制动模块的保护方法、设备和计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及塔机的保护技术领域，具体涉及一种制动模块的保护方法、设备和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.起升机构是塔机最基本的工作机构，属于位能负载，在负载下放时，会产生能量回馈导致母线电压升高而过压，因此需要在起升机构上安装制动模块，制动模块包括配合使用制动变频器的制动单元和外挂制动电阻，制动模块进行工作时，能够将母线上多余的能量通过制动电阻以热的形式释放掉。因此制动模块的状况也关系到塔机的起升机构的安全运行，所以需要对制动模块能否正常工程进行检测。而目前针对制动模块的检测只有出厂检测：即在制动变频器生产时对制动单元进行检测，和塔机主机厂场内对制动电阻进行检测。而出厂检测合格仅能够保证起升机构的制动模块在出厂时是合格的，并无法确保起升机构在后续工作时，制动模块在每一次启动前均合格，更无法在起升机构工作时对起升机构进行保护。因此塔机溜钩等故障仍然时常发生，并且每年因溜钩造成的经济损失均非常巨大。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种制动模块的保护方法、设备和计算机可读存储介质，旨在解决塔机的起升机构在工作的过程中发生溜钩故障的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种制动模块的保护方法，该方法包括以下步骤：
5.根据制动管路和制动电阻的状态确定是否启动起升机构；
6.若启动所述起升机构，则计算制动变频器输出的最高运行频率；
7.根据所述最高运行频率设置所述制动变频器的当前运行频率，所述当前运行频率用于限制制动功率。
8.可选地，获取制动管路的电流和母线电压，并根据所述制动管路的电流和所述母线电压计算制动电阻的阻值；
9.若所述制动电阻的阻值大于最大预设阻值，则输出所述制动电阻的故障信息。
10.可选地，若所述制动电阻的阻值小于最大预设阻值，则判断所述制动管路的电流是否小于最小预设电流；
11.若所述制动管路的电流小于所述最小预设电流，则输出所述制动管路的开路故障信息；
12.若所述制动管路的电流大于或等于所述最小预设电流，则启动所述起升机构。
13.可选地，检测所述起升机构下行过程中的加速转矩和恒速转矩；
14.根据所述加速转矩和所述恒速转矩计算所述起升机构的减速转矩；
15.根据所述母线电压和所述制动电阻计算最大允许制动功率；
16.根据所述最大允许制动功率和所述减速转矩计算所述制动变频器的最高运行频
率。
17.可选地，获取所述起升机构下行过程中加速时的下行加速时长和减速时的下行减速时长；
18.计算所述恒速转矩与所述加速转矩的差为第一差值；
19.计算所述下行加速时长与所述下行减速的商为第一商值；
20.计算所述第一差值与第一商值的积，并加上所述恒速转矩得到减速转矩。
21.可选地，计算所述母线电压的平方与所述制动电阻的商得到第二商值；
22.计算所述第二商值与制动功率系数的积为最大允许制动功率。
23.可选地，
24.其中，f
max
为制动变频器的最高运行频率，n
p
为电机极对数，p
max
为制动电阻的最大允许制动功率，t
m3
为下行过程中减速电机输出的减速转矩。
25.可选地，判断目标频率是否大于所述最高运行频率；
26.若所述目标频率大于所述最高运行频率，则将所述最高运行频率设置为当前运行频率；
27.若所述目标频率小于或等于所述最高运行频率，则将所述目标频率设置为当前运行频率。
28.为实现上述目的，本技术还提出一种制动模块的保护设备，制动模块的保护设备包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的制动模块的保护应用程序，所述制动模块的保护应用程序被处理器执行时实现所述制动模块的保护方法。
29.为实现上述目的，本技术还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有制动模块的保护应用程序，所述制动模块的保护应用程序被处理器执行时实现所述制动模块的保护方法。
30.本发明技术方案中，在每一次启动起升机构之前，都会检测制动管路和制动电阻是否正常，并且在起升机构下行的过程中，都会计算制动变频器输出的最高运行频率，并根据最高运行频率设置制动变频器的当前运行频率。而在本领域的现有技术中，仅在塔机出厂时对制动模块进行检测，因此与现有技术相比，本技术通过在每一次启动起升机构之前对制动管路和制动电阻进行检测，并根据检测结果确定是否启动起升机构，此外，还在起升机构运行的过程中，对限制发电转矩的转速进行限制，能够在运行前和运行中针对起升机构的制动模块进行检测和保护，防止带病启动以及保护运行过程中的起升机构，避免出现因制动模块故障而产生的安全事故。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
32.图1为本发明一实施例的制动模块的保护方法的模块结构示意图；
33.图2为本发明一实施例的制动模块的保护方法的流程图；
34.图3为本发明一实施例的制动模块的保护方法的结构实例图。
具体实施方式
35.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
36.请参照图1，图1为本发明各个实施例中所提供的制动模块的保护设备的硬件结构示意图。所述制动模块的保护设备包括执行模块01、存储器02、处理器03、电池系统等部件。本领域技术人员可以理解，图1中所示出的设备还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中，所述处理器03分别与所述存储器02和所述执行模块01连接，所述存储器02上存储有制动模块的保护应用程序，所述制动模块的保护应用程序同时被处理器03执行。
37.执行模块01，可获取制动管路和制动电阻的状态，并计算制动变频器输出的最高运行频率，同时反馈以上信息给所述处理器03。
38.存储器02，可用于存储软件程序以及各种数据。存储器02可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据物联网终端的使用所创建的数据或信息等。此外，存储器02可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
39.处理器03，是处理平台的控制中心，利用各种接口和线路连接整个物联网终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器02内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器02内的数据，执行物联网终端的各种功能和处理数据，从而对制动模块的保护设备进行整体监控。处理器03可包括一个或多个处理单元；优选的，处理器03可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器03中。
40.本领域技术人员可以理解，图1中示出的制动模块的保护设备结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
41.根据上述硬件结构，提出本发明方法各个实施例。
42.起升机构是塔机最基本的工作机构，属于位能负载，在负载下放时，会产生能量回馈导致母线电压升高而过压，因此需要在起升机构上安装制动模块(如图3所示)，制动模块包括配合使用制动变频器的制动单元和外挂制动电阻，制动模块进行工作时，能够将母线上多余的能量通过制动电阻以热的形式释放掉。因此制动模块的状况也关系到塔机的起升机构的安全运行，所以需要对制动模块能否正常工程进行检测。而目前针对制动模块的检测只有出厂检测：即在制动变频器生产时对制动单元进行检测，和塔机主机厂场内对制动电阻进行检测。而出厂检测合格仅能够保证起升机构的制动模块在出厂时是合格的，并无法确保起升机构在后续工作时，制动模块在每一次启动前均合格，更无法在起升机构工作时对起升机构进行保护。因此塔机溜钩等故障仍然时常发生，并且每年因溜钩造成的经济损失均非常巨大，因此为了在运行前和运行中针对起升机构进行检测和保护，本技术提出了一种制动模块的保护方法。
43.参照图2，在本发明制动模块的保护方法的第一实施例中，所述制动模块的保护方
法包括：
44.步骤s100，根据制动管路和制动电阻的状态确定是否启动起升机构；
45.起升机构是塔机最基本的工作机构，起升机构主要由机械传动系统、电气控制系统和安全保护系统组成。其中，机械传动系统是升降机构工作的执行系统，通常包括卷筒、起吊钢丝绳及吊钩组；电气控制系统用于控制机械传动机构的运转和操作，主要由操作手柄、逻辑电路、调速系统等组成；安全保护系统用于保障起升机构在安全区域内工作而不发生事故，主要包括制动模块、超载限制器、高度限位器、超速开关等。一般起升机构的工作原理为：在电气控制系统和安全保护系统的控制和保护下，电动机正向或者反向旋转，并通过联轴器、减速器带动卷筒旋转，将钢丝绳卷入或放出，经过滑轮系统实现吊钩上升或下降；若电动机停转，则制动器抱闸使吊钩连同货物静止在空中。
46.由于制动电阻具有正温度系数的特性，且其正温度系数较大，又随着起升机构中制动变频器的运行，制动电阻会发热升温。因此在起升机构的工作过程中，制动电阻的阻值会逐渐增大，且制动变频器运行的时间越长，制动电阻的温度越高，相应的制动电阻的电阻值也就会越大。但制动电阻的电阻值并不会无限增大，由于电阻发热的热量会耗散到周围的空间，且电阻温度越高，热量耗散得越快，因此制动电阻的温度会达到一个平衡态，即当热量耗散功率与电阻发热的功率平衡时，制动电阻的温度达到最大值，电阻值亦达到最大值。其中，制动管路包括用接头连接到一起的钢管和柔性软管，用于将从主缸取得的制动液传递到各个车轮制动器。因此通常情况下，在制动电阻和制动管路正常的情况下，起升机构不太会产生溜钩等故障，可一旦制动管路损坏，制动模块就会丧失制动能力，则会导致过压故障并且发生溜钩；同样地，一旦制动电阻部分或全部损坏，也会导致制动能力下降，从而可能导致过压故障并且发生溜钩；此外，如果制动电阻过热，制动电阻的阻值会相应的发生异常，同样会导致制动能力下降，从而可能导致过压故障并且发生溜钩。
47.因此为了避免由于制动管路或制动电阻的异常，导致过压故障后发生溜钩，本实施例中，在每次起升机构运行之前，均对制动管路和制动电阻的状态进行检测，并根据制动管路和制动电阻的状态确定是否启动起升机构。这样可以在确定制动管路和制动电阻均正常的情况下再启动起升机构，保证起升机构运行过程中的安全，消除安全隐患。而一旦检测到制动管路或制动电阻存在异常，则向工作人员发送异常提示，以提醒工作人员对制动模块进行进一步的检修。
48.步骤s200，若启动所述起升机构，则计算制动变频器输出的最高运行频率；
49.如上所述，在每次起升机构运行之前对制动管路和制动电阻的状态进行检测，能够确保制动模块的正常。然而无法确保起升机构工作过程中，制动机构的制动能力足够完成对起升机构的制动。实际上，起升机构中的机械传动系统在高速下行时，可能会由于下降速度或加速度过大，制动模块的制动能力不足，导致制动模块烧毁。因此为了避免这种情况发生，在本实施例中，在每次运行起升机构时，都要计算能够允许的制动变频器输出的最高运行频率，并根据最高运行频率限制制动变频器的转速。
50.步骤s300，根据所述最高运行频率设置所述制动变频器的当前运行频率，所述当前运行频率用于限制制动功率。
51.本实施例中，在计算得到制动变频器输出的最高运行频率之后，根据最高运行频率设置制动变频器的当前运行频率，以确保制动变频器的当前运行频率小于或等于最高运
行频率。
52.通过在每一次启动起升机构之前对制动管路和制动电阻进行检测，并根据检测结果确定是否启动起升机构，此外，还在起升机构运行的过程中，对限制发电转矩的转速进行限制，能够在运行前和运行中针对起升机构的制动模块进行检测和保护，防止带病启动以及保护运行过程中的起升机构，避免出现因制动模块故障而产生的安全事故。
53.在一实施例中，所述根据制动管路和制动电阻的状态确定是否启动起升机构的步骤包括：
54.获取制动管路的电流和母线电压，并根据所述制动管路的电流和所述母线电压，计算制动电阻的阻值；
55.若所述制动电阻的阻值大于最大预设阻值，则输出所述制动电阻的故障信息。
56.本实施例中，若接收到起升机构的启动指令，在运行起升机构之前，需要先检测制动管路和制动电阻的状态，并根据制动管路和制动电阻的状态确定是否启动起升机构。其中，制动管路和制动电阻具备自检功能，可以在制动变频器正常驱动电机工作前发现制动管路与制动电阻的异常。具体地，在启动起升机构之前先启动制动管路并持续预设时长，其中，预设时长为本领域技术人员根据制动管路的自检规则提前设置，并可根据具体的需求进行实时调整，可以为10ms。然后，检测流过制动管路的电流以及母线上的母线电压，并根据制动管路的电流和母线电压计算出制动电阻的阻值。并将计算得到的制动电阻的阻值和最大预设阻值相比较，若制动电阻的阻值小于或等于最大预设阻值，则可以判定制动电阻正常，进一步检测制动管路是否存在其他故障；若制动电阻的阻值大于最大预设阻值，则拒绝启动起升机构，并将制动电阻阻值过大的故障信息上报给工作人员。其中，最大预设阻值由本领域技术人员根据制动管路的自检规则提前设置，并可根据具体的需求进行实时调整。在一些实施例中，最大预设电阻可以为制动电阻的额定阻值与制动电阻的最大允许偏差值的和。
57.进一步地，制动电阻的阻值的计算公式如下：
[0058][0059]
其中，rb为制动电阻的阻值，ud为母线电压，ib为制动管路的电流。
[0060]
在一实施例中，所述获取制动管路的电流和母线电压，并根据所述制动管路的电流和所述母线电压计算制动电阻的阻值的步骤之后包括：
[0061]
若所述制动电阻的阻值小于或等于最大预设阻值，则判断所述制动管路的电流是否小于最小预设电流；
[0062]
若所述制动管路的电流小于所述最小预设电流，则输出所述制动管路的开路故障信息；
[0063]
若所述制动管路的电流大于或等于所述最小预设电流，则启动所述起升机构。
[0064]
本实施例中，在确定制动电阻的阻值处于正常区间之后，还需要判断制动管路的电流是否正常，在制动管路的电流很小或制动管路的电流为零的情况下，制动管路同样可能已被损坏。具体地，若制动电阻的阻值小于或等于最大预设阻值，则进一步判断制动管路的电流是否小于最小预设电流；若制动管路的电流小于最小预设电流，则拒绝启动起升机构，并将制动管路开路故障的故障信息上报给工作人员。若制动管路的电流大于或等于最
小预设电流，则可以确定制动管路不存在故障，此时可以开启起升机构。其中，最小预设电流为本领域技术人员根据制动模块的具体运行状态预先设置，并可根据实际情况进行调整。
[0065]
通过对制动电阻的阻值的计算和比较，能够判断制动电阻是否存在故障，通过对制动管路的电流的检测，能够判断制动管路是否存在故障，通过对制动管路和制动电流的故障检测，能够保证起升机构启动时制动管路和制动电流处于正常状态，防止带病启动影响系统安全，从而避免因制动模块故障而导致的安全事故。
[0066]
在一实施例中，所述计算制动变频器输出的最高运行频率的步骤包括：
[0067]
检测所述起升机构下行过程中的加速转矩和恒速转矩；
[0068]
根据所述加速转矩和所述恒速转矩计算所述起升机构的减速转矩；
[0069]
根据所述母线电压和所述制动电阻计算最大允许制动功率；
[0070]
根据所述最大允许制动功率和所述减速转矩计算所述制动变频器的最高运行频率。
[0071]
本实施例中，起升机构在下行时发电，能量回馈。通常情况下，起升机构的下行过程分为三个阶段，即下行加速阶段、下行恒速阶段和下行减速阶段。其中，在下行的减速过程中，制动模块的发电能量最大。具体地，在下行发电时，分别检测起升机构在下行时加速过程中的加速转矩和恒速过程中的恒速转矩，并根据加速转矩和恒速转矩计算出减速转矩。然后根据实时检测的制动电阻的阻值和母线电压以及制动功率系数计算出最大允许制动功率，并根据最大允许制动功率和减速转矩计算出最高运行频率。在得到最高运行频率之后，在起升机构的下行过程中，只要将转矩的运行频率控制在最高运行频率以内，即可避免起升机构下行过程中的制动能力不足的情况，从而保证起升机构下行过程的安全。
[0072]
在一实施例中，所述根据所述加速转矩和恒速转矩计算所述起升机的减速转矩的步骤包括：
[0073]
获取所述起升机构下行过程中加速时的下行加速时长和减速时的下行减速时长；
[0074]
计算所述恒速转矩与所述加速转矩的差为第一差值；
[0075]
计算所述下行加速时长与所述下行减速的商为第一商值；
[0076]
计算所述第一差值与第一商值的积，并加上所述恒速转矩得到减速转矩。
[0077]
本实施例中，可以检测得到起升机构在下行过程中的加速转矩和恒速转矩，而起升机构下行过程中的下行加速时长和下行减速时长为本领域技术人员预先设置。通过下行加速时长、下行减速时长、加速转矩和恒速转矩即可计算得到减速转矩。具体地，在起升机构下行的加速过程中，存在：
[0078]
t
m1-tg tf＝-ja1；
[0079]
其中，t
m1
为下行过程中加速电机输出的加速转矩，tg为负载转矩，tf为摩擦转矩，j为转动总惯量，a1为下行加速过程中的加速度。
[0080]
在起升机构下行的恒速过程中，存在：
[0081]
t
m2-tg tf＝0；
[0082]
其中，t
m2
为下行过程中恒速电机输出的恒速转矩，tg为负载转矩，tf为摩擦转矩。
[0083]
在起升机构下行的减速过程中，存在：
[0084]
t
m3-tg tf＝ja2；
[0085]
其中，t
m3
为下行过程中减速电机输出的减速转矩，tg为负载转矩，tf为摩擦转矩，j为转动总惯量，a2为下行减速过程中的加速度。
[0086]
由上述的三个公式可以换算得到：
[0087][0088]
其中，t
m1
为下行过程中加速电机输出的加速转矩，tg为负载转矩，tf为摩擦转矩，j为转动总惯量，a1为下行加速过程中的加速度，a2为下行减速过程中的加速度，t1为下行过程中加速时的下行加速时长，t2为下行过程中减速时的下行减速时长。
[0089]
由上可知，通过下行加速时长、下行减速时长、加速转矩和恒速转矩即可计算得到减速转矩。
[0090]
在一实施例中，所述根据所述母线电压和所述制动电阻计算最大允许制动功率的步骤包括：
[0091]
计算所述母线电压的平方与所述制动电阻的商得到第二商值；
[0092]
计算所述第二商值与制动功率系数的积为最大允许制动功率。
[0093]
本实施例中，实时检测制动电阻的阻值和母线电压，并根据实时检测的制动电阻的阻值和母线电压以及制动功率系数计算出最大允许制动功率。进一步地，计算所述母线电压的平方与所述制动电阻的商得到第二商值，计算所述第二商值与制动功率系数的积为最大允许制动功率。具体计算公式如下：
[0094][0095]
其中，p
max
为制动电阻的最大允许制动功率，ur为制动模块的母线电压，rb为实时检测得到的制动电阻值，x为制动功率系数。
[0096]
在一实施例中，所述根据所述最大允许制动功率和所述减速转矩计算最高运行频率的公式为：
[0097][0098]
其中，f
max
为制动变频器的最高运行频率，n
p
为电机极对数，p
max
为制动电阻的最大允许制动功率，t
m3
为下行过程中减速电机输出的减速转矩。
[0099]
本实施例中，通过制动电阻的最高运行频率和减速电机输出的减速转矩，结合电机极对数可以计算得到制动变频器的最高运行频率。并根据最高运行频率对制动变频器的输出频率加以限制，从而限制其转速，以达到在起升机构下行的过程中，对制动模块进行保护的目的。
[0100]
在一实施例中，所述根据所述最高运行频率设置所述制动变频器的当前运行频率的步骤包括：
[0101]
判断目标频率是否大于所述最高运行频率；
[0102]
若所述目标频率大于所述最高运行频率，则将所述最高运行频率设置为当前运行频率；
[0103]
若所述目标频率小于或等于所述最高运行频率，则将所述目标频率设置为当前运
行频率。
[0104]
本实施例中，在计算得到最高运行频率之后，将制动变频器输出的目标频率与最高运行频率进行比较，其中，目标频率为本领域技术人员预先设置。若目标频率大于最高运行频率，则将最高运行频率设置为当前运行频率；若目标频率小于或等于最高运行频率，则将目标频率设置为当前运行频率。通过这种方式能保证当前运行频率不超过最高运行频率，从而限制制动变频器的转速。
[0105]
本发明还提出一种制动模块的保护设备，制动模块的保护设备包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的制动模块的保护应用程序，所述制动模块的保护应用程序用于执行本发明各个实施例所述的方法。
[0106]
其中，制动模块的保护设备的各个功能模块实现的步骤可参照本发明制动模块的保护方法的各个实施例，此处不再赘述。
[0107]
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有制动模块的保护应用程序。所述计算机可读存储介质包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质可以是图1的中的存储器，也可以是如rom(read-only memory，只读存储器)/ram(random access memory，随机存取存储器)、磁碟、光盘中的至少一种，所述计算机可读存储介质包括若干指令用以使得一台具有处理器的物联网终端设备(可以是手机，计算机，服务器，物联网终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0108]
其中，计算机可读存储介质的各个功能模块实现的步骤可参照本发明制动模块的保护方法的各个实施例，此处不再赘述。
[0109]
在本发明中，术语“第一”“第二”“第三”“第四”“第五”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0110]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0111]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，本发明保护的范围并不局限于此，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改和替换，这些变化、修改和替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。