CN102390780A - 安全监控器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了安全监控器，包括：单片机、重力感应器、三相输入电压和继电器；三相输入电压经滤波电路接入单片机，重力感应器经放大电路和滤波电路接入单片机；单片机控制继电器的动作。单片机用于检测三相输入电压是否缺相；安全监控器还在三相输入电压缺相时，显示故障原因。本发明用于管理和保护起重机，安全监控器调节起重机的使用并防止在发现会引起潜在危险情况的时候阻止起重机运行。能够实现起重机过载保护，监控起重机运行、故障、主电源相序、主电源缺相以及控制电压，实现低速启动与低速停止功能，记录运行时间，实现继电器输出以及吨位显示。

Description

安全监控器

技术领域

本发明涉及监控领域，尤其涉及安全监控器。

背景技术

起重机设备在设计之初都有一个使用工况和使用寿命的考虑。同时起重机设备在使用过程中需要保护和管理。目前没有成型的完善的控制装置、控制元件来完成此功能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了安全监控器。

本发明提供了安全监控器，包括：单片机、重力感应器、三相输入电压和继电器；三相输入电压经滤波电路接入单片机，重力感应器经放大电路和滤波电路接入单片机；单片机控制继电器的动作。

在一个示例中，单片机用于检测三相输入电压是否缺相；安全监控器还在三相输入电压缺相时，显示故障原因。

在一个示例中，单片机根据重力感应器产生的信号以及预设值判定是否超载；如果超载，单片机通过控制继电器来控制起重机停止。

在一个示例中，终端经过网络接入单片机；终端连接有按键和液晶屏。

在一个示例中，单片机还接受外部控制指令；外部控制指令经过电平转换和光耦隔离接入单片机；如果外部控制指令为慢速起升，并且电机刚启动，则进行一速升；如果外部控制指令为慢速起升，并且电机已经启动，则检测是否超载，如果未超载并且外部控制指令为快速起升，则进行二速升；如果外部控制指令为慢速下降，并且电机刚启动，则进行一速降；如果外部控制指令为慢速下降，并且电机已经启动，则检测是否超载，如果未超载并且外部控制指令为快速下降，则进行二速降。

在一个示例中，安全监控器还包括电流互感器，电流互感器经放大电路和滤波电路接入单片机；单片机未检测到电流互感器的电流，单片机通过控制继电器来控制起重机停止。

在一个示例中，单片机还经光耦隔离输出一路模拟信号。

在一个示例中，与三相输入电压连接的滤波电路具体为：

三相电源的相L3经电阻R57和电容C44接地，三相电源的L3相经电容C45接地，三相电源的L3相经电阻R58、R59接入放大器U12A的正向输入端，放大器U12A的正向输入端经电容C46接地，放大器U12A的负向输入经电阻R60接放大器U12A的输出端，放大器U12A的输出端经电阻R61输出信号AD12_L3，信号AD12_L3经电容C48接地，三相电源的L3相经电阻R58和电容C49接放大器U12A的输出端；

三相电源的相L2经电阻R62和电容C44接地，三相电源的相L2经电容C50接地，三相电源的相L2经电阻R63、R64接入放大器U12B的正向输入端，放大器U12B的正向输入端经电容C51接地，放大器U12B的负向输入经电阻R65接放大器U12B的输出端，放大器U12B的输出端经电阻R66输出信号AD11_L2，信号AD11_L2经电容C52接地，三相电源的相L2经电阻R63和电容C53接放大器U12A的输出端；

三相电源的相L1经电阻R67和电容C44接地，三相电源的相L1经电容C54接地，三相电源的相(L1)经电阻(R68、R69)接入放大器(U13A)的正向输入端，放大器(U13A)的正向输入端经电容(C55)接地，放大器(U13A)的负向输入经电阻(R70)接放大器(U13A)的输出端，放大器(U13A)的输出端经电阻(R71)输出信号(AD10_L1)，信号(AD10_L1)经电容(C57)接地，三相电源的相(L1)经电阻(R68)和电容(C58)接放大器(U13A)的输出端。

在一个示例中，连接在单片机和重力感应器或电流互感器之间的放大电路和滤波电路为：

重力传感信号或电流传感信号一端IN29经电阻(R79)输入放大器(U15A)的负向输入端，放大器(U15A)的负向输入端经电阻(R80)与放大器(U15A)的输出端连接，重力传感信号或电流传感信号另一端(GIN)经电感(L5)和电容(C62)接地，重力传感信号或电流传感信号另一端(GIN)还经电感L5和电阻R82接入放大器U15A的正向输入端，12V电源经电阻R81和电容C62接地，放大器U15A的正向输入端经电阻R3和并联的电容C44和电容C63接地；放大器U15A的输出端依次经电阻R84和电阻R85接入放大器U15B的正向输入端，放大器U15B的负向输入端经电阻R86接放大器U15B的输出端，放大器U15A的输出端还经电阻R84和电容C65接放大器U15B的输出端，放大器U15A的正向输入端还经电容C64接地；放大器U15A的输出端经电阻R87和电阻R88输出信号AD03，信号AD03经电容C66接地；两个二极管串联，串联后的二极管的阴极接5V电源，串联后的两个二极管的阳极接地，两个二极管串接处分别与电阻R87和电阻R88连接。

本发明用于管理和保护起重机，安全监控器调节起重机的使用并防止在发现会引起潜在危险情况的时候阻止起重机运行。起重机安全监控器记录起重机的使用并根据FEM和ISO标准计算剩余的安全工作期限SWP和使用寿命；能够实现起重机过载保护，监控起重机运行、故障、主电源相序、主电源缺相以及控制电压，实现低速启动与低速停止功能，记录运行时间，实现继电器输出以及吨位显示。

附图说明

图1为安全监控器的结构框图；

图2为三相主电源采集电路；

图3为重力、电流传感信号输入电路；

图4为安全监控器工作流程图。

具体实施方式

图1为安全监控器的结构框图，重力传感器经放大电路、滤波电路接入单片机，电流互感器经放大电路、滤波电路接入单片机，三相输入电压经滤波电路接入单片机，单片机外接片外EEPROM和LED灯，单片机输出的信号经信号放大电路输入继电器，终端通过有线信道组网和通信协议转换与单片机通信，终端外界按键和LCD，单片机还经光耦隔离形成一路模拟输出(可以为LED吨位显示器)。高速请求(FIN)、下降请求(LIN)、起升请求(HIN)、多功能输入1(MFI1)以及多功能输入2(MFI2)经过电平转换电路和光耦隔离电路接入单片机。

图2是三相主电源采集电路。三相电源的L3相经电阻R57和电容C44接地，三相电源的L3相经电容C45接地，三相电源的L3相经电阻R58、R59接入放大器U12A的正向输入端，放大器U12A的正向输入端经电容C46接地，放大器U12A的负向输入经电阻R60接放大器U12A的输出端，放大器U12A的输出端经电阻R61输出信号AD12_L3，信号AD12_L3经电容C48接地，三相电源的L3相经电阻R58和电容C49接放大器U12A的输出端；

三相电源的L2相经电阻R62和电容C44接地，三相电源的L2相经电容C50接地，三相电源的L2相经电阻R63、R64接入放大器U12B的正向输入端，放大器U12B的正向输入端经电容C51接地，放大器U12B的负向输入经电阻R65接放大器U12B的输出端，放大器U12B的输出端经电阻R66输出信号AD11_L2，信号AD11_L2经电容C52接地，三相电源的L2相经电阻R63和电容C53接放大器U12A的输出端；

三相电源的L1相经电阻R67和电容C44接地，三相电源的L1相经电容C54接地，三相电源的L1相经电阻R68、R69接入放大器U13A的正向输入端，放大器U13A的正向输入端经电容C55接地，放大器U13A的负向输入经电阻R70接放大器U13A的输出端，放大器U13A的输出端经电阻R71输出信号AD10_L1，信号AD10_L1经电容C57接地，三相电源的L1相经电阻R68和电容C58接放大器U13A的输出端。

图3是重力、电流传感信号输入电路。重力、电流传感信号一端IN29经电阻R79输入放大器U15A的负向输入端，放大器U15A的负向输入端经电阻R80与放大器U15A的输出端连接，重力、电流传感信号另一端GIN经电感L5和电容C62接地，还经电感L5和电阻R82接入放大器U15A的正向输入端，12V电源经电阻R81和电容C62接地，放大器U15A的正向输入端经电阻R3和并联的电容C44和电容C63接地；放大器U15A的输出端依次经电阻R84和电阻R85接入放大器U15B的正向输入端，放大器U15B的负向输入端经电阻R86接放大器U15B的输出端，放大器U15A的输出端还经电阻R84和电容C65接放大器U15B的输出端，放大器U15A的正向输入端还经电容C64接地；放大器U15A的输出端经电阻R87和电阻R88输出信号AD03，信号AD03经电容C66接地；两个二极管串联，串联二极管的阴极接12V电源，串联二极管的阳极接地，二极管串接处分别与电阻R87和电阻R88连接。信号AD03可供单片机进行A/D转换。

安全监控器工作流程如图4所示，程序主体为一个主循环，首先判断外部三相主电源是否存在缺相或相序错误故障，若正常则开始读取主控制器发来的控制信号。电动起重机设备，一般具有两种速度段，根据操作者的指令，一速升(或称之为慢速上升吊钩)和一速降(或称之为慢速下降吊钩)适用于微调起吊负载的高度，二速升(或称之为高速上升吊钩)和二速降(或称之为高速下降吊钩)用于长距离起吊负载，节省起吊时间，提高生产效率。当有提升请求时，会判断是否超重，并通过低速起动，当提升重物超重时拒绝提升并报警；监控器会检测电流信号作为电机是否正常上升的反馈信号，当一定时间内无反馈信号或信号超限时会停止动作并报警。当检测到外部主控制电路的降操作时，会判断是否超重，当提升重物超重时会报警，但在一定时间内允许缓慢下降；监控器会检测电流信号作为电机是否正常下降的状态监控信号，当一定时间内无状态监控信号时会停止动作并报警。在完成一次上升和下降的监控后，监控器会记录系统的运行状态并与终端进行通信，传输系统的状态信息和终端请求发送的信息给终端。具体包括：

步骤401，判定380V电压到达时间是否大于500ms，如果是执行步骤42，6，否则执行步骤402；

步骤402，检测三相电源是否缺相，如果是，执行步骤426，否则执行步骤403；

步骤403，检测相序是否正确，如果是，执行步骤426，否则执行步骤404；

步骤404，检测是否有起重机吊钩慢速上升请求，如果是，执行步骤405，否则执行步骤409；

步骤405，检测电机是否刚启动，如果是，执行步骤406，否则执行步骤421；

步骤406，使用一速提升；

步骤407，延迟(DELAY)；

步骤408，检测电机是否启动，如果是，执行步骤401，否则执行步骤426；

步骤409，检测电机是否有起重机吊钩慢速下降请求，如果是，执行步骤410，否则执行步骤413；

步骤410，检测电机是否刚启动，如果是，执行步骤411，否则执行步骤415；

步骤411，使用一速降低；

步骤412，延迟(DELAY)，执行步骤419；

步骤413，检测是否停止，如果是，结束，否则执行步骤414；

步骤414，记录与通信终端工作状态，并执行步骤401；

步骤415，检测是否超载，如果是，执行步骤416，否则执行步骤417；

步骤416，故障显示一速降；

步骤417，检测起重机吊钩是否快速下降，如果是，执行步骤418，否则执行步骤411；

步骤418，进行二速降低；

步骤419，判断电机是否启动，如果是，执行步骤401，否则执行步骤420；

步骤420，显示故障；

步骤421，检测故障是否已排除，如果是，执行步骤401，否则执行420；

步骤422，检测是否超载，如果是，执行步骤425，否则执行步骤423；

步骤423，检测起重机吊钩是否快速上升，如果是，执行步骤424，否则执行步骤406；

步骤424，进行二速提升，并执行步骤408；

步骤425，停止；

步骤426，显示故障原因；

步骤427，检测故障是否已排除，如果是，执行步骤401，否则执行426。

本发明采用外接重量传感器的方式计算负载重量。当测量到在一段时间内负载超过额定负载的110％(该值可以设置)的时候，起重机监控综合保护器会阻止提升动作。同时发出故障显示，内部继电器1和内部继电器3不能接通，上升动作停止。但下降动作可慢速进行。重量减轻到设定值以下后，故障显示自动消除。

来自控制部分的起升和下降请求作为一个输入，到起重机监控综合保护器。监控综合保护器应具有起重机运行状态的监控功能。在起重葫芦执行请求动作之前，起重机监控综合保护器应先检查该动作是否安全(检测内容包括：是否超载、控制电压是否正常、电源相序是否正常、SWP是否到下限、Br-SWP是否到下限)，如果没有探测到故障信号，起重机监控综合保护器就会激活所请求的输出，开始运行。在运行过程中反馈信号不正常的时候(比如起重机综合保护器已激活所请求的输出但电机没有启动，此时电流互感器没有输出，起重机综合保护器没有检测到电机运行的信号)，动作会立刻停止。在运行过程中，起重机监控综合保护器检测到故障信号时(包括：超载、控制电压不正常、电源相序错误、SWP到下限、Br-SWP到下限)应停止动作。只有故障完全消除后才可重新启动。

实时监控3相主电源相序，如果相序错误，发出故障显示。同时内部继电器1、内部继电器2、内部继电器3均不能接通。相序正常后，故障显示自动消除。

当检测3相主电源有缺相故障时，发出故障显示。同时内部继电器1、内部继电器2、内部继电器3均不能接通。电源恢复正常后，故障显示自动切除。

当端子4号、5号的AC48V电压错误时需发出故障显示。同时内部继电器1、内部继电器2、内部继电器3均不能接通，当主电源AC380V与控制电压AC48V没有同时到达综合保护器时(时间间隔超过500ms)，发出故障显示。同时内部继电器1、内部继电器2、内部继电器3均不能接通。

直接以高速度启动电机会引起高的启动电流，这会使电机的温度迅速升高。为了防止电机过热，起重机监控装置总是以低速度开始动作。提升起动时，当操作者直接启动高速时，起重机综合保护器总是先启动低速(内部继电器1)，按设置时间延时Xs后才启动高速(内部继电器1和内部继电器3)。直接在高速下停止会导致刹车过度磨损。为了保护刹车内衬材料，在机械刹车关闭之前，起重机综合保护器会先以低速度开始运行一会儿。在高速提升过程中停车时，当操作者直接从高速停止时，起重机综合保护器总是先断开高速(内部继电器3)，按设置时间延时Xs后才断开低速(内部继电器1)。两种时间参数可在功能菜单中设置。

从起重机综合监控保护器提供外部输出继电器信号驱动接触器开始连续累加计时(断电后不可复位，只能通过手动复位)。

起重机监控综合保护器内部继电器4通过设置可实现：a.运行时动作；b.故障时动作；c.当起吊重量达到设定值(XT)时动作。

当起重机从空载——满载时，端子15-16对应输出0～10V的电压。通过该端子可外接吨位显示器。显示范围0.0-9999t(保留1位小数)，测量转换误差小于5％，显示误差小于2％。保护器应具备负载重量标定程序和标定修改操作步骤。

起重机综合保护器通过通讯口连接远端显示器，该显示器与综合保护器本体显示相同内容，实现同步或单独显示(通讯距离50-100米)。远端显示器与本体显示器功能、尺寸、安装方式相同。

可查询的参数组：设备总运行时间；提升循环总次数(当提升负载大于额定负载的30％时，该值加1)。L1相的相电压；L2相的相电压；L2相的相电压；低速运行总时间(单位：h)；高速运行总时间(单位：h)；提升启动总次数；下放启动总次数。

通过有线电缆实现两台综合保护器间的通讯(通讯距离50-100米)。实现：两车总负载的合计显示；两车同步运行时，当有一台出现停车时，另一台马上停止。综合保护器具有的两组通讯端口，其中1组具备与PLC通讯功能，PLC可从综合保护器中读出所需数据。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此。任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，均可对其进行适当的改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.安全监控器，其特征在于，包括：单片机、重力感应器、三相输入电压和继电器；三相输入电压经滤波电路接入单片机，重力感应器经放大电路和滤波电路接入单片机；单片机控制继电器的动作。

2.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，单片机用于检测三相输入电压是否缺相；安全监控器还在三相输入电压缺相时，显示故障原因。

3.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，单片机根据重力感应器产生的信号以及预设值判定是否超载；如果超载，单片机通过控制继电器来控制起重机停止。

4.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，终端经过网络接入单片机；终端连接有按键和液晶屏。

5.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，单片机还接受外部控制指令；外部控制指令经过电平转换和光耦隔离接入单片机；如果外部控制指令为慢速起升，并且电机刚启动，则进行一速升；如果外部控制指令为慢速起升，并且电机已经启动，则检测是否超载，如果未超载并且外部控制指令为快速起升，则进行二速升；如果外部控制指令为慢速下降，并且电机刚启动，则进行一速降；如果外部控制指令为慢速下降，并且电机已经启动，则检测是否超载，如果未超载并且外部控制指令为快速下降，则进行二速降。

6.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，安全监控器还包括电流互感器，电流互感器经放大电路和滤波电路接入单片机；单片机未检测到电流互感器的电流，单片机通过控制继电器来控制起重机停止。

7.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，单片机还经光耦隔离输出一路模拟信号。

8.如权利要求1所述的安全监控器，其特征在于，与三相输入电压连接的滤波电路具体为：

三相电源的相(L3)经电阻(R57)和电容(C44)接地，三相电源的(L3)相经电容(C45)接地，三相电源的(L3)相经电阻(R58、R59)接入放大器(U12A)的正向输入端，放大器(U12A)的正向输入端经电容(C46)接地，放大器(U12A)的负向输入经电阻(R60)接放大器(U12A)的输出端，放大器(U12A)的输出端经电阻(R61)输出信号(AD12_L3)，信号(AD12_L3)经电容(C48)接地，三相电源的(L3)相经电阻(R58)和电容(C49)接放大器(U12A)的输出端；

三相电源的相(L2)经电阻(R62)和电容(C44)接地，三相电源的相(L2)经电容(C50)接地，三相电源的相(L2)经电阻(R63、R64)接入放大器(U12B)的正向输入端，放大器(U12B)的正向输入端经电容(C51)接地，放大器(U12B)的负向输入经电阻(R65)接放大器(U12B)的输出端，放大器(U12B)的输出端经电阻(R66)输出信号(AD11_L2)，信号(AD11_L2)经电容(C52)接地，三相电源的相(L2)经电阻(R63)和电容(C53)接放大器(U12A)的输出端；

三相电源的相(L1)经电阻(R67)和电容(C44)接地，三相电源的相(L1)经电容(C54)接地，三相电源的相(L1)经电阻(R68、R69)接入放大器(U13A)的正向输入端，放大器(U13A)的正向输入端经电容(C55)接地，放大器(U13A)的负向输入经电阻(R70)接放大器(U13A)的输出端，放大器(U13A)的输出端经电阻(R71)输出信号(AD10_L1)，信号(AD10_L1)经电容(C57)接地，三相电源的相(L1)经电阻(R68)和电容(C58)接放大器(U13A)的输出端。

9.如权利要求1或6所述的安全监控器，其特征在于，连接在单片机和重力感应器或电流互感器之间的放大电路和滤波电路为：

重力传感信号或电流传感信号一端(IN29)经电阻(R79)输入放大器(U15A)的负向输入端，放大器(U15A)的负向输入端经电阻(R80)与放大器(U15A)的输出端连接，重力传感信号或电流传感信号另一端(GIN)经电感(L5)和电容(C62)接地，重力传感信号或电流传感信号另一端(GIN)还经电感(L5)和电阻(R82)接入放大器(U15A)的正向输入端，12V电源经电阻(R81)和电容(C62)接地，放大器(U15A)的正向输入端经电阻(R3)和并联的电容(C44)和电容(C63)接地；放大器(U15A)的输出端依次经电阻(R84)和电阻(R85)接入放大器(U15B)的正向输入端，放大器(U15B)的负向输入端经电阻(R86)接放大器(U15B)的输出端，放大器(U15A)的输出端还经电阻(R84)和电容(C65)接放大器(U15B)的输出端，放大器(U15A)的正向输入端还经电容(C64)接地；放大器(U15A)的输出端经电阻(R87)和电阻(R88)输出信号(AD03)，信号(AD03)经电容(C66)接地；两个二极管串联，串联后的二极管的阴极接5V电源，串联后的两个二极管的阳极接地，两个二极管串接处分别与电阻(R87)和电阻(R88)连接。

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