CN101628693A

CN101628693A - 一种起重机用双冗余力矩限制器

Info

Publication number: CN101628693A
Application number: CN200910063459A
Authority: CN
Inventors: 陈家忠; 王进
Original assignee: YICHANG CITY CHUANGXING ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: YICHANG CITY CHUANGXING ELECTRONIC TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2010-01-20

Abstract

一种起重机用双冗余力矩限制器，包括电源模块、双冗余数据采集模块、双冗余数据处理模块、双冗余数据显示模块和控制模块，其中，双冗余数据处理模块由单片机和PLC控制器组成；双冗余数据采集模块中，重量传感器组分别与单片机和PLC控制器连接，角度传感器组分别与单片机连接和PLC控制器连接；控制模块中，控制器通过输出电路与单片机连接，控制器与PLC控制器连接；双冗余数据显示模块包括力矩限制器显示器和车身控制显示器。本发明具有两套互为冗余的数据采集、数据处理和数据显示模块，在任一模块出现故障的情况下整个系统均能正常运行，从而可确保在任何情况下大中型起重机的安全运行。

Description

一种起重机用双冗余力矩限制器

技术领域

本发明涉及一种起重机用安全保护装置，特别是一种起重机用双冗余力矩限制器。

背景技术

随着国民经济的迅速发展，国内对起重机的市场需求也在不断增加。随经济建设新一轮启动，工程起重机的市场竞争格局发生巨大变化，起重机发展的重心也从小吨位向中大吨位发展。根据有关资料，我国2005年从国外进口大中型起重机的数量达400多台，生产的起重机数量超过10000台，2007年我国生产起重机仅徐州重工一家就超过10000台，其中，大中型起重机约占起重机总量的20％～30％。

目前，国内的力矩限制器的生产厂家有近40家，但其大多数产品由传感器、单片机及显示器、报警器和控制器等组成，其工作原理是由传感器不断地将采集到的起重机信号传送给单片机进行运算分析处理后，不断将显示信号送显示器，报警信号送报警器，控制信号送控制器，只允许起重机在安全范围内工作，自动禁止起重机向危险方位运行。此类力矩传感器技术含量低，一旦单片机，传感器或显示器出现故障则不能使用，存在着严重的安全隐患，只能应用于小吨位的起重机，而对力矩限制器的无障碍工作时间及可靠性指标要求高的大中吨位起重机所用的力矩限制器基本上还是依赖进口或跨国公司在国内的分公司生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种起重机用双冗余力矩限制器，它具有两套互为冗余的数据采集、数据处理和数据显示模块，在任一模块出现故障的情况下整个系统均能正常运行，从而可确保在任何情况下大中型起重机的安全运行。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种起重机用双冗余力矩限制器，包括电源模块、双冗余数据采集模块、双冗余数据处理模块、双冗余数据显示模块和控制模块，其中，

双冗余数据处理模块由单片机和PLC控制器组成，单片机与存储器连接；

双冗余数据采集模块中，重量传感器组由两支重量传感器组成，每支重量传感器通过输入电路与单片机连接，每支重量传感器与PLC控制器连接，角度传感器组由两支角度传感器组成，每支角度传感器通过输入电路与单片机连接，每支角度传感器与PLC控制器连接；

控制模块中，控制器通过输出电路与单片机连接，单片机报警器通过输出电路与单片机连接，控制器与PLC控制器连接，PLC报警器与PLC控制器连接；

双冗余数据显示模块中，力矩限制器显示器分别与单片机和PLC控制器连接，车身控制显示器分别与单片机和PLC控制器连接。

角度传感器组中，一支角度传感器采用线性电位器，另一支角度传感器采用光电编码器。

它还包括远程通讯及维护模块，其中，GPS模块与通信CPU卡连接，GPRS模块与通信CPU卡连接，通信CPU卡与CAN通信电路连接，CAN通信电路与PLC控制器连接，CAN通信电路与单片机连接，GPRS模块发送的数据由数据服务器接收处理；此时，力矩限制器显示器通过CAN通信电路分别与单片机和PLC控制器连接，车身控制显示器通过CAN通信电路分别与单片机和PLC控制器连接。

本发明的优点如下：

1、功能齐全、安全性强、可靠性高，它利用双冗余设计理念和技术，具有两套互为冗余的数据采集、数据处理和数据显示模块，除具有一般力矩限制器自动检测、实时监控和安全保护功能外，在任一模块出现故障的情况下整个系统均能正常运行，从而可确保在任何情况下大中型起重机的安全运行；

2、精确度高，双冗余数据采集模块中的每支传感器采集的信号被双冗余数据处理模块中的单片机和PLC控制器分别独立计算，任一传感器出现异常均能被发现，；角度传感器组的采用两支不同结构的角度传感器，保证了整个系统采集到的数据的精确性；

3、远程通讯及维护模块的安装实现了远程通讯、远程诊断和远程维护，可将起重机在运行过程中出现的故障的有关信息传给有关生产厂家，进行远程故障诊断和在线帮助，节省了时间和维护成本，还可对起重机运行过程中的出现的违规操作进行远程监控管理，提高了起重机操作的安全性；

与其它厂家生产的用于大中型起重机的力矩限制器相比，本发明的总体性能更高，实用性强，适于推广。性能指标如下表所示：

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明远程通讯及维护模块的工作原理图；

图3是本发明通信CPU卡的程序流程图；

图4是本发明数据服务器端的程序流程图；

图5是本发明角度传感器组的安装示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括电源模块1、双冗余数据采集模块2、双冗余数据处理模块3、双冗余数据显示模块4和控制模块5，其中，

双冗余数据处理模块3由单片机和PLC控制器组成，单片机与存储器连接；

双冗余数据采集模块2中，重量传感器组7由两支重量传感器组成，每支重量传感器通过输入电路与单片机连接，每支重量传感器与PLC控制器连接，角度传感器组8由两支角度传感器10，10’组成，每支角度传感器10通过输入电路与单片机连接，每支角度传感器10与PLC控制器连接；

控制模块5中，控制器通过输出电路与单片机连接，单片机报警器通过输出电路与单片机连接，控制器与PLC控制器连接，PLC报警器与PLC控制器连接；

双冗余数据显示模块4中，力矩限制器显示器分别与单片机和PLC控制器连接，车身控制显示器分别与单片机和PLC控制器连接。

它还包括远程通讯及维护模块6，其中，GPS模块与通信CPU卡连接，GPRS模块与通信CPU卡连接，通信CPU卡与CAN通信电路连接，CAN通信电路与PLC控制器连接，CAN通信电路与单片机连接，GPRS模块发送的数据由数据服务器接收处理，此时，力矩限制器显示器通过CAN通信电路分别与单片机和PLC控制器连接，车身控制显示器通过CAN通信电路分别与单片机和PLC控制器连接。

本发明的工作原理如下：

平时工作时，整个系统由PLC控制器控制，将来自起重机不同部位的重量传感器组7和角度传感器组8采集的数据进行分析计算后，将结果显示于安装在起重机驾驶室内的力矩限制器显示器上，当起重机超载或超幅时，PLC控制器会向控制器发出控制指令，立即制止起重机继续起升，并向报警器发出报警指令，报警器会向操作人员发出≥70bp的报警声音，提示操作人员注意；同时，PLC控制器每隔固定时间会向单片机发送“正常工作”的信号，一旦PLC控制器发生故障，单片机会在无法收到“正常工作”的信号时接替PLC控制器的工作，对整个系统进行控制。

重量传感器组7中的每支重量传感器工作时同时向PLC控制器和单片机传送信号，PLC控制器和单片机各存有不同的信号采集软件，两套独立的信号被采集到PLC控制器和单片机中，经过独立的计算，两数据被合二为一后，再与额定数据表进行比较、分析和处理，当重量传感器组正常工作时PLC控制器或单片机是工作在重量传感器组的工作曲线上，若某一支传感器出现异常或故障时，系统能迅速做出判断，并关闭出现异常或故障的传感器信号通道，自动切换到单传感器工作曲线上。

如图5所示，角度传感器组8的两支角度传感器10，10’分别安装在起重机两个重锤9，9’的一侧，一支角度传感器10采用线性电位器，另一支角度传感器10’采用光电编码器；其双冗余工作原理与上述的重量传感器组7相同。

力矩限制器显示器与车身控制显示器安装在起重机的驾驶室中，两个显示器中均装有力矩限制器显示器显示软件和车身控制显示器显示软件，正常情况下，力矩限制器显示器上显示的是有关力矩限制器的信息，车身控制显示器上显示的是关于起重机车身控制系统的信息，但每隔固定时间力矩限制器显示器与车身控制显示器会向对方发送“正常工作”的信号，一旦一方出现异常，运行正常的显示器会自动发出报警信号，操作者可通过手动按键进行切换，在运行正常的显示器中显示出力矩限制器和车身控制系统的所有信息，实现“合二为一”同屏显示，确保在任何情况下系统的信息得从正常显示。

远程通讯及维护模块6的工作原理如图2所示，GPS模块实时接收卫星定位数据，然后通过RS232接口把数据传送给通信CPU卡，通信CPU卡同时通过CAN通信电路从PLC控制器或单片机中获取本发明的性能参数，然后把GPS数据和力矩限制器的性能参数通过另一个RS232接口传送给GPRS模块后，GPRS模块通过移动的GPRS网络和Internet实现数据的无线传输，由设在特定地点(力矩限制器生产厂家或起重机生产厂家)的数据服务器接收，数据服务器根据接收到的数据，从而确定起重机的当前位置和运行状态，若出现故障，发送控制指令和数据可通过通信处理主板到达力矩限制器的PLC控制器及单片机，实现故障的远程诊断和远程维护。

远程通讯及维护模块6的硬件如下表所示：

硬件名称	硬件特性	作用
硬件名称	硬件特性	作用	本发明PLC控制器及单片机	通信客户端	系统核心
GPRS模块	内嵌TCP/IP协议、无线传输Model	负责发送和接收无线数据	本发明PLC控制器及单片机	通信客户端	系统核心
GPRS模块	内嵌TCP/IP协议、无线传输Model	负责发送和接收无线数据	SIM卡	移动GPRS服务卡	/
GPS模块	/	接收并处理定位卫星的数据，然后把数据发送给力矩限制器主机	SIM卡	移动GPRS服务卡	/
GPS模块	/	接收并处理定位卫星的数据，然后把数据发送给力矩限制器主机	通信CPU卡	单片机	从CAN通信电路上读取数据，处理RS232接口的数据，是通信的客户端
数据服务器	高性能PC机	从互联网上接收GPRS模块发送的数据，并处理	通信CPU卡	单片机	从CAN通信电路上读取数据，处理RS232接口的数据，是通信的客户端

数据服务器端的程序流程图如图3所示，数据服务器端的程序流程图如图4所示。

本发明的性能指标如下：

1、系统误差： ≤±5％；

2、显示误差： ≤±5％；

3、控制误差： ≤±5％；

4、继电器触点容量： DC24V 10A；

5、报警点设置： a、报警点：额定起重量的90％；

b、控制点：额定起重量的105％~130％(可调)；

6、系统工作温度： -40℃～70℃；贮存温度：-40℃～85℃；湿度：0～95％RH

7、系统瞬间抗浪涌电压能力：≤5000V；

8、GPRS模块通信速率： 115k/s；

9、卫星定位精度： ≤10m；

10、首次故障前工作时间：≥1500h；

11、可靠度： ≥95％；

12、使用寿命： ≥30000h；

13.工作电源： DC24V±30％；AC220V±15％。

PLC控制器的程序与单片机的程序由不同的人编写，以防同样的逻辑错误发生。

Claims

1、一种起重机用双冗余力矩限制器，包括电源模块(1)，其特征在于：它还包括双冗余数据采集模块(2)、双冗余数据处理模块(3)、双冗余数据显示模块(4)和控制模块(5)，

双冗余数据处理模块(3)由单片机和PLC控制器组成，单片机与存储器连接；

双冗余数据采集模块(2)中，重量传感器组(7)由两支重量传感器组成，每支重量传感器通过输入电路与单片机连接，每支重量传感器与PLC控制器连接，角度传感器组(8)由两支角度传感器(10，10’)组成，每支角度传感器(10)通过输入电路与单片机连接，每支角度传感器(10)与PLC控制器连接；

控制模块(5)中，控制器通过输出电路与单片机连接，单片机报警器通过输出电路与单片机连接，控制器与PLC控制器连接，PLC报警器与PLC控制器连接；

双冗余数据显示模块(4)中，力矩限制器显示器分别与单片机和PLC控制器连接，车身控制显示器分别与单片机和PLC控制器连接。

2、根据权利要求1所述的一种起重机用双冗余力矩限制器，其特征在于：角度传感器组(8)中，一支角度传感器(10)采用线性电位器，另一支角度传感器(10’)采用光电编码器。

3、根据权利要求1所述的一种起重机用双冗余力矩限制器，其特征在于：它还包括远程通讯及维护模块(6)，其中，GPS模块与通信CPU卡连接，GPRS模块与通信CPU卡连接，通信CPU卡与CAN通信电路连接，CAN通信电路与PLC控制器连接，CAN通信电路与单片机连接，GPRS模块发送的数据由数据服务器接收处理。

4、根据权利要求3所述的一种起重机用双冗余力矩限制器，其特征在于：力矩限制器显示器通过CAN通信电路分别与单片机和PLC控制器连接，车身控制显示器通过CAN通信电路分别与单片机和PLC控制器连接。