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1、(10)申请公布号 CN 103043546 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103043546 A *CN103043546A* (21)申请号 201210576592.2 (22)申请日 2012.12.26 B66C 23/84(2006.01) B66C 13/22(2006.01) B66C 13/16(2006.01) (71)申请人 苏州汇川技术有限公司 地址 215000 江苏省苏州市吴中区吴中经济 开发区旺山工业园友翔路北侧 申请人 苏州默纳克控制技术有限公司 深圳市汇川技术股份有限公司 (72)发明人 殷杰 邱志红 (74)专利代理机构 深圳市顺天达专。
2、利商标代理 有限公司 44217 代理人 陆军 (54) 发明名称 塔式起重机回转控制系统及方法 (57) 摘要 本发明提供了一种塔式起重机回转控制系 统， 包括用于回转控制的变频器以及安装在塔臂 上的传感器 ； 所述变频器包括参数存储单元、 运 行状态获取单元以及输出补偿单元 ； 所述传感 器， 用于实时检测该传感器所在位置的第一运行 频率及第一加速度 ； 所述运行参数获取单元， 用 于从传感器获取第一运行频率及第一加速度 ； 所 述参数存储单元， 用于存储频率调整系数和加速 度调整系数 ； 所述输出补偿单元， 用于使用频率 调整系数和加速度调整系数调整输出到回转电机 的第二频率及第二加速度。
3、。本发明还提供一种塔 式起重机回转控制方法。本发明通过传感器采集 塔臂运行数据， 并据此调整回转控制的变频器的 输出， 从根源上摆脱了塔式起重机塔臂大惯量系 统对回转控制影响。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/2 页 2 1. 一种塔式起重机回转控制系统， 包括用于回转控制的变频器， 其特征在于 ： 所述控 制系统还包括安装在塔臂上的传感器 ； 所述变频器包括参数存储单元、 运行状态获取单元 以及输出补偿单元 ； 所述传感器， 用于实时检测。
4、该传感器所在位置的第一运行频率及第一 加速度 ； 所述运行参数获取单元， 用于从所述传感器获取所述第一运行频率及第一加速度 ； 所述参数存储单元， 用于存储频率调整系数和加速度调整系数 ； 所述输出补偿单元， 用于根 据塔臂的运行状态及第一运行频率及第一加速度， 使用频率调整系数和加速度调整系数调 整输出到回转电机的第二频率及第二加速度。 2. 根据权利要求 1 所述的塔式起重机回转控制系统， 其特征在于 ： 所述输出补偿单元 包括判断子单元、 第一调整子单元、 第二调整子单元， 其中 ： 所述判断子单元用于判断塔臂 是否处于加速状态或减速状态 ； 第一调整子单元用于在塔臂处于加速状态时使第二。
5、频率等 于第一运行频率和频率调整系数之和， 同时使第二加速度等于第一加速度与加速度调整系 数之和 ； 第二调整子单元用于在塔臂处于减速状态时使第二频率等于第一运行频率和频率 调整系数之差， 同时使第二加速度等于第一加速度与加速度调整系数之差。 3. 根据权利要求 2 所述的塔式起重机回转控制系统， 其特征在于 ： 所述判断子单元通 过比较所述第一加速度和第二加速度的值判断塔臂的运行状态 ： 在第一加速度大于第二加 速度时确认塔臂处于加速状态， 在第一加速度小于第二加速度时确认塔臂处于减速状态。 4. 根据权利要求 1-3 中任一项所述的塔式起重机回转控制系统， 其特征在于 ： 所述传 感器为陀。
6、螺仪并通过数据总线连接到变频器。 5. 根据权利要求 1-3 中任一项所述的塔式起重机回转控制系统， 其特征在于 ： 所述变 频器安装在塔身侧， 所述传感器安装在塔臂的端部。 6. 一种塔式起重机回转控制方法， 所述塔式起重机包括用于回转控制的变频器， 其特 征在于 ： 包括以下步骤 ： （a） 通过安装在塔臂上的传感器实时获取该传感器所在位置的的第一运行频率及第一 加速度 ； （b） 所述变频器从所述传感器获取所述第一运行频率及第一加速度 ； （c） 所述变频器根据塔臂的运行状态及第一运行频率及第一加速度， 使用频率调整系 数和加速度调整系数调整输出到回转电机的第二频率及第二加速度。 7. 。
7、根据权利要求 6 所述的塔式起重机回转控制方法， 其特征在于 ： 所述步骤 （c） 包括 ： （c1） 判断塔臂的运行状态， 并在塔臂处于加速状态执行步骤 （c2） ， 在塔臂减速状态执 行步骤 （c3） ， 否则返回步骤 （a） ； （c2） 使第二频率等于第一运行频率和频率调整系数之和， 同时使第二加速度等于第一 加速度与加速度调整系数之和， 并返回步骤 （a） ； （c3） 使第二频率等于第一运行频率和频率调整系数之差， 同时使第二加速度等于第一 加速度与加速度调整系数之差， 并返回步骤 （a） 。 8. 根据权利要求 7 所述的塔式起重机回转控制方法， 其特征在于 ： 所述步骤 （c1。
8、） 中通 过比较所述第一加速度和第二加速度的值判断塔臂的运行状态 ： 在第一加速度大于第二加 速度时确认塔臂处于加速状态， 在第一加速度小于第二加速度时确认塔臂处于减速状态。 9. 根据权利要求 6-8 中任一项所述的塔式起重机回转控制方法， 其特征在于 ： 所述传 感器为陀螺仪并通过数据总线连接到变频器。 权 利 要 求 书 CN 103043546 A 2 2/2 页 3 10. 根据权利要求 6-8 中任一项所述的塔式起重机回转控制方法， 其特征在于 ： 所述变 频器安装在塔身侧， 所述传感器安装在塔臂的端部。 权 利 要 求 书 CN 103043546 A 3 1/5 页 4 塔式起。
9、重机回转控制系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及塔式起重机控制领域， 更具体地说， 涉及一种塔式起重机回转控制系 统及方法。 背景技术 0002 在塔式起重机中， 由于塔机回转控制的是一个大惯量系统， 因此其回转控制一直 是塔机电控系统控制方案的难点。 传统的塔式起重机使用普通鼠笼异步电动机控制回转机 构， 其重要存在以下几个难以克服的问题 ： 0003 （1） 运行过程中塔身抖动问题 0004 一旦塔身和塔臂端部的受力不均便会导致塔臂扭曲， 机械应力传递到塔身处便会 造成塔身发生横向抖动， 长时间的横向抖动会使塔机产生巨大的机械疲劳， 从而大大减少 塔机的机械寿命、 大大增加了安全隐患。
10、。 0005 （2） 塔臂运行延迟导致追勾难问题 0006 塔臂高速回转加速或减速过程中吊绳的长度越长则吊钩的惯性越大， 跟随塔臂运 行的能力越差， 这就导致司机控制吊钩越困难。传统的控制方式只能通过控制塔身侧的回 转驱动电机在塔身侧出力， 但驱动力克服塔臂惯性传递到塔端需要一定时间， 因此司机就 不容易控制吊钩， 导致现场工作效率下降。 0007 （3） 塔臂停止运行后的回摆问题 0008 每次运行结束后回转电机停机输出， 塔身侧失去动力， 但是塔臂端部由于大惯性 会产生一个反向作用力， 导致塔臂会向当次运行方向继续运行一小段时间， 这就使得在实 际生产过程中回转控制的定位变得非常困难， 大。
11、大提高了对司机驾驶能力的要求。 发明内容 0009 本发明要解决的技术问题在于， 针对上述塔式起重机回转控制中存在安全隐患、 控制难度大的问题， 提供一种塔式起重机回转控制系统及方法。 0010 本发明解决上述技术问题的技术方案是， 提供一种塔式起重机回转控制系统， 包 括用于回转控制的变频器及安装在塔臂上的传感器 ； 所述变频器包括参数存储单元、 运行 状态获取单元以及输出补偿单元 ； 所述传感器， 用于实时检测该传感器所在位置的第一运 行频率及第一加速度 ； 所述运行参数获取单元， 用于从所述传感器获取所述第一运行频率 及第一加速度 ； 所述参数存储单元， 用于存储频率调整系数和加速度调整。
12、系数 ； 所述输出 补偿单元， 用于根据塔臂的运行状态及第一运行频率及第一加速度， 使用频率调整系数和 加速度调整系数调整输出到回转电机的第二频率及第二加速度。 0011 在本发明所述的塔式起重机回转控制系统中， 所述输出补偿单元包括判断子单 元、 第一调整子单元、 第二调整子单元， 其中 ： 所述判断子单元用于判断塔臂是否处于加速 状态或减速状态 ； 第一调整子单元用于在塔臂处于加速状态时使第二频率等于第一运行频 率和频率调整系数之和， 同时使第二加速度等于第一加速度与加速度调整系数之和 ； 第二 说 明 书 CN 103043546 A 4 2/5 页 5 调整子单元用于在塔臂处于减速状态。
13、时使第二频率等于第一运行频率和频率调整系数之 差， 同时使第二加速度等于第一加速度与加速度调整系数之差。 0012 在本发明所述的塔式起重机回转控制系统中， 所述判断子单元通过比较所述第一 加速度和第二加速度的值判断塔臂的运行状态 ： 在第一加速度大于第二加速度时确认塔臂 处于加速状态， 在第一加速度小于第二加速度时确认塔臂处于减速状态。 0013 在本发明所述的塔式起重机回转控制系统中， 所述传感器为陀螺仪并通过数据总 线连接到变频器。 0014 在本发明所述的塔式起重机回转控制系统中， 所述变频器安装在塔身侧， 所述传 感器安装在塔臂的端部。 0015 本发明还提供一种塔式起重机回转控制方。
14、法， 所述塔式起重机包括用于回转控制 的变频器， 该方法包括以下步骤 ： 0016 （a） 通过安装在塔臂上的传感器实时获取该传感器所在位置的第一运行频率及第 一加速度 ； 0017 （b） 所述变频器从所述传感器获取所述第一运行频率及第一加速度 ； 0018 （c） 所述变频器根据塔臂的运行状态及第一运行频率及第一加速度， 使用频率调 整系数和加速度调整系数调整输出到回转电机的第二频率及第二加速度。 0019 在本发明所述的塔式起重机回转控制方法中， 所述步骤 （c） 包括 ： 0020 （c1） 判断塔臂的运行状态， 并在塔臂处于加速状态执行步骤 （c2） ， 在塔臂减速状 态执行步骤 （。
15、c3） ， 否则返回步骤 （a） ； 0021 （c2） 使第二频率等于第一运行频率和频率调整系数之和， 同时使第二加速度等于 第一加速度与加速度调整系数之和， 并返回步骤 （a） ； 0022 （c3） 使第二频率等于第一运行频率和频率调整系数之差， 同时使第二加速度等于 第一加速度与加速度调整系数之差， 并返回步骤 （a） 。 0023 在本发明所述的塔式起重机回转控制方法中， 所述步骤 （c1） 中通过比较所述第一 加速度和第二加速度的值判断塔臂的运行状态 ： 在第一加速度大于第二加速度时确认塔臂 处于加速状态， 在第一加速度小于第二加速度时确认塔臂处于减速状态。 0024 在本发明所述。
16、的塔式起重机回转控制方法中， 所述传感器为陀螺仪并通过数据总 线连接到变频器。 0025 在本发明所述的塔式起重机回转控制方法中， 所述变频器安装在塔身侧， 所述传 感器安装在塔臂的端部。 0026 本发明的塔式起重机回转控制系统及方法， 通过传感器采集塔臂运行数据， 并据 此调整回转控制的变频器的输出， 从根源上摆脱了塔式起重机塔臂大惯量系统对回转控制 影响。 本发明既可以解决塔机回转精确度低、 操作控制难的问题， 又能大大降低塔机本身的 机械损伤从而延长塔机的使用寿命。 附图说明 0027 图 1 是本发明塔式起重机回转控制系统实施例的示意图。 0028 图 2 是图 1 中变频器和传感器。
17、的安装位置示意图。 0029 图 3 是图 1 中变频器和传感器的电器连接示意图。 说 明 书 CN 103043546 A 5 3/5 页 6 0030 图 4 是图 1 中输出补偿单元的实施例的示意图。 0031 图 5 是本发明塔式起重机回转控制方法实施例的流程示意图。 具体实施方式 0032 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合附图及实施例， 对 本发明进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并 不用于限定本发明。 0033 本发明借助塔式起重机的塔臂安装的传感器实现回转精确控制。 0034 如图 1-3 所示， 是本发明塔。
18、式起重机回转控制系统实施例的示意图。本实施例中 的塔式起重机回转控制系统包括用于回转控制的变频器 20 及安装在塔臂上的传感器 10。 0035 上述传感器 10 安装在塔臂 30 上， 其利用一个旋转物体的旋转轴所指向的方向在 不受外力影响时就不会改变的原理能够测量其安装位置处塔臂 360 度范围内的角度变化。 在本实施例中， 传感器 10 可实时检测其所在位置的第一运行频率 F1 及第一加速度 a1。 0036 变频器20向回转电机输出控制频率以控制回转电机运转， 其安装在塔身40侧， 自 身能够检测到输出的第二频率 F2 以及第二加速度 a2， 即塔身侧的运行频率和运行加速度。 该变频器。
19、 10 具体包括参数存储单元 22、 运行状态获取单元 23 以及输出补偿单元 21。上述 参数存储单元22、 运行状态获取单元23以及输出补偿单元21可集成到变频器10并结合软 件实现。当然在实际应用中， 上述参数存储单元 22、 运行状态获取单元 23 以及输出补偿单 元 21 也可通过独立的硬件和软件实现， 并输出相应的信号到变频器 10。 0037 特别地， 上述塔式起重机回转控制系统中的传感器 10 可采用陀螺仪， 并且该陀螺 仪通过数据总线 （485 通信线） 连接到变频器 20， 如图 3 所示。 0038 运行参数获取单元 23 从传感器 10 处获得该传感器测得的第一运行频率。
20、 F1 及第 一加速度 a1。 0039 由于塔臂是一个大惯量系统 （塔臂越长惯性越大） ， 因此塔臂和塔身的运行频率和 加速度存在如下表的对应关系 ： 0040 加速时恒速时减速时 运行频率F2F1F2=F1F2a2a1=a2a1a2 0041 由上表可以看出， 恒速运行时由于塔臂的惯性已经消除， 此时塔臂和塔身的运行 频率和加速度都相同， 这时可以达到一个比较理想的运行效果， 此时无需对变频器输出的 第二频率 F2 及第二加速度 a2 进行调整。 0042 输出补偿单元 21 在塔臂加速和减速过程中， 根据运行参数获取单元 23 从传感器 10获得的第一运行频率F1和第一加速度a1， 实时。
21、调整变频器输出到回转电机的电流 （用于 调整第二加速度 a2） 和输出的第二频率 F2， 从而可在加速和减速过程中实现理想的运行效 果。本实施例中， 输出补偿单元 21 在塔臂加速和减速过程中使用频率调整系数 FK 和加速 度调整系数 aK 调整输出到回转电机的第二频率及第二加速度。 说 明 书 CN 103043546 A 6 4/5 页 7 0043 频率调整系数 FK 和加速度调整系数 aK 为塔臂长度在频率和加速度侧的折算系 数， 由用户在变频器的制定功能码中输入并存储到参数存储单元 22。上述折算系数 FK 和 aK 的值可根据具体的塔式起重机进行调整， 通常塔臂越长， 折算系数 F。
22、K 和 aK 的值越大。 0044 如图 4 所示， 在上述输出补偿单元 21 的一个实施例中， 其包括判断子单元 211、 第 一调整子单元 212、 第二调整子单元 213。 0045 判断子单元 211 用于判断塔臂的运行状态， 即判断塔臂处于加速状态、 匀速状态 还是减速状态。特别地， 该判断子单元 211 通过比较第一加速度 a1 和第二加速度 a2 的值 判断塔臂的运行状态 ： 在第一加速度a1大于第二加速度a2时确认塔臂处于加速状态， 在第 一加速度 a1 小于第二加速度 a2 时确认塔臂处于减速状态。此外， 该判断子单元 211 也可 通过其他方式判断塔臂的运行状态， 例如比较。
23、第一运行频率 F1 和第二频率 F2 等。 0046 第一调整子单元212用于在塔臂处于加速状态时调整变频器20的输出， 使第二频 率 F2 等于第一运行频率 F1 和频率调整系数 FK 之和 （即 F2=F1+FK） ， 同时使第二加速度 a2 等于第一加速度 a1 与加速度调整系数 aK 之和 （即 a2=a1+aK） 。 0047 第二调整子单元213用于在塔臂处于减速状态时调整变频器20的输出， 使第二频 率 F2 等于第一运行频率 F1 和频率调整系数 FK 之差 （即 F2=F1-FK） ， 同时使第二加速度 a2 等于第一加速度 a1 与加速度调整系数 aK 之差 （即 a2=a。
24、1-aK） 。 0048 特别地， 为保证控制精度， 由于变频器 20 安装在塔身侧， 因此传感器 10 的安装位 置距离塔身越远越好， 例如可安装在塔臂的端部， 如图 2 所示。 0049 如图 5 所示是本发明塔式起重机回转控制方法实施例的流程示意图， 其中塔式起 重机包括用于回转控制的变频器。该方法包括以下步骤 ： 0050 步骤 S51 ： 通过安装在塔臂上的传感器实时获取该传感器所在位置的第一运行频 率 F1 和第一加速度 a1。其中传感器可采用陀螺仪， 并且该陀螺仪通过数据总线 （例如 485 通信线） 连接到变频器。 0051 并且为保证控制精度， 传感器的安装位置距离塔身越远越。
25、好， 例如可安装在塔臂 的端部。 0052 步骤 S52 ： 变频器从传感器获得第一运行频率 F1 和第一加速度 a1。 0053 步骤 S53 ： 变频器根据塔臂的运行状态及第一运行频率 F1 及第一加速度 a1， 使用 频率调整系数 FK 和加速度调整系数 aK 调整输出到回转电机的第二频率 F2 及第二加速度 a2。 上述频率调整系数FK和加速度调整系数aK为塔臂长度在频率和加速度侧的折算系数， 由用户在变频器的制定功能码中输入。上述折算系数 FK 和 aK 的值可根据具体的塔式起重 机进行调整， 通常塔臂越长， 折算系数 FK 和 aK 的值越大。 0054 在具体实现中， 该步骤可通。
26、过以下方式实现 ： 判断塔臂的运行状态， 并在塔臂处于 加速状态时调整变频器的输出， 使第二频率 F2 等于第一运行频率 F1 和频率调整系数 FK 之 和， 同时使第二加速度 a2 等于第一加速度 a1 与加速度调整系数 aK 之和， 并返回步骤 S51 ； 在塔臂减速状态调整变频器的输出， 使第二频率 F2 等于第一运行频率 F1 和频率调整系数 FK 之差， 同时使第二加速度 a2 等于第一加速度 a1 与加速度调整系数 ak 之差， 并返回步骤 S51 ； 在塔臂处于匀速状态， 则不调整变频器的输出， 而直接返回步骤 S51。 0055 在进行塔臂运行状态判断时， 可通过比较第一加速度。
27、 a1 和第二加速度 a2 的值实 现 ： 在第一加速度 a1 大于第二加速度 a2 时确认塔臂处于加速状态 ； 在第一加速度 a1 小于 说 明 书 CN 103043546 A 7 5/5 页 8 第二加速度 a2 时确认塔臂处于减速状态。当然， 在实际应用中， 也可通过其他方式判断塔 臂的运行状态， 例如比较第一运行频率 F1 和第二频率 F2 等。 0056 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， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此， 本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。 说 明 书 CN 103043546 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103043546 A 9 2/2 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103043546 A 10 。