本發(fā)明屬于卷揚控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種卷揚機安全升降系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，在我國的建筑、船舶、鉆井平臺等生產(chǎn)領(lǐng)域所使用的卷揚機系統(tǒng)有很多需要承載人員的要求，這些卷揚機系統(tǒng)雖然有自己的自鎖或者減速剎車系統(tǒng)，但是由于操作人員的安全意識和操作水平參差不齊，會出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象，或者機器由于保養(yǎng)不當(dāng)造成安全系統(tǒng)失控，會造成對人員生命和設(shè)備財產(chǎn)巨大危險。現(xiàn)有的卷揚機系統(tǒng)，其安全剎車系統(tǒng)和自鎖系統(tǒng)存在在特殊條件下不能達到保證人員安全的情況，由變頻電機控制的卷揚機系統(tǒng)，在設(shè)備失去動力電的情況下，電機不能控制卷揚機懸掛的重物的運動，在沒有失電自鎖的情況下，重物會跌落，造成安全事故，在有失電自鎖的設(shè)備上，重物會被停在半空中，如果有人員在懸掛物中，人員不能及時脫離危險環(huán)境，從而引發(fā)嚴重后果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種卷揚機安全升降系統(tǒng)，在卷揚機系統(tǒng)出現(xiàn)失去動力電，或者人員誤操作的情況下，設(shè)備可以自動把卷揚機上的重物或人員以安全的速度釋放到地面，避免人員和設(shè)備的不必要損失。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種卷揚機安全升降系統(tǒng)，包括同時連接交流電源和備用電源的電源控制板、以及分別安裝在卷揚機上的失電控制裝置、測速傳感裝置和高度測量傳感裝置；所述電源控制板與失電控制裝置連接；所述失電控制裝置包括中央處理單元；所述測速傳感裝置和高度測 量傳感裝置反饋的電信號通過中央處理單元傳輸給剎車驅(qū)動器，由剎車驅(qū)動器控制卷揚機上電磁剎車的剎車力。

進一步，所述失電控制裝置還包括無線控制單元和操作面板。

進一步，所述測速傳感裝置包括若干測速凸輪以及與各測速凸輪分別對應(yīng)的若干轉(zhuǎn)速傳感器；所述測速凸輪安裝在卷揚機的輸入軸、傳動軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上；每個所述轉(zhuǎn)速傳感器均與所述中央處理單元連接。

進一步，所述中央處理單元中預(yù)存儲有卷揚機最大下降速度值和距離地面最小高度值；所述中央處理單元將所述測速傳感裝置和高度測量傳感裝置測得的數(shù)值分別與相應(yīng)的預(yù)存儲值比較后，將處理信號輸出給剎車驅(qū)動器。

進一步，所述卷揚機上還安裝有超聲波測距測速裝置；所述超聲波測距測速裝置與所述中央處理單元連接。

進一步，所述高度測量傳感裝置包括若干個激光距離傳感器，各個激光距離傳感器分別與所述中央處理單元連接。

進一步，所述電磁剎車包括固定部和轉(zhuǎn)動部；所述固定部安裝于卷揚機外殼或卷揚機外部的剛體上；所述轉(zhuǎn)動部安裝在卷揚機的輸入軸、傳動軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上。

進一步，所述中央處理單元包括STM32單片機。

進一步，所述剎車驅(qū)動器包括脈寬調(diào)制控制器。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

1)在卷揚機系統(tǒng)出現(xiàn)失去動力電，或者人員誤操作的情況下，由備用電源供電，失電控制裝置控制剎車驅(qū)動器進行剎車動作，可以把卷揚機上的重物或人員以安全的速度釋 放到地面。

2)設(shè)置多個激光距離傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，可以保證如果某一個傳感器出現(xiàn)問題，也不會引進系統(tǒng)失控。

3)失電控制裝置可以通過無線控制器遠程操作，方便可靠。

4)本系統(tǒng)使用雙電源供電，在平臺交流失效時可即時由電池供電，保證系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下仍可保證卷揚機安全下降。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中測速傳感裝置在卷揚上的安裝示意圖；

圖2是圖1中由A向看去的測速凸輪與轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)布置示意圖；

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；

圖4是本發(fā)明的控制流程圖；

圖5是本發(fā)明中脈寬調(diào)制原理示意圖。

圖中：1-測速凸輪；2-失電控制裝置；3-卷揚機外殼或卷揚機外部剛體；4-轉(zhuǎn)速傳感器。

具體實施方式

需要說明的是，在不相沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細說明。

根據(jù)圖1至圖5所示的一種卷揚機安全升降系統(tǒng)，包括同時連接交流電源和備用電源的電源控制板、以及分別安裝在卷揚機上的失電控制裝置2、測速傳感裝置和高度測量傳 感裝置；所述電源控制板與失電控制裝置2連接；所述失電控制裝置包括中央處理單元；所述測速傳感裝置和高度測量傳感裝置反饋的電信號通過中央處理單元傳輸給剎車驅(qū)動器，由剎車驅(qū)動器控制卷揚機上電磁剎車的剎車力。

需要說明的是，轉(zhuǎn)速傳感器可以將電機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為卷揚機下降速度和下降距離。由于卷揚機有較高的減速比，所以下降速度和下降距離具有極高的精度。具體的原理如下：

卷揚機的傳動比等于卷揚機下降距離和測量軸周長的比例，所以，

下降距離X傳動比＝測量軸的旋轉(zhuǎn)周長，

測量軸的旋轉(zhuǎn)周長/πd＝測量軸旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(其中d為測量軸直徑)。

其中，所述失電控制裝置2還包括無線控制單元和操作面板。通過無線控制單元中的無線接收模塊，來接受遠程的操控，這樣，使得本系統(tǒng)更便于控制，尤其是遇到突發(fā)狀況，可靠性和安全性更高。

另外，在失電控制裝置2上連接操作面板，可以更方便參數(shù)的輸入和顯示，使得失電控制裝置2便于操作，并能直觀顯示系統(tǒng)狀態(tài)。

其中，所述測速傳感裝置包括若干測速凸輪1以及與各測速凸輪1分別對應(yīng)的若干轉(zhuǎn)速傳感器4；所述測速凸輪1安裝在卷揚機的輸入軸、傳動軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上；每個所述轉(zhuǎn)速傳感器均與所述中央處理單元連接。

需要說明的是，為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，測速凸輪1和轉(zhuǎn)速傳感器4可以分別在不同的軸上各安裝兩個或者兩個以上，并且優(yōu)選安裝在轉(zhuǎn)速較高的軸，以確保轉(zhuǎn)速傳感器運算的一致性和準確性。

其中，所述中央處理單元中預(yù)存儲有卷揚機最大下降速度值和距離地面最小高度值；所述中央處理單元將所述測速傳感裝置和高度測量傳感裝置測得的數(shù)值分別與相應(yīng)的預(yù)存儲值比較后，將處理信號輸出給剎車驅(qū)動器。

需要指出的是，還可以在卷揚機設(shè)備外部安裝多種測速測高的檢測裝置，比如，在所述高度測量傳感裝置包括若干個激光距離傳感器，并且各個激光距離傳感器分別與所述中央處理單元連接。

也可以，在所述卷揚機上還安裝有超聲波測距測速裝置，并且該超聲波測距測速裝置與所述中央處理單元連接。

這樣，多種測速測高的檢測裝置都將數(shù)據(jù)反饋給中央處理單元，即使在某一個傳感器出現(xiàn)故障的情況下，也不會引進系統(tǒng)失控，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

其中，所述電磁剎車包括固定部和轉(zhuǎn)動部；所述固定部安裝于卷揚機外殼或卷揚機外部的剛體3上；所述轉(zhuǎn)動部安裝在卷揚機的輸入軸、傳動軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上。固定部和轉(zhuǎn)動部的安裝根據(jù)具體工況可靈活選擇，電磁剎車裝置及其安裝可以參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，這里不再贅述。

其中，所述中央處理單元包括STM32單片機，每秒鐘可以進行過百次下降速度控制，穩(wěn)定性好。

本系統(tǒng)為卷揚機提供下降安全保護功能。過速、距離地面過近保護?？梢酝ㄟ^控制面板設(shè)定系統(tǒng)的最大下降速度和最大減速加速度值。

具體的，中央處理單元根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的反饋得到現(xiàn)在的下降速度，如果超過設(shè)定的最大下降速度，即控制電磁剎車動作，將速度限定在最大下降速度內(nèi)。根據(jù)最大下降速度Vmax(這里的最大下降速度是根據(jù)不同設(shè)備要求和客戶要求進行設(shè)定)和最大減速加速度amax(最大減速加速度是根據(jù)卷揚機承載物的安全性設(shè)定的，例如，如果承載物上有人員的話，其最大加速度不得超過人體承受范圍，即3倍重力加速度)，中央處理單元可以計算出最小剎車距離。即在距地面為這個最小剎車距離時以全負荷減速方可實現(xiàn)平穩(wěn)著陸。具體的，

最小剎車距離公式為：最小剎車距離＝V_max²/2a_max。

其中，所述剎車驅(qū)動器包括脈寬調(diào)制控制器，其電壓變化根據(jù)測速傳感器反饋的數(shù)據(jù)進行調(diào)控，讓軸保持一個恒定的轉(zhuǎn)速，這樣可以避免因為外界氣溫濕度的變化或者剎車片摩擦過熱產(chǎn)生的剎車速度不穩(wěn)定的問題。

本卷揚機安全升降系統(tǒng)采用脈寬調(diào)整(PWM)技術(shù)控制電磁剎車，剎車力可以根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整大小。具體的，是將驅(qū)動電流輸入調(diào)制為寬度可調(diào)的方波，如圖4所示，電磁剎車在方波電流驅(qū)動下間歇工作，方波中有電流和無電流的比例則決定了電磁剎車的力量，

即，剎車力＝最大剎車力X(有電流時間/方波周期)。

本卷揚機安全升降系統(tǒng)具體的工作過程是：

在電源啟動后，電源控制板開始檢測交流電源是否正常，如果交流電供電下常則進入正常工作狀態(tài)；如果交流電沒有正常供電，則自動切換到備用電池供電，然后進入正常工作狀態(tài)(即進入下降工作狀態(tài)，此狀態(tài)下由于沒有動力電源，所以卷揚機不能進行提升動作)。

在進入工作狀態(tài)后，通過手動或者電動操作升降(其中，手動操作升降可以用來平時對設(shè)備的檢修)，卷揚機進入剎車釋放狀態(tài)，卷揚機正常工作。

在卷揚機正常工作過程中，轉(zhuǎn)速傳感器檢測卷揚機升降速度，如果其下降速度超過設(shè)定的最大下降速度V_max時，剎車驅(qū)動器控制電磁剎車進行剎車減速，使其下降速度控制在安全速度范圍內(nèi)；同時激光距離傳感器檢測距地面距離，如果接近地面達到設(shè)定的距離地面最小高度值時，剎車驅(qū)動器控制電磁剎車進行剎車動作，使之停止下降。

若卷揚機正常工作過程中，動力電突然停止供電，電源控制板由備用電池提供電源，這時卷揚機在無動力電的情況下，會由電磁剎車鎖緊卷揚升降系統(tǒng)，此時不能進行提升， 處于預(yù)備下降的狀態(tài)。

待人工選擇下降后，卷揚機進入下降狀態(tài)，這時安裝的轉(zhuǎn)速傳感器檢測卷揚機下降的速度，同時激光距離傳感器檢測其距地面的距離。

當(dāng)下降速度達到設(shè)定的卷揚機最大下降速度值時，系統(tǒng)利用脈寬調(diào)制控制器調(diào)節(jié)供應(yīng)給電磁剎車的驅(qū)動電流的脈寬，來調(diào)節(jié)電磁剎車的剎車力，從而進行卷揚機的減速；當(dāng)向地面接近，達到設(shè)定的距離地面最小高度值時，激光距離傳感器反饋電信號給中央處理單元，這時中央處理單元輸出控制信號，通過脈寬調(diào)制控制器來控制電磁剎車全負荷工作，卷揚機減速，使人員或重物得以安全著陸。

本發(fā)明將現(xiàn)有電磁剎車控制系統(tǒng)只能起到鎖死剎車的剎車系統(tǒng)改造成為可調(diào)速的減速剎車系統(tǒng)，并利用智能測距測速設(shè)備調(diào)節(jié)速度，使卷揚機以減速狀態(tài)把物體釋放到地面，保證了人員生命安全和設(shè)備財產(chǎn)安全。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。

因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。