一种基于变频器的防摇设备制造技术

本专利公开了一种基于变频器的防摇设备，用于起重机自动化的防摇控制。该防摇设备包括CPU、变频器、定位设备以及驱动电机；变频器、定位设备与CPU以数据总线形式相连；驱动电机与变频器相连；定位设备包括Z坐标定位设备(高度测量设备)，X坐标定位设备(小车位置测量设备)，Y坐标定位设备(大车位置测量设备)与CPU相连。本实用新型专利技术的装置与起重机的控制系统结合，CPU采用起重机的主CPU，驱动设备采用起重机原来的变频器实现，由于不额外增加设备，只在自动化设备基础增加防摇算法实现防摇控制，成本大幅度降低，而工作性能却可以得到保证，并且对原起重机的安全性和稳定性没有影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化控制
，涉及一种基于变频器的防摇设备。
技术介绍
近两年国内正掀起一场自动化改造的热潮，主要目前人力成本越来越高，安全事故带来的损失也越来越高，而在钢铁行业尤其如此。自动化程度越高，配备的人员越少，甚至可以实现无人化生产。目前在宝钢内部正在普及自动化改造，起重机自动化改造是最先要求进行的改造项目。而起重机自动化改造，离不开防摇控制设备，在有人员操作的情况了，起重机的载荷摇摆可以有操作工通过操作起重机的运行消除摇摆，但在无人化工作时，就只能依靠防摇设备来防止载荷发生摇摆。但是目前电子防摇设备基本都由国外提供，国内也有少量防摇产品，但是主要设备和技术核心还是掌握在国外厂商手中，从而影响了起重机整体自动化的实施成本。目前国外产品主要特点是技术成熟，应用广泛，防摇精度高，更是采用闭环控制，可以实现主动减摇功能，减摇程度甚至比人工操作更为快捷和稳定，但成本却居高不下。实际应用中，很多自动化行车的工艺简单，定位精度不高，本身电气设备成本就很低，为了节约人力成本，也希望实现自动化作业，但进口的防摇设备却成为了主要制约条件。现阶段，国外防摇设备都是采样独立CPU来实现防摇控制，不过最终还是要以控制变频器的速度和加速度来完成防摇的控制。由于需要高精度防摇，同时还有对超出控制的摇摆进行减摇控制，所以都需要在吊具上增加有源反射板，在小车底板安装高清摄像头。无疑效果非常好，但是成本也非常高，在许多场合并不需要这样的高精度控制，同时，很多起重机无法再吊具上安装有源反射板，这些都将成为自动化行车大规模普及的障碍。本专利技术突破这些限制，无需有源反射板，以单摆为模型，以变频器为驱动核心，通过CPU运算出变频器的运行速度、加速度来实现防摇控制。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于变频器的防摇设备，用于起重机自动化的防摇控制。防摇设备与起重机的控制系统结合，CPU采用起重机的主CPU，驱动设备采用起重机原来的变频器实现，由于不额外增加设备，只在自动化设备基础增加防摇方法实现防摇控制，所以成本大幅度降低，而工作性能却可以得到保证，并且对原起重机的安全性和稳定性都不产生影响。本专利技术的技术方案：一种基于变频器的防摇设备，该防摇设备包括CPU、变频器、定位设备以及驱动电机；CPU采用起重机的主CPU，驱动设备采用起重机原来的变频器，定位设备与CPU以数据总线形式相连，驱动电机与变频器相连；定位设备包括用于高度测量的Z坐标定位设备、用于小车位置测量的X坐标定位设备和用于大车位置测量的Y坐标定位设备。起重机包括起升机构、小车机构和大车机构，还包括断路器、变压器、电源模块和中间继电器，均为常规配置。起升机构包括变频器和驱动电机，小车机构包括变频器和驱动电机，大车机构包括变频器和两台驱动电机；各个变频器可以控制起重机的基本防摇。该基于变频器的防摇设备的控制方法如下：(1)CPU接到自动化运行指令之后，根据小车目标位置(X坐标)和大车目标位置(Y坐标)，已经起升的位置(Z坐标)来计算整个行程中大车和小车变频器的加速度、最大速度，再通过通讯方式将加速度数据和运行速度数据发送到变频器；(2)变频器根据这些数据开始运行，而CPU在运行过程中实时采用大车和小车位置的信息，然后调整逆变器的加速度和速度，在保证不摇摆的情况下，确保定位精度不受影响；(3)将起重机的载荷作为摆锤，起升高度作为摆长，将起升机构看作一个单摆模型，根据单摆模型的物理特性计算摆动夹角和摆动速度，计算运行速度和摆动之间的数学关系，得到防摆需要的运行速度和加速度，从而控制变频器按照制定的速度和加速度运行，实现防摆运行。小车和大车虽然为两个机构，但是可以简化分解独立运算，在要求不是很高的场合可以快速进行运行，达到理想效果。本专利技术的有益效果是实现了自动化行车的自动防摇控制，在多数要求精度不高的场合可以代替昂贵的进口防摇设备，大幅度降低设备成本，为自动化行车的大范围应用创造了有利条件。附图说明图1是本专利技术电气系统图。图2是起重机三维运行示意图。图3是起重机载荷在XY平面的摇摆示意图。图4是起重机水平运行曲线图1。图5是起重机载荷摆动曲线图。图6是起重机水平运行曲线图2。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。实施例：图1是本专利技术电气系统图。U1是起升机构变频器，M01是起升机构电动机。U2是小车机构变频器，M02是小车机构电动机。U3是当初机构变频器，M03和M04是当初机构电动机，由于起重机跨度一般在30～40米，比较长，所以通常采用两台电动机驱动，以防止出现偏斜。A12是PLC系统的CPU，Z坐标检测、X坐标检测、Y坐标检测均为定位检测设备，本实施例不单独列举具体型号，定位检测设备品种繁多，不同工况有不同应用，最终都是为了实现位置检测功能。图1中其他设备为起重机通用控制设备，不一一说明。图1中U1、U2、U3机三个定位设备运与CPU通过通讯总线连接。CPU负责运行速度和加速度的运行，以及起重机的工艺控制。U1、U2和U3负责执行CPU的运行指令，完成最终的防摇控制。定位设备为CPU运行提供基本位置数据。图2是三维运行示意图。小车运行方向为X坐标，大车运行方向为Y坐标，起升运行方向为Z坐标。在载荷摇摆时，载荷在dX和dY两个方向上进行摆动。虽然起重机吊钩都采用多个滑轮，具有多跟钢丝绳，当钢丝绳的摆动方向一致，而且起重机在吊运载荷时，通常起升高度不是很高，与起升高度相比，钢丝绳的单根摇摆的影响可以忽略，这个吊钩仍然可以看做为一个单摆模型。图3是起重机载荷在XY平面的摇摆示意图。图3是图2中吊钩摇摆的简化示意图，吊钩可以看做为一个摆球，在大小车运行时，会产生在dX和dY方向上的摆动。摆动夹角分别为α和θ。虽然载荷的摇摆有小车和大车运行共同作业产生，但可以分解为XZ平面和YZ平面上的摆动，并且摆动规律相同，所以可以分别计算两个平面上的运行速度和加速度，然后分别控制小车和大车的运行即可实现载荷的防摇。下面以YZ平面为例进行讨论(即大车运行规律)。起重机水平运行规律在文献《桥式起重机水平运行及抓斗摆动规律研究》当中已经有详细计算，根据该文件当起重机安装图4速度曲线进行运行时，其载荷的摆动规律如图5所示。加速时摆角θ、摆速ω沿L+经过tA变化到A点，减速时沿图中的L-'线经过(tB-tA)变化到B点,这时的θ、ω不可能都为零，也就是没有实现消摆。若要实现消摆,最后减速时载荷的摆动变化应沿L-到达原点，L+与L-是关于ω轴对称的，那么点A有一个关于ω轴的对称点A′在Γ-上，若由点A′开始减速，经过时间(tB-tA)则可实现消摆。所以减速前应使摆动位置由A点变化到A′点，解决办法是在点A使加速度变为零，沿L0经过一段匀速时间到达点A′，如图5所示。同时调整加速时间，使运行距离与目标距离相同。即起重机必须按照图6的水平运行曲线去运行，才能实现防摇。当加速时间确定后，匀速时间和减速时间就确定了。目标距离与加速时间成正比例。根据现场和电动机功率大小起重机有一最高限速Vm，决定加速时间有一最大值tm。假设基于tm的运行距离为Sm，当目标距离大于Sm时，由于加速时间不能再增加。只有增加匀速时间。若增加的时间恰好为抓斗摆动周期整数倍，则不会影响消摆过程。目前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于变频器的防摇设备，其特征在于，该防摇设备包括CPU、变频器、定位设备以及驱动电机；CPU采用起重机的主CPU，驱动设备采用起重机的变频器，定位设备与CPU以数据总线形式相连，驱动电机与变频器相连；定位设备包括用于高度测量的Z坐标定位设备、用于小车位置测量的X坐标定位设备和用于大车位置测量的Y坐标定位设备。

【技术特征摘要】
1.一种基于变频器的防摇设备，其特征在于，该防摇设备包括CPU、变频器、定位设备以及驱动电机；CPU采用起重机的主CPU，驱动设备采用起重机的变频器，定位设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：周德峰，
申请(专利权)人：大连宝信起重技术有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁;21