一種可自識別的安全制動器plc控制系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種可自識別的安全制動器PLC控制系統及其控制方法，所述系統包括：增量型編碼器、安全制動器控制單元以及操作單元，增量型編碼器用于采集高速軸及低速軸的轉速信號；安全制動器控制單元包括PLC可編程邏輯控制器，控制輸出模塊以及穩壓電源；所述的PLC可編程邏輯控制器用于對采集到轉速信號進行邏輯運算分析，并依據邏輯運算分析結果對控制輸出模塊輸出相應的邏輯控制命令；所述控制輸出模塊按照接收到的邏輯控制命令進行動作，控制工作制動器或者安全制動器動作。本發明能夠及時發現故障隱患，降低了安全制動器誤動作的可能性，大大降低保護動作時對機械結構的破壞且調試簡單方便，提高了安全制動器的使用效率。
【專利說明】—種可自識別的安全制動器PLC控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于工業控制【技術領域】，具體的說是涉及一種可應用于PLC控制安全制動器的鑄造起重機工業現場的可自識別的安全制動器PLC控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]鑄造起重機用于冶金行業，其工作任務是為冶煉爐運送鋼水。一般，鑄造起重機有五個機構:主起升，副起升、大車、主小車、副小車機構，電機安裝在高速軸上，卷筒安裝在低速軸上，高速軸和低速軸通過減速器連接在一起。傳統的起升機構制動器設在高速軸上，稱工作制動器。在這種情況下，如果高速軸和低速軸之間的某個傳動環節故障，主起升制動器對于卷筒將失去作用。針對這種情況，在卷筒上裝設制動器，稱安全制動器。在傳動環節故障和超速故障時，工作制動器先動作，安全制動器延時動作，確保起吊的液態金屬鋼水包能夠在事故狀態時受到保護并安全可靠制動。
[0003]目前，傳統的安全制動器控制方式為:在卷筒上裝設超速開關，在起升機構故障且卷筒超速時，安全制動器動作。采取這種控制方式原理簡單，調試方便，但缺點是安全制動器只有在卷筒超速時才會起作用，且對機械結構破壞較大。
[0004]另一種較為常用的PLC的安全制動器控制方式為:根據高低速的傳動速比是常數，通過裝置不間斷的檢測該常數。當這個常數發生變化時，就意味著機械的傳動環節被破壞，安全制動器立即動作。其優點是在故障發生的初期就能判斷出來，控制安全制動器動作，安全制動器動作對機械結構破壞較小。缺點是控制原理比較復雜，保護功能不全面，且調試需專業電氣技術人員現場花費較長時間進行參數設置。
【發明內容】
[0005]鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種可自識別的安全制動器PLC控制系統，以解決現有技術提供的傳統控制方式保護范圍局限及保護對機械結構破較大以及目前PLC控制原理復雜及對于調試人員要求高的問題。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案:
[0007]—種可自識別的安全制動器PLC控制系統，包括:增量型編碼器、安全制動器控制單元以及為用戶提供人機交互操作平臺的操作單元，
[0008]其特征在于:所述的增量型編碼器分別安裝在電機的高速軸上和卷筒的低速軸上，分別用于采集高速軸及低速軸的轉速信號；
[0009]所述安全制動器控制單元與所述增量型編碼器之間通過屏蔽電纜連接；
[0010]所述的安全制動器控制單元包括PLC可編程邏輯控制器，控制輸出模塊以及穩壓電源；所述的PLC可編程邏輯控制器用于對采集到轉速信號進行邏輯運算分析，并依據邏輯運算分析結果對控制輸出模塊輸出相應的邏輯控制命令；所述控制輸出模塊按照接收到的邏輯控制命令進行動作，控制工作制動器或者安全制動器動作；所述的穩壓電源用于為PLC可編程邏輯控制器提供穩定的電源，并能夠在突然斷電情況下維持PLC可編程邏輯控制器一定時間下的正常運行，提供故障解決時間。
[0011]所述的PLC可編程邏輯控制器包括電源模塊，CPU處理運算模塊、執行模塊及高速計數模塊；所述的高速計數模塊用于對各個增量型編碼器采集的轉速信號進行高低值溢出有效值判定，得到相應的高速軸及低速軸轉速值；所述的CPU處理運算模塊用于將高速軸及低速軸轉速值進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在不同載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，同時實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行情況，通過高速計數模塊對增量型編碼器采集到的轉速信號進行高低值溢出有效值判定，將判定的有效數據與標準比對值進行比較，若出現數據異常則控制執行模塊輸出相應的邏輯控制命令。
[0012]所述的控制輸出模塊包括斷路器、繼電器以及接觸器，所述斷路器與外部供電電源連接；所述的繼電器與PLC可編程邏輯控制器連接，由PLC可編程邏輯控制器輸出邏輯控制命令控制繼電器動作；所述的接觸器由與其連接的繼電器控制，所述接觸器控制工作制動器及安全制動器的正常工作，確保系統運行安全。
[0013]所述的操作單元包括設置于用戶操作臺的急停按鈕、故障復位按鈕，安全制動器運行指示燈，故障蜂鳴器，所述的安全制動器運行指示燈用于顯示安全制動器運行狀態，正常運行時其運行指示燈亮(綠色)，當出現故障時運行指示燈滅，所述的故障蜂鳴器用于在出現故障時報警長鳴，所述的故障復位按鈕用于在排除故障并時對系統進行功能復位，所述的急停按鈕用于在出現緊急情況時強制斷電停車，屬于緊急保護動作。
[0014]所述的不同載荷狀態包括空載、50%載荷、100%載荷狀態。
[0015]所述CPU處理運算模塊的邏輯運算包括:S、正常范圍值的自識別以及T、實際運行狀態下實時檢測高速軸及低速軸的轉速信號，并實時進行故障信號的判別分析:
[0016]S、正常范圍值的自識別:
[0017]S1、在空載狀態下，利用PLC可編程邏輯控制器給入高速軸及低速軸的N檔位運行信號，往復循環若干次，通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，高速計數模塊對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，CPU處理運算模塊進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，具體運算過程如下:首先按照上升順序，先給入一檔信號，待穩定運行后通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，并輸入到PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊，經高速計數模塊高低值溢出程序(高低值溢出有效值判定)處理后，得到上升一檔對應的電機高速軸速度及低速軸速度；CPU處理運算模塊通過做DIV運算分別得出上升一檔狀態下的相應傳動比；同理按照上述過程依次得出在上升二、三、四、N檔狀態下的相應上升傳動比計算值；同理再按照下降順序，對上述N檔位運行信號進行依次下降的下降一、二、三、四、N檔狀態下的相應下降傳動比計算值;CPU處理運算模塊將上述2N組傳動比計算值進行AVE運算得出第一循環的相應傳動比值后，按照上述循環過程進行若干次循環，CPU處理運算模塊對上述循環計算得到的傳動比值再次進行AVE運算得出空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲；
[0018]S2、在50%載荷狀態下，按照SI運算過程，得出在50%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲；
[0019]S3、在100%載荷狀態下，按照空載過程的運算方式，得出在100%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲；
[0020]S4、CPU處理運算模塊將上述不同載荷狀態的三組變比進行模糊計算生成實際運行狀態檢測的標準比對值N并儲存，完成自識別過程；
[0021]所述的模糊計算是指以行業內經驗公式進行數據處理:即{其中的最大值+4 (除最大值、最小值外的其余值的和)+最小值}/6 ；
[0022]T、在實際運行狀態下實時檢測高速軸及低速軸的轉速信號，并實時進行故障信號的判別分析:通過增量型編碼器實時采集高速軸及低速軸的轉速信號，高速計數模塊(內部設置高低值溢出程序塊)對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，CPU處理運算模塊將判定的有效數據與內部存儲的自識別過程中的標準比對值進行比較，若出現數據異常則進行相應的故障報警處理，安全制動器緊急報閘，其具體的判別分析過程為:
[0023]Tl、對采集到的各個高速軸轉速信號進行溢出有效值判別分析:CPU處理運算模塊內置多重比較函數，高速計數模塊將高速軸轉速信號先作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據認定為有效輸入數據W ；CPU處理運算模塊利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值WO作比較，當該數據大于標準設置范圍時，即w>wo且維持超速狀態一定時間時，輸出故障信號；
[0024]T2、對采集到的單組的高低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:CPU處理運算模塊內置多重比較函數，高速計數模塊將高速軸轉速信號與低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據后，CPU處理運算模塊計算該數據組對應的單組的高低速軸轉速比值N并利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值NO作比較，當該數據不屬于標準設置范圍時，輸出故障信號；
[0025]T3、對采集到的低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:CPU處理運算模塊內置多重比較函數，高速計數模塊將各個低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據，CPU處理運算模塊將該組數據做差處理得到低速軸轉速差V，將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較，當該差值V不屬于標準設置范圍時，輸出相應的故障信號。
[0026]所述的T3中將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較是指對將該差值V與標準低速軸最大轉速M的不同百分比作比較，并按照不同的百分比，對輸出故障信號對應劃分為若干報警保護等級。
[0027]鑒于安全制動器報故障則為比較嚴重的機械故障，因此其復位檢查必須比較嚴格，不能輕易復位，因此在所述的PLC可編程邏輯控制器還設置故障復位模塊，所述的故障復位模塊包括與操作單元的故障復位按鈕連接的延時輸出功能塊、上升沿觸發器、累加器、復位值地址模塊、比較模塊；所述延時輸出功能塊通過故障復位按鈕給入復位信號，延時輸出設定為ls，每當給入復位信號持續Is后該模塊輸出高電平至上升沿觸發器；所述上升沿觸發器將該高電平送至累加器，所述累加器將該高電平進行加一累加運算處理后存入復位值地址模塊，所述的復位值地址模塊輸出相應的復位值作為比較模塊的輸入值；所述的比較模塊將該輸入值與內部預設的預設值進行比較，當復位值地址模塊輸出相應的復位值與預設值邏輯判斷相等時，輸出高電平的復位邏輯信號。
[0028]所述的故障復位模塊還包括用于對復位值地址模塊進行清零處理的賦值模塊；所述的賦值模塊與延時輸出功能塊連接，通過故障復位按鈕給入復位信號，延時輸出設定為ns,當給入復位信號持續ns后該模塊輸出高電平至賦值模塊，所述賦值模塊輸出O至復位值地址模塊，用于系統初始狀態的復位清零處理以及故障排除后的復位清零處理。
[0029]所述的控制系統還包括觸摸屏和上位機，PLC可編程邏輯控制器將各個速度實際檢測的數值存入預先設定好的存儲地址內的同時該存儲數據通過DP通訊線纜連接PLC可編程邏輯控制器的CPU處理運算模塊與觸摸屏的DP接口實現傳送；也可通過增加網絡模塊通過以太網實現PLC的CPU處理運算模塊與觸摸屏連接完成數據傳送。
[0030]其相應的控制方法:
[0031]1、預先采集安全制動器在正常運行時，不同載荷狀態下相應傳動比的的正常范圍值并存儲，即進行標準參數自識別處理；
[0032]i1、實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行參數，并對當前參數信號進行故障信號判別分析，在出現故障時進行報警，安全制動器緊急報閘；
[0033]所述的預先采集安全制動器在正常運行時，不同載荷狀態下相應傳動比的的正常范圍值并存儲，即進行標準參數自識別處理:
[0034]通過增量型編碼器采集安全制動器在不同載荷狀態下的高速軸及低速軸的轉速信號，并通過屏蔽電纜將轉速信號輸送至PLC可編程邏輯控制器進行邏輯運算分析，通過邏輯運算得出高速軸與低速軸在不同載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值并存儲；
[0035]所述的不同載荷狀態包括空載、50%載荷、100%載荷狀態。
[0036]所述標準參數自識別處理的邏輯運算包括:
[0037]S1、在空載狀態下，利用PLC可編程邏輯控制器給入高速軸及低速軸的N檔位運行信號，往復循環若干次，通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，利用PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，利用PLC可編程邏輯控制器的CPU處理運算模塊進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，具體運算過程如下:首先按照上升順序，先給入一檔信號，待穩定運行后通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，并輸入到PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊，經高速計數模塊高低值溢出程序(高低值溢出有效值判定)處理后，得到上升一檔對應的電機高速軸速度及低速軸速度；CPU處理運算模塊通過做DIV運算分別得出上升一檔狀態下的相應傳動比；同理按照上述過程依次得出在上升二、三、四、N檔狀態下的相應上升傳動比計算值；同理再按照下降順序，對上述N檔位運行信號進行依次下降的下降一、二、三、四、N檔狀態下的相應下降傳動比計算值;CPU處理運算模塊將上述2N組傳動比計算值進行AVE運算得出第一循環的相應傳動比值后，按照上述循環過程進行若干次循環，CPU處理運算模塊對上述循環計算得到的傳動比值再次進行AVE運算得出空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲；
[0038]S2、在50%載荷狀態下，按照SI運算過程，得出在50%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲；
[0039]S3、在100%載荷狀態下，按照空載過程的運算方式，得出在100%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲；
[0040]S4、CPU處理運算模塊將上述不同載荷狀態的三組變比進行模糊計算生成實際運行狀態檢測的標準比對值N并儲存，完成自識別過程；
[0041]i1、實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行參數，并對當前參數信號進行故障信號信號判別分析，在出現故障時進行報警，安全制動器緊急報閘:通過增量型編碼器實時采集高速軸及低速軸的轉速信號，對采集到的轉速信號進行溢出有效值判定，將判定的有效數據與標準比對值進行比較，若出現數據異常則進行相應的故障報警處理，安全制動器緊急報閘。
[0042]Tl、對采集到的各個高速軸轉速信號進行溢出有效值判別分析:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將高速軸轉速信號先作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據認定為有效輸入數據W ；CPU處理運算模塊利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值WO作比較，當該數據大于標準設置范圍時，即w>wo且維持超速狀態一定時間時,輸出故障信號；
[0043]T2、對采集到的單組的高低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將高速軸轉速信號與低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據后，CPU處理運算模塊計算該數據組對應的單組的高低速軸轉速比值N并利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值NO作比較，當該數據不屬于標準設置范圍時，輸出故障信號;
[0044]T3、對采集到的低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將各個低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據，CPU處理運算模塊將該組數據做差處理得到低速軸轉速差V，將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較，當該差值V不屬于標準設置范圍時，輸出相應的故障信號。
[0045]所述的T3中將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較是指對將該差值V與標準低速軸最大轉速M的不同百分比作比較，并按照不同的百分比，對輸出故障信號對應劃分為若干報警保護等級。
[0046]鑒于安全制動器報故障則為比較嚴重的機械故障，因此其復位檢查必須比較嚴格，不能輕易復位，所述的控制方法還包括故障排除后的復位處理:首先在所述的PLC可編程邏輯控制器設置故障復位模塊，所述的故障復位模塊包括與延時輸出功能塊、上升沿觸發器、累加器、復位值地址模塊、比較模塊；其次，給入復位信號，延時輸出設定為ls，每當給入復位信號持續Is后利用延時輸出功能塊輸出高電平至上升沿觸發器，上升沿觸發器將該高電平送至累加器，累加器將該高電平進行加一累加運算處理后存入復位值地址模塊，復位值地址模塊輸出相應的復位值作為比較模塊的輸入值；所述的比較模塊將該輸入值與內部預設的預設值進行比較，當復位值地址模塊輸出相應的復位值與預設值邏輯判斷相等時，輸出高電平的復位邏輯信號進行復位處理。
[0047]所述的故障復位處理還包括用于對復位值地址模塊進行清零處理；通過設置與延時輸出功能塊連接的賦值模塊，通過持續給入復位信號，延時輸出設定為ns，當給入復位信號持續ns后延時輸出功能塊輸出高電平至賦值模塊，賦值模塊輸出O至復位值地址模塊，用于系統初始狀態的復位清零處理以及故障排除后的復位清零處理。
[0048]所述的控制方法還包括對于采集的數據的同步傳輸過程:在將各個轉速信號實際檢測的數值存入預先設定好的存儲地址內的同時該存儲數據通過DP通訊線纜連接PLC的CPU模塊與觸摸屏的DP接口實現傳送；也可通過增加網絡模塊通過以太網實現PLC的CPU模塊與觸摸屏連接完成數據傳送。
[0049]與現有技術相比，本發明的有益效果:
[0050]內置多種保護功能，可及時發現故障隱患，降低了安全制動器誤動作的可能性，大大降低保護動作時對機械結構的破壞；提高安全制動器的保護性能；
[0051]程序內部實現參數自識別設置功能，調試簡單方便，極大的縮短調試時間，也降低了對調試人員的技術水平要求，極大的提高了安全制動器的使用效率；
[0052]增加故障診斷功能，可定期對機械部件之間傳動比數據進行分析，建立數學模型，為平時維護、點檢人員提供數據分析支持，極大的降低了點檢時間，提高了起重機的使用壽命;
[0053]預留多種通訊接口，極大的提高了系統的擴展性，為將來系統進行信息化監控，提供了實時數據接口。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0054]圖1是本發明提供的PLC電路原理圖；
[0055]圖2是本發明提供的編碼器電路原理圖；
[0056]圖3是本發明提供的自識別流程圖；
[0057]圖4是本發明提供的故障邏輯輸出流程圖；
[0058]圖5是本發明提供的系統原理框圖。
【具體實施方式】
[0059]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。
[0060]一般情況下，鑄造起重機即安裝安全制動器的起重機采用雙電機雙卷筒拖動模式，也存在雙電機單卷筒模式此時則需要3個編碼器；下面為使用最多編碼器一四個增量型編碼器的情況為例進行說明。
[0061]四個增量型編碼器如圖5的C部分:分別安裝在兩臺電機的高速軸上和兩個卷筒的低速軸上；
[0062]所述安全制動器控制單元與所述增量型編碼器之間通過屏蔽電纜連接通信；
[0063]安全制動器控制單元如圖5的B部分:內含PLC可編程邏輯控制器，控制輸出模塊以及穩壓電源；所述的PLC可編程邏輯控制器用于對采集到轉速信號進行邏輯運算分析，并依據邏輯運算分析結果對控制輸出模塊輸出相應的邏輯控制命令；所述控制輸出模塊按照接收到的邏輯控制命令進行動作，控制工作制動器或者安全制動器動作；所述的穩壓電源用于為PLC可編程邏輯控制器提供穩定的電源，并能夠在突然斷電情況下維持PLC可編程邏輯控制器一定時間下的正常運行，提供故障解決時間；所述的控制輸出模塊包括斷路器、繼電器以及接觸器，所述斷路器與外部供電電源連接；所述的繼電器與PLC可編程邏輯控制器連接，由PLC可編程邏輯控制器輸出邏輯控制命令控制繼電器動作；所述的接觸器由與其連接的繼電器控制，所述接觸器控制工作制動器及安全制動器的正常工作，確保系統運行安全。
[0064]所述的PLC可編程邏輯控制器包括電源模塊，CPU處理運算模塊、執行模塊及高速計數模塊；所述的高速計數模塊用于對各個增量型編碼器采集的轉速信號進行高低值溢出有效值判定，得到相應的高速軸及低速軸轉速值；所述的CPU處理運算模塊用于將高速軸及低速軸轉速值進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在不同載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，同時實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行情況，通過高速計數模塊對增量型編碼器采集到的轉速信號進行高低值溢出有效值判定，將判定的有效數據與標準比對值進行比較，若出現數據異常則控制執行模塊輸出相應的邏輯控制命令。
[0065]所述的操作單元如圖5的A部分，包括設置于用戶操作臺的急停按鈕、故障復位按鈕，安全制動器運行指示燈，故障蜂鳴器，所述的安全制動器運行指示燈用于顯示安全制動器運行狀態，正常運行時其運行指示燈亮(綠色)，當出現故障時運行指示燈滅，所述的故障蜂鳴器用于在出現故障時報警長鳴，所述的故障復位按鈕用于在排除故障并時對系統進行功能復位，所述的急停按鈕用于在出現緊急情況時強制斷電停車，屬于緊急保護動作。
[0066]本系統能夠實現測試運行狀態下，自識別標準數據計算功能；實際運行狀態下，監測故障邏輯輸出控制功能；故障復位功能；數據記錄與上傳功能；故障診斷功能。
[0067]下面以鑄造起重機行業現場應用為例解釋說明該發明的技術方案:
[0068]鑄造起重機主起升機構安裝有安全制動器，按照圖1、圖2所示連接外圍電控線路，系統由PLC可編程邏輯控制器對工作制動器及安全制動器的動作進行控制及故障報警輸出。
[0069]在檢查外圍線路連接無誤后，進行系統初次運行的自識別過程如圖3所示:分別在空載、50%載荷、100%載荷狀態(本例僅使用3個狀態)下進行各個檔位速度(本例采用四個檔位)運行3個循環；通過四個高速編碼器及PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊采集1#、2#電機的高速軸及低速軸即卷筒的轉速信號并輸入PLC可編程邏輯控制器，高速計數模塊通過運算邏輯得出對應的四個速度值并存入相應的存儲地址內，CPU處理運算模塊自行運算出各種條件下傳動比的正常范圍，并生成端口參數作為實際運行時狀態檢測的標準值，完成。
[0070]自識別過程:
[0071]S1、在空載狀態下，利用PLC可編程邏輯控制器給入高速軸及低速軸的四檔位運行信號，往復循環三次，通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，利用PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，利用PLC可編程邏輯控制器的CPU處理運算模塊進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，具體運算過程如下:首先按照上升順序，先給入一檔信號，待穩定運行后通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，并輸入到PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊，經高速計數模塊高低值溢出程序(高低值溢出有效值判定)處理后，得到上升一檔對應的電機高速軸速度及低速軸速度.Λ#電機高速軸速度Ngll，低速軸速度Ndll，2#電機高速軸速度Ngl2，低速軸速度Ndl2 ;CPU處理運算模塊通過做DIV運算分別得出上升一檔狀態下的相應傳動比:1#電機傳動比Pl，2#電機的傳動比P2;同理按照上述過程依次得出在上升二、三、四檔狀態下的相應上升傳動比計算值；同理再按照下降順序，對上述四檔位運行信號進行依次下降的下降一、二、三、四檔狀態下的相應下降傳動比計算值;CPU處理運算模塊將上述八組傳動比計算值進行AVE運算得出第一循環的相應傳動比值后，按照上述循環過程循環3次，CPU處理運算模塊對上述循環計算得到的傳動比值再次進行AVE運算得出空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值(傳動比Al、A2)存儲；
[0072]S2、在50%載荷狀態下，按照SI運算過程，得出在50%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值(傳動比B1、B2)存儲；
[0073]S3、在100%載荷狀態下，按照空載過程的運算方式，得出在100%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值(傳動比Cl、C2)存儲；
[0074]S4、CPU處理運算模塊將上述不同載荷狀態的三組變比進行模糊計算生成實際運行狀態檢測的標準比對值N并儲存，完成自識別過程；
[0075]完成自識別后，將系統工作模式設置為實際運行狀態，即完成安全制動器控制系統的調試，投入實際運行狀態，程序運行如圖4。
[0076]正常狀態下，起重機主電源接通，安全制動器一直處于通電打開狀態，安全制動器運行指示燈亮，并由PLC可編程邏輯控制器控制工作制動器的打開與閉合；在出現故障時，由PLC可編程邏輯控制器的CPU處理運算模塊進行判斷，執行模塊輸出故障報警控制信號，故障蜂鳴器接通，并將工作制動器閉合，經過一定延時后安全制動器閉合。
[0077]同時系統將各個速度實際檢測的數值存入預先設定好的存儲地址內，當條件允許有外部設備時，可向上位機或觸摸屏傳輸相應實時數據，屬于預留端口程序，以增加系統的擴展性。
[0078]實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行參數，并對當前參數信號進行故障信號信號判別分析，在出現故障時進行報警，安全制動器緊急報閘，同時系統自動記錄故障狀態下的各監測速度值，以備進行故障診斷分析:通過增量型編碼器實時采集高速軸及低速軸的轉速信號，對采集到的轉速信號進行溢出有效值判定，將判定的有效數據與標準比對值進行比較，若出現數據異常則進行相應的故障報警處理，安全制動器緊急報閘。
[0079]Tl、對采集到的各個高速軸轉速信號進行溢出有效值判別分析:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將高速軸轉速信號先作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據認定為有效輸入數據W ；CPU處理運算模塊利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值WO作比較，當該數據大于標準設置范圍時，即w>wo且維持超速狀態一定時間時,輸出故障信號；
[0080]T2、對采集到的單組的高低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將高速軸轉速信號與低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據后，CPU處理運算模塊計算該數據組對應的單組的高低速軸轉速比值N并利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值NO作比較，當該數據不屬于標準設置范圍時，輸出故障信號;
[0081]T3、對采集到的低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將各個低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據，CPU處理運算模塊將該組數據做差處理得到低速軸轉速差V，將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較，當該差值V不屬于標準設置范圍時，輸出相應的故障信號。
[0082]所述的T3中將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較是指對將該差值V與標準低速軸最大轉速M的不同百分比作比較，并按照不同的百分比，對輸出故障信號對應劃分為若干報警保護等級。
[0083]具體的將實際測得的兩電機卷筒速度做差得到卷筒轉速差V，差值V與標準卷筒最大轉速M的不同百分比作比較，劃分為5個報警保護等級:1)當差值V>0.8標準卷筒最大轉速M，延時0.5s即報出故障；2)當差值V>0.7標準卷筒最大轉速M，延時Is即報出故障；3)當差值V>0.4標準卷筒最大轉速M，延時3s即報出故障；4)當差值V>0.15標準卷筒最大轉速M，延時5s即報出故障；5)當差值V>0.05標準卷筒最大轉速M，延時7s即報出故障。
[0084]在故障排除后，通過復位功能按鍵給系統進行復位，同時清空之前保存的故障狀態速度值，系統重新運行，該功能為數據傳輸功能的補充功能。正常時可通過數據傳輸功能顯示當前各個檢測部件的速度值，在出現故障時，可讀取在故障時刻各檢測部件的速度值，從而得到哪個部件速度異常導致的故障發生。
[0085]所述的PLC可編程邏輯控制器還設置故障復位模塊，本例的復位按鍵時間為3s，即所述的故障復位模塊包括與操作單元的故障復位按鈕連接的延時輸出功能塊、上升沿觸發器、累加器、復位值地址模塊、比較模塊；所述延時輸出功能塊通過故障復位按鈕給入復位信號，延時輸出設定為ls，每當給入復位信號持續Is后該模塊輸出高電平至上升沿觸發器；所述上升沿觸發器將該高電平送至累加器的使能標志位，所述累加器將該高電平進行加一累加運算處理后存入復位值地址模塊，所述的復位值地址模塊輸出相應的復位值作為比較模塊的輸入值，所述的比較模塊將該輸入值與內部預設的預設值進行比較，當完成三次復位信號輸入，所述的復位值地址模塊內存儲值為3即當復位值地址模塊輸出相應的復位值與預設值邏輯判斷相等時，輸出高電平的復位邏輯信號。
[0086]所述的故障復位模塊還包括用于對復位值地址模塊進行清零處理的賦值模塊；所述的賦值模塊與延時輸出功能塊連接，通過故障復位按鈕給入復位信號，延時輸出設定為ns,當給入復位信號持續ns后該模塊輸出高電平至賦值模塊，所述賦值模塊輸出O至復位值地址模塊，用于系統初始狀態的復位清零處理以及故障排除后的復位清零處理。
[0087]例如:復位信號的清零過程包括:
[0088]I)系統初始運行時復位值地址模塊清零方式為復位信號高電平輸入至延時輸出功能塊，延時設定5s，即持續給入復位信號5s后輸出高電平至賦值模塊MOVE的使能標志位，將O賦給復位值地址模塊。
[0089]2)系統運行過程中，進行復位后，復位值地址模塊的復位值自行清零等待下次復位邏輯:復位邏輯信號高電平輸入至延時輸出功能塊，延時設定ls，復位邏輯信號維持Is后輸出高電平至賦值模塊MOVE的使能標志位，將O賦給復位值地址模塊，復位邏輯信號停止輸出，系統程序繼續運行。
[0090]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種可自識別的安全制動器PLC控制系統，包括:增量型編碼器、安全制動器控制單元以及為用戶提供人機交互操作平臺的操作單元， 其特征在于:所述的增量型編碼器分別安裝在電機的高速軸上和卷筒的低速軸上，分別用于采集高速軸及低速軸的轉速信號； 所述安全制動器控制單元與所述增量型編碼器之間通過屏蔽電纜連接； 所述的安全制動器控制單元包括PLC可編程邏輯控制器，控制輸出模塊以及穩壓電源；所述的PLC可編程邏輯控制器用于對采集到轉速信號進行邏輯運算分析，并依據邏輯運算分析結果對控制輸出模塊輸出相應的邏輯控制命令；所述控制輸出模塊按照接收到的邏輯控制命令進行動作，控制工作制動器或者安全制動器動作；所述的穩壓電源用于為PLC可編程邏輯控制器提供穩定的電源，并能夠在突然斷電情況下維持PLC可編程邏輯控制器一定時間下的正常運行，提供故障解決時間； 所述的操作單元包括設置于用戶操作臺的急停按鈕、故障復位按鈕，安全制動器運行指示燈，故障蜂鳴器，所述的安全制動器運行指示燈用于顯示安全制動器運行狀態，正常運行時其運行指示燈亮，當出現故障時運行指示燈滅，所述的故障蜂鳴器用于在出現故障時報警長鳴，所述的故障復位按鈕用于在排除故障并時對系統進行功能復位，所述的急停按鈕用于在出現緊急情況時強制斷電停車，屬于緊急保護動作。
2.根據權利要求1所述的可自識別的安全制動器PLC控制系統，其特征在于:所述的PLC可編程邏輯控制器包括電源模塊，CPU處理運算模塊、執行模塊及高速計數模塊；所述的高速計數模塊用于對各個增量型編碼器采集的轉速信號進行高低值溢出有效值判定，得到相應的高速軸及低速軸轉速值；所述的CPU處理運算模塊用于將高速軸及低速軸轉速值進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在不同載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，同時實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行情況，通過高速計數模塊對增量型編碼器采集到的轉速信號進行高低值溢出有效值判定，將判定的有效數據與標準比對值進行比較，若出現數據異常則控制執行模塊輸出相應的邏輯控制命令；所述的不同載荷狀態包括空載、50%載荷、100%載荷狀態。
3.根據權利要求1所述的可自識別的安全制動器PLC控制系統，其特征在于:所述CPU處理運算模塊的邏輯運算包括:S、正常范圍值的自識別以及T、實際運行狀態下實時檢測高速軸及低速軸的轉速信號，并實時進行故障信號的判別分析: S、正常范圍值的自識別: S1、在空載狀態下，利用PLC可編程邏輯控制器給入高速軸及低速軸的N檔位運行信號，往復循環若干次，通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，高速計數模塊對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，CPU處理運算模塊進行邏輯運算，得出高速軸與低速軸在空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，具體運算過程如下:首先按照上升順序，先給入一檔信號，待穩定運行后通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，并輸入到PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊，經高速計數模塊進行高低值溢出有效值判定處理后，得到上升一檔對應的電機高速軸速度及低速軸速度；CPU處理運算模塊通過做DIV運算分別得出上升一檔狀態下的相應傳動比；同理按照上述過程依次得出在上升二、三、四、N檔狀態下的相應上升傳動比計算值；同理再按照下降順序，對上述N檔位運行信號進行依次下降的下降一、二、三、四、N檔狀態下的相應下降傳動比計算值；CPU處理運算模塊將上述2N組傳動比計算值進行AVE運算得出第一循環過程的相應傳動比值后，按照上述循環過程進行若干次循環，CPU處理運算模塊對上述循環計算得到的傳動比值再次進行AVE運算得出空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲； S2、在50%載荷狀態下，按照SI運算過程，得出在50%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲； S3、在100%載荷狀態下，按照SI過程的運算方式，得出在100%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲； S4、CPU處理運算模塊將上述不同載荷狀態的三組變比進行模糊計算生成實際運行狀態檢測的標準比對值N并儲存，完成自識別過程； T、在實際運行狀態下實時檢測高速軸及低速軸的轉速信號，并實時進行故障信號的判別分析:通過增量型編碼器實時采集高速軸及低速軸的轉速信號，高速計數模塊對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，CPU處理運算模塊將判定的有效數據與內部存儲的自識別過程中的標準比對值進行比較，若出現數據異常則進行相應的故障報警處理，安全制動器緊急報閘，其具體的判別分析過程為: Tl、對采集到的各個高速軸轉速信號進行溢出有效值判別分析:CPU處理運算模塊內置多重比較函數，高速計數模塊將高速軸轉速信號先作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據認定為有效輸入數據W ;CPU處理運算模塊利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值WO作比較，當該數據大于標準設置范圍時，即w>wo且維持超速狀態一定時間時， 輸出故障信號； T2、對采集到的單組的高低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:CPU處理運算模塊內置多重比較函數，高速計數模塊將高速軸轉速信號與低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據后，CPU處理運算模塊計算該數據組對應的單組的高低速軸轉速比值N并利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值NO作比較，當該數據不屬于標準設置范圍時，輸出故障信號； T3、對采集到的低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:CPU處理運算模塊內置多重比較函數，高速計數模塊將各個低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據，CPU處理運算模塊將該組數據做差處理得到低速軸轉速差V，將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較，當該差值V不屬于標準設置范圍時，輸出相應的故障信號。
4.根據權利要求3所述的可自識別的安全制動器PLC控制系統，其特征在于:所述的T3中將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較是指對將該差值V與標準低速軸最大轉速M的不同百分比作比較，并按照不同的百分比，對輸出故障信號對應劃分為若干報警保護等級。
5.根據權利要求1所述的可自識別的安全制動器PLC控制系統，其特征在于:所述的控制輸出模塊包括斷路器、繼電器以及接觸器，所述斷路器與外部供電電源連接；所述的繼電器與PLC可編程邏輯控制器連接，由PLC可編程邏輯控制器輸出邏輯控制命令控制繼電器動作；所述的接觸器由與其連接的繼電器控制，所述接觸器控制工作制動器及安全制動器的正常工作，確保系統運行安全。
6.一種可自識別的安全制動器運行狀態的的控制方法，包括如下步驟: 1、預先采集安全制動器在正常運行時，不同載荷狀態下相應傳動比的的正常范圍值并存儲，即進行標準參數自識別處理:通過增量型編碼器采集安全制動器在不同載荷狀態下的高速軸及低速軸的轉速信號，并通過屏蔽電纜將轉速信號輸送至PLC可編程邏輯控制器進行邏輯運算分析，通過邏輯運算得出高速軸與低速軸在不同載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值并存儲；所述的不同載荷狀態包括空載、50%載荷、100%載荷狀態； i1、實時檢測安全制動器在實際運行狀態下的運行參數，并對當前參數信號進行故障信號判別分析，在出現故障時進行報警，安全制動器緊急報閘:通過增量型編碼器實時采集高速軸及低速軸的轉速信號，對采集到的轉速信號進行溢出有效值判定，將判定的有效數據與標準比對值進行比較，若出現數據異常則進行相應的故障報警處理，安全制動器緊急報閘。
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述標準參數自識別處理的邏輯運算包括: 51、在空載狀態下，利用PLC可編程邏輯控制器給入高速軸及低速軸的N檔位運行信號，往復循環若干次，通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，利用PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊對上述信號進行高低值溢出有效值判定后，利用PLC可編程邏輯控制器的CPU處理運算模塊進行邏 輯運算，得出高速軸與低速軸在空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲，具體運算過程如下:首先按照上升順序，先給入一檔信號，待穩定運行后通過增量型編碼器采集相應的轉速信號，并輸入到PLC可編程邏輯控制器的高速計數模塊，經高速計數模塊進行高低值溢出有效值判定處理后，得到上升一檔對應的電機高速軸速度及低速軸速度;CPU處理運算模塊通過做DIV運算分別得出上升一檔狀態下的相應傳動比；同理按照上述過程依次得出在上升二、三、四、N檔狀態下的相應上升傳動比計算值；同理再按照下降順序，對上述N檔位運行信號進行依次下降的下降一、二、三、四、N檔狀態下的相應下降傳動比計算值；CPU處理運算模塊將上述2N組傳動比計算值進行AVE運算得出第一循環過程的相應傳動比值后，按照上述循環過程進行若干次循環，CPU處理運算模塊對上述循環計算得到的傳動比值再次進行AVE運算得出空載狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲； 52、在50%載荷狀態下，按照SI運算過程，得出在50%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲； 53、在100%載荷狀態下，按照SI過程的運算方式，得出在100%載荷狀態下相應傳動比的正常范圍值，將上述正常范圍值作為實際運行狀態檢測的標準比對值存儲； 54、CPU處理運算模塊將上述不同載荷狀態的三組變比進行模糊計算生成實際運行狀態檢測的標準比對值N并儲存，完成自識別過程。
8.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述的故障信號判別分析的是指: Tl、對采集到的各個高速軸轉速信號進行溢出有效值判別分析:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將高速軸轉速信號先作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據認定為有效輸入數據W ;CPU處理運算模塊利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值WO作比較，當該數據大于標準設置范圍時，即w>wo且維持超速狀態一定時間時,輸出故障信號； T2、對采集到的單組的高低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將高速軸轉速信號與低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據后，CPU處理運算模塊計算該數據組對應的單組的高低速軸轉速比值N并利用多重比較函數與內部存儲的自識別過程中的對應的標準比對值NO作比較，當該數據不屬于標準設置范圍時，輸出故障信號；T3、對采集到的低速軸轉速信號進行溢出有效值判定:在CPU處理運算模塊內置多重比較函數，通過高速計數模塊將各個低速軸轉速信號均作溢出比較，排除采集數值的高低溢出后，將該數據組認定為有效輸入數據，CPU處理運算模塊將該組數據做差處理得到低速軸轉速差V，將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較，當該差值V不屬于標準設置范圍時，輸出相應的故障信號。
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特征在于:所述的T3中將該差值V與內部存儲的自識別過程中的標準低速軸最大轉速M進行比較是指對將該差值V與標準低速軸最大轉速M的不同百分比作比較，并按照不同的百分比，對輸出故障信號對應劃分為若干報警保護等級。
10.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述的控制方法還包括故障排除后的復位處理:首先在所述的PLC可編程邏輯控制器設置故障復位模塊，所述的故障復位模塊包括與延時輸出功能塊、上升沿觸發器、累加器、復位值地址模塊、比較模塊；其次，給入復位信號，延時輸出設定為ls，每當給入復位信號持續Is后利用延時輸出功能塊輸出高電平至上升沿觸發器，上升沿觸發器將該高電平送至累加器，累加器將該高電平進行加一累加運算處理后存入復位值地址模塊，復位值地址模塊輸出相應的復位值作為比較模塊的輸入值；所述的比較模塊將該輸入值與內部預設的預設值進行比較，當復位值地址模塊輸出相應的復位值與預設值邏輯判斷相等時，輸出高電平的復位邏輯信號進行復位處理。
【文檔編號】B66C15/00GK103910288SQ201410150876
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】王成杰, 祝慶軍, 劉學洲, 宋丹, 王寶深 申請人:大連美恒電氣有限公司