CN102730570B - 起重机综合保护器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机综合保护器，包括起升电机主回路和控制回路，本发明将继电器JZ1、JZ2的常闭触点PZ1、PZ2分别串接在凸轮控制器的起升和下降控制回路中。在起升电机M主轴上安装一个旋转编码器BMQ，在起重机凸轮控制器上安装位置传感器，旋转编码器BMQ和位置传感器的信号输入PLC控制器，PLC控制器通过信号采集和数据处理，控制继电器JZ1或JZ2动作，使起升电机M和制动器YA断电。本发明可获得更高的环境适应性和系统稳定性，确保长稳优运行；提供了起升行程限制保护功能、起重机的超速保护功能、制动下滑量的检测功能和载荷学习功能，自动设定载荷上限参数。

Description

起重机综合保护器

（一）技术领域

本发明属于起重机保护装置，具体涉及一种桥式起重机的综合保护系统。

（二）背景技术

现有的起重机安全保护装置包括上升极限位置限制器、超速保护装置和起重量限制器。上升极限位置限制器一般有重锤式上升极限位置限制器和螺杆式上限限位器，都是在吊臂上升到极限位置时，触头动作，电路断开，使起升机构不再向起升方向开动。这种机械式的上限位装置只能在极限位置时发挥作用，在吊具运行在限定范围时无法感知吊具的实际位置，并且这种结构在实际工作中存在失误的可能。因此，现在安全技术规范要求冶金起重机必须装设第二套上限限位开关，以便可靠地避免吊具冲顶事故。

超速保护装置有超速开关和超速保护制动器等。超速开关是一种机械控制开关，一般情况下超速开关直接与电动机轴相连，工作速度与电动机转速相同，触点直接接入紧急停止回路。超速开关一般是利用离心原理，推动微动开关使其触头动作。超速开关一旦动作，高速轴电动机立即停止运转，低速轴制动器立即制动。超速保护制动器由棘轮、棘爪、电磁铁及其控制装置组成。控制装置包括整流电路、比较电路和控制电路，其中外接电源通过整流电路为比较电路和控制电路供电，卷筒转速信号与卷筒标称转速通过比较电路进行比较，两者的比较结果通过控制电路输出控制信号。卷筒上的接近开关采集卷筒转速信号，比较电路进行比较。一旦卷筒转速大于卷筒标称转速时，控制电路发出动作信号，电磁铁开始动作，推动制动棘爪插入棘轮槽内，使得棘轮与卷筒停转，并同时切断电源。如安装位置允许，应设置超速保护开关或采用超速保护制动器，超速时开关动作，电动机停止运行。对于超速原因单纯且比较明确的，如由失磁引起的可采用欠流继电器或电压监测继电器作为失磁保护，起到超速保护的作用。程序控制如PLC控制调速、ISP控制调速的，可在控制系统中加入超速检测及保护环节，有的采用旋转编码器或测速发电动机。

起重量限制器有机械式和电子式。机械式是通过杠杆、弹簧、凸轮等机构将弹性元件的微小变形放大，带动撞杆触发微动开关，使机构停止危险动作。目前国内机械式使用较少；电子式是由传感器、运算放大器、控制执行器和载荷指示计等部分组成，将显示、控制和报警功能集于一身。当起重机起吊物品时，传感器产生变形，把载荷重量转化为电信号，经过运算放大，指示出载荷的数值。当载荷达到额定值的 90%时，发出预警信号；当载荷超过额定载荷时，切断起升机构的动力源。即采用电阻应变传感器，然后通过常规电路或单片机微机控制电路对采集信号进行处里，输出开关量信号参与起重机的控制。

这些安全保护装置都是针对一种保护目的，功能单一。分别安装在起重机上，存在空间占用多，安全触点多，意外故障率高等问题。

另外，对起重机制动下滑量的测量方法也存在很多不足。目前国内外对起重机制动下滑量测量的方法主要是机械测量，其方法主要有以下几种：

1、目测。目测方法是在起重机安装后检验人员常采用的方法。即在额定载荷状态下，检验人员操作起重机控制板，在下降过程中按下制动按钮，目测从制动时刻到负载停止所下滑的距离。该方法测量的准确性取决于检验人员的感官判断，精确度低。

2、采用行程开关控制的检测方法。该方法是在额定载荷状态下，下降过程中，通过一个砝码去撞击行程开关使起重机断电，然后从砝码上量取下滑距离。该方法存在以下不足：从行程开关与砝码接触到起重机断电，总存在一个延时时间，所以检测数据与实际数据必将存在一个偏差。

3、采用光控继电器取代行程开关检测。该方法是利用光控继电器代替行程开关，实现对起重机下降回路的控制。制动下滑量则是通过读取固定在砝码一侧钢板尺上的数据来完成。

4、基于单片机的智能测量法。该方法采用单片机为测量核心，结合外围电路设计，最终实现下滑量测量。但是它在获取制动时刻测量距离时仍采用行程开关。

以上各种方法需要特定的机械结构和电路控制做辅助设施，其机械部分及电路控制部分安装较繁琐，实施成本比较高，而不适用于起重机在使用过程中的日常监测。并且测量结果也没有太大的实际意义，仅能代表当时的设备状态。

如果能使一种装置具有多种保护功能，同时便于检验，还具有较精准的起重机制动下滑量的测量方法，就能够减少占用空间，方便安装使用，并减少故障点。

（三）发明内容                     

本发明的目的是提供一种起重机综合保护器，以克服现有保护装置功能单一、占用空间多、故障率高的不足。

本发明采用的技术方案是：起重机综合保护器包括起升电动机主回路和控制回路，它是将继电器JZ1、JZ2的常闭触点PZ1、PZ2分别串接在凸轮控制器的起升和下降控制回路中；在起升电动机M主轴上安装一个旋转编码器BMQ，在起重机凸轮控制器上安装位置传感器，旋转编码器BMQ和位置传感器的信号输入PLC控制器，PLC控制器通过信号采集和数据处理，控制继电器JZ1或JZ2动作，使起升电动机M和制动器YA断电。

本发明可实现以下功能：

（1）起重量限制和超速保护

桥式起重机的起升电动机主要为绕线电动机，我们根据绕线电动机串联电阻启动特性，在低档位设置控制启动挡，然后监测电动机启动过程转速变化的特性。因为起重机一旦装配完成后，其机械特性和电气动力特性就成为其固有特性，因此不同的载荷，起重机的启动时间和该载荷下的稳定转速是不同的，而且根据电动机转矩和转速特性，其在临界转速上方转矩和转速近似线性，加上绕线电动机串联电阻启动使起重机低档位启动时，特性软，不稳定启动段均在第四象限，所以可以利用这个特性通过监测电动机转速来监控起升载荷。

在整个启动过程设置三重过载保护：第一，瞬时启动行程保护，启动短时间内相当于一个微分过程，我们可设定这个区间是匀加速过程，所以检测这段运行距离，能反应起升瞬间的加速度情况，做到过载的提前预警；第二，启动时间保护，当起重机未能在规定时间内达到规定转速时，保护器发出超载保护信号。第三，载荷检测保护，当起重机在低档位匀速段运行时，根据特性曲线计算载荷情况，根据结果判断是否超载，并能将载荷重量显示出来供操作参考。

另外，还提供起升重物过程中的超速保护：遇到转速的突然下降，当转速下降到该档位规定的转速时，保护器发出保护信号；当起重机在下降过程中，电动机转速超速时，保护器也发出保护信号。

从而实现了全方位的超载、超速保护功能。

（2）上升（下降）极限位置限制        

利用旋转编码器测得的电动机转速和转数输入PLC，通过PLC的高速计数功能，记录脉冲个数，从而可计算起升、下降位置的位移，我们可以监视吊钩垂直运动的准确位置，显示出来，供操作参考，同时也可以设置上下位置限制，起到上升限位器和下降限位器的作用。

（3）起重机制动下滑量的测量

通过采集制动信号，利用旋转编码器的计数功能，我们可以轻松获得起重机制动下滑的数值，从而实现对起重机制动器性能的日常监测。

本发明通过起升机转速信号的监测获得了对起重机一系列的综合保护功能。并有如下技术效果：

（1）    电动机转速信号的波动噪声低

起重机电动机起动过程中电动机转子的转速是从0开始的一个加速增长，然后趋于稳定的过程，其速度或位移和时间曲线在变速阶段是平滑和单调的，由于物体有保持固有运动状态的惯性特征，即使受到外力的冲击，曲线也不会出现像启动电流或受到冲击的重量传感器信号那样产生突变峰值，因此可以方便的实现对转速信号的全过程跟踪，无需滤波。

（2）    精度和实时性好

目前的PLC技术已经具备了非常高的水平，它的高速计数器双相输入可以接受4KHZ以上的脉冲频率，单相输入可达60KHZ，并具有1ms精度的定时器；我们选择不同型号的旋转编码器和调整采样周期，即可得到需要的精度，以满足我们的使用要求。

（3）    外界影响因素少

旋转编码器和PLC本身都具有工业化抗干扰设计，并配用专业稳压电源，已经多年工业实践应用，性能经过实践检验非常稳定可靠，是一项成熟的技术。旋转编码器与电动机主轴的连接不受起重机起升载荷和其他附加载荷的影响，属于长期的稳定的工况，所以整个系统从其本质上就属于稳定的、抗干扰的。

（4）功能强大

相当于四机一体：起重量限制器、起升高度（下降深度）限制器、超速保护器、制动器检测、吊钩垂直位置检测。可谓功能强大，为企业节约成本创造了有力条件。

对比现有技术，本发明具有以下特点：

1)    获得了更高的环境适应性和系统稳定性，确保长稳优运行；

2)    提供了起升行程限制保护功能；

3)    提供了起重机的超速保护功能；

4)    提供了制动下滑量的检测功能；

5)    提供了载荷学习功能，自动设定载荷上限参数；

（四）附图说明

图1为本发明起升电动机主回路电路原理图；

图2为本发明控制回路电路原理图；

图3为绕线电动机转速\转矩特性曲线图。

（五）具体实施方式

本发明由在起升电动机主轴上安装的旋转编码器、在凸轮控制器上安装的位置传感器和PLC控制器构成，PLC控制器通过检测电动机转速信号和传感器的位置信号，经数据处理，输出控制信号，控制继电器JZ1、JZ2使电动机停止。PLC控制器输出端还接有继电器JZ3，继电器JZ3的常闭触点接在警铃电路中，继电器JZ3触点的动作发出报警信号。PLC控制器的RS232端子通过转接器接远程文本显示器RS485端子，PLC上的信息可通过远程文本显示器显示。本发明在起重机凸轮控制器上安装的位置传感器是采用6个微动开关分别安装在凸轮控制器的不同档位，分别为上升、下降和2、3、4、5档位开关。PLC控制器可采用三菱系列FX1N或FX2N产品，旋转编码器的输入信号A、B接入PLC的X000、X001和X002脚，起重机凸轮控制器上安装的6个微动开关P1、P2、P3、P4、P5、P6接入PLC的X003～X007和X010脚，PLC的X011、X012和X013脚分别接入限位设置、速度设置、和总设置三个按钮开关。PLC的输出端Y000、Y001和Y002脚分别连接电动机主回路的控制继电器JZ1、JZ2线圈和警铃继电器JZ3线圈。直流稳压电源WYDY输出端ZK、N给PLC的输入、输出端和旋转编码器提供直流电压。

Claims (4)

1.一种起重机综合保护器，包括起升电动机主回路和控制回路，其特征是：将继电器JZ1、JZ2的常闭触点PZ1、PZ2分别串接在凸轮控制器的起升和下降控制回路中；在起升电动机M主轴上安装一个旋转编码器BMQ，在起重机凸轮控制器上安装位置传感器，旋转编码器BMQ和位置传感器的信号输入PLC控制器，PLC控制器通过信号采集和数据处理，控制继电器JZ1或JZ2动作，使起升电动机M和制动器YA断电；起升电动机M为绕线电动机，根据绕线电动机串联电阻启动特性，在低档位设置控制启动挡，然后监测电动机启动过程转速变化的特性；根据电动机转矩和转速特性，其在临界转速上方转矩和转速近似线性，加上绕线电动机串联电阻启动使起重机低档位启动时，特性软，不稳定启动段均在第四象限，利用这个特性通过监测电动机转速来监控起升载荷。

2.根据权利要求1所述的起重机综合保护器，其特征是：PLC控制器输出端还接有继电器JZ3，继电器JZ3的常闭触点接在警铃电路中。

3.根据权利要求1所述的起重机综合保护器，其特征是：PLC控制器的RS232端子通过转接器接远程文本显示器RS485端子。

4.根据权利要求1所述的起重机综合保护器，其特征是：在起重机凸轮控制器上安装的位置传感器是采用6个微动开关分别安装在凸轮控制器的不同档位。