一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，主要由常閉式電液制動器及智能控制模塊組成，所述智能控制模塊主要由傳感器（5）、可編程控制器（6）和變頻器（1）組成，本實用新型利用變頻器與可編程邏輯控制器相結(jié)合的變頻調(diào)速技術(shù)控制制動電機的轉(zhuǎn)速，針對不同的起重量和起升速度，可編程邏輯控制器自動選擇制動時間，同時利用PID閉環(huán)控制對制動輪轉(zhuǎn)速進行實時反饋，實現(xiàn)在規(guī)定的時間內(nèi)勻減速制動。本實用新型有效地解決了傳統(tǒng)制動裝置制動力矩和制動時間不可調(diào)的缺點，針對不同負載和不同工況，及時調(diào)整制動力矩的大小并選擇合適的制動時間，實現(xiàn)平緩制動，有效地減小了制動沖擊，延長了起升機構(gòu)各部件的使用壽命。
【專利說明】一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬工業(yè)制動領(lǐng)域，具體涉及一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]起升機構(gòu)作為起重機的重要部件，由于其經(jīng)常啟動停止，故對其制動裝置的安全性要求較高。起升機構(gòu)的制動裝置以常閉式電液制動器為主，它靠上閘彈簧力產(chǎn)生制動力，一旦彈簧長度調(diào)節(jié)好，制動力矩便確定了。針對起重機起升機構(gòu)不同的起重量及起升速度，傳統(tǒng)的制動裝置總是以初始設(shè)定的制動力矩進行抱閘，制動時間也無法控制，這就容易引起制動過猛，對起升機構(gòu)各部件造成沖擊，容易引發(fā)各類故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，解決傳統(tǒng)制動裝置制動力矩不可調(diào)及制動時間不可控問題，針對不同的起重量及起升速度，智能調(diào)節(jié)制動力矩和制動時間，運用PID閉環(huán)控制技術(shù)，實現(xiàn)起升機構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)勻減速制動，有效緩解傳統(tǒng)制動裝置制動過猛弓丨起的沖擊。
[0004]本實用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下所描述:
[0005]一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，主要由常閉式電液制動器及智能控制模塊組成，所述智能控制模塊主要由傳感器、可編程邏輯控制器和變頻器組成，傳感器與可編程邏輯控制器連接，可編程邏輯控制器與變頻器連接，變頻器與制動電機連接，制動電機通過液壓泵與常閉式電液制動器的液壓缸連接，傳感器主要由負責(zé)采集卷筒轉(zhuǎn)速信號的旋轉(zhuǎn)編碼器、負責(zé)采集鋼絲繩拉力信號的拉力傳感器、負責(zé)采集高速軸扭矩信號的扭矩傳感器及負責(zé)采集制動瓦溫度信號的溫度傳感器組成。
[0006]進一步，所述可編程邏輯控制器包括擴展模塊SM331、將信號進行Α/D或D/Α轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換功能模塊、通信模塊、報警模塊。
[0007]進一步，所述可編程邏輯控制器包括制動力矩智能計算子程序、制動電機控制子程序和制動瓦溫度檢測子程序。
[0008]進一步，可編程邏輯控制器控制變頻器的輸出頻率，變頻器控制制動電機的轉(zhuǎn)速。
[0009]進一步，所述可編程邏輯控制器傳輸給變頻器的信號的電壓為O?1V或4?20mAo
[0010]進一步，所述智能制動裝置還包括溫度繼電器和快速制動繼電器。
[0011]再進一步，所述常閉式電液制動器包括電液盤式和電液塊式兩種類型。
[0012]本實用新型的有益效果在于:本實用新型是基于起重機起升機構(gòu)傳統(tǒng)制動裝置展智能制動技術(shù)的研究，加入智能控制模塊，利用變頻器I與可編程邏輯控制器相結(jié)合的變頻調(diào)速技術(shù)，控制制動電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)制動力矩的自動調(diào)節(jié)。針對不同的起重量和起升速度，可編程邏輯控制器自動選擇制動時間，同時利用PID閉環(huán)控制，對制動輪轉(zhuǎn)速進行實時反饋，實現(xiàn)在規(guī)定的時間內(nèi)勻減速制動，從而達到減緩沖擊的效果。本實用新型有效地解決了傳統(tǒng)制動裝置制動力矩和制動時間不可調(diào)的缺點，針對不同負載和不同工況，及時調(diào)整制動力矩的大小并選擇合適的制動時間，實現(xiàn)平緩制動，有效地減小了制動沖擊，延長了起升機構(gòu)各部件的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的總體設(shè)計圖；
[0014]圖2為本實用新型的控制模塊硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0015]圖3為本實用新型的控制模塊主電路圖；
[0016]圖4為本實用新型的控制模塊PID閉環(huán)控制原理圖；
[0017]圖5為本實用新型的控制程序流程圖。
[0018]圖中標(biāo)號:I為變頻器；2為液壓推桿；3為杠桿；4為彈簧；5為傳感器；6為可編程邏輯控制器；7為制動電機；8為液壓栗；9為液壓缸；10為制動盤(輪)；11為制動瓦塊；12為制動臂。
[0019]

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例來對本實用新型進行描述。
[0021]一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，如圖1所示，主要由常閉式電液制動器及智能控制模塊組成，所述智能控制模塊主要由傳感器5、可編程邏輯控制器6和變頻器I組成，傳感器5與可編程邏輯控制器連接，可編程邏輯控制器6與變頻器I連接，變頻器I與制動電機7連接，制動電機7通過液壓泵8與常閉式電液制動器的液壓缸9連接，傳感器5主要由負責(zé)采集卷筒轉(zhuǎn)速信號的旋轉(zhuǎn)編碼器、負責(zé)采集鋼絲繩拉力信號的拉力傳感器、負責(zé)采集高速軸扭矩信號的扭矩傳感器及負責(zé)采集制動瓦溫度信號的溫度傳感器組成。
[0022]所述可編程邏輯控制器6包括擴展模塊SM331、將信號進行Α/D或D/Α轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換功能模塊、通信模塊、報警模塊。
[0023]所述可編程邏輯控制器6包括制動力矩智能計算子程序、制動電機控制子程序和制動瓦溫度檢測子程序，所述可編程邏輯控制器6將傳感器5傳輸來的信號經(jīng)過Α/D轉(zhuǎn)換后通過制動力矩智能計算子程序運算并將運算結(jié)果經(jīng)過D/Α轉(zhuǎn)換后傳輸給變頻器1，變頻器I通過制動電機控制子程序控制制動電機7的運轉(zhuǎn)。變頻器I根據(jù)可編程邏輯控制器輸出電壓信號的改變而改變輸出頻率進而控制制動電機7的轉(zhuǎn)速。
[0024]所述制動力矩為制動力矩智能計算子程序通過PID運算得到的。
[0025]所述可編程邏輯控制器傳輸給變頻器I的信號的電壓為O?1V或4?20mA。
[0026]所述智能制動裝置還包括溫度繼電器和快速制動繼電器。
[0027]所述常閉式電液制動器包括電液盤式和電液塊式兩種類型。
[0028]在一個實施例中，如圖1所示，本實用新型是一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，主要由由常閉式電液制動器和智能控制模塊組成。所述常閉式電液制動器包括盤式和塊式兩種類型。所述智能控制模塊包括傳感器5、可編程邏輯控制器(PLC)6、變頻器1，所述傳感器5包括旋轉(zhuǎn)編碼器、拉力傳感器、扭矩傳感器和溫度傳感器，分別負責(zé)采集卷筒轉(zhuǎn)速信號、鋼絲繩拉力信號、高速軸扭矩信號以及制動瓦溫度信號；所述可編程邏輯控制器采用西門子公司S7-300系列，負責(zé)處理各傳感器的輸入信號，進行制動力矩的計算，并進行PID閉環(huán)控制；所述變頻器I作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，負責(zé)控制制動電機7的轉(zhuǎn)速，進而改變推桿2的推力，最終實現(xiàn)制動力矩的調(diào)節(jié)；所述常閉式電液制動器包括電液盤式和電液塊式兩種類型。
[0029]如圖2所示，各構(gòu)件的工作過程為:傳感器5實時掃描鋼絲繩拉力，制動盤(輪)10的轉(zhuǎn)速，制動瓦11溫度等信號，這些信號是計算所需制動力矩的關(guān)鍵參數(shù)，由于信號是模擬量，需經(jīng)Α/D轉(zhuǎn)換功能模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并進行運算，得出制動力矩；可編程邏輯控制器將經(jīng)PID運算后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成O?1V或4?20mA的模擬量信號傳達到變頻器I。如果制動瓦11溫度超過了設(shè)定值，可編程邏輯控制器控制制動電機7斷電，系統(tǒng)實現(xiàn)支持制動。
[0030]本實用新型利用可編程邏輯控制器與變頻器I相結(jié)合的變頻調(diào)速技術(shù)來實現(xiàn)制動力矩的調(diào)節(jié)，變頻器I根據(jù)可編程邏輯控制器輸出電壓信號的改變實現(xiàn)輸出頻率的改變，從而控制制動電機7的轉(zhuǎn)速，液壓泵9轉(zhuǎn)速等于制動電機7的轉(zhuǎn)速，液壓推桿2的推力也隨之確定。作用在制動輪(盤)12上的制動力=主彈簧4力-液壓推桿2推力，因此主彈簧4力一經(jīng)確定，通過改變液壓推桿2推力即改變制動電機7轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)制動力矩的調(diào)節(jié)。
[0031]本實用新型中，所提出的制動時間是可編程邏輯控制器根據(jù)起重量和起升速度反饋信號智能調(diào)節(jié)的，在起重機規(guī)定的安全制動時間內(nèi)，針對不同工況，對制動時間進行微調(diào)，達到減緩沖擊的效果。
[0032]本實用新型提出的PID閉環(huán)控制，目的是使制動輪在設(shè)定的時間內(nèi)實現(xiàn)勻減速制動。其特征在于，通過旋轉(zhuǎn)編碼器實時掃描高速軸轉(zhuǎn)速，然后將信號接入模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸入模塊將轉(zhuǎn)速的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，與數(shù)據(jù)塊中存放的理想轉(zhuǎn)速值進行比較，最終實現(xiàn)轉(zhuǎn)速按勻減速下降，實現(xiàn)平穩(wěn)制動。
[0033]如圖3所示，本實用新型的控制模塊主電路設(shè)計原則為:
[0034]具有完善的報警功能，制動瓦一旦過熱，立即斷開繼電器KMl觸點，溫度報警指示燈亮，制動器迅速抱閘制動。
[0035]快速制動和松閘狀態(tài)實現(xiàn)互鎖，保證制動過程安全穩(wěn)定。
[0036]當(dāng)智能制動繼電器KM4觸點閉合后，傳感器5開始工作，系統(tǒng)實現(xiàn)自動勻減速制動。
[0037]如圖4所示，是PID閉環(huán)控制原理圖。轉(zhuǎn)速反饋是通過旋轉(zhuǎn)編碼器實時掃描制動輪轉(zhuǎn)速，然后將信號接入模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸入模塊將轉(zhuǎn)速的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，與數(shù)據(jù)塊中存放的理想轉(zhuǎn)速值進行比較，最終實現(xiàn)轉(zhuǎn)速按勻減速下降，實現(xiàn)平穩(wěn)制動。
[0038](I)如圖5所示，是本實用新型的控制程序流程圖。其具體步驟如下:系統(tǒng)運行主程序進行一系列的初始化工作，并使擴展模塊(通信模塊、Α/D轉(zhuǎn)換模塊等)、觸摸屏、變頻器I等設(shè)備與可編程邏輯控制器的數(shù)據(jù)傳輸正常；
[0039](2)在系統(tǒng)運行過程中要及時進行故障檢測，以防止設(shè)備損壞和意外發(fā)生；當(dāng)出現(xiàn)故障時，要在觸摸屏上及時顯示并進行報警輸出，方便維修人員維修，有利于系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。
[0040](3)制動瓦11溫度檢測子程序，若摩擦片溫度大于臨界值300°C，溫度繼電器KMl斷開，溫度報警指示燈KM5得電，制動系統(tǒng)緊急制動；溫度若小于臨界值，則執(zhí)行步驟(4)；
[0041](4)判斷是否為變頻制動，若判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行步驟(5);若為否，快速制動繼電器KM2得電，制動電機7斷電，制動器快速抱閘。
[0042](5)傳感器5開始采集數(shù)據(jù)(制動輪轉(zhuǎn)速，鋼絲繩拉力)并將其傳送至可編程邏輯控制器擴展模塊SM331的PIW288-PIW303端口，進行制動力矩智能計算和制動時間的選擇。將結(jié)果通過可編程邏輯控制器擴展模塊SM332的PQW304端口經(jīng)D/Α轉(zhuǎn)換后輸出給變頻器I，實現(xiàn)平緩制動。
[0043]本實用新型是基于起重機起升機構(gòu)傳統(tǒng)制動裝置展智能制動技術(shù)的研究，加入智能控制模塊，利用變頻器I與可編程邏輯控制器相結(jié)合的變頻調(diào)速技術(shù)，控制制動電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)制動力矩的自動調(diào)節(jié)。針對不同的起重量和起升速度，可編程邏輯控制器自動選擇制動時間，同時利用PID閉環(huán)控制，對制動輪轉(zhuǎn)速進行實時反饋，實現(xiàn)在規(guī)定的時間內(nèi)勻減速制動，從而達到減緩沖擊的效果。本實用新型有效地解決了傳統(tǒng)制動裝置制動力矩和制動時間不可調(diào)的缺點，針對不同負載和不同工況，及時調(diào)整制動力矩的大小并選擇合適的制動時間，實現(xiàn)平緩制動，有效地減小了制動沖擊，延長了起升機構(gòu)各部件的使用壽命O
[0044]需要注意的是，上述具體實施例僅僅是示例性的，在本實用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實施例的基礎(chǔ)上進行各種改進和變形，而這些改進或者變形均落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本實用新型的目的，并非用于限制本實用新型。本實用新型的保護范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，主要由常閉式電液制動器及智能控制模塊組成，所述智能控制模塊主要由傳感器(5)、可編程控制器(6)和變頻器(I)組成，傳感器(5 )與可編程控制器(6 )連接，可編程控制器(6 )與變頻器(I)連接，變頻器(I)與制動電機(7)連接，制動電機(7)通過液壓泵(8)與常閉式電液制動器的液壓缸(9)連接，傳感器(5)主要由負責(zé)采集卷筒轉(zhuǎn)速信號的旋轉(zhuǎn)編碼器、負責(zé)采集鋼絲繩拉力信號的拉力傳感器、負責(zé)采集高速軸扭矩信號的扭矩傳感器及負責(zé)采集制動瓦溫度信號的溫度傳感器組成。
2.如權(quán)利要求1所述的用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，所述可編程控制器(6)包括擴展模塊SM331、將信號進行Α/D或D/Α轉(zhuǎn)換的信號轉(zhuǎn)換功能模塊、通信模塊、報警模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，所述可編程控制器(6)包括制動力矩智能計算子程序、制動電機控制子程序和制動瓦溫度檢測子程序。
4.如權(quán)利要求3所述的用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，可編程控制器控制變頻器(I)的輸出頻率，變頻器(I)控制制動電機(7)的轉(zhuǎn)速。
5.如權(quán)利要求4所述的用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，所述可編程控制器傳輸給變頻器(I)的信號的電壓為O?1V或4?20mA。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，所述智能制動裝置還包括溫度繼電器和快速制動繼電器。
7.如權(quán)利要求6所述的用于起重機起升機構(gòu)的智能制動裝置，其特征在于，所述常閉式電液制動器包括電液盤式和電液塊式兩種類型。
【文檔編號】B66D5/00GK203976292SQ201420350647
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】段京麗, 楊艷芳, 黃垂總, 孫振寧, 崔麥香, 熊志林, 張征, 孫鵬德 申請人:焦作制動器股份有限公司