專利名稱：電纜卷筒控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及各種起重機的電纜卷筒，尤其是涉及電纜卷筒的控制裝置。
背景技術(shù)：
在集裝箱碼頭需要使用到各種起重機械，例如橋吊、軌道吊、市電輪胎吊(以市電為動力，使用輪胎行走的起重機)、散貨機械、龍門吊、門機等。這些起重機械，例如橋吊的吊具、大車都需要電纜供電。以橋吊吊具為例，在作業(yè)時，集裝箱是用吊具進行裝卸。吊具及上架的工作電源由吊具電纜提供，吊具電纜卷筒就是控制吊具電纜跟隨主起升進行起升、下降運動。吊具卷筒系統(tǒng)不但要控制好吊具電纜隨著主起升位置、速度變化的精確跟隨，還要保護好吊具電纜， 保證其受力在允許范圍內(nèi)。因而，需要一種控制裝置，來計算出主起升在不同位置時對應(yīng)于卷筒的運動半徑， 進而根據(jù)變化的起升線速度算出卷筒角速度，得出所需電機轉(zhuǎn)速；而且，期望確保電纜在不同工況下所受張力處于其許用拉力之內(nèi)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種電纜卷筒控制裝置，以根據(jù)不同的工況控制電機的運行。本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提出一種電纜卷筒控制裝置，包括變頻電機、變頻器、可編程控制器以及增量編碼器。變頻電機用以驅(qū)動電纜卷筒。變頻器用以控制該變頻電機的轉(zhuǎn)速?？删幊炭刂破饔靡杂嬎汶娎|卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速，并根據(jù)該電機轉(zhuǎn)速向該變頻器提供一給定轉(zhuǎn)速。增量編碼器，安裝于該變頻電機上，檢測實際電機轉(zhuǎn)速并反饋給該可編程控制器。在上述的電纜卷筒控制裝置中，該可編程控制器是根據(jù)電纜卷筒的電纜纏繞外徑和主起升的高度計算電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速。在上述的電纜卷筒控制裝置中，當電纜卷筒隨主起升上升時，該可編程控制器提供的該給定轉(zhuǎn)速大于電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速。在上述的電纜卷筒控制裝置中，當電纜卷筒隨主起升下降時，該可編程控制器提供的該給定轉(zhuǎn)速小于電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速。在上述的電纜卷筒控制裝置中，該可編程控制器控制該變頻器的力矩輸出值，使得作用在電纜上的拉力小于電纜張力。本實用新型的電纜卷筒控制裝置利用主系統(tǒng)的位置信號計算卷筒外徑和圈數(shù)，節(jié)約了成本。并且，采用速度閉環(huán)控制和動態(tài)力矩限幅控制方式，使電纜跟隨響應(yīng)快，適應(yīng)性廣，既可調(diào)整速度增益又可調(diào)整力矩限幅。
為讓本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作詳細說明，其中圖1示出本實用新型一實施例的電纜卷筒控制裝置原理框圖。圖2示出纏繞了電纜的電纜卷筒。
具體實施方式
根據(jù)本實用新型的構(gòu)思，電纜卷筒控制裝置是控制電纜隨著主起升進行上升、下降運動，從橋吊主控系統(tǒng)采集的是主起升速度和主起升高度信號。電纜卷筒控制裝置可以把主起升的高度值轉(zhuǎn)換為電纜在電纜卷筒上的圈數(shù)，進而算出電纜卷筒的外徑，根據(jù)主起升的實際速度再結(jié)合電纜卷筒的外徑算出卷筒電機所需的速度，作為控制電纜的基礎(chǔ)。較佳地，在實際控制時，收纜方向的給定速度要比計算出的電機所需速度稍大，放纜方向的給定速度要比計算出的電機所需速度稍小，這樣可以始終保持電纜的張緊。進一步，考慮到僅使用單純的速度控制而力矩不受限，對電纜會產(chǎn)生損傷，所以在采用速度控制的同時，較佳地對力矩根據(jù)不同的工況進行動態(tài)限制，確保電纜所受拉力始終處于許可值范圍內(nèi)，從而不會對電纜產(chǎn)生損傷。下面將參照附圖詳細描述上述構(gòu)思。雖然在本實用新型的下述實施例中，是以橋吊為背景來描述電纜卷筒控制裝置。然而可以理解，本實用新型的電纜卷筒控制裝置可廣泛應(yīng)用于橋吊、軌道吊、市電輪胎吊、散貨機械、龍門吊、門機等起重機械。圖1示出本實用新型一實施例的電纜卷筒控制裝置原理框圖。參見圖1所示，裝置包括可編程控制器(PLC) 10、變頻器12、變頻電機14、增量型編碼器16、制動器17、以及減速箱18。PLC 10與變頻器12組成的變頻控制系統(tǒng)，輸出給定速度Vs來控制變頻電機14。 變頻電機14帶有增量型編碼器16，其檢測電機實際速度Vr，作為速度反饋給變頻器形成閉環(huán)控制。減速箱18提供變頻電機14到卷筒22的減速比。制動器17用于根據(jù)PLC的開關(guān)信號來啟動或者關(guān)閉減速箱。主給定速度Vs是依據(jù)對卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc獲得的。PLC 10接收主起升速度 Vm和主起升高度信號Hm，經(jīng)過計算得出主起升在不同位置、不同速度時卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc，從而得出給定速度Vs。下面，給出計算卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc的實例。圖2示出纏繞了電纜的電纜卷筒。圖2的實線部分為卷筒20的電纜的3圈空盤保護余量，虛線部分為電纜纏繞的最大圈數(shù)。根據(jù)主起升速度Vm和主起升高度信號Hm，以及卷筒的電纜變化，能夠計算出卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc，具體過程如下根據(jù)橋吊的實際工況，電纜卷筒上所纏繞的電纜應(yīng)能滿足起升從艙底至最高起升速度?；谶@一設(shè)計理念，卷筒從空盤保護余量(3圈，但不以此為限)至最大圈數(shù)的電纜長度=起升總行程。由于卷筒的外徑是隨主起升位置的變化而不斷變化的，可設(shè)卷筒的外徑為X，則可利用面積相等公式計算出這個變量。以下均為已知量電纜直徑d，卷筒內(nèi)徑DI，起升總行程H，得到以下面積相等公式[0026]H*d = π *{(X/2)2-[(DI+6d)/2]2}即可解得X。解得X后，可得π *X等于實時變化的卷筒周長，根據(jù)主起升線速度Vm/(π *X)即可求得卷筒角速度，再乘以減速箱減速比可計算出所需的電機轉(zhuǎn)速Vc。在一實施例中，給定速度Vs與卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc的關(guān)系為當主起升上升時，給定速度Vs大于卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc ；而當主起升下降時，給定速度Vs小于卷筒電機所需的轉(zhuǎn)速Vc。這樣，保持電纜在上升和下降過程中始終保持張緊?？紤]到單純的速度控制會使力矩在某些情況下超出電纜所能承受的范圍，使電纜受到損傷。因此在一較佳實施例中，裝置對力矩根據(jù)不同的工況進行動態(tài)限制，確保電纜所受拉力始終處于許可值范圍內(nèi)(小于電纜張力)，從而不會對電纜產(chǎn)生損傷。下面描述具體的控制過程主起升上升時，由PLC 10提供的電機給定速度Vs比計算所需速度稍快，保證電纜在上升過程中始終保持張緊。例如給定速度Vs比需要速度快3%以上。電纜上升時又分加速、勻速、減速三種不同狀態(tài)，對于不同的狀態(tài)卷筒系統(tǒng)能進行判斷。卷筒系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的工況結(jié)合不同的電纜圈數(shù)給出合適的力矩限幅，即保證電纜跟隨又能對電纜起保護。通過PLC 10控制變頻器12的力矩輸出值，使電纜在加速，勻速，減速三種狀態(tài)下受到的力始終小于電纜的許用張力，可以用以下公式解釋許用張力X當前電纜纏繞半徑>輸出力矩=加速(減速)上升力矩+垂電纜重力力矩在此，當前電纜纏繞半徑是卷筒內(nèi)徑DI加上變化中的電纜纏繞厚度的值。另外， 加速(減速)上升力矩和垂直電纜重力力矩，其力臂也是當前電纜纏繞半徑。由此，可計算出允許的加速(減速)上升力矩。主起升下降時，電機給定速度Vs比計算所需速度稍慢，保證電纜在下降過程中始終保持張緊。例如給定速度Vs比需要速度慢3%以上。下降時也分加速、勻速、減速，不同的工況結(jié)合不同的電纜圈數(shù)給不同的力矩限幅，即保證電纜跟隨又能對電纜起保護。通過 PLC 10控制變頻器12的力矩輸出值，使電纜在加速，勻速，減速三種狀態(tài)下受到的力始終小于電纜的許用張力，可以用以下公式解釋許用張力X當前電纜纏繞半徑>輸出力矩=加速(減速)下降力矩+垂電纜重力力矩主起升停止時，吊具卷筒延時IOs左右停止。根據(jù)電纜不同的圈數(shù)，給定安全的力矩限幅，維持電纜張緊，利于快速相應(yīng)，起升IOs還無動作，卷筒系統(tǒng)報閘停止。通過PLC 10 控制變頻器12的力矩輸出值，保證此時的力矩輸出等于垂電纜的重力力矩。綜上所述，本實用新型的電纜卷筒控制裝置，利用主系統(tǒng)的位置信號計算卷筒外徑和圈數(shù)，節(jié)約了成本。并且，采用速度閉環(huán)控制和動態(tài)力矩限幅控制方式，使電纜跟隨響應(yīng)快，適應(yīng)性廣，既可調(diào)整速度增益又可調(diào)整力矩限幅。在不同工況下對電機的力矩限幅能很好地保護其控制對象——電纜。雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本實用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的修改和完善，因此本實用新型的保護范圍當以權(quán)利要求書所界定的為準。
權(quán)利要求1.一種電纜卷筒控制裝置，其特征在于包括 變頻電機，用以驅(qū)動電纜卷筒；變頻器，用以控制該變頻電機的轉(zhuǎn)速；可編程控制器，用以計算電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速，并根據(jù)該電機轉(zhuǎn)速向該變頻器提供一給定轉(zhuǎn)速；以及增量編碼器，安裝于該變頻電機上，檢測實際電機轉(zhuǎn)速并反饋給該可編程控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的電纜卷筒控制裝置，其特征在于，該可編程控制器是根據(jù)電纜卷筒的電纜纏繞外徑和主起升的高度計算電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速。
3.如權(quán)利要求1所述的電纜卷筒控制裝置，其特征在于，當電纜卷筒隨主起升上升時， 該可編程控制器提供的該給定轉(zhuǎn)速大于電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速。
4.如權(quán)利要求1所述的電纜卷筒控制裝置，其特征在于，當電纜卷筒隨主起升下降時， 該可編程控制器提供的該給定轉(zhuǎn)速小于電纜卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的電纜卷筒控制裝置，其特征在于，該可編程控制器控制該變頻器的力矩輸出值，使得作用在電纜上的拉力小于電纜張力。
專利摘要本實用新型涉及一種電纜卷筒控制裝置，以根據(jù)不同的工況控制驅(qū)動電機的運行。該電纜卷筒控制裝置包括變頻電機、變頻器、可編程控制器以及增量編碼器。變頻電機用以驅(qū)動電纜卷筒。變頻器用以控制該變頻電機的轉(zhuǎn)速?？删幊炭刂破饔靡杂嬎汶娎|卷筒所需的電機轉(zhuǎn)速，并根據(jù)該電機轉(zhuǎn)速向該變頻器提供一給定轉(zhuǎn)速。增量編碼器，安裝于該變頻電機上，檢測實際電機轉(zhuǎn)速并反饋給該可編程控制器。
文檔編號B65H59/38GK201932765SQ201020625588
公開日2011年8月17日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者沈建新, 王立俊, 胡軍 申請人:上海振華重工(集團)股份有限公司