CN101997300B

CN101997300B - 一种起重机电机力矩保护装置及其监测控制方法

Info

Publication number: CN101997300B
Application number: CN 200910013358
Authority: CN
Inventors: 刘治勇; 唐儒兵; 董武家; 黄宝新; 梁宏丽; 王琳; 王洪斌
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: CN101997300A

Abstract

本发明涉及一种起重机电机力矩保护装置及其监测控制方法，由取样电路、放大电路、档位信号电路、单片机控制电路及输出电路组成。取样电路输入端与霍尔电压互感器及电流互感器相连，输出端连接放大电路，放大电路连接单片机控制电路；档位信号通过处理后进入单片机，连接单片机控制电路的输出电路将信号输出分为故障指示和故障输出。由于通过霍尔电压互感器及电流互感器取信号，并通过单片机对信号进行处理，采样、控制灵敏度高，安全可靠。且结构简单，生产成本低，能有效的实时监测保护电机，避免由于控制系统缺陷造成的重物失控现象发生。

Description

一种起重机电机力矩保护装置及其监测控制方法

技术领域

本发明属于电气设备领域，尤其涉及一种用于起重机电机力矩的保护装置及其监测控制方法。

背景技术

现有的电机力矩监测保护器通常是用一般电压互感器或电流互感器进行采样信号，采用模拟电路进行控制，这种控制方法的缺点是：模拟电路信号构建复杂，采样信号精确度不高，其精确度仅有2V；且控制电路繁复，体积大，成本高，控制灵敏度低。因此，不时出现由于控制系统缺陷或失灵而造成重物失控的现象发生，轻则给设备和人身安全造成严重威胁，重则将酿成重大的设备损害和人员伤亡事故，给国家和企业造成不应有的损失。

发明内容：

本发明的目的旨在提供一种结构简单，成本低廉，反应灵敏，安全可靠，采样和控制精度高，能有效实时监测电机力矩，避免重物失控的保护装置及其监测控制方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种起重机电机力矩保护装置，由取样电路1、放大电路2、档位信号电路3、单片机控制电路4及输出电路5组成；取样电路1输入端与霍尔电压互感器及电流互感器相连，输出端连接放大电路2，通过连接在单片机控制电路4上的三相放大电路2对三相取样电路1的输出进行放大，并输入到单片机控制电路4的单片机IC1；档位信号电路3连接单片机控制电路4，正反向档位信号通过处理后进入单片机IC1；单片机控制电路4输出端连接输出电路5，输出电路5将单片机IC1处理的三相电压信号与档位信号变成三路信号输出：一路为故障指示，二路为故障输出，三路为继电器控制电路。

一种起重机电机力矩保护装置监测控制方法，其取样电路1通过接线端子1AB、接线端子2AB和接线端子3AB连接霍尔电压互感器及电流互感器，采集三相电流信号，并将三相电流信号经过整流电路整流、滤波和稳压后输入到放大电路2；放大电路2由运算放大器通过电阻构成负反馈放大，将三相电流信号分别由弱信号放大成强信号，并将放大后的三相电流信号分别输入单片机IC1的18脚、1脚和2脚；档位信号电路3负责采集档位信号，由接线端子7AB实现正反转控制切换，经过延时电路短暂延时后，将切换信号通过单片机IC1的6脚输入单片机IC1；单片机控制电路4为PIC16C54-10P系列，单片机IC1的4脚为上电复位电路，主要对单片机IC1内部初始化，防止内部程序出错，单片机IC1的15、16脚为外部振荡电路，决定单片机IC1的运行速度及输出信号的快慢，单片机控制电路4通过单片机IC1对档位信号或电流信号进行综合处理，并根据处理后的信号性质，分别按三路信号输入到输出电路5，一路为电源指示，二路为故障指示，三路为控制信号输出；输出电路5分别为电源指示、故障指示和控制继电器K1A电路，继电器K1A的触点控制外部电源，通过接线端子4AB、接线端子5AB和接线端子6AB进行故障控制输出；当电机力矩没产生或电机力矩不够时，力矩故障输出点控制电控系统主电源或控制电源，使电控系统停止工作。

所述的运算放大器的运算速度为0.25us，信号放大范围为1∶4。

所述的单片机IC1的15、16脚的振动频率为4MHz。

所述的档位信号电路3中的延时电路延时时间为500ms。

本发明的有益效果为：

本电机力矩监测保护装置通过霍尔电压互感器及电流互感器取信号，通过单片机对信号进行处理，当电机力矩没产生或电机力矩不够时，力矩故障输出点控制电控系统主电源或控制电源，使电控系统停止工作，从而采样准确，其信号精度达到0.1V，控制灵敏度高，安全可靠。且结构简单，生产成本比较低，能有效的实时监测保护电机，避免了由于控制系统缺陷或失灵而造成重物失控的现象发生，具有极其重要的社会效益和经济价值。

附图说明

图1为起重机电机力矩监测保护装置结构框图。

图2为起重机电机力矩监测保护装置电路原理图

图中：取样电路1、放大电路2、档位信号电路3、单片机电路4、输出电路5。VDD为+12V电源，GND为接地，接线端子1AB、2AB、3AB为互感器信号，接线端子4AB、5AB、6AB为控制输出点，接线端子7AB为档位信号。二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9，三极管Q1，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，集成块A1A、A1B、A2A，与非门电路集成块U1A，单片机IC1，正向开关S1、反向开关S2，晶振B，继电器K1A、K1A的控制输出点K1B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

由图1可见，本发明起重机电机力矩监测保护装置主要由取样电路1、放大电路2、档位信号电路3、单片机电路4和输出电路5五个部分组成。取样电路1连接放大电路2，放大电路2连接单片机电路4；同时，单片机电路4的前部输入端还连接档位信号电路3，输出端连接输出电路5。

图2中五个虚线框所圈定的五个部分即分别为取样电路1、放大电路2、档位信号电路3、单片机电路4和输出电路5。三相取样电路1的每一相均包括1个互感器信号接线端子(AB)、2个二极管(D)、2个电阻(R)及1个电容(C)。三相放大电路2每相含有3个电阻(R)及1个集成块(A)。档位信号电路3是由接线端子7AB、电容C8、非门电路集成块U1A、2个电阻R20、R21和正向开关S1、反向开关S2所组成。单片机电路4包括单片机IC1、晶振B、电容C4、C5、C6、C7及电阻R16、二极管D7。输出电路5则是由3个输出点接线端子4AB、5AB、6AB、2个继电器K1A、K1B、2个二极管D8、D9和3个电阻R17、R18、R19所组成。

取样电路1输入端与霍尔电压互感器及电流互感器相连，输出端连接放大电路2，通过连接在单片机控制电路4上的三相放大电路2对三相取样电路1的输出进行放大，并输入到单片机控制电路4的单片机IC1；档位信号电路3连接单片机控制电路4，正反向档位信号通过处理后进入单片机IC1；单片机控制电路4输出端连接输出电路5，输出电路5将单片机IC1处理的三相电压信号与档位信号变成三路信号输出：一路为故障指示，二路为故障输出，三路为继电器控制电路。

本发明起重机电机力矩保护装置的监测控制方法是：取样电路1通过接线端子1AB、接线端子2AB和接线端子3AB连接霍尔电压互感器及电流互感器，采集三相电流信号，并将三相电流信号经过整流电路整流、滤波和稳压后输入到放大电路2；放大电路2由运算放大器以0.25us的运算速度通过电阻构成负反馈放大，将三相电流信号按1∶4的放大范围分别由弱信号放大成强信号，并将放大后的三相电流信号分别输入单片机IC1的18脚、1脚和2脚；档位信号电路3负责采集档位信号，由接线端子7AB实现正反转控制切换，经过延时电路500ms的短暂延时后，将切换信号通过单片机IC1的6脚输入单片机IC1；单片机控制电路4为PIC16C54-10P系列，单片机IC1的4脚为上电复位电路，主要对单片机IC1内部初始化，防止单片机IC1内部程序出错；单片机IC1的15、16脚为外部振荡电路，振动频率为4MHz，主要功能是决定单片机IC1的运行速度及输出信号的快慢，单片机控制电路4通过单片机IC1对档位信号或电流信号进行综合处理，并根据处理后的信号性质，分别按三路信号输入到输出电路5，一路为电源指示，二路为故障指示，三路为控制信号输出；输出电路5分别为电源指示、故障指示和控制继电器K1A电路，继电器K1A的触点控制外部电源，通过接线端子4AB、接线端子5AB和接线端子6AB进行故障控制输出；当电机力矩没产生或电机力矩不够时，力矩故障输出点控制电控系统主电源或控制电源，使电控系统停止工作。

本发明起重机电机力矩保护装置的接线方式及电路结构控制原理是：取样电路1输入端与霍尔电压互感器及电流互感器相连，输出端连接放大电路2。取样电路1电流信号接线端子1AB与二极管D3一端相连，二极管D3另一端与电阻R5、R6一端相连，电阻R5另一端与GND相连即接地，电阻R6另一端与二极管D4、电容C1一端、运算放大电路集成块A1A的3脚相连，二极管D4、电容C1另一端接GND，集成块A1A的2脚与电阻R11、R12一端相连，电阻R12另一端接GND，电阻R11另一端接集成块A1A的1脚、电阻R15一端，电阻R15另一端接单片机IC1的18脚。

取样电路1接线端子2AB与二极管D2一端相连，二极管D2另一端与电阻R3、R4一端相连，电阻R3另一端与GND相连，电阻R4另一端与二极管D5、电容C2、集成块A1B的5脚相连，二极管D5、电容C2另一端接GND，集成块A1B的6脚与电阻R9、R10一端相连，电阻R10另一端接GND，电阻R9另一端接集成块A1B的7脚、电阻R14一端，电阻R14另一端接单片机IC1的1脚。

取样电路1接线端子3AB与二极管D1一端相连，二极管D1另一端与电阻R1、R2一端相连，电阻R1另一端与GND相连，电阻R2另一端与二极管D6、电容C3、集成块A2A的3脚相连，二极管D6、电容C3另一端接GND，集成块A2A的2脚与电阻R7、R8一端相连，电阻R8另一端接GND，电阻R7另一端接集成块A2A的1脚、电阻R13一端，电阻R13另一端接单片机IC1的2脚。

档位信号电路3与单片机电路4上的单片机IC1相连。正向开关S1和反向开关S2一端接GND，另一端与电阻R20、R21、接线端子7AB、与非门电路集成块U1A的1脚相连，电阻R20另一端接+12V电源VDD，电阻R21另一端与电容C8一端、与非门电路集成块U1A的2脚相连，电容C8另一端接GND，与非门电路集成块U1A的3脚与单片机IC1的6脚相连。

单片机电路4中，单片机IC1的16、15脚分别与晶振B两端相连，并与电容C5、C6一端连接，电容C5、C6另一端接GND。单片机IC1的4脚与电阻R16、二极管D7、电容C4一端相连，电阻R16、二极管D7另一端与+12V电源VDD相连，电容C7一端与VDD相连，电容C7、C4另一端接GND，单片机IC1的13脚与输出电路5中的电阻R19一端相连。

输出电路5中，电阻R19另一端与三极管Q1基极相连，三极管Q1发射极接GND，集电极与继电器K1A一端连接，继电器K1A另一端接VDD，单片机IC1的10脚与电阻R18一端相连，电阻R18另一端与发光二极管D9正极连接，二极管D9负极与GND连接，单片机IC1的7脚与电阻R17一端相连，电阻R17另一端与发光二极管D8正极连接，二极管D8负极与GND连接。K1A的控制输出点K1B的触点控制外部电源，通过公用端、常闭端和常开端的接线端子4AB、5AB、6AB，分别输出故障指示、电源指示和故障控制指示，控制电控系统主电源或控制电源，使电控系统停止工作，从而实现对电机力矩的保护。

Claims

1.一种起重机电机力矩保护装置监测控制方法，包括取样电路(1)、放大电路(2)、档位信号电路(3)、单片机控制电路(4)及输出电路(5)；其特征在于，取样电路(1)通过第一接线端子(1AB)、第二接线端子(2AB)和第三接线端子(3AB)连接霍尔电压互感器及电流互感器，采集三相电流信号，并将三相电流信号经过整流电路整流、滤波和稳压后输入到放大电路(2)；放大电路(2)由运算放大器通过电阻构成负反馈放大，将三相电流信号分别由弱信号放大成强信号，并将放大后的三相电流信号分别输入单片机(IC1)的18脚、1脚和2脚；档位信号电路(3)负责采集档位信号，由第七接线端子(7AB)实现正反转控制切换，经过延时电路短暂延时后，将切换信号通过单片机(IC1)的6脚输入单片机(IC1)；单片机(IC1)为PIC16C54-10P系列，单片机(IC1)的4脚为上电复位电路，主要对单片机(IC1)内部初始化，防止内部程序出错，单片机(IC1)的15、16脚为外部振荡电路，决定单片机(IC1)的运行速度及输出信号的快慢，单片机控制电路(4)通过单片机(IC1)对档位信号或电流信号进行综合处理，并根据处理后的信号性质，分别按三路信号输入到输出电路(5)，一路为电源指示，二路为故障指示，三路为控制信号输出；输出电路(5)分别为电源指示、故障指示和控制继电器(K1A)电路，继电器(K1A)的触点控制外部电源，通过第四接线端子(4AB)、第五接线端子(5AB)和第六接线端子(6AB)进行故障控制输出；当电机力矩没产生或电机力矩不够时，力矩故障输出点控制电控系统主电源或控制电源，使电控系统停止工作。

2.根据权利要求1所述的起重机电机力矩保护装置监测控制方法，其特征在于，所述的运算放大器的运算速度为0.25us，信号放大范围为1∶4。

3.根据权利要求1所述的起重机电机力矩保护装置监测控制方法，其特征在于，所述的单片机(IC1)的15、16脚的振动频率为4MHz。

4.根据权利要求1所述的起重机电机力矩保护装置监测控制方法，其特征在于，所述的档位信号电路(3)中的延时电路延时时间为500ms。