一种多轴复合驱动塔机控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种多轴复合驱动塔机控制方法，数据采集单元（1）采集塔机系统电气传感器（5）信号。定位及姿态解算单元（2）解算出塔机实时位置和姿态信息，并由安全监控及无线通讯单元（3）发送至上位机，同时接收上位机发送的群塔碰撞预警指令，安全监控及无线通讯单元（3）同步监控系统参数的安全限位信息，形成安全超限报警信号。若不存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，则逆变算法解算单元（4）根据塔机执行机构电机（6）的目标速度，结合塔机执行机构电机（6）的实时速度与电流信息完成矢量控制算法，驱动塔机执行机构电机（6）完成多轴同步动作，实现塔机起升、变幅、回转和行走作业，本发明具控制功能丰富的优点。
【专利说明】一种多轴复合驱动塔机控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种塔机控制方法，特别是一种多轴复合驱动塔机控制方法。
【背景技术】
[0002]塔机一般具有起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构，目前，大多数塔机采用PLC作为核心控制器，PLC控制各机构对应的变频器，并由变频器驱动相应机构电机以完成塔机的起升、变幅、回转和行走作业。随着人们对塔机安全性、易操作性和可靠性等方面要求的提高，以PLC作为核心控制器的塔机系统的弊端也日趋明显。
[0003]主要体现在三个方面:一是PLC运算能力有限，难以实现防撞、防摆复杂控制算法的需求；二是塔机系统中起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构都需要独立的变频器驱动，即每个运动轴都需要一台独立变频器驱动，导致系统成本较高；三是系统具有PLC、变频器以及辅助的断路开关等部件，系统分立部件多，接线复杂，导致系统体积较大且不利于大规模标准化生产。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种多轴复合驱动塔机控制方法，解决PLC塔机控制系统运算能力小，系统分立部件多的问题。
[0005]一种多轴复合驱动塔机系统控制方法的具体步骤为:
第一步:搭建塔机控制系统
塔机控制系统，包括:数据采集单元、定位及姿态解算单元、安全监控及无线通讯单元、逆变算法解算单元、塔机系统电气传感器和塔机执行机构电机。数据采集单元的数据接口和定位及姿态解算单元的数据接口通过信号线缆相连，数据采集单元的数据接口与安全监控及无线通讯单元的数据接口通过信号线缆连接，数据采集单元的数据接口与逆变算法解算单元的数据接口通过信号线缆连接，数据采集单元的数据接口与塔机系统电气传感器的数据接口通过信号电缆连接，定位及姿态解算单元的数据接口与安全监控及无线通讯单元的数据接口通过信号电缆连接，安全监控及无线通讯单元的数据接口与逆变算法解算单元的数据接口通过信号电缆连接，逆变算法解算单元的功率输出端与塔机执行机构电机的功率输入端通过功率电缆连接。
[0006]第二步数据采集单元采集塔机系统电气传感器信号
数据采集单元采集塔机系统电气传感器信号，并将其转换为数字信号，塔机系统电气传感器包括:司控台信号传感器、安全限位传感器、吊运重量传感器、风速传感器、起升机构电机速度传感器、变幅机构电机速度传感器、回转机构电机速度传感器、行走机构电机速度传感器、起升机构电机电流传感器、变幅机构电机电流传感器、回转机构电机电流传感器、行走机构电机电流传感器和塔机定位传感器。
[0007]第三步定位及姿态解算单元获取塔机的位置与姿态信息定位及姿态解算单元利用数据采集单元中获得的塔机位置信号、起升机构电机速度信号、变幅机构电机速度信号、回转机构电机速度信号、行走机构电机速度信号解算出塔机运动部件的实时位置与姿态信息。
[0008]第四步安全监控及无线通讯单元监控塔机运行安全状态
安全监控及无线通讯单元将数据采集单元采集获得的塔机系统电气传感器数字信号与预设极限值比较，超出预设极限值之后产生对应安全超限报警信号，安全监控及无线通讯单元接收上位机发出的群塔碰撞预警指令，同时将塔机实时位置与姿态信息通过GPRS无线传输至上位机。
[0009]第五步逆变算法解算单元生成塔机执行机构电机的驱动信号
逆变算法解算单元首先读取安全监控及无线通讯单元中安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，如存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，逆变算法解算单元停止工作，如不存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，则逆变算法解算单元根据数据采集单元获得的起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构的给定速度，同时根据塔机执行机构电机的速度和电流信号完成速度电流双闭环矢量控制算法解算，生成塔机执行机构电机的功率驱动信号，使塔机完成起升、变幅、回转和行走作业。
[0010]经过以上步骤完成了多轴复合驱动塔机控制过程。
[0011]本控制方法以数字信号处理器(DSP)作为各单元的核心控制芯片，可以实现批量数据采集，塔机定位及姿态解算、安全监控及无线通讯，并在单一装置上完成了塔机起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构四轴同步驱动工作。控制系统结构紧凑、便于安装与固定，软件控制功能丰富，便于系统功能扩展与升级改造。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1 一种多轴复合驱动塔机控制方法的系统连接示意图1.数据采集单元 2.定位及姿态解算单元 3.安全监控及无线通讯单元 4.逆变算法解算单元 5.塔机系统电气传感器 6.塔机执行机构电机。
【具体实施方式】
[0013]一种多轴复合驱动塔机控制方法的具体步骤为:
第一步:搭建塔机控制系统
塔机控制系统，包括:数据采集单元1、定位及姿态解算单元2、安全监控及无线通讯单元3、逆变算法解算单元4、塔机系统电气传感器5、塔机执行机构电机6。数据采集单元I的数据接口与定位及姿态解算单元2的数据接口通过信号线缆相连，数据采集单元I的数据接口与安全监控及无线通讯单元3的数据接口通过信号线缆相连，数据采集单元I的数据接口与逆变算法解算单元4的数据接口通过信号线缆连接，数据采集单元I的数据接口与塔机系统电气传感器5的数据接口通过信号电缆连接，定位及姿态解算单元2的数据接口与安全监控及无线通讯单元3的数据接口通过信号电缆连接，安全监控及无线通讯单元3的数据接口与逆变算法解算单元4的数据接口通过信号电缆连接，逆变算法解算单元4的功率输出端与塔机执行机构电机6的功率输入端通过功率电缆连接。
[0014]第二步数据采集单元I采集塔机系统电气传感器5信号
数据采集单元I采集塔机系统电气传感器5信号，并将其转换为数字信号。塔机系统电气传感器5包括:司控台信号传感器、安全限位传感器、吊运重量传感器、风速传感器、起升机构电机速度传感器、变幅机构电机速度传感器、回转机构电机速度传感器、行走机构电机速度传感器、起升机构电机电流传感器、变幅机构电机电流传感器、回转机构电机电流传感器、行走机构电机电流传感器和塔机定位传感器。
[0015]第三步定位及姿态解算单元2获取塔机的位置与姿态信息
定位及姿态解算单元2利用数据采集单元I中获得的塔机位置信号、起升机构电机速度信号、变幅机构电机速度信号、回转机构电机速度信号、行走机构电机速度信号解算出塔机运动部件实时位置与姿态信息。
[0016]第四步安全监控及无线通讯单元3监控塔机运行安全状态
安全监控及无线通讯单元3将数据采集单元I采集获得的塔机系统电气传感器数字信号与预设极限值比较，超出预设极限值之后产生对应超限报警信号，安全监控及无线通讯单元3接收上位机发出的群塔碰撞预警指令，同时将塔机实时位置与姿态信息通过GPRS无线传输至上位机。
[0017]第五步逆变算法解算单元4生成塔机执行机构电机6的驱动信号
逆变算法解算单元4首先读取安全监控及无线通讯单元3中安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，如存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，逆变算法解算单元4停止工作，如不存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，逆变算法解算单元4根据数据采集单元I获得的起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构的给定速度，同时根据塔机执行机构电机6的速度和电流信号完成速度电流双闭环矢量控制算法解算，生成塔机执行机构电机6的功率驱动信号，使塔机完成起升、变幅、回转和行走作业。
[0018]经过以上步骤完成了多轴复合驱动塔机控制过程。
【权利要求】
1.一种多轴复合驱动塔机系统控制方法，其特征在于具体步骤为: 第一步:搭建塔机控制系统 塔机控制系统，包括:数据采集单元(I)、定位及姿态解算单元(2)、安全监控及无线通讯单元(3)、逆变算法解算单元(4)、塔机系统电气传感器(5)和塔机执行机构电机(6);数据采集单元(I)的数据接口和定位及姿态解算单元(2)的数据接口通过信号线缆相连，数据采集单元(I)的数据接口与安全监控及无线通讯单元(3)的数据接口通过信号线缆连接，数据采集单元(I)的数据接口与逆变算法解算单元(4)的数据接口通过信号线缆连接，数据采集单元(I)的数据接口与塔机系统电气传感器(5)的数据接口通过信号电缆连接，定位及姿态解算单元(2)的数据接口与安全监控及无线通讯单元(3)的数据接口通过信号电缆连接，安全监控及无线通讯单元(3)的数据接口与逆变算法解算单元(4)的数据接口通过信号电缆连接，逆变算法解算单元(4)的功率输出端与塔机执行机构电机(6)的功率输入端通过功率电缆连接； 第二步数据采集单元(I)采集塔机系统电气传感器(5)信号数据采集单元(I)采集塔机系统电气传感器(5 )信号，并将其转换为数字信号，塔机系统电气传感器(5)包括:司控台信号传感器、安全限位传感器、吊运重量传感器、风速传感器、起升机构电机速度传感器、变幅机构电机速度传感器、回转机构电机速度传感器、行走机构电机速度传感器、起升机构电机电流传感器、变幅机构电机电流传感器、回转机构电机电流传感器、行走机构电机电流传感器和塔机定位传感器； 第三步定位及姿态解算单元(2)获取塔机的位置与姿态信息定位及姿态解算单元(2)利用数据采集单元(I)中获得的塔机位置信号、起升机构电机速度信号、变幅机构电机速度信号、回转机构电机速度信号、行走机构电机速度信号解算出塔机运动部件的实时位置与姿态信息； 第四步安全监控及无线通讯单元(3)监控塔机运行安全状态 安全监控及无线通讯单元(3)将数据采集单元(I)采集获得的塔机系统电气传感器(5)数字信号与预设极限值比较，超出预设极限值之后产生对应安全超限报警信号，安全监控及无线通讯单元(3)接收上位机发出的群塔碰撞预警指令，同时将塔机实时位置与姿态信息通过GPRS无线传输至上位机； 第五步逆变算法解算单元(4)生成塔机执行机构电机(6)的驱动信号逆变算法解算单元(4)首先读取安全监控及无线通讯单元(3)中安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，若存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，逆变算法解算单元(4)停止工作，若不存在安全超限报警信号和群塔碰撞预警指令，则逆变算法解算单元(4)根据数据采集单元(I)获得的起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构的给定速度，同时根据塔机执行机构电机(6)的速度和电流信号完成速度电流双闭环矢量控制算法解算，生成塔机执行机构电机(6)的功率驱动信号，使塔机完成起升、变幅、回转和行走作业； 经过以上步骤完成了多轴复合驱动塔机控制过程。
【文档编号】B66C13/48GK104401878SQ201410587794
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】王利, 李建冬 申请人:北京机械设备研究所