CN102060238B

CN102060238B - 一种起重设备智能安全限位控制系统及其工作方法

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Publication number: CN102060238B
Application number: CN2011100232522A
Authority: CN
Inventors: 刘鸿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102060238A

Abstract

本发明公开了一种起重设备智能安全限位控制系统及其工作方法，系统中，控制器的一组输出端分别与各自外围设备限位电路连接，控制器的脉冲信号输出端连接一组光电开关及显示装置，该组光电开关及显示装置与外围设备限位电路功能对应；各光电开关及其状态显示单元连接至各自的控制器输入接口；电源分别连接控制器和光电开关及显示装置给两者供电，报警电路连接控制器的报警输出接口。本发明在设备上电启动时，系统发出初始化监测脉冲，可在线诊断出设备上所有限位装置的性能和设备执行机构所处的极限位置，将设备限位开关的不可见问题变为可预防性的控制技术问题，从而实现起重设备限位真正安全保护的目的。

Description

一种起重设备智能安全限位控制系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种智能安全限位控制系统，具体地说是应用于各种起重设备上的智能安全限位控制保护系统及其工作方法。它与现有的起重设备电气控制系统有机地结合起来，真正意义上可实现人性化、智能化的设备安全标准化管理目的，从而避免一定的设备和人身事故。

技术背景

目前，大多数起重设备电气控制电路中的起升、大车和小车执行机构的限位开关均采用机械式动断（常闭触头）行程开关，只有当执行机构移动到极限位置，限位开关发生接触碰撞时才动作。由于长期使用，这种限位开关的机械磨损和内部锈蚀以及执行机构的撞尺变形等诸多原因都有可能使限位开关动作失灵，因而极有可能引起起重设备的重大故障与事故发生。

当前，也有部分较先进的起重设备使用远红外电子感应开关；但在应用功能上只是起着开和关的基本功能，至于开关的性能好坏只有在需要动作时才能体现，但此时往往安全事故也已经发生。因此，现有技术要想真正解决设备限位安全管理技术问题还有一定局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在起重设备运行前即可预先检测限位装置是否工作可靠的智能型安全限位控制系统，即具有自诊断功能的安全限位控制系统，此外，本发明还提供了该控制系统的工作方法。

如图1，本发明所述的起重设备智能安全限位控制系统，包括控制器、一组光电开关装置、一组与光电开关装置对应的光电开关状态显示单元、电源和报警电路，所述控制器的一组输出端分别与各自外围设备限位电路连接，控制器的脉冲信号输出端依次连接一组光电开关装置及光电开关状态显示单元，各光电开关装置及光电开关状态显示单元与外围设备限位电路功能对应并连接至各自的控制器输入接口；电源分别连接控制器和光电开关及其状态显示单元给两者供电，报警电路连接控制器的报警输出接口。

每个光电开关装置包括光电开关SQ及诊断信号输入接口IN，该光电开关SQ安装在工作电源Vcc和接地端GND之间，诊断信号输入接口IN连接控制器的脉冲信号输出端，在诊断信号输入接口IN后串接一个隔离二极管VD2，隔离二极管VD2的负极经电位器RP至接地端GND，电位器RP的可调端与接地端GND之间并联一个电磁偏转器PV，电磁偏转器PV的安装位置使其只有当电磁偏转器PV的偏转片偏转时才遮住光电开关SQ的光路；当光电开关SQ为PNP型时（图2），在光电开关SQ输出端与接地端GND之间并联一个由电阻R2和发光LED管组成的串联显示电路；当光电开关SQ为NPN型时（图3）,在光电开关SQ输出端与隔离二极管VD1的负极之间并联一个由电阻R2和发光LED管组成的串联显示电路。在电位器RP的可调端与接地端GND之间还并联一个RC保护电路。

所述每个光电开关状态显示单元由串接的一个发光二极管和一个电阻组成，它们分别接在各光电开关装置与其控制器输入端连接处和电源共地端M之间。

一旦限位装置出现问题，为不影响企业生产秩序，本发明设计限位“强制”功能。为此，它还设有一组与控制器连接的强制开关及其显示装置。启动该功能，即揿下带灯自锁的按钮，系统可暂时允许起重设备执行机构工作，并且系统声光报警，以提醒操作者谨慎操作。

上述控制器可以为智能控制器或PLC控制器。

本发明所述的起重设备智能安全限位控制系统的工作方法，其包括以下步骤：

首先，系统接上工作电源，揿下起动按钮，即进行系统初始化诊断，在设定时间内，控制器输出一系列脉冲去触发智能控制器外设限位装置，同时系统自动采集由外设限位装置所对应控制器接口的脉冲信号；

若采集的外设限位装置脉冲信号次数达到系统内置的设定值，则控制器上与外设限位装置功能相应的输出端便置位，此时各外设限位装置工作正常，同时限位装置状态显示电路也随之而变化；

若采集的外设限位装置之一或若干个没有脉冲信号或者脉冲信号次数未达到系统内置的设定值，则控制器上与外设限位装置功能相应的输出端始终封锁；同时，限位装置状态显示电路与其脉冲信号同步工作，而且，系统报警输出闭合，声光报警器动作，此时，存在两种可能性：一种是起重设备的执行机构处于极限位置，另一种是起重设备的限位装置电路出现问题。

本发明就是从设备安全管理角度出发，设计出一种具有自诊断功能的智能安全限位控制系统。本系统有一整套限位信号监测的核心程序，即在设备上电启动时，系统发出初始化监测脉冲，可在线诊断出设备上所有限位装置的性能和设备执行机构所处的极限位置，将设备限位开关的不可见问题变为可预防性的控制技术问题，从而实现起重设备限位真正安全保护的目的。

附图说明

图1是本发明的系统原理框图，

图2是图1中光电开关及其状态显示单元的第一种电路结构图，

图3是图1中光电开关及其状态显示单元的第二种电路结构图，

图4是本发明的电路图，

图5是本发明的工作流程图，

图6是未改进的起重设备的电气控制原理图，

图7是本发明改进后的起重设备的电气控制原理图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图4所示是本发明的具体电路图：

1、输入接口功能分配及说明：

I1：起动按钮SB0-2，电源接通，同时系统初始化；

I2：大车强制按钮SB1，强制大车输出Q1和Q2，同时，系统报警输出Q7；

I3：小车强制按钮SB2，强制小车输出Q3和Q4，同时，系统报警输出Q7;

I4：大车左行限位装置SQ1，具有自诊断功能，同时，可系统初始化诊断;

I5：大车右行限位装置SQ2，具有自诊断功能，同时，可系统初始化诊断;

I6：小车前进限位装置SQ3，具有自诊断功能，同时，可系统初始化诊断;

I7：小车后退限位装置SQ4，具有自诊断功能，同时，可系统初始化诊断;

I8：主钩起升限位装置SQ5，具有自诊断功能，同时，可系统初始化诊断;

I9：副钩起升限位装置SQ6，具有自诊断功能，同时，可系统初始化诊断;

2、输出接口功能分配及说明：

Q1：大车左行限位输出继电器，实际使用中替代大车左行限位开关，见图6，图7。

Q2：大车右行限位输出继电器，实际使用中替代大车右行限位开关，见图6，图7。

Q3：小车前进限位输出继电器，实际使用中替代大车前进限位开关，见图6，图7。

Q4：小车后退限位输出继电器，实际使用中替代大车后退限位开关，见图6，图7。

Q5：主钩起升限位输出继电器，实际使用中替代主钩起升限位开关，见图6，图7。

Q6：副钩起升限位输出继电器，实际使用中替代副钩起升限位开关，见图6，图7。

Q7：系统报警输出继电器，接通声光报警器；

Q8：系统初始化脉冲输出继电器，提供一系列脉冲CP，触发具有自诊断功能光电开关装置，即限位装置。

3、系统电路原理及说明：

本发明系统电路是根据系统流程（如图5）进行设计。

一、系统诊断原理：

首先，系统接上工作电源（12VDC – 24VDC），揿下起动按钮SB0-2，即I1=1,系统内程序运行，可进行系统初始化诊断，在设定时间内，智能控制器脉冲输出Q8发出一系列脉冲CP去触发智能控制器外设装置，即限位装置SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5和SQ6，反过来，系统将自动采集由外设限位装置所对应接口（I4~I9）的脉冲信号；其诊断结果为：

1、若上述装置的光电感应变化的次数即脉冲信号的次数达到系统内置的设定值，其智能控制器的输出Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6便置位，即Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6=1闭合；并且由LED发光二极管（VD1~VD6）和电阻（R1~R6）组成的限位装置状态显示电路也随之而变化。

2、若上述装置之一或若干个光电感应未变化或感应变化的次数未达到系统内置的设定值，则与智能控制器外设限位装置功能相应的输出始终封锁，即始终断开；同时，限位装置状态显示电路与其光电感应变化而同步工作，而且，系统报警输出Q7=1闭合，声光报警器动作。此时，系统诊断情况的可能性有两种：

A、第一种情况表明，在实际应用中，起重设备的执行机构处于极限位置。

B、第二种情况表明，在实际应用中，起重设备的限位装置出现问题。

二、系统工作原理：

当系统诊断运行之后，若智能控制器的外设限位装置（SQ1~SQ6）性能正常，则与之功能对应的智能控制器输出(Q1~Q6)置位，即闭合；当起重设备执行机构移动接近并且遮挡限位装置时，智能控制器的输入接口（I4、I5、I6、I7、I8、I9）状态改变，系统内程序便运行，使其功能相应的智能控制器输出（Q1、Q2、Q3、Q4、Q5或Q6）复位，即断开；同时，系统智能控制器报警输出Q7=1，即闭合，系统声光报警；并且，限位装置状态显示电路同样随执行机构所处极限位置而变化。实际应用中，此时起重设备主回路电源接触器KM线圈（见图7）失电，接触器KM断开电源，并且，其执行机构停止移动；当起重设备需要重新起动时，其执行机构凸轮控制器必须归“零”位，本发明系统必须揿起动按钮SB0-2，系统重复上述诊断原理2过程，其现象为系统诊断情况的第一种，以及限位装置状态显示如上所述；此时，执行机构只能反向移动离开限位装置，当智能控制器的输入接口(I4、I5、I6、I7、I8、I9)的状态还原后，再次揿起动按钮SB0-2，系统将重复诊断原理1过程，系统内程序便运行，其功能相应的智能控制器输出（Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6）重新置位；同时，系统智能控制器报警输出Q7=0，即断开，系统消除报警；限位装置状态显示同样如上所述，另外，启动按钮SB0-1与系统启动按钮SB0-2均为一组双常开同步按钮（如图7）。

三、系统强制原理：

当系统诊断运行之后，揿大车强制按钮SB1并自锁，即I2=1；或揿小车强制按钮SB2并自锁，即I3=1；系统软件程序将强制大车输出Q1和Q2,即Q1=Q2=1闭合；或强制小车输出Q3和Q4，即Q3=Q4=1闭合；同时，系统报警输出Q7=1，即闭合，接通声光报警器；以及外设大车强制按钮SB1带灯指示或小车强制按钮SB2带灯指示，提醒设备操作者谨慎驾驶起重设备的大车执行机构或小车执行机构。

四、限位装置间抗干扰过程：

为防止限位装置之间的某种干扰源的影响，本系统利用二极管的单向导电性原理，在各限位装置的诊断信号输入端与系统初始化脉冲CP输出端Q8之间串接二极管（VD7~VD12）,如图4所示。一旦某个限位装置内部出现问题时，如工作电源端L与诊断信号输入端短路，或者，实际应用中，某执行机构限位装置的外部工作电源线L与去限位装置的诊断信号线短路时，由于二极管的信号隔离作用，从而避免影响其他执行机构限位装置的正常工作。

本发明的具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种起重设备智能安全限位控制系统，包括控制器、一组光电开关装置、一组与光电开关装置对应的光电开关状态显示单元、电源和报警电路，所述控制器的一组输出端分别与各自外围设备限位电路连接，控制器的脉冲信号输出端依次连接一组光电开关装置及光电开关状态显示单元，各光电开关装置及光电开关状态显示单元与外围设备限位电路功能对应并连接至各自的控制器输入接口；电源分别连接控制器和光电开关装置及其光电开关状态显示单元用于供电，报警电路连接控制器的报警输出接口。

2.根据权利要求1所述的起重设备智能安全限位控制系统，其特征在于每个光电开关装置包括光电开关SQ及诊断信号输入接口IN，该光电开关SQ安装在工作电源Vcc和接地端GND之间，诊断信号输入接口IN连接控制器的脉冲信号输出端，在诊断信号输入接口IN后串接一个隔离二极管VD2，隔离二极管VD2的负极经电位器RP至接地端GND，电位器RP的可调端与接地端GND之间并联一个电磁偏转器PV，电磁偏转器PV的安装位置使其只有当电磁偏转器PV的偏转片偏转时才遮住光电开关SQ的光路，在工作电源Vcc和光电开关SQ电源端之间还接有一个隔离二极管VD1；当光电开关SQ为PNP型时，在光电开关SQ输出端与接地端GND之间并联一个由电阻R2和发光二极管组成的串联显示电路；当光电开关SQ为NPN型时,在光电开关SQ输出端与隔离二极管VD1的负极之间并联一个由电阻R2和发光二极管组成的串联显示电路。

3.根据权利要求2所述的起重设备智能安全限位控制系统，其特征是：在电位器RP的可调端与接地端GND之间还并联一个RC保护电路。

4.根据权利要求1至3任何一项所述的起重设备智能安全限位控制系统，其特征在于每个光电开关状态显示单元由串接的一个发光二极管和一个电阻组成，它们分别接在各光电开关装置与其控制器输入接口连接处和电源共地端M之间。

5.根据权利要求1至3任何一项所述的起重设备智能安全限位控制系统，其特征在于它还设有一组与控制器连接的强制开关及其显示装置。

6.根据权利要求1至3任何一项所述的起重设备智能安全限位控制系统，其特征在于所述控制器为智能控制器。

7.权利要求1所述起重设备智能安全限位控制系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

首先，系统接上工作电源，揿下起动按钮，即进行系统初始化诊断，在设定时间内，控制器输出一系列脉冲去触发控制器外设限位装置，同时系统自动采集外设限位装置所对应控制器输入接口的脉冲信号；

若采集的外设限位装置所对应控制器输入接口的脉冲信号次数达到系统内置的设定值，则控制器上与外设限位装置功能相应的输出端便置位，此时各外设限位装置工作正常，同时限位装置状态显示电路也随之而变化；

若采集的外设限位装置之一或若干个所对应控制器输入接口没有脉冲信号或者脉冲信号次数未达到系统内置的设定值，则控制器上与外设限位装置功能相应的输出端始终封锁；同时，限位装置状态显示电路与脉冲信号同步工作，而且，系统报警输出闭合，声光报警器动作，此时，存在两种可能性：一种是起重设备的执行机构处于极限位置，另一种是起重设备的限位装置电路出现问题。