專利名稱：利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外已有的鋼絲繩多層排繩器有機械式、液壓氣動式、電動式、電液結(jié)合式等， 均有著各自的優(yōu)缺點，適合不同的巻筒大小、鋼絲繩粗細等。在現(xiàn)有的鋼絲繩絞車和工程 ^巻揚機的領(lǐng)域中，重型錨絞車的應用是不可避免的。對于重型錨絞車，由于其鋼絲繩過 長、巻筒纏繞層數(shù)多，會產(chǎn)生鋼絲繩纏繞不均，排繩紊亂所導致亂繩、咬繩、壓繩等現(xiàn)象， 使鋼絲繩被壓扁、擠散、折曲成角，引起塑性變形和繩表面劃傷等，造成鋼絲繩早期損壞， 縮短鋼絲繩使用壽命。故需要一種高效的防干涉多層纏繞巻筒排繩裝置來滿足重載巻筒的 多層安全纏繞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器。 本發(fā)明提出的利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器，由巻筒1、電動液壓 推桿2、控制系統(tǒng)組成，其中電動液壓推桿2由電動機3和推桿頭4連接組成，鋼絲繩 5'纏繞于巻筒1上，鋼絲繩5的一端穿過推桿頭4上的圓孔與推桿頭4連接；控制系統(tǒng)由 可編程控制器6、第一轉(zhuǎn)速傳感器7、第二轉(zhuǎn)速傳感器8、轉(zhuǎn)向傳感器9、顯示模塊IO、模 糊PID控制模塊11和變頻器12組成，可編程控制器6的輸出端連接變頻器12，可編程控 制器6的輸入輸出端分別連接顯示模塊10和模糊PID控制模塊11 ，可編程控制器6的輸 入端分別連接第一轉(zhuǎn)速傳感器7、第二轉(zhuǎn)速傳感器8和轉(zhuǎn)向傳感器9,變頻器12輸出端連 接電動機3，第一轉(zhuǎn)速傳感器7的輸入端連接巻筒1，第二轉(zhuǎn)速傳感器8的輸入端連接電 動機3。
本發(fā)明中，以電動液壓推桿2作為排繩器的動力部件，所述電動液壓推桿2作為排繩 器的動力部件，以電動機3為動力源，通過電動機3的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)內(nèi)部液壓系統(tǒng)的控制， 實現(xiàn)推桿頭4的往復直線排繩運動。巻筒l自身旋轉(zhuǎn)將鋼絲繩5纏繞在巻筒1上，鋼絲繩 5的一端穿過推桿頭4的圓孔，在推桿頭4的帶動下進行往復直線的排繩運動。
本發(fā)明中，所述控制系統(tǒng)包括可編程控制器6、變頻器12、第一轉(zhuǎn)速傳感器7、第二 轉(zhuǎn)速傳感器8、轉(zhuǎn)向傳感器9、顯示模塊IO、模糊PID控制模塊11等?？删幊炭刂破?是整個排繩系統(tǒng)的控制核心，與變頻器12結(jié)合，接收各傳感器的信號，發(fā)送系統(tǒng)的各種控 制指令，實現(xiàn)自動排繩的可靠控制。
本發(fā)明中，所述第一轉(zhuǎn)速傳感器7和第二轉(zhuǎn)速傳感器8分別是巻筒1和電動機3的速 度檢測單元，分別設(shè)置于巻筒1和排繩器電動液壓推桿的電動機3上，獲取轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn) 速信號送入到可編程控制器6中，通過子程序計算，實現(xiàn)排繩精確控制。
本發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)向傳感器9是用來提供排繩器換向信號的，其設(shè)置于巻筒l上左右 兩端的兩個極限位置。
本發(fā)明中，所述變頻器12通過輸出可調(diào)的頻率，控制電動機3的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)推桿頭4 速度與巻筒1轉(zhuǎn)速的同步。
本發(fā)明中，所述顯示模塊10是操作人員和控制系統(tǒng)之間的人機對話窗口，可以在線 ,測排繩系統(tǒng)的各種工作參數(shù)、工作狀態(tài)。
本發(fā)明中，所述模糊PID控制模塊11是一種控制算法軟件，實現(xiàn)排繩器電動液壓推 桿的排繩速度與巻筒轉(zhuǎn)速的同步，比常規(guī)PID控制有更好的動態(tài)特性、更小的超調(diào)量和更 高的控制精度。
本發(fā)明的有益效果在于提供一種利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器， 是一種高效的防干涉多層纏繞巻筒排繩裝置，滿足重載巻筒的多層安全纏繞，其結(jié)構(gòu)簡單、 自動控制、通過實時跟蹤電動機的轉(zhuǎn)速，與巻筒協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)精確的排繩同步與換向控 制，使巻筒的排繩靈活、整齊、密實。


圖1是利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器示意圖。 "圖2是控制系統(tǒng)框圖。
圖3是控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是控制系統(tǒng)中排繩控制主程序流程圖。
圖5是控制系統(tǒng)中同步控制子程序流程圖。
圖6是控制系統(tǒng)中換向控制子程序流程圖。
圖7是控制系統(tǒng)中模糊PID控制子程序流程圖。
圖中標號1為巻筒，2為電動液壓推桿，3為電動機，4為推桿頭，5為鋼絲繩，6 為可編程控制器，7、 8分別為第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器，9為轉(zhuǎn)向傳感器，10為 顯示模塊，ll為模糊PID控制模塊，12為變頻器。
具體實施例方式
下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。參閱圖1所示，其為本發(fā)明中利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器的示意 圖。本發(fā)明利用電動液壓推桿2作為排繩器的動力部件，來實現(xiàn)往復直線的排繩運動。電 動液壓推桿2以電動機3為動力源，通過電動機3的正反轉(zhuǎn)，經(jīng)內(nèi)部液壓系統(tǒng)的控制，實 現(xiàn)推桿頭4的往復直線排繩運動。巻筒1自身旋轉(zhuǎn)將鋼絲繩5纏繞在巻筒1上，鋼絲繩5 A—端穿過推桿頭4的圓孔，在推桿頭4的帶動下進行往復直線排繩運動。
參閱圖2所示，其為本發(fā)明提供的基于可編程控制器的電動液壓推桿排繩器的控制系 統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)主要由可編程控制器6、變頻器12、轉(zhuǎn)向傳感器9、第一轉(zhuǎn)速傳感器7、 第二轉(zhuǎn)速傳感器8、顯示模塊IO、模糊PID控制模塊11等組成。轉(zhuǎn)向傳感器9設(shè)置于巻 筒1左右兩端的兩個極限位置，用來提供排繩器換向信號。第一轉(zhuǎn)速傳感器7和第二轉(zhuǎn)速 傳感器8分別設(shè)置于巻筒1、電動液壓推桿2的電動機3上，與巻筒l、電動機3同軸運 轉(zhuǎn)，用以獲取轉(zhuǎn)速信號。實時采集的轉(zhuǎn)速信號和轉(zhuǎn)向信號輸入可編程控制器6中，可編程 控制器6將運算結(jié)果作為控制排繩裝置的基準參考信號，通過模糊PID控制模塊11 ，來控 制變頻器12的輸出頻率，從而控制電動液壓推桿2的電動機3轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)電動液壓推桿2 的推桿頭4速度與巻筒1轉(zhuǎn)速的同步，實現(xiàn)排繩精確控制。
參閱圖3所示，其為本發(fā)明提供的基于可編程控制器的電動液壓推桿排繩器的控制系 統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖。整個系統(tǒng)的控制分為同步控制、換向控制和模糊PID控制三大部分。 控制系統(tǒng)軟件主要有排繩控制主程序、顯示控制子程序、換向控制子程序、同步控制子程 序、模糊PID控制子程序等組成。
參閱圖4所示，本發(fā)明提供的基于可編程控制器的電動液壓推桿排繩器的控制系統(tǒng)中 的排繩控制主程序原理如下首先設(shè)置系統(tǒng)的初始工作狀態(tài)，接受輸入的鋼絲繩直徑，然 后運行顯示控制子程序，同步控制子程序、模糊PID控制子程序。當轉(zhuǎn)向傳感器輸入換向 信號，無論程序當前正在執(zhí)行排繩還是正在鍵入子程序，都將轉(zhuǎn)入換向控制子程序。 ..參閱圖5所示，本發(fā)明提供的基于可編程控制器的電動液壓推桿排繩器的控制系統(tǒng)中 的同步控制子程序原理如下首先測速開始，通過分別設(shè)置于巻筒與電動機上的轉(zhuǎn)速傳感 器采集轉(zhuǎn)速信號，獲取轉(zhuǎn)速的脈沖數(shù)，并輸入到可編程控制器中。然后初始化定時器并啟 動定時器，對采集到的轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)進行計數(shù)，并計算轉(zhuǎn)速脈沖數(shù)所對應的轉(zhuǎn)速，獲得巻筒 轉(zhuǎn)速W，與電動機轉(zhuǎn)速 。
為實現(xiàn)巻筒1和排繩器的速度同步，當巻筒l旋轉(zhuǎn)一周時，排繩器驅(qū)動鋼絲繩5沿巻
筒軸向方向移動一個鋼絲繩直徑的距離，故巻筒轉(zhuǎn)速W巻(r/min)、推桿頭速度v(m/s)與鋼絲
5繩直徑《m)的關(guān)系為n巻-"jv。對于電動液壓推桿內(nèi)部的液壓系統(tǒng)，電動機的轉(zhuǎn)速
W電(r/min)、推桿頭的速度v(m/s)與油泵排量《(m3/rad)，油缸直徑D(m)之間關(guān)系為 W電
V=15;r￡)2 °而變頻器的輸出頻率XHz)、電動機轉(zhuǎn)速W電(r/min)與電動機額定轉(zhuǎn)速
,50.、
"激(r/min)的關(guān)系為/ =-^。
. "額
最后根據(jù)可編程控制計算出的巻筒轉(zhuǎn)速W巻，依據(jù)上述式子的計算過程，計算出與巻
筒轉(zhuǎn)速同步的變頻器輸出頻率/，由變 頻器的輸出頻率控制電動機的轉(zhuǎn)速，即可實現(xiàn)巻筒 與排繩器之間的速度同步控制。
請參閱圖6所示，本發(fā)明提供的基于可編程控制器的電動液壓推桿排繩器的控制系統(tǒng) 中的換向控制子程序原理如下進入該子程序，首先需要對轉(zhuǎn)向信號進行識別。當換向傳 感器檢測到正確的轉(zhuǎn)向信號，將其發(fā)送到可編程控制器中，同時向控制器發(fā)出中斷申請， 電動機停止旋轉(zhuǎn)，使排繩器停止排繩。此時巻筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，當巻筒上的轉(zhuǎn)速傳感器計數(shù)到 3/4N(即巻筒轉(zhuǎn)3/4斷后，控制器向變頻器發(fā)送反向行走信號，改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向，即 對巻筒和排繩器之間的多層換向同步。
請參閱圖7所示，本發(fā)明提供的基于可編程控制器的電動液壓推桿排繩器的控制系統(tǒng)
中的模糊PID控制子程序原理如下首先根據(jù)控制器計算得到的巻筒轉(zhuǎn)速W,，由可編程 控制器計算出對應的電動機的理論轉(zhuǎn)速Wg'，將其作為理論值，與被檢測到的電動機實際
轉(zhuǎn)速Wg相比較，得到W電'與W電的差值e和差值變化率"。將偏差e和偏差變化率ec作
為模糊控制器的輸入量，輸出量為變頻器下一步的輸出頻率值。根據(jù)模糊語言變量，將精 確量e浙"模糊化，査詢模糊控制總查詢表，得到輸出頻率的模糊量，接著將模糊量精確 化，得到變頻器的實際輸出頻率。最后由可編程控制器發(fā)出指令，輸出變頻器的下一步頻 華值。經(jīng)此模糊PID控制調(diào)節(jié)后，實時控制變頻器的輸出頻率，進行一次次糾偏，如此循 環(huán)調(diào)整從而控制排繩器的速度與巻筒轉(zhuǎn)速的同步。
權(quán)利要求
1、一種利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器，由卷筒(1)、電動液壓推桿(2)、控制系統(tǒng)組成，其特征在于電動液壓推桿(2)由電動機(3)和推桿頭(4)連接組成，鋼絲繩(5)纏繞于卷筒(1)上，鋼絲繩(5)的一端穿過推桿頭(4)上的圓孔與推桿頭(4)連接；控制系統(tǒng)由可編程控制器(6)、第一轉(zhuǎn)速傳感器(7)、第二轉(zhuǎn)速傳感器(8)、轉(zhuǎn)向傳感器(9)、顯示模塊(10)、模糊PID控制模塊(11)和變頻器(12)組成，可編程控制器(6)的輸出端連接變頻器(12)，可編程控制器(6)的輸入輸出端分別連接顯示模塊(10)和模糊PID控制模塊(11)，可編程控制器(6)的輸入端分別連接第一轉(zhuǎn)速傳感器(7)、第二轉(zhuǎn)速傳感器(8)和轉(zhuǎn)向傳感器(9)，變頻器(12)輸出端連接電動機(3)，第一轉(zhuǎn)速傳感器(7)的輸入端連接卷筒(1)，第二轉(zhuǎn)速傳感器(8)的輸入端連接電動機(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器，其特征 在于所述轉(zhuǎn)向傳感器(9)設(shè)置于巻筒(1)上左右兩端的兩個極限位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用電動液壓推桿的自動控制重型錨絞車排繩器，由卷筒、電動液壓推桿、控制系統(tǒng)組成，電動液壓推桿由電動機和推桿頭連接組成，鋼絲繩纏繞于卷筒上，鋼絲繩的一端穿過推桿頭上的圓孔與推桿頭連接；控制系統(tǒng)由可編程控制器、第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)向傳感器、顯示模塊、模糊PID控制模塊和變頻器組成，可編程控制器的輸出端連接變頻器，可編程控制器的輸入輸出端分別連接顯示模塊和模糊PID控制模塊，可編程控制器的輸入端分別連接第一轉(zhuǎn)速傳感器、第二轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)向傳感器，變頻器輸出端連接電動機，第一轉(zhuǎn)速傳感器的輸入端連接卷筒，第二轉(zhuǎn)速傳感器的輸入端連接電動機。本發(fā)明用以滿足重載卷筒的多層安全纏繞，是一種高效的防干涉多層纏繞卷筒排繩裝置。
文檔編號B66D1/38GK101585494SQ200910052908
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者正 歸, 邱惠清, 黃蘋蘋 申請人:同濟大學