一種用于起重機起升機構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合的變頻調速技術控制制動電機的轉速，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閉環控制對制動輪轉速進行實時反饋，實現在規定的時間內勻減速制動。本實用新型有效地解決了傳統制動裝置制動力矩和制動時間不可調的缺點，針對不同負載和不同工況，及時調整制動力矩的大小并選擇合適的制動時間，實現平緩制動，有效地減小了制動沖擊，延長了起升機構各部件的使用壽命。
【專利說明】一種用于起重機起升機構的智能制動裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型屬工業制動領域，具體涉及一種用于起重機起升機構的智能制動裝置。

【背景技術】
[0002]起升機構作為起重機的重要部件，由于其經常啟動停止，故對其制動裝置的安全性要求較高。起升機構的制動裝置以常閉式電液制動器為主，它靠上閘彈簧力產生制動力，一旦彈簧長度調節好，制動力矩便確定了。針對起重機起升機構不同的起重量及起升速度，傳統的制動裝置總是以初始設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，對起升機構各部件造成沖擊，容易引發各類故障。


【發明內容】

[0003]針對現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種用于起重機起升機構的智能制動裝置，解決傳統制動裝置制動力矩不可調及制動時間不可控問題，針對不同的起重量及起升速度，智能調節制動力矩和制動時間，運用PID閉環控制技術，實現起升機構在規定的時間內勻減速制動，有效緩解傳統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問題所采用的技術方案如下所描述:
[0005]一種用于起重機起升機構的智能制動裝置，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，傳感器主要由負責采集卷筒轉速信號的旋轉編碼器、負責采集鋼絲繩拉力信號的拉力傳感器、負責采集高速軸扭矩信號的扭矩傳感器及負責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轉換的信號轉換功能模塊、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傳統制動裝置展智能制動技術的研究，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合的變頻調速技術，控制制動電機的轉速，從而實現制動力矩的自動調節。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閉環控制，對制動輪轉速進行實時反饋，實現在規定的時間內勻減速制動，從而達到減緩沖擊的效果。本實用新型有效地解決了傳統制動裝置制動力矩和制動時間不可調的缺點，針對不同負載和不同工況，及時調整制動力矩的大小并選擇合適的制動時間，實現平緩制動，有效地減小了制動沖擊，延長了起升機構各部件的使用壽命。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的總體設計圖；
[0014]圖2為本實用新型的控制模塊硬件系統架構圖；
[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主要由負責采集卷筒轉速信號的旋轉編碼器、負責采集鋼絲繩拉力信號的拉力傳感器、負責采集高速軸扭矩信號的扭矩傳感器及負責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轉換的信號轉換功能模塊、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傳輸來的信號經過Α/D轉換后通過制動力矩智能計算子程序運算并將運算結果經過D/Α轉換后傳輸給變頻器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。變頻器I根據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包括旋轉編碼器、拉力傳感器、扭矩傳感器和溫度傳感器，分別負責采集卷筒轉速信號、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閉環控制；所述變頻器I作為控制系統的執行元件，負責控制制動電機7的轉速，進而改變推桿2的推力，最終實現制動力矩的調節；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鍵參數，由于信號是模擬量，需經Α/D轉換功能模塊轉換成數字量，并進行運算，得出制動力矩；可編程邏輯控制器將經PID運算后的數字量轉換成O?1V或4?20mA的模擬量信號傳達到變頻器I。如果制動瓦11溫度超過了設定值，可編程邏輯控制器控制制動電機7斷電，系統實現支持制動。
[0030]本實用新型利用可編程邏輯控制器與變頻器I相結合的變頻調速技術來實現制動力矩的調節，變頻器I根據可編程邏輯控制器輸出電壓信號的改變實現輸出頻率的改變，從而控制制動電機7的轉速，液壓泵9轉速等于制動電機7的轉速，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力一經確定，通過改變液壓推桿2推力即改變制動電機7轉速，實現制動力矩的調節。
[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起重量和起升速度反饋信號智能調節的，在起重機規定的安全制動時間內，針對不同工況，對制動時間進行微調，達到減緩沖擊的效果。
[0032]本實用新型提出的PID閉環控制，目的是使制動輪在設定的時間內實現勻減速制動。其特征在于，通過旋轉編碼器實時掃描高速軸轉速，然后將信號接入模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸入模塊將轉速的模擬信號轉換成數字信號，與數據塊中存放的理想轉速值進行比較，最終實現轉速按勻減速下降，實現平穩制動。
[0033]如圖3所示，本實用新型的控制模塊主電路設計原則為:
[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實現互鎖，保證制動過程安全穩定。
[0036]當智能制動繼電器KM4觸點閉合后，傳感器5開始工作，系統實現自動勻減速制動。
[0037]如圖4所示，是PID閉環控制原理圖。轉速反饋是通過旋轉編碼器實時掃描制動輪轉速，然后將信號接入模擬量輸入模塊SM331，模擬量輸入模塊將轉速的模擬信號轉換成數字信號，與數據塊中存放的理想轉速值進行比較，最終實現轉速按勻減速下降，實現平穩制動。
[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轉換模塊等)、觸摸屏、變頻器I等設備與可編程邏輯控制器的數據傳輸正常；
[0039](2)在系統運行過程中要及時進行故障檢測，以防止設備損壞和意外發生；當出現故障時，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，有利于系統恢復正常工作。
[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，制動系統緊急制動；溫度若小于臨界值，則執行步驟(4)；
[0041](4)判斷是否為變頻制動，若判斷結果為是，則執行步驟(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開始采集數據(制動輪轉速，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。將結果通過可編程邏輯控制器擴展模塊SM332的PQW304端口經D/Α轉換后輸出給變頻器I，實現平緩制動。
[0043]本實用新型是基于起重機起升機構傳統制動裝置展智能制動技術的研究，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合的變頻調速技術，控制制動電機的轉速，從而實現制動力矩的自動調節。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閉環控制，對制動輪轉速進行實時反饋，實現在規定的時間內勻減速制動，從而達到減緩沖擊的效果。本實用新型有效地解決了傳統制動裝置制動力矩和制動時間不可調的缺點，針對不同負載和不同工況，及時調整制動力矩的大小并選擇合適的制動時間，實現平緩制動，有效地減小了制動沖擊，延長了起升機構各部件的使用壽命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下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎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。本領域技術人員應該明白，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利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種用于起重機起升機構的智能制動裝置，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)主要由負責采集卷筒轉速信號的旋轉編碼器、負責采集鋼絲繩拉力信號的拉力傳感器、負責采集高速軸扭矩信號的扭矩傳感器及負責采集制動瓦溫度信號的溫度傳感器組成。
2.如權利要求1所述的用于起重機起升機構的智能制動裝置，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轉換的信號轉換功能模塊、通信模塊、報警模塊。
3.如權利要求1所述的用于起重機起升機構的智能制動裝置，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.如權利要求3所述的用于起重機起升機構的智能制動裝置，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)的轉速。
5.如權利要求4所述的用于起重機起升機構的智能制動裝置，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.如權利要求1-5之一所述的用于起重機起升機構的智能制動裝置，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.如權利要求6所述的用于起重機起升機構的智能制動裝置，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 優先權日:2014年6月30日
【發明者】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