專利名稱：一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)各港口紛紛采用“油改電”技術(shù)來解決柴油發(fā)動機帶來的高能耗、高成本、高污染、高噪聲、維護量大等缺點，即用三相四線制的市電通過高架滑觸線供電的方式來替代原柴油發(fā)動機組提供的動力，輪胎吊是一種廣泛用在港口裝卸集裝箱的起重機械， 原主要配備的機構(gòu)是柴油發(fā)動機、發(fā)電機、調(diào)速電控系統(tǒng)、機械驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)等，采用“油改電”技術(shù)后，去掉了柴油發(fā)動機、發(fā)電機，用市電通過高架滑觸線來供電。該起重機械存在的缺陷是，當在遠離供電變壓器或兩臺輪胎吊處在相鄰位置且離電源變壓器較遠作業(yè)時，其運行時的電流在較長的線路上產(chǎn)生電壓降，使調(diào)速電控系統(tǒng)的工作電壓急劇下降，從而帶來極大的負面影響。例如，對于現(xiàn)有的調(diào)速電控系統(tǒng)主要包括PLC控制模塊、變頻調(diào)速系統(tǒng)和電機、電壓檢測模塊和故障保護模塊等，其中變頻調(diào)速系統(tǒng)采用日本安川電氣公司生產(chǎn)的686CR5變頻調(diào)速系統(tǒng)，PLC控制模塊由負荷運行工況數(shù)據(jù)處理模塊、電流反饋模塊、指令數(shù)據(jù)處理模塊、速度控制模塊以及速度反饋模塊組成，如圖1 所示。當給出起升指令后，通過指令數(shù)據(jù)處理模塊、速度控制模塊使電機M工作，如果變頻調(diào)速系統(tǒng)的三相電源因某種因素而引起低電壓，通過電壓檢測模塊，啟動故障保護機構(gòu)，使之停止工作。很容易看出，此調(diào)速電控系統(tǒng)有電壓檢測的保護功能，但不能改變變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行方式，不能使原由影響低電壓的因素得到改變。
現(xiàn)有的調(diào)速電控系統(tǒng)產(chǎn)生低電壓的原因 1)供電資源緊缺。季節(jié)性用電高峰或電源容量小于裝機容量，一般情況下，電力變壓器工作在50% 70%的利用率的情況下較佳，在裝機設(shè)備運行的容量超出變壓器額定容量的時間或機遇較多時；季節(jié)性的氣候極端溫度、區(qū)域性供電設(shè)備故障而引起用電緊張時會產(chǎn)生壓降。
2)供電線路過長。供電線路的總阻抗超出范圍，電壓降過大。
3)負載過于集中。實際應用中，“油改電”輪胎吊通過受電裝置與銅滑線接觸受電，銅滑線總長1220米，采用三相四線供電，在1220米之間每間距400米左右各配備一套 10000伏/460伏的電力變壓器供電給滑觸線?？傞L1220米銅滑線路之間設(shè)有3 4臺“油改電”輪胎吊進行作業(yè)，如2臺或更多輪吊相互靠攏、且離變壓器較遠的距離，同時起升吊集裝箱時，就會產(chǎn)生800安培左右的電流，由變壓器端流向其2臺輪吊，如果變壓器距離2臺輪吊100米的話，在這段銅滑線上流過800安培左右的電流就足以使其產(chǎn)生相當大的電壓 降，使2臺輪吊變頻調(diào)速器的輸入端的電壓很快衰減，可在2秒鐘內(nèi)由460伏降到390伏左右ο 如果電壓降至變頻調(diào)速系統(tǒng)所設(shè)置的臨界電壓值時，產(chǎn)生連同PLC控制模塊突然斷電的保護動作，雖說是斷電保護動作，其實是犧牲了元氣件、變頻調(diào)速系統(tǒng)的使用壽命， 來換取保證調(diào)速電控系統(tǒng)不被損壞而已，所以其危害是給起重機械帶來沖擊，直接影響起重機械的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種能有效的控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行方式，使加速的電機在電壓降至允許臨界范圍的前一刻，不再加速，保持當時即時速度而使起重機械供電線路電壓不再往下降的自動檢測控制方法。
本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的 一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，包括如下步驟 1)初始化過程中，輸入變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的臨界工作電壓U11^ ；以及達到臨界工作電壓U11^時，變頻調(diào)速系統(tǒng)所允許的最大速度VMax和最小速度VMin，并在最大速度VMax 和最小速度vMin之間設(shè)定若干個比較速度值； 2)起重機械運行過程中，電壓檢測模塊將采集到的變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓U sw輸出到電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊，電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊將即時電壓U sw與臨界工作電壓Ull^比較；若等于臨界工作電壓速度控制模塊將速度反饋模塊采集到的即時速度V 3卩時與若干個比較速度值分別比較，將與即時速度V sw之差值最小的一個比較速度值V比 β輸出到變頻調(diào)速系統(tǒng)，作為電機所要限速的速度值。
初始化過程中還包括輸入變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程所需的時間S2 ；起重機械運行過程中，通過電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊處理，得到變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓U 8_開始下降到降至臨界工作電壓時所需的時間Si，若小于變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程所需的時間S2，則進行上述步驟(2)。
臨界工作電壓Ull^包括實際臨界電壓和寬裕值。
變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓Usw開始下降到降至臨界工作電壓Ull^時所需時間Si的測量方法如下 1)由某一時刻的即時電壓Usw到臨界工作電壓的電壓差值得出變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端每秒種的電壓變化率，即一秒電壓變化量； 2)由某一時刻的即時電壓Usw到臨界工作電壓的電壓差值比上同一時刻的電壓變化率得到某一時刻的即時電壓Usw到臨界工作電壓Ull^時所需要的時間Si。
其工作原理如下 根據(jù)電動機轉(zhuǎn)速與電壓降的關(guān)系，電壓降的大小是由電機轉(zhuǎn)速增量的大小決定的，也就是說，電機加速過渡過程的長短，即轉(zhuǎn)速增量，決定了電壓降的大小。從起升(零速)開始逐步加速，到加速結(jié)束，在過程中如果電壓降因素存在，則在加速過程中，會有動態(tài)的電壓降存在，即電壓隨加速變量的增加而隨之衰減，此電壓衰減的動態(tài)過程勢必隨著加速過程的結(jié)束而結(jié)束，也就是說，只要使變頻調(diào)速系統(tǒng)停止加速過程，就會使正在下降的電壓停止衰減而保持系統(tǒng)停止加速時的電壓值。因此可以將從開始產(chǎn)生電壓降到電壓降到允許工作范圍臨界點的前一刻時所需的時間Si，與變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程所需的時間S2相比較，此S2值已存在原來的PLC控制模塊中。如果Sl >S2，則電壓降到臨界工作電壓的前一刻，變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程已經(jīng)結(jié)束，即電機此時不再加速，電壓降也就不會超出范圍；如果Sl < S2，則電壓降到臨界工作電壓的前一刻時，變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程還未結(jié)束，則說明電壓降存在超出范圍的可能，若保持其原有加速指令，則可能超出臨界工作電壓。在電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊中比較變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓 U即時與臨界工作電壓U11^,如果UswS Ulis，即將該時刻的即時速度通過速度反饋模塊到速度控制模塊中，并輸出到變頻調(diào)速系統(tǒng)。當然，也可以直接進行變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓U即時與臨界工作電壓U臨界的比較。
本發(fā)明的有益效果是 本發(fā)明一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，通過電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊將電壓檢測模塊實時采集的變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓與臨界電壓比較，當即時電壓接近臨界電壓時，使速度控制模塊能夠有效的將速度反饋模塊中的即時速度輸出到變頻調(diào)速系統(tǒng)中，改變變頻調(diào)速系統(tǒng)的加速運行方式，使變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓不會超過在臨界電壓，延長了起重機械的使用壽命，節(jié)約了設(shè)備的維修成本。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。


圖1為現(xiàn)有起重機械的調(diào)速電控系統(tǒng)的邏輯示意圖。
圖2為本實用新型中起重機械的線路電壓降自動檢測控制的邏輯框圖。
具體實施例方式根據(jù)圖2，本實用新型一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，在原有圖1 的PLC控制模塊的基礎(chǔ)上，增加了一個電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊。其中 1)指令數(shù)據(jù)處理模塊。由操作人員發(fā)指令，使與指令手柄連接操縱桿的編碼器產(chǎn)生一個位移量，此編碼器便輸出一個控制指令信號，由PLC控制軟件將此信號經(jīng)用戶程序轉(zhuǎn)換成可控的十六進制控制指令，經(jīng)PLC的控制程序，調(diào)用相應的速度控制數(shù)據(jù)，送入速度控制模塊。
2)負荷運行工況數(shù)據(jù)處理模塊。主要是基于控制運算的方法，在作起升運行時，最初的0. 5秒內(nèi)，對由鋼絲繩傳遞的電流信號進行50次/秒的電流變化的運算，利用比率系數(shù)(1800/750) X 100，作重量變化的具體分析，而后再將運算結(jié)果以數(shù)據(jù)形式傳送到速度控制模塊。
3)速度控制模塊。由指令數(shù)據(jù)處理、重量變化的具體分析、速度反饋數(shù)據(jù)綜合在一起，進行集中運算、處理，所以速度控制模塊輸出的信號，已是變頻調(diào)速系統(tǒng)可用的速度信號，本專利研究的經(jīng)過電壓數(shù)據(jù)處理、控制的數(shù)據(jù)，能自動選擇速度控制模塊將要輸出的速度信號，達到控制電機速度的這一目的。
實施例 1、將電壓信號轉(zhuǎn)化為PLC可控的數(shù)字信號。
約定本專利涉及到的寄存器地址、轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，純屬為了方便舉例注釋而編寫的，用戶可自己進行設(shè)置確定。
在PLC控制模塊能將在變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端中所檢測到的電壓數(shù)據(jù)，送入PLC寄存器的字地址中，無需另外增加電壓檢測裝置及相應的PLC輸入模塊，由變頻調(diào)速系統(tǒng)交流端或直流端檢測到的電壓數(shù)據(jù)，到輸入寄存器字地址中的電壓數(shù)據(jù)，必須將其由數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為電壓格式，本文中的輸入字寄存器地址為IW907，其中的內(nèi)容為直流端的電壓值，表達形式為數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)化為電壓格式的表達式為IW907 X 800 + 10000，其意義，數(shù)據(jù)格式為0——10000，相對應的電壓為0-—800V,顯然當IW907內(nèi)容為10000，代入公式，則所表達的電壓為800V，當IW907內(nèi)容為5000，則所表達的電壓為400V，把計算結(jié)果送入子程序字寄存器中DW00020。
2、根據(jù)某一時刻變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓到臨界電壓的電壓差值(Usw-U得出直流端每秒種的電壓變化率，即一秒電壓變化量。
接下來把每個掃描周期采集的電壓數(shù)據(jù)送入子程序字寄存器中，方法定義19個字寄存器，首先要做到上電數(shù)秒鐘后能自動對程序中所定義的19個字寄存器清零，隨后 PLC控制模塊進行程序掃描的每個周期時，依次將19個采集的電壓數(shù)據(jù)送入19個字寄存器，將19個字寄存器中的數(shù)據(jù)進行累加，再除于19，得出平均一個字寄存器中所存放的電壓值的數(shù)據(jù)，用19個字寄存器的第一個或最后一個字寄存器中的電壓值的數(shù)據(jù)，減去19個字寄存器第一個之前的字寄存器或最后一個字寄存器之后的字寄存器中的電壓值的數(shù)據(jù)， 得出在一個掃描周期內(nèi)電壓的變化量。
再根據(jù)一秒鐘有幾個掃描周期，得出電壓的變化量/每秒。
3、根據(jù)某一時刻的變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓到臨界電壓時的電壓差值與上一時刻的電壓變化率之比即(Usw-Ull^)/電壓變化量/秒，得出某一時刻的變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓Usw開始下降到降至臨界電壓U11^時所需的時間Si。
如果臨界電壓控制在正常電壓值的正負7%，那就由隨機的即時電壓值Usw減去正常電壓值的負7%的臨界電壓值Ul(^，gp 字寄存器中DW00020中隨機的即時電壓值-正常電壓值的負7%的臨界電壓值=某一時刻的直流端電壓到臨界電壓時的電壓差值(U
-U)，本實施例中臨界電壓值U_為557。將直流端的即時電壓減去臨界電壓(U即時-U 除于電壓的變化量/每秒，得出，當時的電壓值以衰減的方式下降，到臨界電壓時所經(jīng)歷的時間Si，將此數(shù)據(jù)送入字寄存器DW00023中。
4、將時間Sl與字寄存器MW00400中的變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程所需的時間S2比較，當Sl < S2，則判斷字寄存器DW00020中直流端的即時電壓是否降至臨界工作電壓，此時的臨界工作電壓應為臨界電壓與寬裕值之和，若是，則發(fā)出限速指令。
5、根據(jù)實際現(xiàn)場電壓波動、負載的情況下，確定最小速度和最大速度值的采集。
使要運行的負載離供電變壓器最遠的地方，必要時可使幾個負載同時在此地運行，目的是讓其電壓快速下降，以最大速度指令運行，同時觀察電壓和速度的值，當電壓降到臨界電壓值時，記錄此時的最小速度值。再使要運行的負載逐步逼近供電變壓器，記錄當電壓降到臨界電壓值時所用的秒數(shù)將要超過而未超過電機加速過渡過程所需時間時的最大速度值。在此最小速度和最大速度的基礎(chǔ)上，插入若干個速度值作為一個比較值。
6、確定所要限速的速度值為多少。
當字寄存器地址為DW00020中的數(shù)值彡557+寬裕值時，通過PLC控制模塊，找到存放由速度反饋模塊傳輸?shù)阶旨拇嫫鞯刂分械募磿r速度值，與上述提到的比較值進行比較，當被比較值——即時速度值與比較值相等，則此時要限速的值就是此比較值的速度。顯然當采集的數(shù)據(jù)越密集，其限速的效果就越好、越精確，看反饋即時速度值的數(shù)據(jù)等于哪段現(xiàn)場采集的速度值數(shù)據(jù)，就將此段速度的上限作為限定的值。
7、現(xiàn)場調(diào)試 由于電壓降至臨界工作電壓的臨界點時，到電機輸出軸上的轉(zhuǎn)速得以實現(xiàn)，其過程需要有一定的時間，因此設(shè)置寬裕值。
本發(fā)明對公開和揭示的所有組合和方法可通過借鑒本文公開內(nèi)容產(chǎn)生，盡管本發(fā)明 的組合和方法已通過詳細實施過程進行了描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本申請所述的方法和裝置進行拼接或改動，或增減某些部件，更具體地說，所有相類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容之中。
權(quán)利要求
1.一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，包括如下步驟1)初始化過程中，輸入變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的臨界工作電壓U11^；以及達到臨界工作 電壓U11^時，變頻調(diào)速系統(tǒng)所允許的最大速度VMax和最小速度VMin，并在最大速度VMax和最 小速度vMin之間設(shè)定若干個比較速度值；2)起重機械運行過程中，電壓檢測模塊將采集到的變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓U 輸出到電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊，電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊將即時電壓Usw與臨界工作電壓U11^比較；若等于臨界工作電壓速度控制模塊將速度反饋模塊采集到的即時速度Vsw 與若干個比較速度值分別比較，并將與即時速度Vsw之差值最小的一個比較速度值Vtte輸 出到變頻調(diào)速系統(tǒng)，作為電機所要限速的速度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，其特征在于初始 化過程中還包括輸入變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程所需的時間S2 ；起重機械運行過程 中，通過電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊處理，得到變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓Usw開始下降 到降至臨界工作電壓U11^時所需的時間Si，且若小于變頻調(diào)速系統(tǒng)起升加速過渡過程所需 的時間S2，則進行上述步驟(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，其特征在于 臨界工作電壓U 包括實際臨界工作電壓和寬裕值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，其特征在于變頻 調(diào)速系統(tǒng)直流端的即時電壓Usw開始下降到降至臨界工作電壓U11^時所需時間Sl的測量 方法如下1)由某一時刻的即時電壓Usw到臨界工作電壓U11^的電壓差值得出變頻調(diào)速系統(tǒng)直 流端每秒種的電壓變化率，即一秒電壓變化量；2)由某一時刻的即時電壓Usw到臨界工作電壓U11^的電壓差值比上同一時刻的電壓 變化率得到某一時刻的即時電壓Usw到臨界工作電壓U11^時所需要的時間Si。
全文摘要
本發(fā)明為一種起重機械的線路電壓降自動檢測控制方法，輸入變頻調(diào)速系統(tǒng)直流端的臨界工作電壓；以及達到臨界工作電壓時，變頻調(diào)速系統(tǒng)所允許的最大速度和最小速度，并在最大速度和最小速度之間設(shè)定若干個比較速度值；起重機械運行過程中，電壓數(shù)據(jù)處理控制模塊將采集來的即時電壓與臨界工作電壓比較；若等于臨界工作電壓，速度控制模塊將即時速度與若干個比較速度值分別比較，將與即時速度之差值最小的一個比較速度值輸出到變頻調(diào)速系統(tǒng)，作為電機所要限速的速度值。本發(fā)明解決了現(xiàn)有變頻調(diào)速系統(tǒng)由于線路壓降而引起低電壓，不能自動調(diào)整變頻調(diào)速器的運行方式而犧牲其使用壽命，來換取保證調(diào)速電控系統(tǒng)的不被損壞的問題。
文檔編號G01R19/10GK101844725SQ201010183940
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者許偉新 申請人:許偉新