起重机断电制动缓冲保护系统技术领域
本发明涉及一种起重机断电制动缓冲保护系统。
背景技术
起重机在外部供电突然中断时，其制动系统会立即执行断电制动，以使起
重机立即停车。如果停车制动发生在起重机走行过程中，由于其制动行为过于
迅速，驾驶人员会因为无事前准备，被抛离驾驶座位；对于负载运行的起重机，
断电制动还会发生吊运件的大幅度晃动；同时，由于起重机上部结构惯性过大，
导致起重机发生剧烈摇摆，严重影响到起重机的结构安全。目前尚无相关安全
保护系统和产品，因此一种起重机断电制动缓冲保护系统急需被研制。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种起重机断电制动缓冲保护系统。
本发明采用的技术手段如下：
一种起重机断电制动缓冲保护系统，其特征在于包括：
连接在起重机配电系统总动力电源上，在动力电源断电时输出断电信号的
断电检测单元；
连接起重机大车行走控制单元，用于检测大车行走时的运动状态和速度信
号的大车行走状态检测/速度检测单元；
连接在制动系统的电力供应输出端，作为应急不间断电源的备用供电系统；
分别同断电检测单元和大车行走状态检测/速度检测单元相连接，对断电检
测单元检测的断电信号，和大车行走状态检测/速度检测单元检测的大车行走时
的运动状态和速度信号，进行判断处理后产生制动方案对制动系统进行控制的
PLC控制单元。
所述PLC控制单元对制动系统进行控制的制动方案为点刹制动方案，即根
据设定的时间控制所有制动器同时制动或松开的工作方式。
所述PLC控制单元对制动系统进行控制的制动方案为制动器分组制动方案，
即控制大车行走制动器根据设定的时间和不同时刻开启制动器的个数，由少到
多逐渐增加参与制动的制动器个数的工作方式。
所述PLC控制单元对制动系统进行控制的制动方案为点刹与分组制动结合
方式，即根据设定的时间对参加制动的制动器进行同时制动和和松开的工作方
式，同时逐渐增加参加制动的制动器个数。
所述制动系统包括：大车行走制动器、夹轨器、夹轮器和电缆卷筒制动器。
所述备用供电系统和制动系统之间还设有同PLC控制单元相连接，接收PLC
控制单元发出的制动方案，并根据制动方案的控制策略对制动系统中各制动器
通断电进行控制的电源输出单元。
一种起重机断电制动缓冲保护方法，其特征在于包括如下步骤：
1）初始化计时器，即初始化大车点动接通、关闭时间t1、电缆卷筒制动器
打开时间t2和大车最终制动时间t3；
2）判断t3是否小于等于大车停车时间T3；如果t3大于大车停车时间T3
时，夹轨器和夹轮器为延时关闭，即当大车停止后再关闭；如果t3小于等于大
车停车时间T3时，夹轨器和夹轮器打开同时还进行如下步骤；
3）在t1<=大车行走制动器接通时间T0时，大车行走制动器打开，当t1>T0
并小于电缆卷筒制动器打开时间T1时大车行走制动器关闭，当t2<=T1时电缆
卷筒制动器开启，超过该时间则电缆卷筒制动器关闭。
该套系统在工作过程中制动平稳，极大的减小了断电造成的冲击和振动，
实现了对起重机和操作人员的安全保障。另外，由于其结构简单，不仅便于生
产，而且成本非常低廉适于广泛推广。
附图说明
图1系统工作原理框图；
图2为该系统的工作流程图；
图3PLC控制原理图；
图4制动器接线图。
具体实施方式
该起重机断电制动缓冲保护系统的原理如下：在起重机的供电电路上接入
断电检测装置，当动力电源断电时输出断电信号。同时进行电机行走检测，当
大车行走时输出运动状态信号。在制动系统的电力供应输出端增加应急不间断
电源，根据检测到的断电信号和大车行走信号启动本保护系统的工作，当发生
断电而大车处于静止状态时本系统不工作。断电保护控制系统可以产生不同的
制动控制策略，控制起重机制动相关系统，包括大车行走制动器、夹轨器、夹
轮器以及电缆卷筒制动器等。制动方案包括大车行走制动器的点刹制动、制动
器分组制动、以及点刹和分组制动的结合方式，并通过试验获得适当的制动方
式的对应方式的制动参数；采用工频UPS供电，该电源对各制动器工作具有较
强的抗电流冲击能力。断电检测点为起重机总接触器下方，在该点进行检测既
可以保护由于断电导致的突然制动，也可以保护由于按紧急制动操作按钮造成
的突然制动冲击。控制策略为点刹方式，即对多个大车行走制动器同时进行制
动、松开，经过多次制动，平稳减小起重机的速度和动能。同时该方式不用判
断大车行走的方向，便于系统的实施。电缆卷筒制动器为定时开启的方式，保
证为大车行走留有足够的长度，使制动滑行时电缆不被拽断，同时也不会使电
缆脱落过多缠绕到起重机相关装置或轨道上而被挂断和压断。夹轨器和夹轮器
为延时关闭方式，当大车停止后再关闭。为起重机制动系统增加附加电源供应，
以便在失去外部电力时为减速停车提供制动系统的电力缓冲。在一定时限内避
免起重机各种制动装置迅速工作，加大起重机的制动时间和制动距离，以大幅
度消除突然制动造成的吊件、设备和人员等方面的安全隐患。
如图1、图2所示，本发明采用“电力供应监测、运动状态监测和制动系统
电力缓冲相结合”的方式，包括：连接在起重机配电系统总动力电源10上，在
动力电源断电时输出断电信号的断电检测单元22；连接起重机大车行走控制单
元11，用于检测大车行走时的运动状态和速度信号的大车行走状态检测/速度检
测单元23；连接在制动系统的电力供应输出端，作为应急不间断电源的备用供
电系统21，所述备用供电系统21采用工频UPS供电系统；分别同断电检测单元
22和大车行走状态检测/速度检测单元23相连接，对断电检测单元22检测的断
电信号，和大车行走状态检测/速度检测单元23检测的大车行走时的运动状态
和速度信号，进行判断处理后产生制动方案对制动系统进行控制的PLC控制单
元25。所述制动系统包括：大车行走制动器12、夹轨器13、夹轮器14(所述夹
轨器13和夹轮器14构成防风系统)和电缆卷筒制动器15。
具体实例如下：在起重机的三相供电电路10上接入断电检测装置，当动力
电源断电时，断电检测部分22会输出断电信号给控制系统的PLC。同时进行大
车行走检测11，当大车行走时23输出运动状态/速度信号给控制部分PLC。在
制动系统的电力供应输出端增加备用供电系统21，可选应急不间断电源，根据
检测到的断电信号P和大车行走信号R启动本保护系统的工作，当发生断电而
大车处于静止状态时本系统不工作，防止静止吊物时松开制动器造成移动，影
响起重机正常工况和造成潜在安全隐患。断电保护控制系统PLC可以产生不同
的制动控制策略，控制起重机制动、防风等相关系统，包括大车行走制动器12、
夹轨器13、夹轮器14以及电缆卷筒制动器15等。制动方案包括大车行走制动
器的点刹制动、多组制动器的分组制动、以及点刹和分组制动的结合方式，并
通过试验获得适当的制动方式的对应方式的制动参数。（本发明的主要思路即采
用缓冲制动策略缓解原来快速制动造成的巨大冲击。因此本发明提出并试验了
多种不同的制动方式。其中，分组制动方式，即将原所有大车行走制动器同时
制动方式变为由少到多，刚柔两侧腿同时逐渐增加参与制动的制动器个数的方
式，如两侧同时从2增加到4、6以致所有制动器。由于较少制动器先工作，其
制动力矩不足以立即使起重机制动停车，以此达到制动缓冲的目的，对于制动
器时间特性较差的起重机可以采用此方案。点刹方式为对所有制动器同时制动
和和松开的工作方式，如通过速度反馈进行控制即类似汽车的ABS系统，在实
际应用中，可以无需速度反馈，而根据实验确定制动和松开时间，该方式可以
获得较好的制动效果。点刹和分组制动相结合的方式即分别对制动器进行点动，
并逐渐增加制动器个数，该方式实现较前两种方式复杂，对于重型、多制动器
时间特性差的情况下可以采用。对于点刹制动方式，可通过实验进行确定所需
的制动器吸合和松开的时间参数，以及最大制动时间参数。精确制动可通过速
度、加速度传感器进行速度和冲击反馈测定及控制。对于要求不高的场合，简
单采用操作者感觉即可进行确定，选取操作者感觉无振动和冲击的参数即可。
考虑到起重机制动器的特性，对于如SEW等速度较快的制动器，一般可取为制
动和松开时间分别为百毫秒级，制动时间与松开时间大体相当即可以获得较好
缓冲制动效果。其他方式可参考点动方式获得相应参数即可。）
该套系统在工作过程中制动平稳，极大的减小了断电造成的冲击和振动，
实现了对起重机和操作人员的安全保障。本系统已经在200t龙门起重机上实施。
采用工频UPS供电，该电源对各制动器工作具有较强的抗电流冲击能力。断电
检测点为起重机总接触器下方，在该点进行检测既可以保护由于断电导致的突
然制动，也可以保护由于按紧急制动操作按钮造成的突然制动冲击。如图2所
示，具体实现步骤如下：1）初始化计时器，即初始化大车点动接通、关闭时间
t1、电缆卷筒制动器打开时间t2和大车最终制动时间t3；（同时设定T0、T1
和T3：T0为大车行走制动器接通时间，t0在一个周期T1内一段时间接通一段
时间断开。T1为电缆卷筒制动器打开时间，在整个制动期间会保持一定时间的
打开状态，保证不拉断电缆。T3为停车时间，保证滑行距离不过长。）2）判断
t3是否小于等于大车停车时间T3（，即保证滑行距离不过长，如果制动时间过
长会造成大车滑行距离过远，增加了冲出轨道或与临近物体碰撞的可能）；如果
t3大于大车停车时间T3时，夹轨器和夹轮器为延时关闭，即当大车停止后再关
闭；如果t3小于等于大车停车时间T3时，夹轨器和夹轮器打开同时还进行如
下步骤；3）（控制策略为点刹方式，即对多个大车行走制动器同时进行制动、
松开，分别由T0、T1参数控制，由于原制动器自身时间特性，在不更换制动器
的前提下T0、T1为百毫秒级）在t1<=大车行走制动器接通时间T0时，多组大
车行走制动器打开，当t1>T0并小于电缆卷筒制动器打开时间T1时大车行走制
动器关闭，实现制动器开关的精确控制。经过多次制动，平稳减小起重机的速
度和动能。同时该方式不用判断大车行走的方向，便于系统的实施。对多个制
动器进行单独控制，避免由于接触器故障等造成的大车两侧制动不同造成起重
机偏斜。电缆卷筒制动器为定时开启的方式，当t2<=T1时电缆卷筒制动器开启，
超过该时间则电缆卷筒制动器关闭，保证为大车行走留有足够的长度，使制动
滑行时电缆不被拽断，同时也不会使电缆脱落过多缠绕到起重机相关装置或轨
道上而被挂断和压断。夹轨器和夹轮器为延时关闭方式，当大车停止后再关闭，
即t3>T3时，T3为秒级。
如图3、4，在电路设计中采用晶体管输出方式的PLC，使系统具有高频输
出能力。同时，在输出端采用PLC直接驱动固态接触器的方式。由于固态接触
器控制端电流小，可以省去普通中间继电器作为过渡，进一步提高系统输出的
响应速度和控制精度。断电制动缓冲控制PLC控制固态接触器的通断，将工频
UPS的三相动力电输出到各大车行走电机的制动器，根据实际情况，刚腿和柔腿
分别连接多个固态接触器，每个固态接触器控制一到几个制动器（本例中控制
两个），减小接触器故障时造成的风险也降低了成本。由于只需要一相输出给刚
腿、柔腿的大车行走制动器线圈或夹轮、夹轨器的电磁阀，所以可以选用单相
380V的工频UPS电源以进一步减少成本。断电保护电源输出直接连接到原大车
行走控制系统中制动器接触器下端，使其不反向串电到主供电电路使UPS过载，
从而导致系统失效。因此UPS只需提供足以支持各制动器的功率即可，有效的
减小了UPS的成本。同时由于直接接到接触器，接线方便，无需对各元件进行
改造，安装施工难度和成本得到极大的降低。
该系统在200吨门式起重机上进行了安装，起重机自身重量3800吨，高度
65米，跨距120米，以最高速度30米/分钟的运行速度时，在本系统保护之下
制动时间为4秒，滑行距离小于1米，整个制动过程平稳，无明显振动和冲击。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局
限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本
发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护
范围之内。