大家好！

   现在做一套全闭环的控制系统，控制对象是一个提升卷扬机，电机上带有增量编码器与变频器做闭环控制，由于电机与卷扬之间还连接了减速机，中间有多个传动轴担心有断轴等等问题导致电机的传动没有输出到卷扬上面，所以电机上的编码器+变频器闭环理论上应该是一个半闭环控制我认为有安全漏洞，

为了更加安全解决这个漏洞现在考虑加一个编码器在卷扬上系统结构大概如下图片：

根据以上图片显示，电机上安装了一个编码器与变频器进行VC控制，由于变频器有完善的算法基本上不需要我们去搞，只需要把参数设置好就可以，卷扬上安装了一个编码器与PLC-1200进行闭环控制，现在的问题主要是在卷扬的闭环控制上，电机与卷扬的速比是50:1，电机50RPM卷扬1RPM，在1200这边有什么好的算法来计算卷扬与电机的同步性？（备注：1200PLC与变频器之间有DP通讯的），现在的问题主要是在PLC上的算法滤波程序，变频器的速度是通过PLC来给的，希望大家多多指教！

就为这么个保护措施，值当采用PLC来搞？当然就算是用PLC，只要监控卷扬机的速度下降的变化率（下降时的加速度）超限实时保护也是可以的。没必要比较电机的速度比。当然即便是比较变速箱前后两个速度比的变化，也没必要考虑同步的问题。是不是把问题想的太复杂了？

我认为这是一个简单的问题。

楼主如果要解决电动机轴后面的传动部分断轴带来的安全风险，上述方案中还缺少安装在转筒上的安全制动器，这是实现楼主提到的消除安全漏洞方案中不可缺少的关键设备，电机侧的制动器保护不了断轴故障，至于如何检测出断轴，有几种方案。

是的！你说的非常对，图片上的结构的确不能解决减速机断轴的问题，

你可以理解为卷扬上就是有制动器的，能否说说你的方案？

谢谢！

 用离心开关或可编程速度继电器控制F-K1就够了吧。

谢谢！

如何一个控制法？能否详细介绍一下？

PLC高速计数器采样，根据频率算转速，再乘以减速比，和变频器的实际速度比较，别差太大就行吧

此问题，是否参考或借鉴电梯的控制系统保护？我觉得这样的断绳保护，还是机械结构上考虑更可靠。比如说针对机械的相对位置变化的动作保护？

如果用编码器来做，以加速度超限保护比较好。仅供参考。

以加速度超限保护比较好。这个方法我认为可行。不知道超限保护的稳定成熟算法，有没有什么好的窍门？

唉，上学时学的数学物理知识呢？都被还给老师了？

何为加速度？就是速度的微分呗！这不论是在西门子的变频器里，还是在PLC里，给某个信号或参数做个微分运算。易如反掌的事呀。

你把负载的速度信号作微分处理，得到的就是加速度了。所以。学过的基础知识，要会用于实践呀，哈哈

具体的没有概念也没关系，你可以把速度信号微分运算后的的值，与一段已知斜坡速度一起录波，取中间的段线，用(V1-V2)/T，就得到了加速度，然后再把录制的微分后的值做比对，就知道自己该怎么去标量化数据处理了。

这些还用再教吗？嘿嘿。用高数在实践中解析问题，这是必须的。否则上学干什么？学那么多的知识干什么？不就是为了指导自己去从事实践活动的嘛。

另外，我还是觉得你应该借鉴一下电梯的保护方案，一旦电梯失控，下落，会有一个机械锁立马锁停电梯的。他们是怎么做的？参考一下嘛。这方面我没关注过。应该不是很复杂的机构。而且是机械硬件结构。这个应该比电控可靠。

仅供参考。

提升机也有与电梯接近的功能，在卷扬的法兰上安装了一个机械锁，对其进行调整好，一旦速度超出设定的速度就立即锁住，（这里所说的设定速度是在机械锁上调节的，不需要任何的电气设备参与）

这个功能的前提是在出厂之前就必须标准配置，后期是无法修改的，恰恰我这个是先天不足后天修改。只能从电气上下一些功夫了，理论上是VC控制，基本上满足99%的安全使用了，为了更加安全所以想到了这个方法！

如果K版有时间还是请你继续鞭策一下！前辈的经验是难能可贵的！！！

断绳保护，还有一个办法，不用负载侧的编码器，就是检测变频器控制电机的转矩分量大小来决定是否急停保护。

如果断绳，电机的负载转矩就会突然消失所以此时的负载转矩会很小，仅仅是电机带减速箱所产生的摩擦阻力。此时确认断绳保护即可。

为了符合逻辑，可以再加上一个条件，就是在运行状态（变频器在启动中）。这样，只要运行时没负载，就输出急停保护，同时发出报警信息。

如果就是空载运行，可以单独设置一个选择。以区分带载运行。一旦选择空载运行，就把断绳保护功能屏蔽。但是此时仍然检测电机的负载转矩，太大了不运行，说明有载荷。不是空载。

总之，两种运行状态的负载转矩阈值，需要自己现场权衡来决定，保证空载运行就是纯净的空载，带载就是带载。以保证带载时，断绳保护的有效性。

尽管这样多了一个选择操作开关，但是，可以省掉负载侧安装编码器。应该更简单一些。

两种方案，自己权衡。仅供参考。

我觉得，哪种方案其实都有效。就看自己熟悉哪种用哪种了。负载侧的速度检测，其实也没必要非要用光学编码器，用接近开关，每周多搞几个信号就可以了。有一种接近开关，可以每周60个信号的。足够用。用编码器，尽管每周脉冲数很多，但信号比较娇气，容易被干扰。调试时挺麻烦的。可靠性相对要差些。

K版！

我们这个设备与电梯不一样，绳子断开了就回天乏术了。其实我只考虑负载与电机的速度成正比线性就可以。如果不是线性上升误差大于设定值就强制紧急制动，也就是说我运行S1方向时从0速加速度到额定速度，为了保证负载也是与加速度信号一致性的，所以必须安装编码器在卷扬上测量速度与电机上的闭环编码器反馈的速度比之。如果加速度与实际速度误差大于

+-5%就认为失速，（当然变频器已经具备了这个功能）这里因为变频器只是控制高速轴，而卷扬是低速轴，他们之间还有几条传动轴，担心之间的传动轴出现问题，电机实际上是在向S1加速，而卷扬是在S2反方向的加速（也就是我们说的自由落体）那么这个时候就必须立即断开制动器的工作电源立即制动。也就是多了一道溜车连锁保护而已。

现在的问题是加速度是由操作人员随便给的，有两个档位，第一档30%速度第二档100%速度，这个速度给定值是立即给定的，是没有斜坡时间的，变频器收到速度给定值以后是斜坡上升的，我这里确实就是想把加速度给定值也做一个斜坡函数，与卷扬的上的速度编码器进行比较，来判断卷扬是否失速，同时也监控变频器反馈的速度进行参考。

理论上变频器的加减速斜坡函数假设=5S，因为负载的大小问题，实际的加减速时间不一定是5S，那么我卷扬上的斜坡函数线性化的参数就不好确定。

理论上我使用了DP通讯，读取变频器的输出频率减去卷扬上的编码器测量出来的频率与公差进行比较来判断是否要停机，但是我还是希望把操作信号的加速度做一个斜坡函数来进行参考更加合适。

一般卷扬机，我们设计的都是两个编码器加一个测速机（有的现场已经不用了），编码器一个装电机侧，一个装卷扬侧用来做保护用，比如测速断线，编码器脉冲数断线 当然对于断轴会增加断轴保护，断轴保护主要用的是霍尔传感器和电机侧编码器来做！如果卷扬机有天轮的话，天轮也尽量安装编码器做天轮防滑保护！像你这种情况你可以将变频器的实际运行速度送到PLC与编码器进行比较来做断轴，但是对于安检部门去对设备进行检测的时候还是需要有专门的断轴开关比较好，他们好做实验！

电梯有两套保护，一套是失速、一套是断绳（链）保护，结构很简单，不过安全装置需要有资质的才能做

这不就是y＝kx+b。

x是电机当前位置，y是卷桶企图到达位置，k是传动比，b是各种间隙加磨损加刚性变形等等。用y与实际编码器比较，在正负2b的范围内判断为正常。2b是我假定的幅度。

谢谢专家的解答！

这不就是y＝kx+b。

x是电机当前位置，y是卷桶企图到达位置，k是传动比，b是各种间隙加磨损加刚性变形等等。用y与实际编码器比较，在正负2b的范围内判断为正常。2b是我假定的幅度。

不知道这斜率函数使用在速度测量上如何？Y=卷扬企图的速度。

速度是位置的增量。也可以啊。用电机的增量算出来的就是卷扬企图的增量。

你每多少毫秒运算一次这个过程其实就是速度了。

注意一个小细节，b是没有增量的，也正如常数的导数为0。但最终的比较又不可以用等于做比较，必要有一定的宽度。

电机的增量假设为0-50HZ之间 卷扬的增量假设为0-50HZ之间，企图让电机运行在25HZ，判断卷扬是否运行在25HZ之间，理论上企图的速度（25）*以斜率（或者说加减速斜坡函数）问题是会因为负载的不同斜率也会有所发生变化！这个如果要测量准确度高一些有没有好的办法？

或者说还有一种情况，实际上我发出来的命令是让电机正方向运行，实际上电机是反方向运行，卷扬也是反方向运行，假设他们的速度是一致的，但是方向反了，所以必须考虑给定的速度（企图的速度，3者必须呈线性上升，有任何一个误差大于设定值都必须强制停止下来，现在的问题在于企图的速度斜率不好把控）

咦？你认为速度是变频器的频率啊。

我认为应该是编码器的增量啊。

装上了编码器，变频器的行为便可以无须理会了。在某100毫秒测得电机增量是90脉冲，计算得卷筒应该是1.8的增量，实际收到1个脉冲。应该判断为正常。

我是这个意思。

电机闭环编码器是接入变频器的，不好读取到电机闭环编码器上的脉冲吧？读取变频器的频率有DP通讯倒是比较容易的，卷筒编码器的脉冲是接入PLC的计数器这个是比较容易读取脉冲的，

你看看这样行不行？接入PLC的编码器选择为频率测量，读取变频器的频率，与它进行计算？

你这个方法令我茅塞顿开！谢谢！希望继续鞭策！！

我来给个外行的建议哈:

貌似现在的项目都是tmd全自动化项目了!跟机械一点关系都没有了?!断轴也全是电气的事情了?我虽然没做过提升起重,但是我知道,卷筒上那个编码器,太tmd不可靠了!中间那么多环节,哪个出问题,卷筒的这个刹车都起不了作用

楼主的探索精神可嘉,但是,能不能别这么实诚,你是老板吗?万一出了问题,你自保还是他保你

老实说,搞电气维护10几年了,我现在看到电的东西作为安保件,都暗暗地捏一把汗

顺便问下你们经常做项目的,搞机械设计的都绝种了吗?

减速机的编码器是如果给1200的呢？没看到，高速脉冲还是总线通讯的？

如果是g120之类的，电机编码器数据应该是可以读到的吧？！

我考虑的可能比较简单。如果单纯为了保护用，减速机带的编码器做个速度判断就行了，可以把它反馈的速度和变频器反馈的做个对比。当然得加延时了。

另外，电机的编码器没考虑直接放到减速机这边吗？

机电不分家，他们两缺谁都不可以。。

事实上没有这么严重，安全没有绝对。尽量把电气上能做的东西去做好它。机械上的尽量协调

理论上闭环编码器应该是直接装在电机轴上，如果装减速机上会不会动态响应不好？测量速度进行比较也是个好办法！

1 如果选择卷筒上安装编码器，算出对应1.2倍电机同步转速的值，大于这个值就关闭安全制动器；

2 如果选择卷筒上安装超速开关，选型时，其动作值也是对应1.2倍电机同步转速的值；

3 编码器或超速开关安装时最好有增速装置，提高检测精度；

4 为避免误动作对机械的冲击，安全制动器和电机制动器要有一个正确的动作顺序。

必须得赞一个！

满满的经验！

第3项能否说说增速度装置是一个什么情况？不是直接与机械直连就可以了吗？

你说的这个增速装置是不是速比的换算？

对，比如减速机速比50：1，增速装置就是1：50，主要是提高测量精度。在现场也有不用增速装置的，提高编码器的脉冲数。

我对这个1.2有异议。

明明传动比硬性固定是50倍，只要测出是50.1的传动比都是错的，仅仅存在传动副间隙产生的有限的偏差而已。为何还要给出0.2倍的互动量，超差才算出事？

不能理解。

    起重机的起升机构上的超速开关是标配。变频系统因速度控制稳定，常取电机同步转速的1.2倍作为超速动作值，如果是采用定子调压方式来控制，电机速度的稳定性稍差，通常会取1.3倍，避免误动作。因为要做断轴保护，所以要在最后一个环节-卷筒上安装超速开关或编码器，检测转筒的速度是否异常。

以上是只在卷筒上安装超速开关或编码器来检测断轴时的做法。如果通过在电机和卷筒之间安装编码器来判断是否断轴，当然就不需要考虑1.2倍的关系了。

哦，了解。你也是像楼主一样用变频器的频率作准。

我一直都是觉得要把电机编码器同时进驱动器和plc，把卷筒的编码器进plc。做电机和卷筒的位置量比较。

断绳子了，还能保护？

在起重机上还真有断绳保护。

一台起重机是否具有断轴或断绳保护，取决于它吊运的负载的类别和出现断轴、断绳后的危害程度，国家在这方面有强制要求。已在用的起重设备是否需要具有以上功能，当地特检所会提前通知的，而这就需要改变起升机构的机械结构和钢丝绳的直径了，改动量大。 

其实很早都在关注这个帖子，今晚上看了后，受益匪浅，

说到保护我觉得还是借鉴电梯的保护，为什么，当你坐电梯的时候，你觉得是否安全，而他是一个很成熟验证很多遍的设计。

编码器的安装我不是很推荐，环境的因素对其影响太大，甚至电缆的布线，安装的精度都会影响其性能，我们的行车设计的编码器早就失效了，报一次故障等抱闸抱住可能钩子已经溜了，，维护起来不方便，改为SLVC也用很长的时间了，，K版接近开关检测我倒觉得是一很好的方案，因为接近开关多皮实，刮风下雨我都不怕，，

我们的提升设备一般都有安全钳，底下安装一个限速器，其与安全钳勾连实现机械上的防坠保护，另外，限速器上面也有个行程开关，触发时可以实现断电或者报警功能。

贴一个常用的型号图片：

北版：

 你在提升应用上不加编码器？这样恐怕不妥吧？你的起重机负载率在多少？例如100T的起重机你会不会起吊100T？如果只是起吊50T应该没有问题，满载恐怕有溜车的风险。

建议还是加编码器做闭环控制。

做机械保护电气上也就是比较电机速度码盘和卷筒速度码盘。如果是比较速度需要考虑当前速度，如果是低速如何处理，机械间隙对速度影响等，处理起来较复杂。我认为比较位置增量比较好，前面已经说过y=kx+b，判断超差条件2b，可以根据运动方向判断。

电机的位置可以靠电机实际速度积分得到，如果是传码盘数据也需要处理清零问题，反而复杂。卷筒位置直接用码盘脉冲计算。

借楼问个问题，22kw电机，30kw的g120，无编码器矢量控制，加重负载后，上升时起不来，直接被拉着往下坠，然后报电机失步。参数上有什么进一步优化的地方吗？

修改p1755从100调整到30，有效果，但是依然存在下坠的问题。

起动转矩不足，可把连续转矩提升P1610和加速度转矩提升P1611逐步提高试试（这是MM440的参数，不知G120的参数是否有变化？）

起重机行业采用高低速轴双编码器做断轴保护的方案有很多年了，几乎与变频方案是同步的，从我刚开始工作时就已经开始用了，而且现在应该是行业保准及标配了，我不知道楼主在起重行业混了这么多年，这个难道不知道吗？

标准的做法是：电机编码器进一分二脉冲分路器，一路进变频做速度闭环控制，另一路进PLC与低速端编码器信号做差分比较判断是否断轴（最好用A/B/Z相）。不能使用通讯传递速度信号，那是滞后与滤波的。

另外断轴算法也不仅仅是上述公式，起重机机械不属于精密机械，电机减速机及卷筒组成的传动系存在较大的回隙，要求快速响应并且防止误报的话对细节处理还是有一定要求的。响应速度的快慢，对断轴后下坠高度的控制是有直接关系的。

目前来说，一般应用S7-200SMART，S7-1200的基础型号都是比较适合做这方面的控制任务的，但是通讯归通讯，必要的硬线控制还是必须的。高大上方案有专门的安全系统，可目前国内常规起重机连个安全继电器都不用的。

谢谢Z版的经验！

你说的不建议通讯意思是不建议带DP通讯的编码器吗？

电机上的编码器脉冲我现在是通过DP通讯读取变频器的状态字来获取

低速轴上的编码器是直接接入1200的高速计数器，

通过以上获取到的两个编码器脉冲值来进行斜率计算，误差大于xx脉冲超过xx时间就立即报警停止。

我认为DP通讯在MS级别理论上读取变频器的控制字来获取闭环编码器脉冲应该是可行？

10张点赞券基本上都给此贴了，直到后来想给点赞没有了。

从元件选用，检测信号确定，再到系统的概括，受益匪浅。

对典型的行业应用，能够提供完善的系统解决方案，高屋建瓴地将控制理论、硬件和软件整合到一起，并能够对其从控制质量到经济成本等多角度分析优劣，熟悉控制系统的历史发展，恐怕这才应该是我们的追求目标。

受教了，谢谢几大版主。

我讲了这么多白讲了。

楼主，总之一句话，你最后那句结论是错误的，甚至我可以断言你没有做过这方面的实践，编程或者调试。

西家的闭环驱动MM440/G120/S120/V90，你倒是通过PLC读一个编码器的实际脉冲值我看看。

我的理解是，电机轴和低速轴都应该用编码器来获得该值。分子与分母才能在时间上一致。刚好看卷曲的直径计算里面就有这个，带材线速度和卷曲电机转速都是编码器直接获得的，然后相除求卷径。你这个断轴检测和卷径的可靠性检测有异曲同工之妙。

顺便啰嗦一句，我看S120的DCC卷曲工艺块里面就有对卷径可靠性判断，方法就是卷径增加的斜率不能大于计算机采样后理论计算的值。

zane版主已经说的很明确了，通讯读取变频器里值是滤波和滞后的。很明显时间单位上差了N倍吧。

Z版！

是的！我后面那句话说错了，不是控制字，是过程状态数据字，这里还没有确定变频器的型号，只是讨论通过1200+DP读取变频器的过程数据字来获取编码器脉冲值。

暂且理解为可以读取变频器获取闭环编码器脉冲值，采用DP通讯。

通过DP获取变频器读取到的编码器脉冲延时会超过100ms？读取变频器里面的脉冲与卷扬上的脉冲我设置的滤波时间是350ms理论上变频器反馈的数据响应慢一点可以接受的。

Z版的工程经验丰富，非常感谢您的跟帖，还希望你继续指教！！

通讯读取变频器里值是滤波和滞后的。很明显时间单位上差了N倍吧。

回复：不要求实时数据，控制在100ms以内是没有问题的。也就是说从变频器获取的编码器脉冲值与PLC通过高速计数器获取的卷扬编码器脉冲那个滞后100ms范围以内都是可以接受的。

在常规的起重机上的确没有这样的功能，这样的保护功能基本上是在港机使用的比较多。

350毫秒的自由落体高度是600mm，这个指标能接受吗？

是的，在较短的采样时间窗口内，低速轴编码器的脉冲增量N1×减速比 减去 高速轴编码器的脉冲增量N2后的绝对值，应该始终小于一个固定范围的值，无论运行速度的快慢，另外还可以加上两个编码器的转向一致性辨别。

600mm可以接受的！

也可以使用 N1*减速比/高速轴编码器脉冲的绝对值 .比较误差 >x%<x%来判断是否斜率不一致？

这个是做速度判断，来判断速度误差是否大于百分之多少来进行紧急制动。

GB3811-2008起重机设计规范已经对起重机安装安全制动器以及安全制动器投入运行的条件做了说明，各项工作都是围绕着这个标准来实施，有多种方法。

GB3811-2008.jpg

没有必要，脉冲数的误差值与速度没有关系，只与减速比有关系，而你的方法在低速尤其是大减速比的工况下就不那么靠谱了

Z版！

谢谢你的经验！

我的想法如下请你帮忙看看

低速轴

低速脉冲*减速比 通过10赫兹上下边缘（西门子P,N指令）采样100ms前与100ms后的值， 后者减去前者的差等于=低速脉冲的增量

高速轴

读取变频器过程状态字来获取高速脉冲数值 通过10赫兹上下边缘冲采样100ms前与100ms后的值， 后者减去前者的差等于=高速脉冲的增量

高速脉冲增量-低速脉冲增量，与（最大允许错误值 OR 最小允许错误值）进行比较，错误时间大于350ms 就置位故障输出。

另外一个就加上编码器的方向判断：

通过变频器状态字获取变频器的方向信息，通过操作信号判断企图的方向输出，通过编码器判断实际的方向输出，3者一致性表示正常，否则为故障。

请Z版看看！

问一下，如果出现了断绳或断轴（抱闸后），电气控制检测到了，有没有好的办法防止事故发生？电气上能解决吗？

该机械的事还是交给机械吧！断绳的几率远大于断轴。

在起重机上，断轴保护需机电配合，而断绳保护则需在机械设计时考虑，涉及的环节多。

不论是断轴还是断绳，负载自由落体的状态是共性吧？如果是，那么起重机控制对负载的失控下自由落体保护就是最后一个防线了。就像是驾驶员的安全带，在遇到突然地加速度时，会自动锁紧实施保护。而正常的上升或下降速度下，这个保险带是松弛的，不受力。

PLC 1200与传动的通讯这么慢吗？会有100ms的滞后？我们以前做过一些定位控制把6ra70的位置传到plc再做控制，据说只有10ms的延迟呀。我认为用传动通讯过来的位置信息也可以做位置保护。

但是如果要是做工程，Z版的方式是首选的，条理清晰两级保护，而且经过工程验证，这样的方案才是最好的。