CN115159347B - 一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法及系统，不需要采用额外的任何传感器，只利用起重机已有的电控系统配合高度计算算法即可获取重物的高度，重物高度是指吊带与重物连在一起后的高度，即吊钩底部到重物底部之间的高度。起重机的起升机构电控系统采用变频器调速，变频器采用闭环矢量控制模式，起升电机配置增量型编码器，电机编码器信号与变频器编码器卡进行信号连接。

Description

一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及起重机检测技术领域，更具体的说是涉及一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法及系统。

背景技术

目前，随着起重机智能化，安全化的发展，吊钩悬吊重物在自动运行过程中如何主动避障(避免撞到障碍物)是起重机智能化、安全化绕不开的话题。要做到主动避障，首先要得到所悬吊重物的高度，这样才能控制吊钩所悬吊的重物上升到合适的高度，越过地面凸起的障碍物，既能兼顾效率，也能达到安全运行的目的。通常情况下，起重机在实际工作过程中所悬吊的重物尺寸和形态多种多样，用于连接吊钩与重物之间的吊带或者钢丝绳也是长短不一。如塔式起重机在工地上吊的捆绑钢筋，斗车，钢卷等物件形态各异，五花八门。如果采用传感器来检测吊钩底部到这些重物底部之间的高度，传感器的安装位置、恶劣的现场环境、供电方式、检测精度以及成本都是需要考虑的问题，检测方案实现起来相当复杂，而且可靠性不高。

因此，如何提高起重机吊钩悬吊重物高度检测的便捷性和可靠性是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法及系统，不需要采用额外的任何传感器，只利用起重机已有的电控系统配合高度计算算法即可获取重物的高度，重物高度是指吊带与重物连在一起后的高度，即吊钩底部到重物底部之间的高度。起重机的起升机构电控系统采用变频器调速，变频器采用闭环矢量控制模式，起升电机配置增量型编码器，电机编码器信号与变频器编码器卡进行信号连接。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：起重机吊钩空悬，起重机起升机构电控系统的变频器控制吊钩上升到起升机构的上升终点限位处停止时，变频器将编码器数值清零；

吊钩不挂任何吊带和重物，变频器控制吊钩上升到起升机构的上升终点限位处停止，变频器将编码器的编码器数值清0；

步骤2：采集变频器控制吊钩下降到地面，直至吊钩底部刚好与地面接触时的编码器数值Encode1；

吊钩底部刚好与地面接触停止，记录下此时变频器面板显示的编码器码值Encode1；

步骤3：采集变频器控制吊钩上升到离地面设定单位距离的位置时的编码器数值Encode2；

变频器控制吊钩精确上升到离地面1米的位置。记录下此时变频器面板显示的编码器码值Encode2，

步骤4：根据编码器数值Encode1和编码器数值Encode2计算吊钩上升单位距离的码值；

此时可以得到吊钩每上升1米的码值，用变量PPM表示，PPM的计算公式如下：

PPM＝|Encode2-Encode1|

PPM的值是一个正值，计算公式里面取绝对值，将PPM的值填入到变频器对应的参数中；

步骤5：采集变频器控制吊钩空悬时以预设转速上升时的负载转矩值LoadTorque1；

变频器控制吊钩以10HZ稳速上升，记录下稳速时变频器面板上显示的负载转矩值LoadTorque1，并将此值填入到变频器的参数中；

步骤6：吊钩悬吊重物时，变频器控制吊钩以预设转速上升，采集根据负载转矩值LoadTorque1判断重物完全脱离地面时的负载转矩值LoadTorque2，以及编码器码值Encode3；

控制吊钩移动到重物正上方附近，用吊带或钢丝绳的一端将重物固定好，然后将吊带或钢丝绳的另一端挂在吊钩上；挂好后，变频器控制吊钩以10HZ的速度上升，在吊钩上升过程中，变频器会实时检测负载转矩的变化，直到重物被吊钩完全带离地面，负载转矩将不再变大，负载转矩值变为LoadTorque2；

负载转矩值LoadTorque2持续0.5秒没有变化，即可判断重物已完全离开地面，变频器会记录下此刻编码器的码值Encode3；

步骤7：根据吊钩上升单位距离的码值、编码器码值Encode1和编码器码值Encode3，计算获得吊钩悬吊重物高度，即吊钩底部到重物底部之间的高度；

根据S4中得到的PPM和S2中得到的Encode1，计算吊钩底部到重物底部之间的高度H，计算公式如下：

H＝|Encode3-Encode1|/PPM。

优选的，步骤1中变频器控制起升电机正转，起升电机通过卷筒，钢丝绳，滑轮带动吊钩上升到上升终点限位，变频器收到上升终点限位信号后控制电机停机，此时变频器将编码器反馈的编码器数值清0，码值为0的位置作为吊钩的位置基准点；

变频器将编码器反馈的码值清0是指吊钩处于上升终点限位处时变频器会接收到上升终点限位的开关信号，该限位开关信号与变频器的数字输入端子信号连接，变频器收到该信号后将编码器的码值清0。

优选的，步骤2中，变频器控制吊钩下降到地面，直到吊钩底部刚好与地面接触停止是指司机操作起升手柄，给变频器反转指令，再由变频器控制吊钩下降，在下降到接近地面时，司机可以通过起升手柄给变频器正转或反转命令，调整到吊钩底部刚好与地面接触为止，此时地面对吊钩不能有支撑力。

优选的，步骤3中，单位距离为1米，变频器控制吊钩精确上升到离地面1米的位置方法是指变频器控制吊钩上升，直到吊钩底部与地面的高度刚好为1米时停止。

优选的，步骤5中，变频器控制电机采用闭环矢量控制模式，负载转矩是变频器控制电机运行的一个重要计算变量。负载转矩是表征电机所带负载重量的一个特征值，电机所带重物的重量越大，负载转矩越大，重物的重量越小，负载转矩越小；所述负载转矩值LoadTorque1表征了电机带空吊钩时的负载重量，是空吊钩负载重量的一个标定值。

优选的，步骤6中，所述用吊带或钢丝绳的一端将重物固定好，然后将吊带或钢丝绳的另一端挂在吊钩上的具体方式为：

将吊带或者钢丝绳的两端分别挂在重物和吊钩上时，为了方便挂钩，吊带或者钢丝绳都留有一定长度的余量，两端挂好后，留有一定长度余量的吊带或者钢丝绳都是垂下来的。

优选的，步骤6中，在吊钩上升过程中，由于吊带或者钢丝绳初始状态是垂下来的，吊带或钢丝绳首先会被吊钩逐渐拉直，变频器此时的负载转矩为S5中的LoadTorque1。直到吊带或钢丝绳被拉直张紧，重物才开始被吊钩带离地面，在重物被带离地面的过程中，变频器的负载转矩会迅速变大。直到重物被吊钩完全带离地面，负载转矩将不再变大，负载转矩值变为LoadTorque2。

优选的，步骤6中，所述负载转矩将不再变大，维持一个稳定的值是指重物离开地面后，地面对重物不再有支撑力，此时负载转矩将不再变化，这个稳定的值大于所述负载转矩值LoadTorque1，且持续0.5秒后变频器记录此时编码器码值，即Encode3的值。

一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测系统，包括起升机构电控系统和检测机构；

起升机构电控系统包括升降电机和变频器；变频器控制升降电机工作带动吊钩上升或下降；变频器的编码器记录编码器数值和负载转矩值，并传输至检测机构；

检测机构根据编码器数值和负载转矩值计算吊钩悬吊重物高度。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法及系统，利用起重机已有的电控系统配合高度计算算法即可获取重物的高度，通过起重机起升机构的电控系统的变频器分别采集吊钩空悬时，刚好接触地面，以及上升至单位高度时的编码器码值，计算过的吊钩上升单位距离的码值，然后通过采集吊钩空悬时稳速上升的负载转矩，以及悬吊重物至重物刚好脱离地面时的负载转矩值、编码器码值，根据吊钩上升单位距离的码值和悬吊重物时的编码器码值计算获得吊钩悬吊重物高度。其中负载转矩值用于判断吊钩或重物是否完全吊起，在吊钩上挂好重物后吊带或钢丝绳是垂下来的，不会处于张紧状态，只有重物通过吊带或钢丝绳被吊钩带离地面，吊带或钢丝绳处于完全张紧状态后才能得到吊钩底部到重物底部之间的真正高度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的吊钩数据标定示意图；

图2附图为本发明提供的重物吊起过程示意图；

图3附图为本发明提供的重物吊起过程中负载转矩变化示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，包括：

图1主要是调试阶段对吊钩1进行数据标定，吊钩数据标定包括4个步骤，分别为S1、S2、S3、S4。这4个步骤要按顺序依次进行。

S1是为了在起重机上找一个固定高度作为吊钩1的位置基准点。由于起重机为了防止出现冲顶危险事故，都装有上升终点限位开关，吊钩1在上升运行过程中收到该限位开关的动作信号会自动停机，故利用上升终点限位位置作为基准点是最合适的。变频器控制吊钩上升L1到上升终点限位处，变频器会收到上升终点限位信号，此时将编码器反馈的码值清0，码值为0作为吊钩1的位置基准点。

S2是为了得到吊钩1底部碰到地面时的编码器码值Encode1。变频器控制吊钩下降到地面，直到吊钩底部刚好与地面接触停止。记录下此时变频器面板显示的编码器码值Encode1。Encode1是后续步骤标定和计算重物高度的重要数据。

S3是为了得到吊钩每上升L2＝1米的码值。变频器控制吊钩上升，直到吊钩底部与地面的高度刚好为1米时停止，此处可以用刻度尺进行测量。记录下此时变频器面板显示的编码器码值Encode2，通过Encode2和步骤S2记录的Encode1可以计算得到吊钩1每上升1米的码值，该码值用变量PPM表示，PPM的计算公式如下：

PPM＝|Encode2-Encode1|

PPM的值是一个正值，计算公式里面取绝对值，将PPM的值填入到变频器对应的参数中。PPM是后续步骤计算重物高度的重要数据。

S4是为了得到空吊钩以10HZ上升时的负载转矩值LoadTorque1。变频器控制吊钩以10HZ稳速上升，记录下稳速时变频器面板上显示的负载转矩值LoadTorque1，并将此值填入到变频器的参数中。LoadTorque1是用于判定吊带或钢丝绳2是否已被拉直的一个判断值，变频器在带重物上升离地过程中检测到负载转矩值LoadTorque2大于LoadTorque1，就认为钢丝绳已张紧，即拉直了。

上述数据标定完成后就可以在起重机实际吊装作业过程中实时检测吊钩悬吊的重物高度了。

图2是起重机在实际吊装作业过程中重物从地面吊起的过程示意图，图3是重物吊起过程中的负载转矩变化示意图。结合图2和图3可以得到重物离地的时刻，进而计算出吊钩底部到重物底部之间的高度，包括S5、S6和S7三步。

S5：控制吊钩1移动到重物正上方附近，用吊带或钢丝绳2的一端将重物固定好，然后将吊带或钢丝绳2的另一端挂在吊钩1上。为了挂钩方便，吊带或钢丝绳2都留有一定长度的余量，两端挂好后，留有一定长度余量的吊带或钢丝绳2都是垂下来的，吊钩高度为H1。

S6：挂好后，变频器控制吊钩1以10HZ的速度稳速上升，吊钩速度和负载转矩值随时间变化如图3所示，图3中折线a表示吊钩速度，曲线b表示负载转矩，吊钩1从0HZ加速到10HZ对应于图3的0-t1这段时间，这段时间要足够短，一般为0.4秒左右。在吊钩1上升过程中，由于吊带或钢丝绳2初始状态是垂下来的，吊带或钢丝绳2首先会被吊钩1逐渐拉直，高度为H2，这个过程对应于图3的0-t2这段时间，变频器在这段时间的负载转矩值为LoadTorque1。直到吊带或钢丝绳2被拉直张紧，重物才开始被吊钩1带离地面，在重物被带离地面的过程中，变频器的负载转矩会从LoadTorque1迅速变大，直到重物被吊钩1完全带离地面，负载转矩将不再变大，负载转矩值变为LoadTorque2。这个过程对应于图3的t2-t3这段时间。

S7：S6中这个负载转矩值LoadTorque2持续0.5秒没有变化，即可判断重物已完全离开地面，这个过程对应于图3的t3-t4这段时间。变频器会记录下此刻编码器的码值Encode3。根据S2中得到的PPM和S4中得到的Encode2，即可计算吊钩底部到重物底部之间的高度H3。计算公式如下：

H3＝|Encode3-Encode1|/PPM

在起重机实际作业过程中，在起吊不同的重物时，根据重物重量的不同，LoadTorque2也会不同，但是同一重物一旦被吊起后负载转矩是一个稳定的值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：起重机吊钩空悬，起重机起升机构电控系统的变频器控制吊钩上升到起升机构的上升终点限位处停止时，变频器将编码器数值清零；

步骤2：采集变频器控制吊钩下降到地面，直至吊钩底部刚好与地面接触时的编码器数值Encode1；

步骤3：采集变频器控制吊钩上升到离地面设定单位距离的位置时的编码器数值Encode2；

步骤4：根据编码器数值Encode1和编码器数值Encode2计算吊钩上升单位距离的码值；

步骤5：采集变频器控制吊钩空悬时以预设转速上升时的负载转矩值LoadTorque1；

步骤6：吊钩悬吊重物时，变频器控制吊钩以预设转速上升，采集根据负载转矩值LoadTorque1判断重物完全脱离地面时的负载转矩值LoadTorque2，以及编码器码值Encode3；

步骤7：根据吊钩上升单位距离的码值、编码器码值Encode1和编码器码值Encode3，计算获得吊钩悬吊重物高度；

步骤4中吊钩上升单位距离的码值计算公式为：

PPM= |Encode2- Encode1|；

所述步骤7中吊钩悬吊重物高度的计算公式为：

H=|Encode3- Encode1|/PPM

PPM为吊钩上升单位距离的码值。

2.根据权利要求1所述的一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，其特征在于，步骤1中变频器控制起升电机正转，收到上升终点限位信号后控制起升电机停机，变频器将编码器反馈的编码器数值清0，当前位置作为吊钩的位置基准点；上升终点限位与变频器数字输入端连接，将限位开关信号发送至变频器。

3.根据权利要求1所述的一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，其特征在于，步骤2中，通过操作起升手柄，给变频器反转指令，再由变频器控制吊钩下降，通过起升手柄给变频器正转或反转命令，调整到吊钩底部刚好与地面接触为止，此时地面对吊钩不存在支撑力。

4.根据权利要求1所述的一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，其特征在于，步骤5中，变频器控制电机采用闭环矢量控制模式，采集负载转矩值LoadTorque1，所述负载转矩值LoadTorque1表征了电机带动悬空吊钩时的负载重量。

5.根据权利要求1所述的一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，其特征在于，步骤6中，将吊带或者钢丝绳的两端分别挂在重物和吊钩上，且吊带或者钢丝绳为垂坠状态，变频器控制吊钩以预设转速上升，吊带或钢丝绳被吊钩逐渐拉直，变频器的负载转矩值逐渐变大，直到吊带或钢丝绳被拉直张紧，重物被吊钩带离地面，负载转矩值将不再变大。

6.根据权利要求1所述的一种起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法，其特征在于，步骤6中，所述负载转矩值LoadTorque2大于所述负载转矩值LoadTorque1，且持续0.5秒稳定不变，则记录编码器码值Encode3。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的起重机吊钩悬吊重物高度的检测方法的检测系统，其特征在于，包括起升机构电控系统和检测机构；

起升机构电控系统包括升降电机和变频器；变频器控制升降电机工作带动吊钩上升或下降；变频器的编码器记录编码器数值和负载转矩值，并传输至检测机构；

检测机构根据编码器数值和负载转矩值计算吊钩悬吊重物高度。