一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置，該裝置可消除在整個(gè)鎖罐過程中，裝、卸載輕載或重載物品進(jìn)出罐籠因鋼絲繩彈性伸縮多帶來的沖擊，保證進(jìn)出罐籠的平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)短時(shí)乃至長時(shí)間罐籠的懸停鎖罐釋放的精確控制，提高了安全性及可靠性，同時(shí)縮短物品進(jìn)出罐籠的時(shí)間，降低了運(yùn)行維護(hù)工作量，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】
一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種控制方法，具體涉及提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置，屬 于礦山提升機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 礦井是地下礦山的咽喉，而礦井提升系統(tǒng)是礦山安全生產(chǎn)的重要組成部分。礦井 提升機(jī)是礦井井下和地面的聯(lián)系橋梁，其主要是采用鋼絲繩帶動(dòng)容器/罐籠等在井筒中升 降，以完成輸送物料或人員的任務(wù)，是礦山生產(chǎn)至關(guān)重要的大型設(shè)備，礦井提升機(jī)能否安全 可靠的運(yùn)行，將直接影響到煤礦生產(chǎn)人員的生命安全和煤礦的生產(chǎn)能力。
[0003] 礦井提升系統(tǒng)的核心設(shè)備之一是提升容器/罐籠等，主要承擔(dān)著物料或人員的上 下井的承載任務(wù)，隨著我國煤炭行業(yè)的高速發(fā)展，礦井提升系統(tǒng)的對象呈現(xiàn)深井、重物的發(fā) 展態(tài)勢，因此罐籠也趨于大型化，以滿足現(xiàn)代礦井一體式、大型化、高重量設(shè)備的上下井的 工作需求。當(dāng)罐籠在立井與井口、井底等連接處進(jìn)行裝載及卸載重型設(shè)備時(shí)，由于提升鋼絲 繩終端載荷的變化，很容易引起鋼絲繩的彈性伸縮，罐籠會(huì)因此突然上下竄動(dòng)，使鋼絲繩打 滑以及操車設(shè)備作業(yè)困難，導(dǎo)致礦車沖擊罐道以致罐道變形或損壞，甚至造成事故。與此同 時(shí)，作為礦井提升機(jī)的一個(gè)重要組成部分，鋼絲繩承擔(dān)著懸掛提升容器(罐籠)和傳遞力矩 的任務(wù)，其在提升過程中，特別是提升容器裝載及卸載重型設(shè)備時(shí)受力較為復(fù)雜多樣，不僅 存在鋼絲繩伸縮現(xiàn)象，而且當(dāng)受到外力例如動(dòng)靜載荷、編捻力等，反復(fù)作用時(shí)，極易造成鋼 絲繩損壞，影響鋼絲繩壽命，甚至?xí)斐蓴嗬K等重大事故。
[0004]為此，為了確保礦井提升運(yùn)行的可靠、安全，通常國內(nèi)煤礦生產(chǎn)企業(yè)都在礦井上下 停車位置設(shè)置承接鎖罐裝置，以降低重型設(shè)備進(jìn)出罐籠時(shí)因鋼絲繩伸縮而上下竄動(dòng)，同時(shí) 避免外力磨損鋼絲繩。目前，國內(nèi)立井罐籠提升中常用的罐籠承接鎖罐裝置多通過搖臺(tái)、鎖 爪及驅(qū)動(dòng)液壓油缸實(shí)現(xiàn)，但在使用過程中仍存在一些問題。搖臺(tái)承接時(shí)，罐籠呈全懸吊狀 態(tài)，罐籠與搖臺(tái)硬連接，搖臺(tái)從上面搭接罐籠的底盤，通過鎖爪鎖罐，能量變化主要集中在 鋼絲繩與搖臺(tái)及鎖爪間的轉(zhuǎn)換，這需要對液壓油缸進(jìn)行準(zhǔn)確控制，確保三者的同步工作，可 補(bǔ)償設(shè)備或貨物等進(jìn)罐時(shí)鋼絲繩引起的彈性形變；當(dāng)釋放罐籠時(shí)，由于重型設(shè)備或貨物出 罐籠帶來的載荷變化使鋼絲繩彈性伸長量相應(yīng)的發(fā)生變化而無法得到適當(dāng)補(bǔ)償，進(jìn)而造成 罐籠釋放后上下浮動(dòng)，其浮動(dòng)量很容易超過安全裕量從而使鋼絲繩打滑，對提升設(shè)備產(chǎn)生 較大的沖擊，不僅如此，如果液壓壓力過快釋放，也容易導(dǎo)致鋼絲繩和罐籠上下蠕動(dòng)，液壓 壓力釋放過慢，使得驅(qū)動(dòng)時(shí)間加長，降低煤礦生產(chǎn)運(yùn)行效率，無法滿足安全、高效生產(chǎn)的要 求，因此，迫切的需要一種新的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控 制方法及裝置，該方法實(shí)現(xiàn)短時(shí)乃至長時(shí)間罐籠的懸停精確控制，提高了安全性及可靠性， 同時(shí)縮短物品進(jìn)出罐籠的時(shí)間，降低了運(yùn)行維護(hù)工作量，提高了生產(chǎn)效率。
[0006] 為使礦井提升機(jī)控制裝置具備短時(shí)乃至長時(shí)間懸停提升物的能力，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)鎖 罐張力釋放控制，本實(shí)用新型提供一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置，其特征在于，包 括提升機(jī)、功率變換器、懸停張力釋放控制系統(tǒng)、非線性電機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交 互系統(tǒng)、人機(jī)系統(tǒng)。功率變換器分別和提升機(jī)及非線性電機(jī)控制系統(tǒng)相連，懸停張力釋放控 制系統(tǒng)分別和非線性電機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)相連，人機(jī)系統(tǒng)輸出控制信 號與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。通過懸?？刂婆浜现鸩降尼尫艔埩?shí)現(xiàn)的， 通過對力矩的控制，達(dá)到鋼絲繩緩慢釋放，不上下抖動(dòng)，從而保證罐籠平穩(wěn)。
[0007] 進(jìn)一步，懸停張力釋放控制系統(tǒng)包括速度控制器、懸?？刂破?、鋼絲繩張力控制 器、PLC控制器組成。所述的速度控制器分別與懸?？刂破骷颁摻z繩張力控制器相連，懸停 控制器分別和速度控制器、鋼絲繩張力控制器相連，其輸出端與非線性電機(jī)控制系統(tǒng)相連。 速度控制器采集速度給定信號ω 和提升機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速ω r，構(gòu)成閉環(huán)控制，同時(shí)通過對速度 信息量的比較、處理輸出實(shí)際轉(zhuǎn)速其幅值| c〇r|、速度偏差量Δ cor及幅值| Δ cor|。
[0008] 進(jìn)一步，所述懸?？刂破魍ㄟ^采集實(shí)際轉(zhuǎn)速〇^及其幅值| ωτ|、速度偏差量Δ 及幅值I Α ωτ|輸出控制提升機(jī)所需的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Tref至鋼絲繩張力控制器及非 線性電機(jī)控制系統(tǒng)。鋼絲繩張力控制器同時(shí)采集懸?？刂破鬏敵龅碾姶呸D(zhuǎn)矩給定信息量 Tref及PLC控制器傳輸?shù)男谐叹嚯x，鎖罐、釋放等信號，輸出與鋼絲繩張力對應(yīng)的提升機(jī)負(fù)載 信號T給非線性電機(jī)控制系統(tǒng)。
[0009] 進(jìn)一步，非線性電機(jī)系統(tǒng)輸出觸發(fā)信號，控制功率變換器工作，同時(shí)與數(shù)據(jù)處理與 數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)進(jìn)行并行通訊。所述的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)與人機(jī)系統(tǒng) 進(jìn)行信息通訊。
[0010] 具體的，當(dāng)PLC控制器檢測到釋放罐籠的信息時(shí)，懸停張力釋放控制系統(tǒng)檢測由于 重型設(shè)備或貨物出罐籠帶來的載荷變化，對鋼絲繩張力進(jìn)行控制。
[0011] -種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
[0012] 1)鋼絲繩張力控制器主要實(shí)現(xiàn)在鎖罐釋放后提升機(jī)懸停至啟動(dòng)加減速時(shí)，自適應(yīng) 補(bǔ)償由載荷變化使鋼絲繩彈性伸長量的張力，進(jìn)行張力釋放控制，避免罐籠釋放后上下浮 動(dòng)，具體的實(shí)現(xiàn)步驟為：
[0013] 11)鋼絲繩張力控制器采集PLC控制器傳輸過來的罐籠下放深度L，由彈性力學(xué)可 知，鋼絲繩張力模型為：
[0014]
[0015] 式中，S為鋼絲繩的橫斷面積，E為鋼絲繩的彈性模量；
[0016] 12)若提升點(diǎn)至罐籠的鋼絲繩的張力伸長量為I，懸?？刂漆尫殴藁\啟動(dòng)時(shí)的加速 度為a，鋼絲繩每米質(zhì)量為m，由鋼絲繩下放或提升重物的偏微分模型可知：
[0017]
[0018] 13)彈性張力的傳輸速度取決于鋼絲繩的自身參數(shù)，有：
[0019]
[0020] 14)考慮懸停控制輸出電磁轉(zhuǎn)矩，構(gòu)建鋼絲繩張力模型為：
[0021]
[0022]式中，g為重力加速度，見滿足數(shù)理方程解：
[0023]可得鋼絲繩的最大/最小張力為：
[0024]
[0025] 2)建立力矩隨加速度變化的斜坡函數(shù)，通過逐步減小張力補(bǔ)償量ΔΓ，在設(shè)定的。 時(shí)刻達(dá)到鋼絲繩的最小釋放張力，以匹配鋼絲繩的彈性伸縮量，實(shí)現(xiàn)張力釋放控制，其斜坡 函數(shù)為：
[0026]
[0027]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:通過逐步增加力矩補(bǔ)償增量，實(shí)現(xiàn)張力 的緩慢釋放，避免突然增大力矩增量導(dǎo)致，張力瞬間釋放造成鋼絲繩彈性抖動(dòng);該提升機(jī)懸 停鎖罐張力釋放控制方法無需額外增加硬件投資，可消除在在整個(gè)鎖罐過程中，裝、卸載輕 載或重載物品進(jìn)出罐籠因鋼絲繩彈性伸縮多帶來的沖擊，保證進(jìn)出罐籠的平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)短時(shí) 乃至長時(shí)間罐籠的懸停精確控制，提高了安全性及可靠性，同時(shí)縮短物品進(jìn)出罐籠的時(shí)間， 降低了運(yùn)行維護(hù)工作量，提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2力矩隨加速度變化的斜坡函數(shù)；
[0030] 圖中：1、提升機(jī)，2、功率變換器，3、懸停張力釋放控制系統(tǒng)，4、非線性電機(jī)控制系 統(tǒng)，5、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)，6、人機(jī)系統(tǒng)，7、罐籠。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為了加深對本實(shí)用新型的認(rèn)識(shí)和理解，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步介紹 本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0032] 實(shí)施例：
[0033]參見圖1，一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置，包括提升機(jī)1、功率變換器2、懸 停張力釋放控制系統(tǒng)3、非線性電機(jī)控制系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)5、人機(jī)系統(tǒng)6,功 率變換器2分別和提升機(jī)1及非線性電機(jī)控制系統(tǒng)4相連，懸停張力釋放控制系統(tǒng)3分別和非 線性電機(jī)控制系統(tǒng)4與數(shù)據(jù)處理與交互系統(tǒng)5相連，人機(jī)系統(tǒng)6輸出控制信號與數(shù)據(jù)處理與 數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)5進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。提升機(jī)1采用繞線式異步電機(jī)作為提升電機(jī)，功率變換器2為 多電平PWM變換器，其功率器件為IGBT或IGCT等全控器件；懸停張力釋放控制系統(tǒng)3包括速 度控制器31、懸?？刂破?2、鋼絲繩張力控制器33、PLC控制器34,其中PLC控制器34采用西 門子S7-300可編程控制器。速度控制器31分別與懸?？刂破?2及鋼絲繩張力控制器33相 連，懸?？刂破?2分別和速度控制器31、鋼絲繩張力控制器33相連，其輸出端與非線性電機(jī) 控制系統(tǒng)4相連。速度控制器31采集速度給定信號COre3f和提升機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速COr，構(gòu)成閉環(huán)控 制，同時(shí)通過對速度信息量的比較、處理輸出實(shí)際轉(zhuǎn)速其幅值| C0r|、速度偏差量Δ 及幅值I A cor|。懸?？刂破?2通過采集實(shí)際轉(zhuǎn)速〇^及其幅值I cor|、速度偏差量Δ cor及幅 值I A cor|輸出控制提升機(jī)所需的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息量Tref至鋼絲繩張力控制器33及非線 性電機(jī)控制系統(tǒng)4。鋼絲繩張力控制器33同時(shí)采集懸?？刂破?2輸出的電磁轉(zhuǎn)矩給定信息 量T ref及PLC控制器34傳輸?shù)男谐叹嚯x，鎖罐、釋放等信號，輸出與鋼絲繩張力對應(yīng)的提升機(jī) 負(fù)載信號T給非線性電機(jī)控制系統(tǒng)4。非線性電機(jī)系統(tǒng)4采用非線性反饋線性化方法或多層 滑?？刂品椒ㄟM(jìn)行繞線式異步電機(jī)的控制，針對多電平功率變換器，非線性電機(jī)系統(tǒng)4采用 等效載波調(diào)制策略輸出可調(diào)觸發(fā)信號控制功率變換器2工作，在滿足控制性能的同時(shí)，減小 了系統(tǒng)計(jì)算量。非線性電機(jī)系統(tǒng)4采用SPI通訊方式與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)5進(jìn)行串行 通訊，數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)5通過工業(yè)以太網(wǎng)與人機(jī)系統(tǒng)6進(jìn)行信息通訊。
[0034]當(dāng)PLC控制器檢測到釋放罐籠的信息時(shí)，懸停張力釋放控制系統(tǒng)3檢測由于重型設(shè) 備或貨物出罐籠帶來的載荷變化，對鋼絲繩張力進(jìn)行控制，懸停鎖罐張力釋放控制方法具 體的通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，1)鋼絲繩張力控制器主要實(shí)現(xiàn)在鎖罐釋放后提升機(jī)懸停至啟動(dòng)加 減速時(shí)，自適應(yīng)補(bǔ)償由載荷變化使鋼絲繩彈性伸長量的張力，進(jìn)行張力釋放控制，避免罐籠 釋放后上下浮動(dòng)，具體的實(shí)現(xiàn)步驟為：
[0035] 11)鋼絲繩張力控制器采集PLC控制器傳輸過來的罐籠下放深度L，由彈性力學(xué)可 知，鋼絲繩張力模型為：
[0036]
[0037] 式中，S為鋼絲繩的橫斷面積，E為鋼絲繩的彈性模量；
[0038] 12)若提升點(diǎn)至罐籠的鋼絲繩的張力伸長量為I懸?？刂漆尫殴藁\啟動(dòng)時(shí)的加速 度為a，鋼絲繩每米質(zhì)量為m，由鋼絲繩下放或提升重物的偏微分模型可知：
[0039]
[0040] 13)彈性張力的傳輸速度取決于鋼絲繩的自身參數(shù)，有：
[0041]
[0042] 14)考慮懸?？刂戚敵鲭姶呸D(zhuǎn)矩，構(gòu)建鋼絲繩張力模型為：
[0043]
[0044] 式中，g為重力加速度，0"滿足數(shù)理方程解：
[0045]可得鋼絲繩的最大/最小張力為：
[0046]
[0047] 2)建立力矩隨加速度變化的斜坡函數(shù)，通過逐步減小張力補(bǔ)償量ΑΓ，在設(shè)定的。 時(shí)刻達(dá)到鋼絲繩的最小釋放張力，以匹配鋼絲繩的彈性伸縮量，實(shí)現(xiàn)張力釋放控制，其斜坡 函數(shù)為：
[0048]
[0049] 需要說明的是上述實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非用來限定本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替代均落入本實(shí)用新型權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置，其特征在于，包括提升機(jī)、功率變換器、懸 停張力釋放控制系統(tǒng)、非線性電機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、人機(jī)系統(tǒng)，功率變 換器分別和提升機(jī)及非線性電機(jī)控制系統(tǒng)相連，懸停張力釋放控制系統(tǒng)分別和非線性電機(jī) 控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)相連，非線性電機(jī)控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系 統(tǒng)采用串行通訊方式，人機(jī)系統(tǒng)輸出控制信號通過工業(yè)以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)交互系統(tǒng) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提升機(jī)懸停鎖罐張力釋放控制裝置，其特征在于，所述 的功率變換器為多電平變換器，功率器件采用IGBT或者IGCT。
【文檔編號】B66B17/30GK205590138SQ201521119189
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】譚國俊, 李 浩, 何鳳有, 陳家興, 劉毅
【申請人】徐州中礦大傳動(dòng)與自動(dòng)化有限公司