一种电动卷扬启停控制方法及系统

技术领域

本发明涉及卷扬机技术领域，特别涉及一种电动卷扬启停控制方法。本发明还涉及一种电动卷扬启停控制系统。

背景技术

随着国内基建行业的迅猛发展，各式各样的工程设备已得到广泛使用。

旋挖钻机是基础工程建设中广泛使用的大型桩工设备，各个旋挖钻机主机厂家为应对电动化的发展趋势，纷纷推出了对应的电动旋挖钻机。其中，卷扬机是电动旋挖钻机的主要工作机构之一。

传统的卷扬机控制方法，主要采用三相异步电机驱动泵组，再通过液压马达来控制卷扬机进行动作，相当于通过电机间接控制卷扬机的动作。由于卷扬机在作业过程中负荷不断变化，此种方法必须配置大功率的电机才能满足不同作业负荷变化需求，导致成本高、电机效率差。并且，通过三相异步电机对泵组的驱动来间接控制卷扬机的动作，卷扬机的动作控制精度不够细，旋挖钻机的其余工作机构容易对卷扬机的动作造成影响，稳定性不足。

作为改进，现有技术中的部分旋挖钻机，卷扬机控制方法采用独立电机进行直接驱动，在卷扬机停止时再用机械制动器实施锁止。此种方法电机效率较高、控制精度较高，然而，在卷扬机的启动过程中可能会出现物料较重而被动向下滑溜的情况，进而发生卷扬机失速、物料加速下落的问题，导致安全事故。

因此，如何防止卷扬机在启动过程中出现被动向下滑溜的情况，提高卷扬机在启动过程中的安全性和可靠性，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动卷扬启停控制方法，能够防止卷扬机在启动过程中出现被动向下滑溜的情况，提高卷扬机在启动过程中的安全性和可靠性。本发明的另一目的是提供一种电动卷扬启停控制系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电动卷扬启停控制方法，包括：

接收启停状态控制信号；

若所述启停状态控制信号包括启动控制指令，则启动卷扬驱动电机并对其输出轴施加预扭矩，再判断所述卷扬驱动电机在预设时间后的实际扭矩是否达到安全启动扭矩，若是，则松开抱闸器；若否，则使所述抱闸器保持关闸状态；其中，所述安全启动扭矩为所述卷扬驱动电机的额定扭矩与安全启动系数的乘积，所述安全启动系数为可变常数。

优选地，若所述启停状态控制信号包括启动控制指令，则在启动所述卷扬驱动电机之前还包括：

将所述卷扬驱动电机的电机使能状态设置为TRUE，并将所述卷扬驱动电机的目标转速设置为预设转速。

优选地，判断所述卷扬驱动电机在预设时间后的实际扭矩是否达到安全启动扭矩，具体包括：

判断所述卷扬驱动电机的实际扭矩是否大于或等于所述安全启动扭矩，若是，则松开所述抱闸器；若否，则继续判断所述卷扬驱动电机的扭矩响应时间是否大于或等于预设时间，若是，则使所述抱闸器保持关闸状态并关闭所述卷扬驱动电机；若否，则在所述卷扬驱动电机的扭矩响应时间等于预设时间时，转而判断所述卷扬驱动电机的实际扭矩是否大于或等于所述安全启动扭矩。

优选地，松开所述抱闸器，具体包括：

对所述抱闸器的控制阀发送开闸指令；

判断所述抱闸器的松闸压力是否大于或等于预设压力，若否，则继续判断所述抱闸器的压力响应时间是否大于或等于预设时间，若是，则使所述抱闸器保持关闸状态并发出启动失败警报；若否，则持续对所述抱闸器的控制阀发送开闸指令，直至所述抱闸器的压力响应时间等于预设时间。

优选地，若所述启停状态控制信号包括停机控制指令，则：

使所述卷扬驱动电机处于悬停状态；其中，悬停状态下的所述卷扬驱动电机的转速为零、输出扭矩与卷扬机上悬挂的重物形成的扭矩等大反向；

在所述卷扬驱动电机进入悬停状态预设时间后将所述抱闸器锁止；

逐渐减小所述卷扬驱动电机的输出扭矩，同时判断所述卷扬驱动电机的转速是否为零，若是，则关闭所述卷扬驱动电机；若否，则重新使所述卷扬驱动电机进入悬停状态。

优选地，若所述启停状态控制信号包括停机控制指令，则在使所述卷扬驱动电机处于悬停状态之前还包括：

将所述卷扬驱动电机的电机使能状态设置为FALSE，并将所述卷扬驱动电机的目标转速设置为零。

优选地，将所述抱闸器锁止，具体包括：

对所述抱闸器的控制阀发送关闸指令。

优选地，在所述卷扬驱动电机重新进入悬停状态之后，还包括：

判断所述卷扬驱动电机的停机响应时间是否大于或等于预设时间，若是，则使所述卷扬驱动电机维持悬停状态并发出停机失败警报；若否，则持续对所述抱闸器的控制阀发送关闸指令，直至所述卷扬驱动电机的停机响应时间等于预设时间。

本发明还提供一种电动卷扬启停控制系统，包括：

接收模块，用于接收启停状态控制信号；

第一控制模块，用于在所述启停状态控制信号包括启动控制指令时，启动卷扬驱动电机并对其输出轴施加预扭矩，再判断所述卷扬驱动电机在预设时间后的实际扭矩是否达到安全启动扭矩，若是，则松开抱闸器；若否，则使所述抱闸器保持关闸状态；其中，所述安全启动扭矩为所述卷扬驱动电机的额定扭矩与安全启动系数的乘积，所述安全启动系数为可变常数。

优选地，还包括：

第二控制模块，用于在所述启停状态控制信号包括停机控制指令时，使所述卷扬驱动电机处于悬停状态；其中，悬停状态下的所述卷扬驱动电机的转速为零、输出扭矩与卷扬机上悬挂的重物形成的扭矩等大反向；

在所述卷扬驱动电机进入悬停状态预设时间后将所述抱闸器锁止；

逐渐减小所述卷扬驱动电机的输出扭矩，同时判断所述卷扬驱动电机的转速是否为零，若是，则关闭所述卷扬驱动电机；若否，则重新使所述卷扬驱动电机进入悬停状态。

本发明所提供的电动卷扬启停控制方法，当用户(如旋挖钻机驾驶员)在进行作业操作时，能够通过对应设备产生控制信号，相应的，在对卷扬机进行启停状态控制时，能够产生启停状态控制信号，因此在本方法第一步中，首先需要接收启停状态控制信号。在第二步中，考虑到启停状态控制信号至少包括启动控制指令和停机控制指令两种，因此需要判断具体的控制指令类型。若启停状态控制信号包括启动控制指令，则启动卷扬驱动电机并对卷扬驱动电机的输出轴施加预扭矩，使得卷扬驱动电机在刚开启动时扭矩就迅速增大，且卷扬驱动电机在刚启动时仅有扭矩迅速增大，而转速仍暂时保持为零，即还未开始旋转，因抱闸器还处于关闸锁止状态。接着，在卷扬驱动电机启动后的预设时间后，判断卷扬驱动电机的实际扭矩是否达到安全启动扭矩；该安全启动扭矩为卷扬驱动电机的额定扭矩与安全启动系数的乘积，且安全启动系数为可变常数，能够根据启动时的物料负荷等因素进行调整。当判断结果为是时，说明卷扬驱动电机在启动后的一段时间内，实际扭矩能够迅速增大至安全启动扭矩，此时能够松开抱闸器，让卷扬驱动电机开始进行旋转，以运输物料。并且，由于安全启动扭矩的存在，即使卷扬机上存在物料，卷扬驱动电机也不会被反向拖动而出现被动向下滑溜的情况。当判断结果为否时，说明卷扬驱动电机在启动后的一段时间内，由于某些因素的影响，实际扭矩无法达到安全启动扭矩，此时不能松开抱闸器，必须使抱闸器保持关闸状态，将卷扬驱动电机的输出轴锁止，防止卷扬驱动电机被物料负荷反向拖动而出现被动向下滑溜的情况。综上所述，本发明所提供的电动卷扬启停控制方法，能够防止卷扬机在启动过程中出现被动向下滑溜的情况，提高卷扬机在启动过程中的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的方法流程图。

图2为本发明所提供的一种具体实施方式的系统模块图。

图3为本发明所提供的一种具体实施方式的装置结构图。

其中，图2—图3中：

接收模块—1，第一控制模块—2，第二控制模块—3；

主控制器—4，电机控制器—5，卷扬驱动电机—6，抱闸器—7，控制阀—8，电控手柄—9，压力传感器—10，报警器—11。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的方法流程图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，电动卷扬启停控制方法主要包括两个步骤，分别为：

S1、接收启停状态控制信号；

S2、若启停状态控制信号包括启动控制指令，则启动卷扬驱动电机并对其输出轴施加预扭矩，再判断卷扬驱动电机在预设时间后的实际扭矩是否达到安全启动扭矩，若是，则松开抱闸器；若否，则使抱闸器保持关闸状态；其中，安全启动扭矩为卷扬驱动电机的额定扭矩与安全启动系数的乘积，安全启动系数为可变常数。

当用户(如旋挖钻机驾驶员)在进行作业操作时，能够通过对应设备产生控制信号，相应的，在对卷扬机进行启停状态控制时，能够产生启停状态控制信号，因此在本方法第一步中，首先需要接收启停状态控制信号。

在第二步中，考虑到启停状态控制信号至少包括启动控制指令和停机控制指令两种，因此需要判断具体的控制指令类型。

具体的，若启停状态控制信号包括启动控制指令，则启动卷扬驱动电机并对卷扬驱动电机的输出轴施加预扭矩，使得卷扬驱动电机在刚开启动时扭矩就迅速增大，且卷扬驱动电机在刚启动时仅有扭矩迅速增大，而转速仍暂时保持为零，即还未开始旋转，因抱闸器还处于关闸锁止状态。

接着，在卷扬驱动电机启动后的预设时间后，判断卷扬驱动电机的实际扭矩是否达到安全启动扭矩；该安全启动扭矩为卷扬驱动电机的额定扭矩与安全启动系数的乘积，且安全启动系数为可变常数，能够根据启动时的物料负荷等因素进行调整。比如，当物料的负荷普遍较重时，可以适当调高安全启动系数。

当判断结果为是时，说明卷扬驱动电机在启动后的一段时间内，实际扭矩能够迅速增大至安全启动扭矩，此时能够松开抱闸器，让卷扬驱动电机开始进行旋转，以运输物料。并且，由于安全启动扭矩的存在，即使卷扬机上存在物料，卷扬驱动电机也不会被反向拖动而出现被动向下滑溜的情况。

当判断结果为否时，说明卷扬驱动电机在启动后的一段时间内，由于某些因素的影响，实际扭矩无法达到安全启动扭矩，此时不能松开抱闸器，必须使抱闸器保持关闸状态，将卷扬驱动电机的输出轴锁止，防止卷扬驱动电机被物料负荷反向拖动而出现被动向下滑溜的情况。

综上所述，本实施例所提供的电动卷扬启停控制方法，能够防止卷扬机在启动过程中出现被动向下滑溜的情况，提高卷扬机在启动过程中的安全性和可靠性。

此外，考虑到对于卷扬驱动电机的状态控制通常由电机控制器实现，而电机控制器的控制指令通常又由主控制器生成，因此，在启动卷扬驱动电机之前，还可通过主控制器将卷扬驱动电机的电机使能状态设置为TRUE(即电机上电或激活)，并将卷扬驱动电机的目标转速设置为预设转速(Target Speed)，该预设转速的具体取值可以调整，且通常由主控制器根据电控手柄的开度决定——驾驶员操作电控手柄后，电控手柄能够通过CAN等总线将手柄位置信息(与开度相关)发送给主控制器，主控制器再将电机使能状态参数、预设转速参数等信息通过CAN等总线发送给电机控制器。

在判断卷扬驱动电机在预设时间后的实际扭矩是否达到安全启动扭矩时，具体的，首先在卷扬驱动电机启动后即可立刻判断卷扬驱动电机的实际扭矩是否大于或等于安全启动扭矩，若是，则说明预扭矩加载迅速，此时可直接松开抱闸器；若否，则还不能说明卷扬驱动电机的预扭矩加载出现问题，因为卷扬驱动电机的电机使能状态由FALSE改变为TRUE时，扭矩从零增大至安全启动扭矩需要一定时间，所以还需要继续判断卷扬驱动电机的扭矩响应时间是否大于或等于预设时间(t3)，若是，则说明在经过一定时间后，卷扬驱动电机的实际扭矩仍然无法正常达到安全启动扭矩，卷扬驱动电机的扭矩加载环节出现故障需要排查维修，此时不能松开抱闸器，必须使抱闸器保持关闸状态，并关闭卷扬驱动电机(停机)，卷扬驱动电机无法正常启动；若否，则可能是由于预扭矩加载缓慢，还未来得及增大至安全启动扭矩，此时需要等卷扬驱动电机的扭矩响应时间等于预设时间(t3)时，转而再重新判断卷扬驱动电机的实际扭矩是否大于或等于安全启动扭矩，之后再根据判断结果重复进行前述松开抱闸器或关闭卷扬驱动电机等操作。

进一步的，在判断结果为可以松开抱闸器时，执行开闸操作。具体的，抱闸器的压力油通常由控制阀控制，且抱闸器对油压要求较高，需要达到一定松闸压力才能正常进行松闸动作。针对此，首先需要对抱闸器的控制阀发送开闸指令，然后判断抱闸器的松闸压力是否大于或等于预设压力，若是，则说明抱闸器的油压满足使用要求，此时能够正常松闸，将卷扬驱动电机的输出轴解锁，使其能够正常旋转；若否，则说明抱闸器的油压不足，但还不能说明抱闸器的油压加载出现问题，因控制阀在接收到开闸指令后，抱闸器的油路需要一定时间才能达到预设压力，因此还需要继续判断抱闸器的压力响应时间是否大于或等于预设时间(t4)，若是，则说明在经过一定时间后，抱闸器的油压仍然无法正常达到预设压力，此时不能松开抱闸器，必须使抱闸器保持关闸状态，并发出启动失败警报，通知运维人员进行排查维修；若否，则可能是由于油压加载缓慢，还未来得及增大至预设压力，此时需要持续对抱闸器的控制阀发送开闸指令，直至抱闸器的压力响应时间等于预设时间(t4)为止。

在本发明所提供的另一种具体实施方式中，考虑到不仅在卷扬机的启动过程中可能存在物料向下滑溜的情况，而且在卷扬机的停机过程中也可能存在物料向下滑溜的情况。针对此，本实施例在接收启停状态控制信号后，若判断出启停状态控制信号包括停机控制指令，则首先使卷扬驱动电机处于悬停状态。当卷扬驱动电机处于悬停状态时，卷扬驱动电机的转速为零，而输出扭矩并不为零，而是保持为与卷扬机上悬挂的重物形成的扭矩等大反向的悬停扭矩。

接着，在卷扬驱动电机进入悬停状态预设时间(t1)后，将抱闸器锁止。其中，预设时间(t1)为卷扬驱动电机的电机使能状态由TRUE改变为FALSE时，抱闸器的不动作时间或动作响应时间。而当卷扬驱动电机进入悬停状态超过预设时间(t1)时，抱闸器能够正常动作，此时即可对控制阀发送关闸指令，将抱闸器锁止。

之后，逐渐减小卷扬驱动电机的输出扭矩，直至减小至零，在此过程中同时判断卷扬驱动电机的转速是否为零，若是，则说明抱闸器已经顺利关闸，卷扬驱动电机的输出轴在此过程中始终保持静止，没有被物料反拖而出现向下滑溜情况，此时卷扬驱动电机可以顺利关闭，实现停机操作；若否，则说明抱闸器还未顺利关闸，且卷扬驱动电机的输出扭矩在减小后，卷扬驱动电机的输出轴被物料反拖而出现反转的情况，此时为防止出现物料滑溜事故，需要重新使卷扬驱动电机进入悬停状态，以通过悬停扭矩使物料保持静止，防止物料滑溜。

与前述实施例同理，考虑到对于卷扬驱动电机的状态控制通常由电机控制器实现，而电机控制器的控制指令通常又由主控制器生成，因此，在将卷扬驱动电机停机之前，还可通过主控制器将卷扬驱动电机的电机使能状态设置为FALSE(即电机断电或非激活状态)，并将卷扬驱动电机的目标转速设置为零，以使驾驶员操作电控手柄后，电控手柄能够通过CAN等总线将手柄位置信息(与开度相关)发送给主控制器，主控制器再将电机使能状态参数、预设转速参数等信息通过CAN等总线发送给电机控制器。

此外，在卷扬驱动电机重新进入悬停状态之后，继续判断卷扬驱动电机的停机响应时间是否大于或等于预设时间(t2)，该预设时间为卷扬驱动电机的电机使能状态由TRUE改变为FALSE时停机所需时间，若是，则说明在经过一定时间后，抱闸器仍然无法顺利关闸，此时只能使卷扬驱动电机维持悬停状态并发出停机失败警报，通知运维人员及时排查维修；若否，则说明可能是由于抱闸器的关闸动作缓慢等因素的影响，导致在预设时间(t2)内抱闸器还未完成关闸动作，此时需要持续对抱闸器的控制阀发送关闸指令，直至卷扬驱动电机的停机响应时间等于预设时间(t2)。

综上所述，本发明所提供的电动卷扬启停控制方法，通过卷扬驱动电机单独直接驱动卷扬机，能够提高电机工作效率和卷扬机的控制精度，使得旋挖钻机等工程设备的其他工作机构在作业时不会对卷扬机的动作产生影响，提高复合动作的稳定性，实现更多样化的功能；同时，解决了卷扬即在启动与停机两个过程中的重物向下滑溜问题，避免发生卷扬机失速下落，提升了电动钻挖钻机等工程设备的工况适应性，提高了安全性和可靠性。

如图2所示，图2为本发明所提供的一种具体实施方式的系统模块图。

本实施例还提供一种电动卷扬启停控制系统，主要包括接收模块1、第一控制模块2和第二控制模块3。其中，接收模块1主要用于接收启停状态控制信号。第一控制模块2与前述第一种具体实施方式对应，主要用于在启停状态控制信号包括启动控制指令时，启动卷扬驱动电机6并对其输出轴施加预扭矩，再判断卷扬驱动电机6在预设时间后的实际扭矩是否达到安全启动扭矩，若是，则松开抱闸器7；若否，则使抱闸器7保持关闸状态；其中，安全启动扭矩为卷扬驱动电机6的额定扭矩与安全启动系数的乘积，安全启动系数为可变常数。第二控制模块3与前述第二种具体实施方式对应，主要用于在启停状态控制信号包括停机控制指令时，使卷扬驱动电机6处于悬停状态；其中，悬停状态下的卷扬驱动电机6的转速为零、输出扭矩与卷扬机上悬挂的重物形成的扭矩等大反向；在卷扬驱动电机6进入悬停状态预设时间后将抱闸器7锁止；逐渐减小卷扬驱动电机6的输出扭矩，同时判断卷扬驱动电机6的转速是否为零，若是，则关闭卷扬驱动电机6；若否，则重新使卷扬驱动电机6进入悬停状态。

如图3所示，图3为本发明所提供的一种具体实施方式的装置结构图。

本实施例还提供一种卷扬机，主要包括主控制器4、电机控制器5、卷扬驱动电机6、抱闸器7、控制阀8、电控手柄9、压力传感器10、报警器11、减速机、卷筒等。其中，压力传感器10主要用于检测抱闸器7的松闸压力。主控制器4主要用于将电控手柄9和压力传感器10的信号进行分析处理，将控制指令发送给电机控制器5，同时将前述电动卷扬启停控制系统的运行状态在报警器11的显示屏上进行显示，报警器11能够进行声光报警。前述电动卷扬启停控制系统中的接收模块1、第一控制模块2、第二控制模块3可集成设置在主控制器4内。电机控制器5主要用于将主控制器4的控制指令进行分析处理，驱动卷扬驱动电机6运行，并通过减速机带动卷筒工作，通过控制阀8实现抱闸器7的关闸、开闸动作，同时将卷扬驱动电机6的运行状态反馈给主控制器4。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。