一种卷扬机安全升降系统的制作方法

本发明属于卷扬控制技术领域，尤其是涉及一种卷扬机安全升降系统。

背景技术：

目前，在我国的建筑、船舶、钻井平台等生产领域所使用的卷扬机系统有很多需要承载人员的要求，这些卷扬机系统虽然有自己的自锁或者减速刹车系统，但是由于操作人员的安全意识和操作水平参差不齐，会出现误操作现象，或者机器由于保养不当造成安全系统失控，会造成对人员生命和设备财产巨大危险。现有的卷扬机系统，其安全刹车系统和自锁系统存在在特殊条件下不能达到保证人员安全的情况，由变频电机控制的卷扬机系统，在设备失去动力电的情况下，电机不能控制卷扬机悬挂的重物的运动，在没有失电自锁的情况下，重物会跌落，造成安全事故，在有失电自锁的设备上，重物会被停在半空中，如果有人员在悬挂物中，人员不能及时脱离危险环境，从而引发严重后果。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种卷扬机安全升降系统，在卷扬机系统出现失去动力电，或者人员误操作的情况下，设备可以自动把卷扬机上的重物或人员以安全的速度释放到地面，避免人员和设备的不必要损失。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种卷扬机安全升降系统，包括同时连接交流电源和备用电源的电源控制板、以及分别安装在卷扬机上的失电控制装置、测速传感装置和高度测量传感装置；所述电源控制板与失电控制装置连接；所述失电控制装置包括中央处理单元；所述测速传感装置和高度测 量传感装置反馈的电信号通过中央处理单元传输给刹车驱动器，由刹车驱动器控制卷扬机上电磁刹车的刹车力。

进一步，所述失电控制装置还包括无线控制单元和操作面板。

进一步，所述测速传感装置包括若干测速凸轮以及与各测速凸轮分别对应的若干转速传感器；所述测速凸轮安装在卷扬机的输入轴、传动轴或输出轴三者中转速较高的轴上；每个所述转速传感器均与所述中央处理单元连接。

进一步，所述中央处理单元中预存储有卷扬机最大下降速度值和距离地面最小高度值；所述中央处理单元将所述测速传感装置和高度测量传感装置测得的数值分别与相应的预存储值比较后，将处理信号输出给刹车驱动器。

进一步，所述卷扬机上还安装有超声波测距测速装置；所述超声波测距测速装置与所述中央处理单元连接。

进一步，所述高度测量传感装置包括若干个激光距离传感器，各个激光距离传感器分别与所述中央处理单元连接。

进一步，所述电磁刹车包括固定部和转动部；所述固定部安装于卷扬机外壳或卷扬机外部的刚体上；所述转动部安装在卷扬机的输入轴、传动轴或输出轴三者中转速较高的轴上。

进一步，所述中央处理单元包括STM32单片机。

进一步，所述刹车驱动器包括脉宽调制控制器。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)在卷扬机系统出现失去动力电，或者人员误操作的情况下，由备用电源供电，失电控制装置控制刹车驱动器进行刹车动作，可以把卷扬机上的重物或人员以安全的速度释 放到地面。

2)设置多个激光距离传感器和转速传感器，可以保证如果某一个传感器出现问题，也不会引进系统失控。

3)失电控制装置可以通过无线控制器远程操作，方便可靠。

4)本系统使用双电源供电，在平台交流失效时可即时由电池供电，保证系统在紧急状态下仍可保证卷扬机安全下降。

附图说明

图1是本发明中测速传感装置在卷扬上的安装示意图；

图2是图1中由A向看去的测速凸轮与转速传感器结构布置示意图；

图3是本发明的系统示意图；

图4是本发明的控制流程图；

图5是本发明中脉宽调制原理示意图。

图中：1-测速凸轮；2-失电控制装置；3-卷扬机外壳或卷扬机外部刚体；4-转速传感器。

具体实施方式

需要说明的是，在不相冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

根据图1至图5所示的一种卷扬机安全升降系统，包括同时连接交流电源和备用电源的电源控制板、以及分别安装在卷扬机上的失电控制装置2、测速传感装置和高度测量传 感装置；所述电源控制板与失电控制装置2连接；所述失电控制装置包括中央处理单元；所述测速传感装置和高度测量传感装置反馈的电信号通过中央处理单元传输给刹车驱动器，由刹车驱动器控制卷扬机上电磁刹车的刹车力。

需要说明的是，转速传感器可以将电机转速转换为卷扬机下降速度和下降距离。由于卷扬机有较高的减速比，所以下降速度和下降距离具有极高的精度。具体的原理如下：

卷扬机的传动比等于卷扬机下降距离和测量轴周长的比例，所以，

下降距离X传动比＝测量轴的旋转周长，

测量轴的旋转周长/πd＝测量轴旋转圈数(其中d为测量轴直径)。

其中，所述失电控制装置2还包括无线控制单元和操作面板。通过无线控制单元中的无线接收模块，来接受远程的操控，这样，使得本系统更便于控制，尤其是遇到突发状况，可靠性和安全性更高。

另外，在失电控制装置2上连接操作面板，可以更方便参数的输入和显示，使得失电控制装置2便于操作，并能直观显示系统状态。

其中，所述测速传感装置包括若干测速凸轮1以及与各测速凸轮1分别对应的若干转速传感器4；所述测速凸轮1安装在卷扬机的输入轴、传动轴或输出轴三者中转速较高的轴上；每个所述转速传感器均与所述中央处理单元连接。

需要说明的是，为了保证系统的安全稳定性，测速凸轮1和转速传感器4可以分别在不同的轴上各安装两个或者两个以上，并且优选安装在转速较高的轴，以确保转速传感器运算的一致性和准确性。

其中，所述中央处理单元中预存储有卷扬机最大下降速度值和距离地面最小高度值；所述中央处理单元将所述测速传感装置和高度测量传感装置测得的数值分别与相应的预存储值比较后，将处理信号输出给刹车驱动器。

需要指出的是，还可以在卷扬机设备外部安装多种测速测高的检测装置，比如，在所述高度测量传感装置包括若干个激光距离传感器，并且各个激光距离传感器分别与所述中央处理单元连接。

也可以，在所述卷扬机上还安装有超声波测距测速装置，并且该超声波测距测速装置与所述中央处理单元连接。

这样，多种测速测高的检测装置都将数据反馈给中央处理单元，即使在某一个传感器出现故障的情况下，也不会引进系统失控，系统稳定性好。

其中，所述电磁刹车包括固定部和转动部；所述固定部安装于卷扬机外壳或卷扬机外部的刚体3上；所述转动部安装在卷扬机的输入轴、传动轴或输出轴三者中转速较高的轴上。固定部和转动部的安装根据具体工况可灵活选择，电磁刹车装置及其安装可以参照现有技术实现，这里不再赘述。

其中，所述中央处理单元包括STM32单片机，每秒钟可以进行过百次下降速度控制，稳定性好。

本系统为卷扬机提供下降安全保护功能。过速、距离地面过近保护。可以通过控制面板设定系统的最大下降速度和最大减速加速度值。

具体的，中央处理单元根据转速传感器的反馈得到现在的下降速度，如果超过设定的最大下降速度，即控制电磁刹车动作，将速度限定在最大下降速度内。根据最大下降速度Vmax(这里的最大下降速度是根据不同设备要求和客户要求进行设定)和最大减速加速度amax(最大减速加速度是根据卷扬机承载物的安全性设定的，例如，如果承载物上有人员的话，其最大加速度不得超过人体承受范围，即3倍重力加速度)，中央处理单元可以计算出最小刹车距离。即在距地面为这个最小刹车距离时以全负荷减速方可实现平稳着陆。具体的，

最小刹车距离公式为：最小刹车距离＝V_max²/2a_max。

其中，所述刹车驱动器包括脉宽调制控制器，其电压变化根据测速传感器反馈的数据进行调控，让轴保持一个恒定的转速，这样可以避免因为外界气温湿度的变化或者刹车片摩擦过热产生的刹车速度不稳定的问题。

本卷扬机安全升降系统采用脉宽调整(PWM)技术控制电磁刹车，刹车力可以根据系统需求调整大小。具体的，是将驱动电流输入调制为宽度可调的方波，如图4所示，电磁刹车在方波电流驱动下间歇工作，方波中有电流和无电流的比例则决定了电磁刹车的力量，

即，刹车力＝最大刹车力X(有电流时间/方波周期)。

本卷扬机安全升降系统具体的工作过程是：

在电源启动后，电源控制板开始检测交流电源是否正常，如果交流电供电下常则进入正常工作状态；如果交流电没有正常供电，则自动切换到备用电池供电，然后进入正常工作状态(即进入下降工作状态，此状态下由于没有动力电源，所以卷扬机不能进行提升动作)。

在进入工作状态后，通过手动或者电动操作升降(其中，手动操作升降可以用来平时对设备的检修)，卷扬机进入刹车释放状态，卷扬机正常工作。

在卷扬机正常工作过程中，转速传感器检测卷扬机升降速度，如果其下降速度超过设定的最大下降速度V_max时，刹车驱动器控制电磁刹车进行刹车减速，使其下降速度控制在安全速度范围内；同时激光距离传感器检测距地面距离，如果接近地面达到设定的距离地面最小高度值时，刹车驱动器控制电磁刹车进行刹车动作，使之停止下降。

若卷扬机正常工作过程中，动力电突然停止供电，电源控制板由备用电池提供电源，这时卷扬机在无动力电的情况下，会由电磁刹车锁紧卷扬升降系统，此时不能进行提升， 处于预备下降的状态。

待人工选择下降后，卷扬机进入下降状态，这时安装的转速传感器检测卷扬机下降的速度，同时激光距离传感器检测其距地面的距离。

当下降速度达到设定的卷扬机最大下降速度值时，系统利用脉宽调制控制器调节供应给电磁刹车的驱动电流的脉宽，来调节电磁刹车的刹车力，从而进行卷扬机的减速；当向地面接近，达到设定的距离地面最小高度值时，激光距离传感器反馈电信号给中央处理单元，这时中央处理单元输出控制信号，通过脉宽调制控制器来控制电磁刹车全负荷工作，卷扬机减速，使人员或重物得以安全着陆。

本发明将现有电磁刹车控制系统只能起到锁死刹车的刹车系统改造成为可调速的减速刹车系统，并利用智能测距测速设备调节速度，使卷扬机以减速状态把物体释放到地面，保证了人员生命安全和设备财产安全。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。