起重機綜合保護器的製作方法
2023-05-16 14:53:51 1
專利名稱：起重機綜合保護器的製作方法
技術領域：
本發明屬於起重機保護裝置，具體涉及一種橋式起重機的綜合保護系統。背景技術：
現有的起重機安全保護裝置包括上升極限位置限制器、超速保護裝置和起重量限制器。上升極限位置限制器一般有重錘式上升極限位置限制器和螺杆式上限限位器，都是在吊臂上升到極限位置時，觸頭動作，電路斷開，使起升機構不再向起升方向開動。這種機械式的上限位裝置只能在極限位置時發揮作用，在吊具運行在限定範圍時無法感知吊具的實際位置，並且這種結構在實際工作中存在失誤的可能。因此，現在安全技術規範要求冶金起重機必須裝設第二套上限限位開關，以便可靠地避免吊具衝頂事故。超速保護裝置有超速開關和超速保護制動器等。超速開關是一種機械控制開關， 一般情況下超速開關直接與電動機軸相連，工作速度與電動機轉速相同，觸點直接接入緊急停止迴路。超速開關一般是利用離心原理，推動微動開關使其觸頭動作。超速開關一旦動作，高速軸電動機立即停止運轉，低速軸制動器立即制動。超速保護制動器由棘輪、棘爪、電磁鐵及其控制裝置組成。控制裝置包括整流電路、比較電路和控制電路，其中外接電源通過整流電路為比較電路和控制電路供電，捲筒轉速信號與捲筒標稱轉速通過比較電路進行比較，兩者的比較結果通過控制電路輸出控制信號。捲筒上的接近開關採集捲筒轉速信號，比較電路進行比較。一旦捲筒轉速大於捲筒標稱轉速時，控制電路發出動作信號，電磁鐵開始動作，推動制動棘爪插入棘輪槽內，使得棘輪與捲筒停轉，並同時切斷電源。如安裝位置允許，應設置超速保護開關或採用超速保護制動器，超速時開關動作，電動機停止運行。對於超速原因單純且比較明確的，如由失磁引起的可採用欠流繼電器或電壓監測繼電器作為失磁保護，起到超速保護的作用。程序控制如PLC控制調速、ISP控制調速的，可在控制系統中加入超速檢測及保護環節，有的採用旋轉編碼器或測速發電機。起重量限制器有機械式和電子式。機械式是通過槓桿、彈簧、凸輪等機構將彈性元件的微小變形放大，帶動撞杆觸發微動開關，使機構停止危險動作。目前國內機械式使用較少；電子式是由傳感器、運算放大器、控制執行器和載荷指示計等部分組成，將顯示、控制和報警功能集於一身。當起重機起吊物品時，傳感器產生變形，把載荷重量轉化為電信號，經過運算放大，指示出載荷的數值。當載荷達到額定值的90%時，發出預警信號；當載荷超過額定載荷時，切斷起升機構的動力源。即採用電阻應變傳感器，然後通過常規電路或單片機微機控制電路對採集信號進行處裡，輸出開關量信號參與起重機的控制。這些安全保護裝置都是針對一種保護目的，功能單一。分別安裝在起重機上，存在空間佔用多，安全觸點多，意外故障率高等問題。另外，對起重機制動下滑量的測量方法也存在很多不足。目前國內外對起重機制動下滑量測量的方法主要是機械測量，其方法主要有以下幾種
I、目測。目測方法是在起重機安裝後檢驗人員常採用的方法。即在額定載荷狀態下，檢驗人員操作起重機控制板，在下降過程中按下制動按鈕，目測從制動時刻到負載停止所下滑的距離。該方法測量的準確性取決於檢驗人員的感官判斷，精確度低。
2、採用行程開關控制的檢測方法。該方法是在額定載荷狀態下，下降過程中，通過一個砝碼去撞擊行程開關使起重機斷電，然後從砝碼上量取下滑距離。該方法存在以下不足從行程開關與砝碼接觸到起重機斷電，總存在一個延時時間，所以檢測數據與實際數據必將存在一個偏差。3、採用光控繼電器取代行程開關檢測。該方法是利用光控繼電器代替行程開關，實現對起重機下降迴路的控制。制動下滑量則是通過讀取固定在砝碼一側鋼板尺上的數據來完成。4、基於單片機的智能測量法。該方法採用單片機為測量核心，結合外圍電路設計，最終實現下滑量測量。但是它在獲取制動時刻測量距離時仍採用行程開關。以上各種方法需要特定的機械結構和電路控制做輔助設施，其機械部分及電路控制部分安裝較繁瑣，實施成本比較高，而不適用於起重機在使用過程中的日常監測。並且測量結果也沒有太大的實際意義，僅能代表當時的設備狀態。如果能使一種裝置具有多種保護功能，同時便於檢驗，還具有較精準的起重機制動下滑量的測量方法，就能夠減少佔用空間，方便安裝使用，並減少故障點。
發明內容
本發明的目的是提供一種起重機綜合保護器，以克服現有保護裝置功能單一、佔用空間多、故障率高的不足。本發明採用的技術方案是起重機綜合保護器包括起升電機主迴路和控制迴路，它是將繼電器JZ1、JZ2的常閉觸點PZ1、PZ2分別串接在凸輪控制器的起升和下降控制迴路中；在起升電機M主軸上安裝一個旋轉編碼器BMQ，在起重機凸輪控制器上安裝位置傳感器，旋轉編碼器BMQ和位置傳感器的信號輸入PLC控制器，PLC控制器通過信號採集和數據處理，控制繼電器JZl或JZ2動作，使起升電機M和制動器YA斷電。本發明可實現以下功能
(I)起重量限制和超速保護
我們根據繞線電機串聯電阻啟動特性，在低檔位設置控制啟動擋，然後監測電動機啟動過程轉速變化的特性。因為起重機一旦裝配完成後，其機械特性和電氣動力特性就成為其固有特性，因此不同的載荷，起重機的啟動時間和該載荷下的穩定轉速是不同的，而且根據電機轉矩和轉速特性，其在臨界轉速上方轉矩和轉速近似線性，加上繞線電機串聯電阻啟動使起重機低檔位啟動時，特性軟，不穩定啟動段均在第四象限，所以可以利用這個特性通過監測電動機轉速來監控起升載荷。在整個啟動過程設置三重過載保護第一，瞬時啟動行程保護，啟動短時間內相當於一個微分過程，我們可設定這個區間是勻加速過程，所以檢測這段運行距離，能反應起升瞬間的加速度情況，做到過載的提前預警；第二，啟動時間保護，當起重機未能在規定時間內達到規定轉速時，保護器發出超載保護信號。第三，載荷檢測保護，當起重機在低檔位勻速段運行時，根據特性曲線計算載荷情況，根據結果判斷是否超載，並能將載荷重量顯示出來供操作參考。另外，還提供起升重物過程中的超速保護遇到轉速的突然下降，當轉速下降到該檔位規定的轉速時，保護器發出保護信號；當起重機在下降過程中，電機轉速超速時，保護器也發出保護信號。、從而實現了全方位的超載、超速保護功能。(2)上升(下降)極限位置限制
利用旋轉編碼器測得的電機轉速和轉數輸入PLC，通過PLC的高速計數功能，記錄脈衝個數，從而可計算起升、下降位置的位移，我們可以監視吊鉤垂直運動的準確位置，顯示出來，供操作參考，同時也可以設置上下位置限制，起到上升限位器和下降限位器的作用。(3)起重機制動下滑量的測量
通過採集制動信號，利用旋轉編碼器的計數功能，我們可以輕鬆獲得起重機制動下滑的數值，從而實現對起重機制動器性能的日常監測。
本發明通過起升機轉速信號的監測獲得了對起重機一系列的綜合保護功能。並有如下技術效果
(I)電機轉速信號的波動噪聲低
起重機電機起動過程中電機轉子的轉速是從0開始的一個加速增長，然後趨於穩定的過程，其速度或位移和時間曲線在變速階段是平滑和單調的，由於物體有保持固有運動狀態的慣性特徵，即使受到外力的衝擊，曲線也不會出現像啟動電流或受到衝擊的重量傳感器信號那樣產生突變峰值，因此可以方便的實現對轉速信號的全過程跟蹤，無需濾波。(2)精度和實時性好
目前的PLC技術已經具備了非常高的水平，它的高速計數器雙相輸入可以接受4KHZ以上的脈衝頻率，單相輸入可達60KHZ，並具有Ims精度的定時器；我們選擇不同型號的旋轉編碼器和調整採樣周期，即可得到需要的精度，以滿足我們的使用要求。(3)外界影響因素少
旋轉編碼器和PLC本身都具有工業化抗幹擾設計，並配用專業穩壓電源，已經多年工業實踐應用，性能經過實踐檢驗非常穩定可靠，是一項成熟的技術。旋轉編碼器與電機主軸的連接不受起重機起升載荷和其他附加載荷的影響，屬於長期的穩定的工況，所以整個系統從其本質上就屬於穩定的、抗幹擾的。(4)功能強大
相當於四機一體起重量限制器、起升高度(下降深度)限制器、超速保護器、制動器檢測、吊鉤垂直位置檢測。可謂功能強大，為企業節約成本創造了有力條件。對比現有技術，本發明具有以下特點
1)獲得了更高的環境適應性和系統穩定性，確保長穩優運行；
2)提供了起升行程限制保護功能；
3)提供了起重機的超速保護功能；
4)提供了制動下滑量的檢測功能；
5)提供了載荷學習功能，自動設定載荷上限參數；
圖I為本發明起升電機主迴路電路原理 圖2為本發明控制迴路電路原理 圖3為繞線電機轉速\轉矩特性曲線圖。具體實施例方式 本發明由在起升電機主軸上安裝的旋轉編碼器、在凸輪控制器上安裝的位置傳感器和PLC控制器構成，PLC控制器通過檢測電機轉速信號和傳感器的位置信號，經數據處理，輸出控制信號，控制繼電器JZ1、JZ2使電機停止。PLC控制器輸出端還接有繼電器JZ3，繼電器JZ3的常閉觸點接在警鈴電路中，繼電器JZ3觸點的動作發出報警信號。PLC控制器的RS232端子通過轉接器接遠程文本顯示器RS485端子，PLC上的信息可通過遠程文本顯示器顯示。本發明在起重機凸輪控制器上安裝的位置傳感器是採用6個微動開關分別安裝在凸輪控制器的不同檔位，分別為上升、下降和2、3、4、5檔位開關。PLC控制器可採用三菱系列FXlN或FX2N產品，旋轉編碼器的輸入信號A、B接入PLC的XOOO、XOOl和X002腳，起重機 凸輪控制器上安裝的6個微動開關PU P2、P3、P4、P5、P6接入PLC的X003 X007和XOlO腳，PLC的X011、X012和X013腳分別接入限位設置、速度設置、和總設置三個按鈕開關。PLC的輸出端Y000、YOOl和Y002腳分別連接電機主迴路的控制繼電器JZ1、JZ2線圈和警鈴繼電器JZ3線圈。直流穩壓電源WYDY輸出端ZK、N給PLC的輸入、輸出端和旋轉編碼器提供直流電壓。
權利要求
1.ー種起重機綜合保護器，包括起升電機主迴路和控制迴路，其特徵是將繼電器JZU JZ2的常閉觸點PZ1、PZ2分別串接在凸輪控制器的起升和下降控制迴路中；在起升電機M主軸上安裝一個旋轉編碼器BMQ，在起重機凸輪控制器上安裝位置傳感器，旋轉編碼器BMQ和位置傳感器的信號輸入PLC控制器，PLC控制器通過信號採集和數據處理，控制繼電器JZl或JZ2動作，使起升電機M和制動器YA斷電。
2.根據權利要求I所述的起重機綜合保護器，其特徵是PLC控制器輸出端還接有繼電器JZ3，繼電器JZ3的常閉觸點接在警鈴電路中。
3.根據權利要求I所述的起重機綜合保護器，其特徵是PLC控制器的RS232端子通過轉接器接遠程文本顯示器RS485端子。
4.根據權利要求I所述的起重機綜合保護器，其特徵是在起重機凸輪控制器上安裝的位置傳感器是採用6個微動開關分別安裝在凸輪控制器的不同檔位。
全文摘要
本發明公開了一種起重機綜合保護器，包括起升電機主迴路和控制迴路，本發明將繼電器JZ1、JZ2的常閉觸點PZ1、PZ2分別串接在凸輪控制器的起升和下降控制迴路中。在起升電機M主軸上安裝一個旋轉編碼器BMQ，在起重機凸輪控制器上安裝位置傳感器，旋轉編碼器BMQ和位置傳感器的信號輸入PLC控制器，PLC控制器通過信號採集和數據處理，控制繼電器JZ1或JZ2動作，使起升電機M和制動器YA斷電。本發明可獲得更高的環境適應性和系統穩定性，確保長穩優運行；提供了起升行程限制保護功能、起重機的超速保護功能、制動下滑量的檢測功能和載荷學習功能，自動設定載荷上限參數。
文檔編號B66C13/48GK102730570SQ201210213979
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月27日 優先權日2012年6月27日
發明者孫祥廣, 朱健, 潘曉麗, 王興濤, 薛家東, 郭優, 陳勇 申請人:撫順市特種設備監督檢驗所