一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法，數(shù)據(jù)采集單元（1）采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器（5）信號。定位及姿態(tài)解算單元（2）解算出塔機實時位置和姿態(tài)信息，并由安全監(jiān)控及無線通訊單元（3）發(fā)送至上位機，同時接收上位機發(fā)送的群塔碰撞預警指令，安全監(jiān)控及無線通訊單元（3）同步監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)的安全限位信息，形成安全超限報警信號。若不存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，則逆變算法解算單元（4）根據(jù)塔機執(zhí)行機構(gòu)電機（6）的目標速度，結(jié)合塔機執(zhí)行機構(gòu)電機（6）的實時速度與電流信息完成矢量控制算法，驅(qū)動塔機執(zhí)行機構(gòu)電機（6）完成多軸同步動作，實現(xiàn)塔機起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走作業(yè)，本發(fā)明具控制功能豐富的優(yōu)點。
【專利說明】一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種塔機控制方法，特別是一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法。

【背景技術】
[0002]塔機一般具有起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)，目前，大多數(shù)塔機采用PLC作為核心控制器，PLC控制各機構(gòu)對應的變頻器，并由變頻器驅(qū)動相應機構(gòu)電機以完成塔機的起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走作業(yè)。隨著人們對塔機安全性、易操作性和可靠性等方面要求的提高，以PLC作為核心控制器的塔機系統(tǒng)的弊端也日趨明顯。
[0003]主要體現(xiàn)在三個方面:一是PLC運算能力有限，難以實現(xiàn)防撞、防擺復雜控制算法的需求；二是塔機系統(tǒng)中起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)都需要獨立的變頻器驅(qū)動，即每個運動軸都需要一臺獨立變頻器驅(qū)動，導致系統(tǒng)成本較高；三是系統(tǒng)具有PLC、變頻器以及輔助的斷路開關等部件，系統(tǒng)分立部件多，接線復雜，導致系統(tǒng)體積較大且不利于大規(guī)模標準化生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法，解決PLC塔機控制系統(tǒng)運算能力小，系統(tǒng)分立部件多的問題。
[0005]一種多軸復合驅(qū)動塔機系統(tǒng)控制方法的具體步驟為:
第一步:搭建塔機控制系統(tǒng)
塔機控制系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集單元、定位及姿態(tài)解算單元、安全監(jiān)控及無線通訊單元、逆變算法解算單元、塔機系統(tǒng)電氣傳感器和塔機執(zhí)行機構(gòu)電機。數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)接口和定位及姿態(tài)解算單元的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜相連，數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)接口與安全監(jiān)控及無線通訊單元的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜連接，數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)接口與逆變算法解算單元的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜連接，數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)接口與塔機系統(tǒng)電氣傳感器的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，定位及姿態(tài)解算單元的數(shù)據(jù)接口與安全監(jiān)控及無線通訊單元的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，安全監(jiān)控及無線通訊單元的數(shù)據(jù)接口與逆變算法解算單元的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，逆變算法解算單元的功率輸出端與塔機執(zhí)行機構(gòu)電機的功率輸入端通過功率電纜連接。
[0006]第二步數(shù)據(jù)采集單元采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器信號
數(shù)據(jù)采集單元采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，塔機系統(tǒng)電氣傳感器包括:司控臺信號傳感器、安全限位傳感器、吊運重量傳感器、風速傳感器、起升機構(gòu)電機速度傳感器、變幅機構(gòu)電機速度傳感器、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機速度傳感器、行走機構(gòu)電機速度傳感器、起升機構(gòu)電機電流傳感器、變幅機構(gòu)電機電流傳感器、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機電流傳感器、行走機構(gòu)電機電流傳感器和塔機定位傳感器。
[0007]第三步定位及姿態(tài)解算單元獲取塔機的位置與姿態(tài)信息定位及姿態(tài)解算單元利用數(shù)據(jù)采集單元中獲得的塔機位置信號、起升機構(gòu)電機速度信號、變幅機構(gòu)電機速度信號、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機速度信號、行走機構(gòu)電機速度信號解算出塔機運動部件的實時位置與姿態(tài)信息。
[0008]第四步安全監(jiān)控及無線通訊單元監(jiān)控塔機運行安全狀態(tài)
安全監(jiān)控及無線通訊單元將數(shù)據(jù)采集單元采集獲得的塔機系統(tǒng)電氣傳感器數(shù)字信號與預設極限值比較，超出預設極限值之后產(chǎn)生對應安全超限報警信號，安全監(jiān)控及無線通訊單元接收上位機發(fā)出的群塔碰撞預警指令，同時將塔機實時位置與姿態(tài)信息通過GPRS無線傳輸至上位機。
[0009]第五步逆變算法解算單元生成塔機執(zhí)行機構(gòu)電機的驅(qū)動信號
逆變算法解算單元首先讀取安全監(jiān)控及無線通訊單元中安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，如存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，逆變算法解算單元停止工作，如不存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，則逆變算法解算單元根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元獲得的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)的給定速度，同時根據(jù)塔機執(zhí)行機構(gòu)電機的速度和電流信號完成速度電流雙閉環(huán)矢量控制算法解算，生成塔機執(zhí)行機構(gòu)電機的功率驅(qū)動信號，使塔機完成起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走作業(yè)。
[0010]經(jīng)過以上步驟完成了多軸復合驅(qū)動塔機控制過程。
[0011]本控制方法以數(shù)字信號處理器(DSP)作為各單元的核心控制芯片，可以實現(xiàn)批量數(shù)據(jù)采集，塔機定位及姿態(tài)解算、安全監(jiān)控及無線通訊，并在單一裝置上完成了塔機起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)四軸同步驅(qū)動工作?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝與固定，軟件控制功能豐富，便于系統(tǒng)功能擴展與升級改造。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1 一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法的系統(tǒng)連接示意圖1.數(shù)據(jù)采集單元 2.定位及姿態(tài)解算單元 3.安全監(jiān)控及無線通訊單元 4.逆變算法解算單元 5.塔機系統(tǒng)電氣傳感器 6.塔機執(zhí)行機構(gòu)電機。

【具體實施方式】
[0013]一種多軸復合驅(qū)動塔機控制方法的具體步驟為:
第一步:搭建塔機控制系統(tǒng)
塔機控制系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集單元1、定位及姿態(tài)解算單元2、安全監(jiān)控及無線通訊單元3、逆變算法解算單元4、塔機系統(tǒng)電氣傳感器5、塔機執(zhí)行機構(gòu)電機6。數(shù)據(jù)采集單元I的數(shù)據(jù)接口與定位及姿態(tài)解算單元2的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜相連，數(shù)據(jù)采集單元I的數(shù)據(jù)接口與安全監(jiān)控及無線通訊單元3的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜相連，數(shù)據(jù)采集單元I的數(shù)據(jù)接口與逆變算法解算單元4的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜連接，數(shù)據(jù)采集單元I的數(shù)據(jù)接口與塔機系統(tǒng)電氣傳感器5的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，定位及姿態(tài)解算單元2的數(shù)據(jù)接口與安全監(jiān)控及無線通訊單元3的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，安全監(jiān)控及無線通訊單元3的數(shù)據(jù)接口與逆變算法解算單元4的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，逆變算法解算單元4的功率輸出端與塔機執(zhí)行機構(gòu)電機6的功率輸入端通過功率電纜連接。
[0014]第二步數(shù)據(jù)采集單元I采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器5信號
數(shù)據(jù)采集單元I采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器5信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。塔機系統(tǒng)電氣傳感器5包括:司控臺信號傳感器、安全限位傳感器、吊運重量傳感器、風速傳感器、起升機構(gòu)電機速度傳感器、變幅機構(gòu)電機速度傳感器、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機速度傳感器、行走機構(gòu)電機速度傳感器、起升機構(gòu)電機電流傳感器、變幅機構(gòu)電機電流傳感器、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機電流傳感器、行走機構(gòu)電機電流傳感器和塔機定位傳感器。
[0015]第三步定位及姿態(tài)解算單元2獲取塔機的位置與姿態(tài)信息
定位及姿態(tài)解算單元2利用數(shù)據(jù)采集單元I中獲得的塔機位置信號、起升機構(gòu)電機速度信號、變幅機構(gòu)電機速度信號、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機速度信號、行走機構(gòu)電機速度信號解算出塔機運動部件實時位置與姿態(tài)信息。
[0016]第四步安全監(jiān)控及無線通訊單元3監(jiān)控塔機運行安全狀態(tài)
安全監(jiān)控及無線通訊單元3將數(shù)據(jù)采集單元I采集獲得的塔機系統(tǒng)電氣傳感器數(shù)字信號與預設極限值比較，超出預設極限值之后產(chǎn)生對應超限報警信號，安全監(jiān)控及無線通訊單元3接收上位機發(fā)出的群塔碰撞預警指令，同時將塔機實時位置與姿態(tài)信息通過GPRS無線傳輸至上位機。
[0017]第五步逆變算法解算單元4生成塔機執(zhí)行機構(gòu)電機6的驅(qū)動信號
逆變算法解算單元4首先讀取安全監(jiān)控及無線通訊單元3中安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，如存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，逆變算法解算單元4停止工作，如不存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，逆變算法解算單元4根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元I獲得的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)的給定速度，同時根據(jù)塔機執(zhí)行機構(gòu)電機6的速度和電流信號完成速度電流雙閉環(huán)矢量控制算法解算，生成塔機執(zhí)行機構(gòu)電機6的功率驅(qū)動信號，使塔機完成起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走作業(yè)。
[0018]經(jīng)過以上步驟完成了多軸復合驅(qū)動塔機控制過程。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸復合驅(qū)動塔機系統(tǒng)控制方法，其特征在于具體步驟為: 第一步:搭建塔機控制系統(tǒng) 塔機控制系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集單元(I)、定位及姿態(tài)解算單元(2)、安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)、逆變算法解算單元(4)、塔機系統(tǒng)電氣傳感器(5)和塔機執(zhí)行機構(gòu)電機(6);數(shù)據(jù)采集單元(I)的數(shù)據(jù)接口和定位及姿態(tài)解算單元(2)的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜相連，數(shù)據(jù)采集單元(I)的數(shù)據(jù)接口與安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜連接，數(shù)據(jù)采集單元(I)的數(shù)據(jù)接口與逆變算法解算單元(4)的數(shù)據(jù)接口通過信號線纜連接，數(shù)據(jù)采集單元(I)的數(shù)據(jù)接口與塔機系統(tǒng)電氣傳感器(5)的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，定位及姿態(tài)解算單元(2)的數(shù)據(jù)接口與安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)的數(shù)據(jù)接口與逆變算法解算單元(4)的數(shù)據(jù)接口通過信號電纜連接，逆變算法解算單元(4)的功率輸出端與塔機執(zhí)行機構(gòu)電機(6)的功率輸入端通過功率電纜連接； 第二步數(shù)據(jù)采集單元(I)采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器(5)信號數(shù)據(jù)采集單元(I)采集塔機系統(tǒng)電氣傳感器(5 )信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，塔機系統(tǒng)電氣傳感器(5)包括:司控臺信號傳感器、安全限位傳感器、吊運重量傳感器、風速傳感器、起升機構(gòu)電機速度傳感器、變幅機構(gòu)電機速度傳感器、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機速度傳感器、行走機構(gòu)電機速度傳感器、起升機構(gòu)電機電流傳感器、變幅機構(gòu)電機電流傳感器、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機電流傳感器、行走機構(gòu)電機電流傳感器和塔機定位傳感器； 第三步定位及姿態(tài)解算單元(2)獲取塔機的位置與姿態(tài)信息定位及姿態(tài)解算單元(2)利用數(shù)據(jù)采集單元(I)中獲得的塔機位置信號、起升機構(gòu)電機速度信號、變幅機構(gòu)電機速度信號、回轉(zhuǎn)機構(gòu)電機速度信號、行走機構(gòu)電機速度信號解算出塔機運動部件的實時位置與姿態(tài)信息； 第四步安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)監(jiān)控塔機運行安全狀態(tài) 安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)將數(shù)據(jù)采集單元(I)采集獲得的塔機系統(tǒng)電氣傳感器(5)數(shù)字信號與預設極限值比較，超出預設極限值之后產(chǎn)生對應安全超限報警信號，安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)接收上位機發(fā)出的群塔碰撞預警指令，同時將塔機實時位置與姿態(tài)信息通過GPRS無線傳輸至上位機； 第五步逆變算法解算單元(4)生成塔機執(zhí)行機構(gòu)電機(6)的驅(qū)動信號逆變算法解算單元(4)首先讀取安全監(jiān)控及無線通訊單元(3)中安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，若存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，逆變算法解算單元(4)停止工作，若不存在安全超限報警信號和群塔碰撞預警指令，則逆變算法解算單元(4)根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元(I)獲得的起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和行走機構(gòu)的給定速度，同時根據(jù)塔機執(zhí)行機構(gòu)電機(6)的速度和電流信號完成速度電流雙閉環(huán)矢量控制算法解算，生成塔機執(zhí)行機構(gòu)電機(6)的功率驅(qū)動信號，使塔機完成起升、變幅、回轉(zhuǎn)和行走作業(yè)； 經(jīng)過以上步驟完成了多軸復合驅(qū)動塔機控制過程。
【文檔編號】B66C13/48GK104401878SQ201410587794
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王利, 李建冬 申請人:北京機械設備研究所