絞車由儲纜絞車減速電機、裝在儲纜絞車減速電機尾部的儲纜絞車編碼器、儲纜卷筒和排纜機構(gòu)組成；所述儲纜絞車減速電機為儲纜卷筒提供動力；所述儲纜絞車編碼器裝在儲纜絞車減速電機尾部，并把儲纜絞車減速電機的轉(zhuǎn)速信號以脈沖編碼的格式反饋到儲纜絞車變頻器；所述儲纜卷筒用來存放纜繩，并在儲纜絞車減速電機驅(qū)動下保持與摩擦絞車線速度同步；所述排纜機構(gòu)是用于纜繩在儲纜卷筒上儲纜，同時在排纜機構(gòu)上裝有放纜長度測量傳感器以測量放出去的纜繩長度。
2.一種如權(quán)利要求1所述的用于光電復(fù)合承重纜繩收放的電動絞車控制裝置的控制方法，其特征在于，控制步驟為: (1)開始，初始化； (2)設(shè)定一個循環(huán)周期時間；(3)根據(jù)操作單元的開關(guān)量輸出模塊對操作單元的操作狀態(tài)進行判斷裝置是否處于啟動狀態(tài)，如果不是，則繼續(xù)對操作單元的狀態(tài)進行判斷，如果是，進入下一步； (4)儲纜絞車啟動并運行； (5)延時預(yù)設(shè)的時間； (6)摩擦絞車啟動并運行，拖動負載運動； (7)根據(jù)操作單元的開關(guān)量輸出模塊的輸出指令判斷裝置是否停車，如果沒有停車指令，則又回到步驟(4)，循環(huán)執(zhí)行；如果有停車指令，則進入下一步； (8)摩擦絞車停車； (9)判斷摩擦絞車速度是否為O，如果不為O，則在此繼續(xù)等待，如果為O，進入下一步； (10)儲纜絞車停車；(11)周期循環(huán)過程是否需要結(jié)束，如果不是，則回到步驟3;如果是，則進入下一步； (12)結(jié)束。
【文檔編號】B66D1/48GK103663222SQ201310656342
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】朱鵬程, 楊林初, 張冰蔚, 鄢華林, 張成明 申請人:江蘇科技大學(xué)