专利名称：一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法
技术领域：
本发明涉及一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法。
背景技术：
目前，国内各港口纷纷采用“油改电”技术来解决柴油发动机带来的高能耗、高成本、高污染、高噪声、维护量大等缺点，即用三相四线制的市电通过高架滑触线供电的方式来替代原柴油发动机组提供的动力，轮胎吊是一种广泛用在港口装卸集装箱的起重机械， 原主要配备的机构是柴油发动机、发电机、调速电控系统、机械驱动系统、制动系统、指令系统、反馈系统等，采用“油改电”技术后，去掉了柴油发动机、发电机，用市电通过高架滑触线来供电。该起重机械存在的缺陷是，当在远离供电变压器或两台轮胎吊处在相邻位置且离电源变压器较远作业时，其运行时的电流在较长的线路上产生电压降，使调速电控系统的工作电压急剧下降，从而带来极大的负面影响。例如，对于现有的调速电控系统主要包括PLC控制模块、变频调速系统和电机、电压检测模块和故障保护模块等，其中变频调速系统采用日本安川电气公司生产的686CR5变频调速系统，PLC控制模块由负荷运行工况数据处理模块、电流反馈模块、指令数据处理模块、速度控制模块以及速度反馈模块组成，如图1 所示。当给出起升指令后，通过指令数据处理模块、速度控制模块使电机M工作，如果变频调速系统的三相电源因某种因素而引起低电压，通过电压检测模块，启动故障保护机构，使之停止工作。很容易看出，此调速电控系统有电压检测的保护功能，但不能改变变频调速系统的运行方式，不能使原由影响低电压的因素得到改变。
现有的调速电控系统产生低电压的原因 1)供电资源紧缺。季节性用电高峰或电源容量小于装机容量，一般情况下，电力变压器工作在50% 70%的利用率的情况下较佳，在装机设备运行的容量超出变压器额定容量的时间或机遇较多时；季节性的气候极端温度、区域性供电设备故障而引起用电紧张时会产生压降。
2)供电线路过长。供电线路的总阻抗超出范围，电压降过大。
3)负载过于集中。实际应用中，“油改电”轮胎吊通过受电装置与铜滑线接触受电，铜滑线总长1220米，采用三相四线供电，在1220米之间每间距400米左右各配备一套 10000伏/460伏的电力变压器供电给滑触线。总长1220米铜滑线路之间设有3 4台“油改电”轮胎吊进行作业，如2台或更多轮吊相互靠拢、且离变压器较远的距离，同时起升吊集装箱时，就会产生800安培左右的电流，由变压器端流向其2台轮吊，如果变压器距离2台轮吊100米的话，在这段铜滑线上流过800安培左右的电流就足以使其产生相当大的电压 降，使2台轮吊变频调速器的输入端的电压很快衰减，可在2秒钟内由460伏降到390伏左右ο 如果电压降至变频调速系统所设置的临界电压值时，产生连同PLC控制模块突然断电的保护动作，虽说是断电保护动作，其实是牺牲了元气件、变频调速系统的使用寿命， 来换取保证调速电控系统不被损坏而已，所以其危害是给起重机械带来冲击，直接影响起重机械的使用寿命。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效的控制变频调速系统的运行方式，使加速的电机在电压降至允许临界范围的前一刻，不再加速，保持当时即时速度而使起重机械供电线路电压不再往下降的自动检测控制方法。
本发明是这样来实现的 一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法，包括如下步骤 1)初始化过程中，输入变频调速系统直流端的临界工作电压U11^ ；以及达到临界工作电压U11^时，变频调速系统所允许的最大速度VMax和最小速度VMin，并在最大速度VMax 和最小速度vMin之间设定若干个比较速度值； 2)起重机械运行过程中，电压检测模块将采集到的变频调速系统直流端的即时电压U sw输出到电压数据处理控制模块，电压数据处理控制模块将即时电压U sw与临界工作电压Ull^比较；若等于临界工作电压速度控制模块将速度反馈模块采集到的即时速度V 3卩时与若干个比较速度值分别比较，将与即时速度V sw之差值最小的一个比较速度值V比 β输出到变频调速系统，作为电机所要限速的速度值。
初始化过程中还包括输入变频调速系统起升加速过渡过程所需的时间S2 ；起重机械运行过程中，通过电压数据处理控制模块处理，得到变频调速系统直流端的即时电压U 8_开始下降到降至临界工作电压时所需的时间Si，若小于变频调速系统起升加速过渡过程所需的时间S2，则进行上述步骤(2)。
临界工作电压Ull^包括实际临界电压和宽裕值。
变频调速系统直流端的即时电压Usw开始下降到降至临界工作电压Ull^时所需时间Si的测量方法如下 1)由某一时刻的即时电压Usw到临界工作电压的电压差值得出变频调速系统直流端每秒种的电压变化率，即一秒电压变化量； 2)由某一时刻的即时电压Usw到临界工作电压的电压差值比上同一时刻的电压变化率得到某一时刻的即时电压Usw到临界工作电压Ull^时所需要的时间Si。
其工作原理如下 根据电动机转速与电压降的关系，电压降的大小是由电机转速增量的大小决定的，也就是说，电机加速过渡过程的长短，即转速增量，决定了电压降的大小。从起升(零速)开始逐步加速，到加速结束，在过程中如果电压降因素存在，则在加速过程中，会有动态的电压降存在，即电压随加速变量的增加而随之衰减，此电压衰减的动态过程势必随着加速过程的结束而结束，也就是说，只要使变频调速系统停止加速过程，就会使正在下降的电压停止衰减而保持系统停止加速时的电压值。因此可以将从开始产生电压降到电压降到允许工作范围临界点的前一刻时所需的时间Si，与变频调速系统起升加速过渡过程所需的时间S2相比较，此S2值已存在原来的PLC控制模块中。如果Sl >S2，则电压降到临界工作电压的前一刻，变频调速系统起升加速过渡过程已经结束，即电机此时不再加速，电压降也就不会超出范围；如果Sl < S2，则电压降到临界工作电压的前一刻时，变频调速系统起升加速过渡过程还未结束，则说明电压降存在超出范围的可能，若保持其原有加速指令，则可能超出临界工作电压。在电压数据处理控制模块中比较变频调速系统直流端的即时电压 U即时与临界工作电压U11^,如果UswS Ulis，即将该时刻的即时速度通过速度反馈模块到速度控制模块中，并输出到变频调速系统。当然，也可以直接进行变频调速系统直流端的即时电压U即时与临界工作电压U临界的比较。
本发明的有益效果是 本发明一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法，通过电压数据处理控制模块将电压检测模块实时采集的变频调速系统直流端的即时电压与临界电压比较，当即时电压接近临界电压时，使速度控制模块能够有效的将速度反馈模块中的即时速度输出到变频调速系统中，改变变频调速系统的加速运行方式，使变频调速系统直流端的即时电压不会超过在临界电压，延长了起重机械的使用寿命，节约了设备的维修成本。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。


图1为现有起重机械的调速电控系统的逻辑示意图。
图2为本实用新型中起重机械的线路电压降自动检测控制的逻辑框图。
具体实施例方式根据图2，本实用新型一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法，在原有图1 的PLC控制模块的基础上，增加了一个电压数据处理控制模块。其中 1)指令数据处理模块。由操作人员发指令，使与指令手柄连接操纵杆的编码器产生一个位移量，此编码器便输出一个控制指令信号，由PLC控制软件将此信号经用户程序转换成可控的十六进制控制指令，经PLC的控制程序，调用相应的速度控制数据，送入速度控制模块。
2)负荷运行工况数据处理模块。主要是基于控制运算的方法，在作起升运行时，最初的0. 5秒内，对由钢丝绳传递的电流信号进行50次/秒的电流变化的运算，利用比率系数(1800/750) X 100，作重量变化的具体分析，而后再将运算结果以数据形式传送到速度控制模块。
3)速度控制模块。由指令数据处理、重量变化的具体分析、速度反馈数据综合在一起，进行集中运算、处理，所以速度控制模块输出的信号，已是变频调速系统可用的速度信号，本专利研究的经过电压数据处理、控制的数据，能自动选择速度控制模块将要输出的速度信号，达到控制电机速度的这一目的。
实施例 1、将电压信号转化为PLC可控的数字信号。
约定本专利涉及到的寄存器地址、转换的数据，纯属为了方便举例注释而编写的，用户可自己进行设置确定。
在PLC控制模块能将在变频调速系统直流端中所检测到的电压数据，送入PLC寄存器的字地址中，无需另外增加电压检测装置及相应的PLC输入模块，由变频调速系统交流端或直流端检测到的电压数据，到输入寄存器字地址中的电压数据，必须将其由数据格式转化为电压格式，本文中的输入字寄存器地址为IW907，其中的内容为直流端的电压值，表达形式为数据格式，转化为电压格式的表达式为IW907 X 800 + 10000，其意义，数据格式为0——10000，相对应的电压为0-—800V,显然当IW907内容为10000，代入公式，则所表达的电压为800V，当IW907内容为5000，则所表达的电压为400V，把计算结果送入子程序字寄存器中DW00020。
2、根据某一时刻变频调速系统直流端的即时电压到临界电压的电压差值(Usw-U得出直流端每秒种的电压变化率，即一秒电压变化量。
接下来把每个扫描周期采集的电压数据送入子程序字寄存器中，方法定义19个字寄存器，首先要做到上电数秒钟后能自动对程序中所定义的19个字寄存器清零，随后 PLC控制模块进行程序扫描的每个周期时，依次将19个采集的电压数据送入19个字寄存器，将19个字寄存器中的数据进行累加，再除于19，得出平均一个字寄存器中所存放的电压值的数据，用19个字寄存器的第一个或最后一个字寄存器中的电压值的数据，减去19个字寄存器第一个之前的字寄存器或最后一个字寄存器之后的字寄存器中的电压值的数据， 得出在一个扫描周期内电压的变化量。
再根据一秒钟有几个扫描周期，得出电压的变化量/每秒。
3、根据某一时刻的变频调速系统直流端的即时电压到临界电压时的电压差值与上一时刻的电压变化率之比即(Usw-Ull^)/电压变化量/秒，得出某一时刻的变频调速系统直流端的即时电压Usw开始下降到降至临界电压U11^时所需的时间Si。
如果临界电压控制在正常电压值的正负7%，那就由随机的即时电压值Usw减去正常电压值的负7%的临界电压值Ul(^，gp 字寄存器中DW00020中随机的即时电压值-正常电压值的负7%的临界电压值=某一时刻的直流端电压到临界电压时的电压差值(U
-U)，本实施例中临界电压值U_为557。将直流端的即时电压减去临界电压(U即时-U 除于电压的变化量/每秒，得出，当时的电压值以衰减的方式下降，到临界电压时所经历的时间Si，将此数据送入字寄存器DW00023中。
4、将时间Sl与字寄存器MW00400中的变频调速系统起升加速过渡过程所需的时间S2比较，当Sl < S2，则判断字寄存器DW00020中直流端的即时电压是否降至临界工作电压，此时的临界工作电压应为临界电压与宽裕值之和，若是，则发出限速指令。
5、根据实际现场电压波动、负载的情况下，确定最小速度和最大速度值的采集。
使要运行的负载离供电变压器最远的地方，必要时可使几个负载同时在此地运行，目的是让其电压快速下降，以最大速度指令运行，同时观察电压和速度的值，当电压降到临界电压值时，记录此时的最小速度值。再使要运行的负载逐步逼近供电变压器，记录当电压降到临界电压值时所用的秒数将要超过而未超过电机加速过渡过程所需时间时的最大速度值。在此最小速度和最大速度的基础上，插入若干个速度值作为一个比较值。
6、确定所要限速的速度值为多少。
当字寄存器地址为DW00020中的数值彡557+宽裕值时，通过PLC控制模块，找到存放由速度反馈模块传输到字寄存器地址中的即时速度值，与上述提到的比较值进行比较，当被比较值——即时速度值与比较值相等，则此时要限速的值就是此比较值的速度。显然当采集的数据越密集，其限速的效果就越好、越精确，看反馈即时速度值的数据等于哪段现场采集的速度值数据，就将此段速度的上限作为限定的值。
7、现场调试 由于电压降至临界工作电压的临界点时，到电机输出轴上的转速得以实现，其过程需要有一定的时间，因此设置宽裕值。
本发明对公开和揭示的所有组合和方法可通过借鉴本文公开内容产生，尽管本发明 的组合和方法已通过详细实施过程进行了描述，但是本领域技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本申请所述的方法和装置进行拼接或改动，或增减某些部件，更具体地说，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容之中。
权利要求
1.一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法，包括如下步骤1)初始化过程中，输入变频调速系统直流端的临界工作电压U11^；以及达到临界工作 电压U11^时，变频调速系统所允许的最大速度VMax和最小速度VMin，并在最大速度VMax和最 小速度vMin之间设定若干个比较速度值；2)起重机械运行过程中，电压检测模块将采集到的变频调速系统直流端的即时电压U 输出到电压数据处理控制模块，电压数据处理控制模块将即时电压Usw与临界工作电压U11^比较；若等于临界工作电压速度控制模块将速度反馈模块采集到的即时速度Vsw 与若干个比较速度值分别比较，并将与即时速度Vsw之差值最小的一个比较速度值Vtte输 出到变频调速系统，作为电机所要限速的速度值。
2.根据权利要求1所述起重机械的线路电压降自动检测控制方法，其特征在于初始 化过程中还包括输入变频调速系统起升加速过渡过程所需的时间S2 ；起重机械运行过程 中，通过电压数据处理控制模块处理，得到变频调速系统直流端的即时电压Usw开始下降 到降至临界工作电压U11^时所需的时间Si，且若小于变频调速系统起升加速过渡过程所需 的时间S2，则进行上述步骤(2)。
3.根据权利要求1或2所述起重机械的线路电压降自动检测控制方法，其特征在于 临界工作电压U 包括实际临界工作电压和宽裕值。
4.根据权利要求2所述起重机械的线路电压降自动检测控制方法，其特征在于变频 调速系统直流端的即时电压Usw开始下降到降至临界工作电压U11^时所需时间Sl的测量 方法如下1)由某一时刻的即时电压Usw到临界工作电压U11^的电压差值得出变频调速系统直 流端每秒种的电压变化率，即一秒电压变化量；2)由某一时刻的即时电压Usw到临界工作电压U11^的电压差值比上同一时刻的电压 变化率得到某一时刻的即时电压Usw到临界工作电压U11^时所需要的时间Si。
全文摘要
本发明为一种起重机械的线路电压降自动检测控制方法，输入变频调速系统直流端的临界工作电压；以及达到临界工作电压时，变频调速系统所允许的最大速度和最小速度，并在最大速度和最小速度之间设定若干个比较速度值；起重机械运行过程中，电压数据处理控制模块将采集来的即时电压与临界工作电压比较；若等于临界工作电压，速度控制模块将即时速度与若干个比较速度值分别比较，将与即时速度之差值最小的一个比较速度值输出到变频调速系统，作为电机所要限速的速度值。本发明解决了现有变频调速系统由于线路压降而引起低电压，不能自动调整变频调速器的运行方式而牺牲其使用寿命，来换取保证调速电控系统的不被损坏的问题。
文档编号G01R19/10GK101844725SQ201010183940
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月25日 优先权日2010年5月25日
发明者许伟新 申请人:许伟新