一种回转式起重机吊重防摆防撞的控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种回转式起重机吊重防摆防撞的控制系统 及控制方法。
【背景技术】
[0002] 回转式起重机是一种常用的工程机械，一般由俯仰、回转、提升和行走四大运行机 构以及立柱、吊臂和司机室等构成，它主要依靠驱动相关机构的电机带动回转、俯仰、提升 及行走机构四大机构的指定运动，并借助钢丝绳的收缩来实现货物的吊运转载。其工作过 程由于回转、俯仰、提升机构的驱动作用，致使悬挂在钢丝绳下端的吊重在到达目标位置后 不会立刻静止不动而是出现摆动现象。这样的摆动现象，不仅影响吊运转载工作的正常进 行，而且也对周围设备、货物、载荷本身以及现场作业人员构成安全方面的威胁。同时，由于 吊运转载作业的安全运动空间限制，要求吊重以直线或特定空间轨迹来运行，这样的运动 往往需要多个运动机构协调运动来实现，这无疑增加了吊运转载作业的难度。
[0003] 为了抑制回转式起重的这种摆动现象，同时实现吊运轨迹的优化控制，相关的起 重机行业及研究院对这一问题也展开了一定的研究，研究成果也是各不相同。就目前研究 情况来看，防摆控制主要集中在门式、桥式起重设备，特别是桥式起重机运行小车下吊重的 防摆控制，而在防止回转式起重机吊重作业过程的摆动控制和轨迹优化控制方面的研究还 较浅薄，大都是起重机电气控制系统可以自动地对小车运行速度进行实时的调整控制，使 载荷不产生摇摆。
[0004] 申请号为201120724182. 7,名称为"一种起重机回转防摇装置及起重机"的实用新 型专利，提出了在吊臂上安装驱动装置和张紧装置，并通过与之相连接的钢丝绳的牵引来 抑制起重机回转过程中出现的摇摆情况。但上述机械式防摆装置的实时检测与控制能力不 足；另外，驱动装置的作业高度需要手动调节，不能实现作业过程自动化控制，也同样不能 实现轨迹优化控制的功能。
[0005] 申请号为201210752281. 5,名称为"一种起重机和起重机钢丝绳防摇控制方法"的 发明专利，提出采用抑制X方向与Y方向的钢丝绳限摆控制方法，实现了自动微调回转与俯 仰速度。但该防摆控制方法存在钢丝绳位置的测量盲区，防摆可靠性较差，工作效率也较 低，更没有轨迹优化控制的功能。
[0006] 申请号为200810225150. 5,名称为"旋转式起重机轨迹优化控制系统及其控制方 法"的发明专利，提出了一种将吊重的自然空间坐标运动轨迹信息转换成预先设计的吊重 的坐标信息，借助优化控制模块的控制指令实现特定吊运轨迹的运行；但该专利虽然提出 了一种轨迹优化控制方法，但仅仅是通过简单的约束条件进行的吊运轨迹的控制，同时，也 缺乏作业过程中吊重的防摆控制功能，只是通过限制起重机速度，来达到吊重到达目标位 置后的轻微摆动的，缺乏高效性。
【发明内容】
[0007] 为克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种回转式起重机吊重防摆防撞的控 制系统及控制方法，采用的技术方案如下：
[0008] -种回转式起重机吊重的防摆防撞控制系统，包括：协调控制模块、吊运控制模 块、吊重防摆控制模块、轨迹优化控制模块、PR0FIBUS现场总线、驱动机构；
[0009] 所述协调控制模块、所述吊运控制模块、所述吊重防摆控制模块以及所述轨迹优 化控制模块均与所述PR0FIBUS现场总线相连；所述协调控制模块通过PR0FIBUS现场总线 分别对所述吊运控制模块、所述吊重防摆控制模块和所述轨迹优化控制模块进行综合协调 控制与安全保护；
[0010] 所述驱动机构的一端连接PR0FIBUS现场总线、所述驱动机构的另一端连接回转 式起重机实体；所述协调控制模块、所述吊运控制模块、所述吊重防摆控制模块以及所述轨 迹优化控制模块之间综合协调后将驱动信息通过PR0FIBUS现场总线送给所述驱动机构， 所述驱动机构驱动回转式起重机实体进行作业。
[0011] 进一步，所述一种回转式起重机吊重的防摆防撞控制系统还包括：第一检测机构； 所述第一检测机构的一端连接所述驱动机构的另一端、所述第一检测机构的另一端连接 PR0FIBUS现场总线；所述第一检测机构将检测的信息通过PR0FIBUS现场总线传递给所述 协调控制模块；所述驱动机构包括：回转运动驱动机构、俯仰运动驱动机构和起升运动驱 动机构。
[0012] 进一步，所述一种回转式起重机吊重的防摆防撞控制系统还包括：第二检测机 构；所述第二检测机构的一端连接回转式起重机实体、所述第二检测机构的另一端连接 PR0FIBUS现场总线；所述第二检测机构将检测的信息通过PR0FIBUS现场总线传递到所述 吊重防摆控制模块。
[0013] 进一步，所述一种回转式起重机吊重的防摆防撞控制系统还包括：第三检测机 构；所述第三检测机构的一端连接回转式起重机实体、所述第三检测机构的另一端连接 PR0FIBUS现场总线；所述第三检测机构将检测的信息通过PR0FIBUS现场总线传递到所述 轨迹优化控制模块。
[0014] 进一步，所述协调控制模块包括上位PC机I和综合协调控制器；所述上位PC机I 与所述综合协调控制器相连，所述综合协调控制器与所述PR0FIBUS现场总线相连接；
[0015] 所述吊运控制模块包括控制面板、起重机主令控制器、和机构运动控制器；所述控 制面板和所述起重机主令控制器均与所述机构运动控制器相连接，所述机构运动控制器与 所述PR0FIBUS现场总线相连接；
[0016] 所述吊重防摆控制模块包括上位PC机II和吊重防摆控制器；所述上位PC机II与 所述吊重防摆控制器相连，所述吊重防摆控制器与所述PR0FIBUS现场总线相连接；
[0017] 所述轨迹优化控制模块包括上位PC机III和轨迹优化控制器；所述上位PC机III与 所述轨迹优化控制器相连，所述轨迹优化控制器与所述PR0FIBUS现场总线相连接。
[0018] 进一步，所述第一检测机构包括：回转机构光电编码器、俯仰机构光电编码器和起 升机构光电编码器；所述回转机构光电编码器检测所述回转运动驱动机构的输出，所述俯 仰机构光电编码器检测所述俯仰运动驱动机构的输出，所述起升机构光电编码器检测所述 起升运动驱动机构的输出。
[0019] 进一步，所述第二检测机构为吊重摆角测量装置，包括：吊臂平面内摆角测量装置 和吊臂平面外摆角测量装置；所述吊臂平面内摆角测量装置安装在吊臂顶端；吊臂平面外 摆角测量装置安装在回转中心轴上的吊臂末端下方。
[0020] 进一步，所述第三检测机构为吊重位置测量装置，包括：吊臂回转角度测量装置和 吊臂俯仰角度测量装置；所述吊臂回转角度测量装置安装在吊臂左侧；所述吊臂俯仰角度 测量装置安装在吊臂右侧。
[0021] 基于上述系统，本发明还提出了一种回转式起重机吊重的防摆防撞控制方法，包 括如下步骤：
[0022] 步骤1，接通回转式起重机控制系统电源，同时给