基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法和系统与流程

1.本发明属于起重机起升速度控制技术领域，尤其涉及一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法和系统。


背景技术：

2.集装箱起重机是专门用于集装箱码头对集装箱船进行装卸作业的专业设备。在常规集装箱起重机控制中，如图1所示，当起升机构挂载的是集装箱吊具时，同时吊具处于开锁状态下，此时起升吊具速度以空载速度运行；当起升吊具处于闭锁状态下，此时起升速度以满载速度运行。
3.在满载或空载下，起升联动台主令一档给予起升变频器频率均为f1＝10hz；起升联动台主令二档给予起升变频器频率为40％*f，即满载条件下：f2＝40％*45hz＝18hz；空载条件下：f2＝40％*90hz＝36hz；起升联动台主令三档给予起升变频器频率为70％*f，即满载条件下：f3＝70％*45hz＝31.5hz；空载条件下：f3＝70％*90hz＝63hz；起升联动台主令四档给予起升变频器频率为100％*f，即满载条件下：f4＝100％*45hz＝45hz；空载条件下：f4＝100％*90hz＝90hz。
4.然而，起升电机最高频率不能超过90hz，电机频率给定再高的情况下，电机出现抖动现象呈指数级上升，基于该情况，在满载情况下，受空载频率影响，满载时电机最高频率设为45hz，无法设置成基频50hz，造成起升电机功率无法百分百输出。理想状态下，电机是在额定负载、额定速度时，起升电机在基频50hz下运行，为最优理想传动模式。当吊具处于闭锁状态下，起升电机就按满载工况速度运行，但是有时实际集装箱很轻，起升载荷很小，使得起升电机功率得不到最大化使用，也降低了起升电机速度，影响对集装箱的装卸效率。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法和系统。
6.第一方面，本发明提供一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法，包括：
7.获取起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率；其中，起重机综合效率为钢丝绳滑轮组、起升电机以及起升变频器的效率之和；
8.根据起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率计算单个起升电机的实际基准功率；
9.获取起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率；
10.根据起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率计算起重机实际起升重量；
11.根据起升电机数量、起重机综合效率、单个起升电机的实际基准功率和起重机实际起升重量计算起升电机起升速度。
12.进一步地，所述根据起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率计算单个起升电机的实际基准功率，包括：
13.根据以下公式计算单个起升电机的实际基准功率：
[0014][0015]
其中，p1为单个起升电机的实际基准功率；n为起升电机数量；m1为起重机额定起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0016]
进一步地，所述根据起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率计算起重机实际起升重量，包括：
[0017]
根据以下公式计算起重机实际起升重量：
[0018][0019]
其中，p2为单个起升电机的实际功率；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0020]
进一步地，所述根据起升电机数量、起重机综合效率、单个起升电机的实际基准功率和起重机实际起升重量计算起升电机起升速度，包括：
[0021]
根据以下公式计算起升电机起升速度：
[0022][0023]
其中，v2为起升电机起升速度；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；η为起重机综合效率；p1为单个起升电机的实际基准功率。
[0024]
第二方面，本发明提供一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制系统，包括：
[0025]
第一获取模块，用于获取起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率；其中，起重机综合效率为钢丝绳滑轮组、起升电机以及起升变频器的效率之和；
[0026]
第一计算模块，用于根据起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率计算单个起升电机的实际基准功率；
[0027]
第二获取模块，用于获取起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率；
[0028]
第二计算模块，用于根据起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率计算起重机实际起升重量；
[0029]
第三计算模块，用于根据起升电机数量、起重机综合效率、单个起升电机的实际基准功率和起重机实际起升重量计算起升电机起升速度。
[0030]
进一步地，所述第一计算模块包括：
[0031]
第一计算单元，用于根据以下公式计算单个起升电机的实际基准功率：
[0032][0033]
其中，p1为单个起升电机的实际基准功率；n为起升电机数量；m1为起重机额定起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0034]
进一步地，所述第二计算模块包括：
[0035]
第二计算单元，用于根据以下公式计算起重机实际起升重量：
[0036][0037]
其中，p2为单个起升电机的实际功率；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0038]
进一步地，所述第三计算模块包括：
[0039]
第三计算单元，用于根据以下公式计算起升电机起升速度：
[0040][0041]
其中，v2为起升电机起升速度；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；η为起重机综合效率；p1为单个起升电机的实际基准功率。
[0042]
本发明提供一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法和系统，其中方法包括获取起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率；其中，起重机综合效率为钢丝绳滑轮组、起升电机以及起升变频器的效率之和；根据起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率计算单个起升电机的实际基准功率；获取起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率；根据起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率计算起重机实际起升重量；根据起升电机数量、起重机综合效率、单个起升电机的实际基准功率和起重机实际起升重量计算起升电机起升速度。本发明通过获取起升变频器实时输出功率，计算起重机各个参数和额定载荷和额定速度的标定预设，再通过计算出起重机的实际载荷和实际运行速度，将起升载荷和起升速度优化成最佳匹配，实现起重机恒功率调速，进而实现起重机高效运行，提高起升效率。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1为本发明实施例提供的一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法的应用场景图；
[0045]
图2为本发明实施例提供的一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法的流程图；
[0046]
图3为本发明实施例提供的一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
如图2所示，本发明实施例提供一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法，包括：
[0049]
步骤101，获取起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率；其中，起重机综合效率为钢丝绳滑轮组、起升电机以及起升变频器的效率之和。
[0050]
步骤102，根据起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率计算单个起升电机的实际基准功率。
[0051]
本步骤中，根据以下公式计算单个起升电机的实际基准功率：
[0052][0053]
其中，p1为单个起升电机的实际基准功率；n为起升电机数量；m1为起重机额定起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0054]
当起重机恒功率调速时，即起升电机实际基准功率保持不变，这样起升重量与起升速度成反比关系，起升重量越小，起升速度就可以越快；起升重量(限定在额定载荷内，如超过额定载荷，超负荷力矩限制器将立即输出过载信号，起重机立即停车)越大，起升速度相应就慢，这样提高集装箱起重机装卸效率，提高码头港口机械生产率，充分利用起升电机额定基准输出功率，使得起升速度与起升重量相匹配。起升速度随起升重量变化而变化，而起升机构变频器输出功率保持不变。与常规调速控制方式相比，在常规调速方式中，只要起重有载荷，起升电机处于额定负载下速度运行，起升电机输出功率得不到有效充分利用，导致起升电机大功率驱动起升负载小载荷，造成一定的资源浪费，耗能损耗，生产率减少，从而降低集装箱起重机使用效率。
[0055]
步骤103，获取起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率。
[0056]
本步骤中，通过变频器状态字通讯形式直接读取出来，即变频器实际输出有功功率。
[0057]
步骤104，根据起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率计算起重机实际起升重量。
[0058]
本步骤中，根据以下公式计算起重机实际起升重量：
[0059][0060]
其中，p2为单个起升电机的实际功率；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0061]
步骤105，根据起升电机数量、起重机综合效率、单个起升电机的实际基准功率和起重机实际起升重量计算起升电机起升速度。
[0062]
本步骤中，根据以下公式计算起升电机起升速度：
[0063][0064]
其中，v2为起升电机起升速度；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；η为起重机综合效率；p1为单个起升电机的实际基准功率。
[0065]
为了使本发明的方案更清楚，本发明实施例进一步公开了具体示例。
[0066]
获取到起重机的参数如表1所示：
[0067]
表1起重机的参数
[0068][0069][0070]
如图1所示，根据起升钢丝绳缠绕关系看出，起升吊具与起升钢丝绳存在2倍率关系，而起升电机与起升钢丝绳同倍率关系，故当起升吊具速度为60m/min时(满载)，对应起升电机速度为120m/min(满载)，则对应起升变频器最高频率计算如下：
[0071]
65t吊具下(满载下)v
钢丝绳
＝120m/min速度时，变频器给定的起升电机的最高频率为：
[0072][0073]
其中，v
钢丝绳
为起升钢丝绳额定运行速度；v
额定电机
为起升电机额定运行速度；i为起升减速器的传动比；d为起升卷筒直径；f为变频器给定起升电机的频率。
[0074]
当空载工况下，v
钢丝绳
＝240m/min速度时，通过上述公式，计算出变频器给定的起升电机的最高频率为90hz。
[0075]
基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法包括当起升主令处于零位状态，集装箱起重机处于准备好运行状态，所有机构均处于正常情况，等待司机室下一次指令操作。
[0076]
判断吊具处于开锁状态还是闭锁状态，若是开锁状态，说明此时吊具吊架未连接集装箱，处于空载情况，当起升主令不管是上升档还是下降档，起重机均按空载状态速度运行，即，当起升主令1档时，给定起升变频器为10hz；当起升主令2档时，给定起升变频器为
36hz；当起升主令3档时，给定起升变频器为63hz；当起升主令3档时，给定起升变频器为90hz。
[0077]
若是闭锁状态，说明此时吊具吊架连接集装箱，起升载荷处于有效载荷情况，此时检测主令处于1档位置还是非1档位置，若是1档状态，说明集装箱起重机处于点动或对位或微动调整位置等，此时无需恒功率调速运行，直接以1档10hz速度上升或下降即可。若是主令处于非1档状态，则根据主令实际操作方向上升还是下降来确定下一步执行动作。
[0078]
若是主令为上升操作指令，则吊具从零速2秒内匀加速到额定速度后，在2.2秒时，开始根据变频器实际输出功率，起升额定速度来计算此时起升载荷的实际重量，再根据实际起升载荷，计算出本次作业循环起升机构实际运行速度，然后读取起升主令处于实际档位位置，运算档位速度，当主令为2档时，则本次起升速度为实际速度的40％；当主令为3档时，则本次起升速度为实际速度的70％；当主令为4档时，则本次起升速度为实际速度的100％；起升机构从2.2秒开始，在2秒内匀加速或匀减速到此档位下速度运行。直到开锁指令时，清空此次循环的起升机构实际运行速度。
[0079]
若起升机构从零速2秒内匀未加速到额定速度，或加速时间未持续2秒，或加速到额定速度，通过运算计算出的本次起升载荷超过70t(总起升载荷)，说明本次重量运算有误差或其他因数干扰，则本次运行循环作业按满载工况运行，即当主令为2档时，则本次起升速度为18hz；即当主令为3档时，则本次起升速度为31.5hz；当主令为4档时，则本次起升速度为45hz。直到开锁指令时，清空此次循环运算数据。
[0080]
若主令为下降操作指令，则读取上升时计算的吊具实际运行速度，若成功读取到实际运行速度数据，然后读取起升主令处于实际档位位置，运算档位速度，当主令为2档时，则本次起升速度为实际速度的40％；当主令为3档时，则本次起升速度为实际速度的70％；当主令为4档时，则本次起升速度为实际速度的100％；起升机构从2.2秒开始，在2秒内匀加速或匀减速到此档位下速度运行。
[0081]
若未成功读取到实际运行速度数据，说明本次重量运算在上升时出错或其他原因，则本次下降运行循环作业按满载工况运行，即当主令为2档时，则本次起升速度为18hz；即当主令为3档时，则本次起升速度为31.5hz；当主令为4档时，则本次起升速度为45hz。直到开锁指令时，清空此次循环运算数据。
[0082]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制系统，由于该系统解决问题的原理与前述一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法相似，因此该系统的实施可以参见基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制方法的实施，重复之处不再赘述。
[0083]
本发明实施例提供的一种基于起升重量的起重机恒功率起升速度控制系统，如图3所示，包括：
[0084]
第一获取模块10，用于获取起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率；其中，起重机综合效率为钢丝绳滑轮组、起升电机以及起升变频器的效率之和。
[0085]
第一计算模块20，用于根据起重机的起升电机数量、起重机额定起升重量、起升电机额定起升速度和起重机综合效率计算单个起升电机的实际基准功率。
[0086]
第二获取模块30，用于获取起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率。
[0087]
第二计算模块40，用于根据起重机实际起升重量下单个起升电机的实际功率计算起重机实际起升重量。
[0088]
第三计算模块50，用于根据起升电机数量、起重机综合效率、单个起升电机的实际基准功率和起重机实际起升重量计算起升电机起升速度。
[0089]
可选地，所述第一计算模块包括：
[0090]
第一计算单元，用于根据以下公式计算单个起升电机的实际基准功率：
[0091][0092]
其中，p1为单个起升电机的实际基准功率；n为起升电机数量；m1为起重机额定起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0093]
可选地，所述第二计算模块包括：
[0094]
第二计算单元，用于根据以下公式计算起重机实际起升重量：
[0095][0096]
其中，p2为单个起升电机的实际功率；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；v1为起升电机额定起升速度；η为起重机综合效率。
[0097]
可选地，所述第三计算模块包括：
[0098]
第三计算单元，用于根据以下公式计算起升电机起升速度：
[0099][0100]
其中，v2为起升电机起升速度；n为起升电机数量；m2为起重机实际起升重量；g为重力加速度；η为起重机综合效率；p1为单个起升电机的实际基准功率。
[0101]
由于各个模块与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可，在此不再进行赘述。
[0102]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。