专利名称：一种起升机构能效和性能测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及起重机性能指标测量技术领域，特别涉及一种起升机构能效和性 能测试系统。
背景技术：
起重机广泛应用于冶金、机械、化工、石油、能源等领域，而起升机构是起重机中重 要的组成部分，也是能耗最大的环节。近年来，由于我国经济持续快速发展，加上产品能耗 加大，我国许多地区不同程度的出现用电紧张而导致拉闸限电的现象。在工业领域起重机 的能耗是众多能耗当中重要的一部分，为了响应国家降耗节能的环保政策，电气电网节能 降耗技术、措施研究及应用就越发重要。单位能耗(能效)是反映能源消费水平和节能降 耗状况的主要指标，是一个能源利用效率指标。要实现节电降耗，首先得准确测量出用电系 统的能耗，进而测量出能效。目前国内现有的起升机构还没有考虑如何节电降耗的问题，其 主要原因是没有一个专业的测量系统。起升机构还是矿山、工厂、港口等常用的一种起重设备，是提高工作现场劳动效 率、改善劳动条件的必备机械。为了最大限度地发挥起升机构的效率，保证现场工作人员的 安全，通常在起升机构投入使用之前需要对其进行各种性能指标的测试，主要包括安全性 能指标、起升速度指标、空载性能指标、额定载荷性能指标、温升性能指标、动载性能指标、 寿命性能指标和爬坡性能指标等等，而现有的测试方法比较单一，且测量精度不高。以测试 安全性能指标-制动下滑量为例，起升机构主要用于承载重物，在其运行制动后，由于重物 的重力作用，其不会立刻停止运行，会有一个制动下滑量，过大的制动下滑量会危及现场工 作人员的人身安全，对于起升机构的制动下滑量的检测，一般采用行程开关控制的方法来 进行在额定载荷状态下降过程中，利用砝码撞击行程开关使起升机构断电制动滑行，从砝 码上量取下滑距离，即制动下滑量。但这种测量方法存在如下不足从砝码与行程开关接触 到起升机构断电开始滑行，总存在一个延时时间，所以测量数据与实际数据之间必然存在 一个偏差；同时，必须从砝码上量取下滑量，而且在第二次检测时又要将行程开关复位，这 些都不太利于测试者的安全。在这种测量方法的基础上，有人提出了另一种测量方法-光 控继电器检测法，它是利用发光头控制光控继电器的灵敏继电器的导通与截止，实现对起 升机构下降回路的控制，而起升机构的下滑量则是通过读取砝码靠发光头一侧磁力表固定 的一个钢板尺上的数据来完成。为了克服偶然误差，一般都要对测得的几组数据求平均值， 以使测量结果更准确。但上述这些方法都不具有对数据自动显示和存储的功能，并且对于 起升机构下降是否停止也只是凭借个人直觉来完成，这都将造成测量结果有一定的误差。
实用新型内容为了解决现有起升机构能效无法检测，以及测试性能指标方法单一，精度不高，无 法实现测量数据的自动显示和存储等问题，本实用新型提供了一种起升机构能效和性能测 试系统，包括工控计算机、可编程控制器、LXI智能化测试仪器、激光测距仪、电流电压互感器、供电单元和转换接线箱；所述工控计算机分别与LXI智能化测试仪器、可编程控制器和 激光测距仪连接；所述电流电压互感器分别与LXI智能化测试仪器和供电单元连接；所述 可编程控制器分别与激光测距仪和供电单元连接；所述转换接线箱分别与电流电压互感 器、供电单元和可编程控制器连接。所述工控计算机通过一个LAN接口或USB接口与LXI智能化测试仪器连接，通过 另外2个LAN接口分别与可编程控制器和激光测距仪连接。所述可编程控制器通过LAN接口与激光测距仪连接。所述工控计算机内预装有控制软件、数据测量分析处理软件及数据管理软件，用 于实现对被测起升机构的控制，以及测量数据的分析处理及管理存档。所述电流电压互感器用于将被测起升机构的电流电压信号输送到所述LXI智能 化测试仪器。所述LXI智能化测试仪器具有LXI测试总线结构，包括USB、RS485和以太网通讯 接口，用于测量被测起升机构的电流电压的相位差及功率因数，并将测量结果输送到所述 工控计算机。所述激光测距仪用于测量出被测起升机构上升下降过程的高度信号，以及触发所 述可编程控制器。所述可编程控制器用于向被测起升机构发出控制信号。本实用新型提供的系统为起升机构的节电降耗和性能测试提供了实际的测量数 据和重要的指标，为研制新型的节能型产品提供了有效的测试手段及验证方法。
图1是本实用新型实施例起升机构能效和性能测试系统原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型技术方案作进一步描述。本实用新型提供了一种起升机构能效和性能测试系统，该系统解决了起升机构的 能效和性能的测试问题，同时还为起升机构的节电降耗和性能测试提供了实际的测量数据 和重要的指标，为研制新型的节能型产品提供了有效的测试手段及验证方法。参见图1，本实施例提供了一种起升机构能效和性能测试系统，包括工控计算机 101、可编程控制器102 (PLC)、LXI智能化测试仪器103、激光测距仪104、电流电压互感器 105、供电单元106和转换接线箱107。其中，工控计算机101通过一个LAN接口或USB接口与LXI智能化测试仪器103 连接，通过另外2个LAN接口分别与可编程控制器102和激光测距仪104连接；电流电压互 感器105分别与LXI智能化测试仪器103和供电单元106连接；可编程控制器102通过LAN 接口与激光测距仪104连接，同时可编程控制器102输出的控制信号与供电单元106连接； 转换接线箱107与电流电压互感器105和供电单元106连接，同时可编程控制器102输出的 控制信号与转换接线箱107连接，以向起升机构发送上升和下降的控制信号。工控计算机 101内预装有控制软件、数据测量分析处理软件及数据管理软件等等，用于实现对被测起升 机构的控制，以及测量数据的分析处理及管理存档。[0018]在使用该系统进行测量时，测量人员需将被试起升机构分别与LXI智能化测试仪 器103和激光测距仪104连接，并将被试起升机构的动力电源线移接到转换接线箱107，对 于带有手操器的起升机构，例如电动葫芦单梁起重机，还需将手操器上的按钮接线移接到 转换接线箱107 ；然后，在工控计算机101上输入被试起升机构的相关参数，根据界面提示 即可进行能效和性能指标的测量。下面简单介绍一下使用该测试系统进行起升机构能效和 性能指标测量的原理1、起升机构能效测量采用二瓦法(电压电流法)测量起升机构的电功率，用高精度的电流电压互感器 将起升机构的空载和额载时输入的电流电压信号输送到高采样率和高分辨率的LXI智能 化测试仪器，利用智能化测试仪器的高速采样来及时采集电流电压数据，并利用智能化测 试仪器测量出电流电压的相位差及功率因数，输送到工控计算机，工控计算机计算出起升 机构空载和额载时起升所消耗的电功率；用高精度的激光测距仪的触发结合可编程控制器 (PLC)的控制测量出起升机构起升过程的做功距离，工控计算机计算出机械功率(包括势 能和动能)；工控计算机根据起升机构消耗的电功率和机械功率，计算出起升机构的实际 能效。工控计算机对起升机构的整个起升过程通过数学计算模型(积分方法)分析计算出 起升机构实际的电能耗和输出的机械功率，进而计算出实际能效，并对测量数据进行管理 存档，形成实时报表和历史报表。该系统利用PLC控制和智能化测试仪器及工控计算机进行数据采集处理相结合 测量起升机构起升过程的电能耗，用激光测距仪和智能化测试仪器及工控机结合测试机械 功率，实现了起升机构能效测量的高精度、高可靠性和完全自动化的目的。2、性能指标测试2. 1空载试验在额定电压和额定频率下，起升机构空载运转，通过电流电压互感器与LXI智能 化测试仪器和工控计算机相结合测量，得到起升机构空载运转时的电压和电流并记录。2. 2额定载荷试验在额定载荷条件下，起升机构进行如下运转试验，通过电流电压互感器测量电压 和电流并记录。2. 2. 1变频试验在额定电压、额定载荷条件下，通过PLC控制将输入电机的频率调整到60Hz，进行 运转试验。2. 2. 2测量升、降速度在额定电压、额定频率和额定载荷条件下，起升机构起升或下降达到勻速后，通过 激光测距仪和时间来计算出起升机构的升、降速度。2. 2. 3制动下滑量测量采用高精度的激光测距仪实时测量出起升机构上升下降过程的高度信号，通过以 太网LAN接口实时将信号传输到工控计算机；通过LXI智能化测试仪器，来负责起升机构 起升下降过程的电流电压等动态数据采集，以此来监控起升机构的运行状态，根据电流信 号的突变并结合当时的运行状态(速度突变)判断起升机构是否开始制动，如果制动开始， 则激光测距仪将测得的起升机构当前的高度信息传输给工控计算机；在起升机构停止下滑时，激光测距仪将测得的起升机构停止下滑时的高度信息传输给工控计算机；工控计算机 对整个制动下滑过程通过去抖动数学计算模型分析计算出起升机构的制动下滑量，并用对 测量数据进行管理存档，形成实时报表和历史报表。该系统用PLC和工控计算机实现对整个测量系统的控制、数据分析计算处理，自 动测量出起升机构额载时从制动开始到停止下滑后的高度变化，从而得出制动下滑量。2. 2. 4温升测量在额定电压、额定频率和额定载荷条件下，起升机构按相关标准运行一定工作周 期后通过测试电机绕组电阻值变化的方法经数学模型计算得出电机的温升。2. 3升降压试验在额定频率和额定载荷条件下，通过PLC控制将输入电机的电源电压调整为额定 电压的110%和90%，分别对起升机构进行运转试验。2. 4动载试验在额定电压、额定频率和试验载荷是1. 1倍额定载荷条件下，起升机构依照相关 标准(例如，JBT 9008. 2-2004等)规定的循环周期进行连续运转试验，测量并记录电流电压值。2. 5寿命试验在额定电压、额定频率和额定载荷条件下，起升机构按设计基准工作级别对应的 实验周期进行运转试验。2. 6爬坡试验起升机构在额定电压、额定频率和额定载荷条件下，其运行小车在一定坡度的轨 道上往复运行3次，考核其是否能正常工作。本实施例提供的测试系统可以用目前国际上最先进的测试总线LXI为主要体系 架构，并结合USB、RS485和以太网等常用通讯接口组成一个混合总线测试系统。所谓LXI 就是一种基于以太网技术等工业标准的、由中小型总线模块组成的新型仪器平台。LXI仪器 是严格基于IEEE 802. 3、TCP/IP、网络总线、网络浏览器、IVI-COM驱动程序、时钟同步协议 (IEEE1588)和标准模块尺寸的新型仪器。与带有昂贵电源、背板、控制器、MXI卡和电缆的 模块化插卡框架不同，LXI模块本身已带有自己的处理器、LAN连接、电源和触发输入。LXI 模块的高度为一个或二个机架单位，宽度为全宽或半宽，因而能容易混装各种功能的模块。 信号输入和输出在LXI模块的前面，LAN和电网输入则在模块的后面。LXI模块由计算机控 制，所以不需要传统台式仪器的显示、按键和旋钮，同时由LXI模块组成的LXI系统也不需 要如VXI或PXI系统中的0槽控制器和系统机箱。一般情况下，在测试过程中LXI模块由 一台主机或网络连接器来控制和操作，等测试结束后它再把测试结果传输到主机上显示出 来。LXI模块借助于标准网络浏览器进行错误浏览，并依靠IVI-COM驱动程序通信，从而便 利了系统集成。LXI测试总线接口具有先进性、开放性和高性价比；而且LXI和RS485具有 良好的抗干扰性。LXI智能化测试仪器是LXI测试总线结构的集成仪器，具有信号隔离、信 号高速切换、高速采样和动态测量分析功能。本实用新型实施例采用先进技术测量出高可靠性的起升机构的能效和性能指标 数据，特别适用于降耗节能类产品和制动安全类产品的性能测试，同时利用数据库进行管 理，便于测量数据的存储和检索，为试验数据的多次利用和分析创造了条件。对起升机构空载和额载时的实际能效提供了客观的测量数据，为高能耗低能效产品淘汰提供了有力的证 据，为新型或改进的产品提供了可信的能效数据，实现了节能降耗的最终目标。本实用新型实施例提供的系统用PLC控制、智能化测试仪器、激光测距仪及工控 计算机数据采集处理相结合实现了起升机构能效和性能测试的高精度、高可靠性和完全自 动化的目的，具有操作简便，人机界面友好等优点；此外，利用本实用新型实施例提供的系 统，还可以对各种起升机构(包括电动葫芦、通用桥式起重机用小车、双梁小车式卷扬机 等)进行整机性能的测试，例如空载测试、动载测试和寿命测试等，从而能更加全面地考 核设备的各项指标，为新型或改进的产品提供可信的技术指标。以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本 实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种起升机构能效和性能测试系统，其特征在于，包括工控计算机、可编程控制器、 LXI智能化测试仪器、激光测距仪、电流电压互感器、供电单元和转换接线箱；所述工控计 算机分别与LXI智能化测试仪器、可编程控制器和激光测距仪连接；所述电流电压互感器 分别与LXI智能化测试仪器和供电单元连接；所述可编程控制器分别与激光测距仪和供电 单元连接；所述转换接线箱分别与电流电压互感器、供电单元和可编程控制器连接。
2.如权利要求1所述的起升机构能效和性能测试系统，其特征在于，所述工控计算机 通过一个LAN接口或USB接口与LXI智能化测试仪器连接，通过另外2个LAN接口分别与 可编程控制器和激光测距仪连接。
3.如权利要求1所述的起升机构能效和性能测试系统，其特征在于，所述可编程控制 器通过LAN接口与激光测距仪连接。
4.如权利要求1所述的起升机构能效和性能测试系统，其特征在于，所述LXI智能化测 试仪器具有LXI测试总线结构，包括USB、RS485和以太网通讯接口。
专利摘要本实用新型公开了一种起升机构能效和性能测试系统，属于起重机性能指标测量技术领域。所述系统包括工控计算机、可编程控制器、LXI智能化测试仪器、激光测距仪、电流电压互感器、供电单元和转换接线箱；工控计算机分别与LXI智能化测试仪器、可编程控制器和激光测距仪连接；电流电压互感器分别与LXI智能化测试仪器和供电单元连接；可编程控制器分别与激光测距仪和供电单元连接；转换接线箱分别与电流电压互感器、供电单元和可编程控制器连接。本实用新型提供的系统为起升机构的节电降耗和性能测试提供了实际的测量数据和重要的指标，为研制新型的节能型产品提供了有效的测试手段及验证方法。
文档编号G01M99/00GK201852711SQ20102056989
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者行建平, 袁方定, 陶天华, 顾原, 马超 申请人:北京起重运输机械设计研究院