本發(fā)明屬于卷?yè)P(yáng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種卷?yè)P(yáng)機(jī)安全升降系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，在我國(guó)的建筑、船舶、鉆井平臺(tái)等生產(chǎn)領(lǐng)域所使用的卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)有很多需要承載人員的要求，這些卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)雖然有自己的自鎖或者減速剎車系統(tǒng)，但是由于操作人員的安全意識(shí)和操作水平參差不齊，會(huì)出現(xiàn)誤操作現(xiàn)象，或者機(jī)器由于保養(yǎng)不當(dāng)造成安全系統(tǒng)失控，會(huì)造成對(duì)人員生命和設(shè)備財(cái)產(chǎn)巨大危險(xiǎn)。現(xiàn)有的卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)，其安全剎車系統(tǒng)和自鎖系統(tǒng)存在在特殊條件下不能達(dá)到保證人員安全的情況，由變頻電機(jī)控制的卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)，在設(shè)備失去動(dòng)力電的情況下，電機(jī)不能控制卷?yè)P(yáng)機(jī)懸掛的重物的運(yùn)動(dòng)，在沒(méi)有失電自鎖的情況下，重物會(huì)跌落，造成安全事故，在有失電自鎖的設(shè)備上，重物會(huì)被停在半空中，如果有人員在懸掛物中，人員不能及時(shí)脫離危險(xiǎn)環(huán)境，從而引發(fā)嚴(yán)重后果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種卷?yè)P(yáng)機(jī)安全升降系統(tǒng)，在卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)失去動(dòng)力電，或者人員誤操作的情況下，設(shè)備可以自動(dòng)把卷?yè)P(yáng)機(jī)上的重物或人員以安全的速度釋放到地面，避免人員和設(shè)備的不必要損失。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種卷?yè)P(yáng)機(jī)安全升降系統(tǒng)，包括同時(shí)連接交流電源和備用電源的電源控制板、以及分別安裝在卷?yè)P(yáng)機(jī)上的失電控制裝置、測(cè)速傳感裝置和高度測(cè)量傳感裝置；所述電源控制板與失電控制裝置連接；所述失電控制裝置包括中央處理單元；所述測(cè)速傳感裝置和高度測(cè) 量傳感裝置反饋的電信號(hào)通過(guò)中央處理單元傳輸給剎車驅(qū)動(dòng)器，由剎車驅(qū)動(dòng)器控制卷?yè)P(yáng)機(jī)上電磁剎車的剎車力。

進(jìn)一步，所述失電控制裝置還包括無(wú)線控制單元和操作面板。

進(jìn)一步，所述測(cè)速傳感裝置包括若干測(cè)速凸輪以及與各測(cè)速凸輪分別對(duì)應(yīng)的若干轉(zhuǎn)速傳感器；所述測(cè)速凸輪安裝在卷?yè)P(yáng)機(jī)的輸入軸、傳動(dòng)軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上；每個(gè)所述轉(zhuǎn)速傳感器均與所述中央處理單元連接。

進(jìn)一步，所述中央處理單元中預(yù)存儲(chǔ)有卷?yè)P(yáng)機(jī)最大下降速度值和距離地面最小高度值；所述中央處理單元將所述測(cè)速傳感裝置和高度測(cè)量傳感裝置測(cè)得的數(shù)值分別與相應(yīng)的預(yù)存儲(chǔ)值比較后，將處理信號(hào)輸出給剎車驅(qū)動(dòng)器。

進(jìn)一步，所述卷?yè)P(yáng)機(jī)上還安裝有超聲波測(cè)距測(cè)速裝置；所述超聲波測(cè)距測(cè)速裝置與所述中央處理單元連接。

進(jìn)一步，所述高度測(cè)量傳感裝置包括若干個(gè)激光距離傳感器，各個(gè)激光距離傳感器分別與所述中央處理單元連接。

進(jìn)一步，所述電磁剎車包括固定部和轉(zhuǎn)動(dòng)部；所述固定部安裝于卷?yè)P(yáng)機(jī)外殼或卷?yè)P(yáng)機(jī)外部的剛體上；所述轉(zhuǎn)動(dòng)部安裝在卷?yè)P(yáng)機(jī)的輸入軸、傳動(dòng)軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上。

進(jìn)一步，所述中央處理單元包括STM32單片機(jī)。

進(jìn)一步，所述剎車驅(qū)動(dòng)器包括脈寬調(diào)制控制器。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1)在卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)失去動(dòng)力電，或者人員誤操作的情況下，由備用電源供電，失電控制裝置控制剎車驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行剎車動(dòng)作，可以把卷?yè)P(yáng)機(jī)上的重物或人員以安全的速度釋 放到地面。

2)設(shè)置多個(gè)激光距離傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，可以保證如果某一個(gè)傳感器出現(xiàn)問(wèn)題，也不會(huì)引進(jìn)系統(tǒng)失控。

3)失電控制裝置可以通過(guò)無(wú)線控制器遠(yuǎn)程操作，方便可靠。

4)本系統(tǒng)使用雙電源供電，在平臺(tái)交流失效時(shí)可即時(shí)由電池供電，保證系統(tǒng)在緊急狀態(tài)下仍可保證卷?yè)P(yáng)機(jī)安全下降。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中測(cè)速傳感裝置在卷?yè)P(yáng)上的安裝示意圖；

圖2是圖1中由A向看去的測(cè)速凸輪與轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)布置示意圖；

圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；

圖4是本發(fā)明的控制流程圖；

圖5是本發(fā)明中脈寬調(diào)制原理示意圖。

圖中：1-測(cè)速凸輪；2-失電控制裝置；3-卷?yè)P(yáng)機(jī)外殼或卷?yè)P(yáng)機(jī)外部剛體；4-轉(zhuǎn)速傳感器。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不相沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)圖1至圖5所示的一種卷?yè)P(yáng)機(jī)安全升降系統(tǒng)，包括同時(shí)連接交流電源和備用電源的電源控制板、以及分別安裝在卷?yè)P(yáng)機(jī)上的失電控制裝置2、測(cè)速傳感裝置和高度測(cè)量傳 感裝置；所述電源控制板與失電控制裝置2連接；所述失電控制裝置包括中央處理單元；所述測(cè)速傳感裝置和高度測(cè)量傳感裝置反饋的電信號(hào)通過(guò)中央處理單元傳輸給剎車驅(qū)動(dòng)器，由剎車驅(qū)動(dòng)器控制卷?yè)P(yáng)機(jī)上電磁剎車的剎車力。

需要說(shuō)明的是，轉(zhuǎn)速傳感器可以將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為卷?yè)P(yáng)機(jī)下降速度和下降距離。由于卷?yè)P(yáng)機(jī)有較高的減速比，所以下降速度和下降距離具有極高的精度。具體的原理如下：

卷?yè)P(yáng)機(jī)的傳動(dòng)比等于卷?yè)P(yáng)機(jī)下降距離和測(cè)量軸周長(zhǎng)的比例，所以，

下降距離X傳動(dòng)比＝測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)周長(zhǎng)，

測(cè)量軸的旋轉(zhuǎn)周長(zhǎng)/πd＝測(cè)量軸旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(其中d為測(cè)量軸直徑)。

其中，所述失電控制裝置2還包括無(wú)線控制單元和操作面板。通過(guò)無(wú)線控制單元中的無(wú)線接收模塊，來(lái)接受遠(yuǎn)程的操控，這樣，使得本系統(tǒng)更便于控制，尤其是遇到突發(fā)狀況，可靠性和安全性更高。

另外，在失電控制裝置2上連接操作面板，可以更方便參數(shù)的輸入和顯示，使得失電控制裝置2便于操作，并能直觀顯示系統(tǒng)狀態(tài)。

其中，所述測(cè)速傳感裝置包括若干測(cè)速凸輪1以及與各測(cè)速凸輪1分別對(duì)應(yīng)的若干轉(zhuǎn)速傳感器4；所述測(cè)速凸輪1安裝在卷?yè)P(yáng)機(jī)的輸入軸、傳動(dòng)軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上；每個(gè)所述轉(zhuǎn)速傳感器均與所述中央處理單元連接。

需要說(shuō)明的是，為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，測(cè)速凸輪1和轉(zhuǎn)速傳感器4可以分別在不同的軸上各安裝兩個(gè)或者兩個(gè)以上，并且優(yōu)選安裝在轉(zhuǎn)速較高的軸，以確保轉(zhuǎn)速傳感器運(yùn)算的一致性和準(zhǔn)確性。

其中，所述中央處理單元中預(yù)存儲(chǔ)有卷?yè)P(yáng)機(jī)最大下降速度值和距離地面最小高度值；所述中央處理單元將所述測(cè)速傳感裝置和高度測(cè)量傳感裝置測(cè)得的數(shù)值分別與相應(yīng)的預(yù)存儲(chǔ)值比較后，將處理信號(hào)輸出給剎車驅(qū)動(dòng)器。

需要指出的是，還可以在卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)備外部安裝多種測(cè)速測(cè)高的檢測(cè)裝置，比如，在所述高度測(cè)量傳感裝置包括若干個(gè)激光距離傳感器，并且各個(gè)激光距離傳感器分別與所述中央處理單元連接。

也可以，在所述卷?yè)P(yáng)機(jī)上還安裝有超聲波測(cè)距測(cè)速裝置，并且該超聲波測(cè)距測(cè)速裝置與所述中央處理單元連接。

這樣，多種測(cè)速測(cè)高的檢測(cè)裝置都將數(shù)據(jù)反饋給中央處理單元，即使在某一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障的情況下，也不會(huì)引進(jìn)系統(tǒng)失控，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

其中，所述電磁剎車包括固定部和轉(zhuǎn)動(dòng)部；所述固定部安裝于卷?yè)P(yáng)機(jī)外殼或卷?yè)P(yáng)機(jī)外部的剛體3上；所述轉(zhuǎn)動(dòng)部安裝在卷?yè)P(yáng)機(jī)的輸入軸、傳動(dòng)軸或輸出軸三者中轉(zhuǎn)速較高的軸上。固定部和轉(zhuǎn)動(dòng)部的安裝根據(jù)具體工況可靈活選擇，電磁剎車裝置及其安裝可以參照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這里不再贅述。

其中，所述中央處理單元包括STM32單片機(jī)，每秒鐘可以進(jìn)行過(guò)百次下降速度控制，穩(wěn)定性好。

本系統(tǒng)為卷?yè)P(yáng)機(jī)提供下降安全保護(hù)功能。過(guò)速、距離地面過(guò)近保護(hù)?？梢酝ㄟ^(guò)控制面板設(shè)定系統(tǒng)的最大下降速度和最大減速加速度值。

具體的，中央處理單元根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的反饋得到現(xiàn)在的下降速度，如果超過(guò)設(shè)定的最大下降速度，即控制電磁剎車動(dòng)作，將速度限定在最大下降速度內(nèi)。根據(jù)最大下降速度Vmax(這里的最大下降速度是根據(jù)不同設(shè)備要求和客戶要求進(jìn)行設(shè)定)和最大減速加速度amax(最大減速加速度是根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)承載物的安全性設(shè)定的，例如，如果承載物上有人員的話，其最大加速度不得超過(guò)人體承受范圍，即3倍重力加速度)，中央處理單元可以計(jì)算出最小剎車距離。即在距地面為這個(gè)最小剎車距離時(shí)以全負(fù)荷減速方可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)著陸。具體的，

最小剎車距離公式為：最小剎車距離＝V_max²/2a_max。

其中，所述剎車驅(qū)動(dòng)器包括脈寬調(diào)制控制器，其電壓變化根據(jù)測(cè)速傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控，讓軸保持一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速，這樣可以避免因?yàn)橥饨鐨鉁貪穸鹊淖兓蛘邉x車片摩擦過(guò)熱產(chǎn)生的剎車速度不穩(wěn)定的問(wèn)題。

本卷?yè)P(yáng)機(jī)安全升降系統(tǒng)采用脈寬調(diào)整(PWM)技術(shù)控制電磁剎車，剎車力可以根據(jù)系統(tǒng)需求調(diào)整大小。具體的，是將驅(qū)動(dòng)電流輸入調(diào)制為寬度可調(diào)的方波，如圖4所示，電磁剎車在方波電流驅(qū)動(dòng)下間歇工作，方波中有電流和無(wú)電流的比例則決定了電磁剎車的力量，

即，剎車力＝最大剎車力X(有電流時(shí)間/方波周期)。

本卷?yè)P(yáng)機(jī)安全升降系統(tǒng)具體的工作過(guò)程是：

在電源啟動(dòng)后，電源控制板開始檢測(cè)交流電源是否正常，如果交流電供電下常則進(jìn)入正常工作狀態(tài)；如果交流電沒(méi)有正常供電，則自動(dòng)切換到備用電池供電，然后進(jìn)入正常工作狀態(tài)(即進(jìn)入下降工作狀態(tài)，此狀態(tài)下由于沒(méi)有動(dòng)力電源，所以卷?yè)P(yáng)機(jī)不能進(jìn)行提升動(dòng)作)。

在進(jìn)入工作狀態(tài)后，通過(guò)手動(dòng)或者電動(dòng)操作升降(其中，手動(dòng)操作升降可以用來(lái)平時(shí)對(duì)設(shè)備的檢修)，卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)入剎車釋放狀態(tài)，卷?yè)P(yáng)機(jī)正常工作。

在卷?yè)P(yáng)機(jī)正常工作過(guò)程中，轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)升降速度，如果其下降速度超過(guò)設(shè)定的最大下降速度V_max時(shí)，剎車驅(qū)動(dòng)器控制電磁剎車進(jìn)行剎車減速，使其下降速度控制在安全速度范圍內(nèi)；同時(shí)激光距離傳感器檢測(cè)距地面距離，如果接近地面達(dá)到設(shè)定的距離地面最小高度值時(shí)，剎車驅(qū)動(dòng)器控制電磁剎車進(jìn)行剎車動(dòng)作，使之停止下降。

若卷?yè)P(yáng)機(jī)正常工作過(guò)程中，動(dòng)力電突然停止供電，電源控制板由備用電池提供電源，這時(shí)卷?yè)P(yáng)機(jī)在無(wú)動(dòng)力電的情況下，會(huì)由電磁剎車鎖緊卷?yè)P(yáng)升降系統(tǒng)，此時(shí)不能進(jìn)行提升， 處于預(yù)備下降的狀態(tài)。

待人工選擇下降后，卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)入下降狀態(tài)，這時(shí)安裝的轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)卷?yè)P(yáng)機(jī)下降的速度，同時(shí)激光距離傳感器檢測(cè)其距地面的距離。

當(dāng)下降速度達(dá)到設(shè)定的卷?yè)P(yáng)機(jī)最大下降速度值時(shí)，系統(tǒng)利用脈寬調(diào)制控制器調(diào)節(jié)供應(yīng)給電磁剎車的驅(qū)動(dòng)電流的脈寬，來(lái)調(diào)節(jié)電磁剎車的剎車力，從而進(jìn)行卷?yè)P(yáng)機(jī)的減速；當(dāng)向地面接近，達(dá)到設(shè)定的距離地面最小高度值時(shí)，激光距離傳感器反饋電信號(hào)給中央處理單元，這時(shí)中央處理單元輸出控制信號(hào)，通過(guò)脈寬調(diào)制控制器來(lái)控制電磁剎車全負(fù)荷工作，卷?yè)P(yáng)機(jī)減速，使人員或重物得以安全著陸。

本發(fā)明將現(xiàn)有電磁剎車控制系統(tǒng)只能起到鎖死剎車的剎車系統(tǒng)改造成為可調(diào)速的減速剎車系統(tǒng)，并利用智能測(cè)距測(cè)速設(shè)備調(diào)節(jié)速度，使卷?yè)P(yáng)機(jī)以減速狀態(tài)把物體釋放到地面，保證了人員生命安全和設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。