CN102633191A - 一种集散型起重机测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集散型起重机测控系统，包括设置在控制室内的中心控制器（1），包括通过CAN总线（23）与中心控制器（1）分别连接的主钩控制器（2）、副钩控制器（3）、小车控制器（4）、1号大车控制器（5）、2号大车控制器（6）、手持式操作器（7）、远程诊断终端（10）；所述的中心控制器（1）与远程诊断终端(10)的连接方式还可以通过以太网端口连接。本发明是一种具有智能化、数字化、模块化、物联网方向发展，代替了一直在国内沿袭半个世纪以上的凸轮、联动台等类似于此的机械控制，实现了人机交换、扩展性好、性能更加稳定、安装维修更加方便的新型集散型起重机测控系统。

Description

一种集散型起重机测控系统

技术领域

    本发明涉起重机控制系统领域，具体为一种集散型起重机测控系统。 

背景技术

     起重机(Crane)属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。 

 目前起重机市场上采用的控制系统主要有两种常见的控制系统：一种是基于PLC控制系统，一种是基于联动台或无线遥控器的控制系统。现有系统都存在动力电缆多，布线距离长，控制室内有大量动力电源线等缺点，PLC控制系统虽然实现了部分信息化，但是并没有彻底解决以上问题，而且成本较高。无线遥控型控制系统存在容易受外界干扰的缺点，导致控制系统不稳定并存在安全隐患。同时现有的技术无法实现控制与检测系统的数字网络一体化，大都需要工作人员的参与，导致了用工较多，成本高。 

因此，提供一种低成本，物联网性质的智能化、数字化、模块化起重机控制系统，代替一直在国内沿袭半个世纪以上的凸轮、联动台等类似于此的机械控制，实现人机交换、扩展性好、性能更加稳定、安装维修更加方便的新型集散型起重机测控系统，已经是一个急需解决的问题。 

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种低成本，物联网性质的智能化、数字化、模块化起重器控制系统，代替一直在国内沿袭半个世纪以上的凸轮、联动台等类似于此的机械控制，实现人机交换、扩展性好、性能更加稳定、安装维修更加方便的新型集散型起重机测控系统。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种集散型起重机测控系统，包括设置在控制室内的中心控制器1，其特征在于：包括通过CAN总线23与中心控制器1分别连接的主钩控制器2、副钩控制器3、小车控制器4、1号大车控制器5、2号大车控制器6、手持式操作器7、远程诊断终端10。

所述的中心控制器1与远程诊断终端10的连接方式可以通过以太网端口连接；还可以通过CAN总线23连接。 

所述的中心控制器1包括中心控制主板1-1，通过VGA接口与中心控制主板1-1连接的彩色LCD显示器1-2，通过定制并口与中心控制主板1-1连接的手柄，以及通过SPI口与中心控制主板1-1连接的CAN总线模块1-3；手柄包括左侧操作手柄1-4与右侧操作手柄1-5； 

CAN总线23上设置有第一终端电阻8与第二终端电阻9；

主钩控制器2、副钩控制器3、小车控制器4、1号大车控制器5、2号大车控制器6均设置有微控制器24，微控制器24一端连接CAN总线模块1-3，另一端通过信号通路模块11连接被控对象12；

所述的信号通路模块11包括带隔离功能软开关能量传输电路模块11-1以及与带隔离功能软开关能量传输电路模块11-1并联的检查信号输入通路电路模块11-2；

所述的与微控制器24连接主钩控制器2通过主钩重量采集电路模块13连接设置在主钩上的主钩重量传感器14；与微控制器24连接副钩控制器3通过副钩重量采集电路模块15连接设置在副钩上的副钩重量传感器16；微控制器24同时连接有主钩应急停输出通路模块17与副钩应急停输出通路模块18；

所述的远程诊断终端10包括ARM处理器19，已经与ARM处理器19分别连接的手机猫模块20、以太网接口电路模块21、CAN接口电路模块22；

信号通路模块11中的信号输出通路采用具有隔离功能的软开关能量变换原理，使得通路中相关器件的所有故障模式都最终导致输出端的信号消失；检查信号输入通路电路模块11-2中的检测输入回路从输出通路的末端通过信号调理电路采集相关设备运行状态；微控制器24通过分析检测信号和CAN总线23的信息做初步的故障判断，发现故障就立即停止被控设备的运行。

所述的远程诊断终端10是通过使用手机猫中的手机猫模块20的短信功能完成起重机控制系统的故障诊断功能。 

积极有益效果：本发明是一种具有智能化、数字化、模块化、物联网方向发展，代替了一直在国内沿袭半个世纪以上的凸轮、联动台等类似于此的机械控制，实现了人机交换、扩展性好、性能更加稳定、安装维修更加方便的新型集散型起重机测控系统。 

附图说明

图1为本发明的系统框图一： 

图2为本发明的系统框图二：

图3为本发明的系统框图三：

图4为本发明的系统框图四：

图5为本发明的系统框图五：

图中为：中心控制器1、中心控制主板1-1、彩色LCD显示器1-2、CAN总线模块1-3、左侧操作手柄1-4、右侧操作手柄1-5、主钩控制器2、副钩控制器3、小车控制器4、1号大车控制器5、2号大车控制器6、手持式操作器7、第一终端电阻8、第二终端电阻9、远程诊断终端10 、信号通路模块11、带隔离功能软开关能量传输电路模块11-1、检查信号输入通路电路模块11-2、被控对象12、主钩重量采集电路模块13、主钩重量传感器14、付钩重量采集电路模块15、副钩重量传感器16、主钩应急停输出通路模块17、副钩应急停输出通路模块18、ARM处理器19、手机猫模块20、以太网接口电路模块21、CAN接口电路模块22。CAN总线23、微控制器24。

具体实施方式

下面结合附图，对比本发明做进一步的说明： 

如图1所示，一种集散型起重机测控系统，包括设置在控制室内的中心控制器1，其特征在于：包括通过CAN总线23与中心控制器1分别连接的主钩控制器2、副钩控制器3、小车控制器4、1号大车控制器5、2号大车控制器6、手持式操作器7、远程诊断终端10。

所述的中心控制器1与远程诊断终端10的连接方式可以通过以太网端口连接；还可以通过CAN总线23连接。 

如图2所示，所述的中心控制器1包括中心控制主板1-1，通过VGA接口与中心控制主板1-1连接的彩色LCD显示器1-2，通过定制并口与中心控制主板1-1连接的手柄，以及通过SPI口与中心控制主板1-1连接的CAN总线模块1-3；手柄包括左侧操作手柄1-4与右侧操作手柄1-5； 

如图1所示，CAN总线23上设置有第一终端电阻8与第二终端电阻9；

如图3所示，主钩控制器2、副钩控制器3、小车控制器4、1号大车控制器5、2号大车控制器6均设置有微控制器24，微控制器24一端连接CAN总线模块1-3，另一端通过信号通路模块11连接被控对象12；

所述的信号通路模块11包括带隔离功能软开关能量传输电路模块11-1以及与带隔离功能软开关能量传输电路模块11-1并联的检查信号输入通路电路模块11-2；

如图4所示，所述的与微控制器24连接主钩控制器2通过主钩重量采集电路模块13连接设置在主钩上的主钩重量传感器14；与微控制器24连接副钩控制器3通过付钩重量采集电路模块15连接设置在副钩上的副钩重量传感器16；微控制器24同时连接有主钩应急停输出通路模块17与副钩应急停输出通路模块18；

如图5所示，所述的远程诊断终端10包括ARM处理器19，已经与ARM处理器19分别连接的手机猫模块20、以太网接口电路模块21、CAN接口电路模块22。

信号通路模块11中的信号输出通路采用具有隔离功能的软开关能量变换原理，使得通路中相关器件的所有故障模式都最终导致输出端的信号消失；检查信号输入通路电路模块11-2中的检测输入回路从输出通路的末端通过信号调理电路采集相关设备运行状态；微控制器24通过分析检测信号和CAN总线23的信息做初步的故障判断，发现故障就立即停止被控设备的运行。 

所述的远程诊断终端10是通过使用手机猫中的手机猫模块20的短信功能完成起重机控制系统的故障诊断功能。 

    这种集散型起重机控制系统的组成主要有，中心控制器，主钩控制器，副钩控制器，1号大车控制器，2号大车控制器，小车控制器，大小钩测重器，主钩随动视频监控器，副钩随动视频监控器，手持式操作器，远程诊断终端等组成。远程诊断终端可以通过以太网端口与中心控制器相连，在终端失效的情况下也可以连接CAN总线获得部分系统信息。主/副钩随动视频监控器通过视频接口和随动控制线与中心控制器相连，其他设备通过CAN总线相互连通。 

1号大车控制器，2号大车控制器，小车控制器，主钩控制器和副钩控制器等硬件组成相同，CAN总线接口电路，微控制器24，6路信号输出检测回路等组成。本控制器硬件设计的特征是：信号输出通路采用具有隔离功能的软开关能量变换原理，使得通路中相关器件的所有故障模式都最终导致输出端的信号消失。检测输入回路从输出通路的末端通过信号调理电路采集相关设备运行状态。微控制器24通过分析检测信号和CAN总线的信息做初步的故障判断，发现故障就立即停止被控设备的运行。 

大小钩测重器的组成结构如图4所示，测重器同时测量大钩和小钩重物的重量，并实时通过CAN总线发送到主控制器，主控制器把接收到的重物重量显示在LCD屏上，一旦发现重量超重，会发出声光报警信息，同时向对应的大钩或小钩发送停止运行的信息。另外测重器软件发现重物超重会通过对应的输出通路关掉超重钩控制电源。 

微控制器24通过接口电路读取按键，并显示在点阵式单色液晶显示屏上，同时通过CAN总线把按键信息发送到中心控制器，由中心控制器负责控制对应的设备运行。另外手持操作器同时捕捉CAN总线上的测重器的重量信息，并显示在液晶屏上，方便操作员监控重物重量。 

主钩随动视频跟踪台，副钩随动视频跟踪台分别通过不同的视频输入口和随动控制端口与中心控制器相连，视频监控器安装在一个二维随动台上。中心控制器的软件具有主副钩视频识别功能，通过大范围视频扫描寻找对应的主钩或者副钩，找到主钩或者副够后，自动调焦得到清新的重物图像，方便操作员观察和判断。本部分功能的特征在于主钩和副钩的图像分割识别用于起重机的监控功能。 

远程诊断终端的结构主要由ARM处理器，手机猫，以太网接口和CAN接口电路组成。ARM处理器通过手机猫接收到我们公司服务器发送的信息短信后，ARM处理器通过以太网口读取中心控制器的系统状态信息并通过手机猫发送到我公司的服务器。公司技术员通过分析系统的状态信息即可判断系统的故障，并给出故障排除方案。远程诊断终端的特征在于使用手机猫的短信功能完成了起重机控制系统的故障诊断功能。 

为了提高系统运行的可靠性，在软件设计中采用了不间断信息链的工作模式。主副钩和小车采用的模式相同，即：中心控制器识别操作手柄的输入后，开始向对应的被控对象（主钩，副钩或小车）发送信息包，同时复位与被控对象对应的软计时器，被控对象接收到信息包后开始计时，同时向中心控制器发送反馈信息包，中心控制器接收到反馈信息包后，然后再次复位计时器并在此向被控对象发送信息包，被控对象重复相同的响应。这样CAN总线上的信息包周而复始传递，形成了一个信息链。在这个信息链运行的过程中，系统一旦出现故障，10毫秒内如果有终端（主控制器或被控对象）接收不到信息包，该终端立即发送停止运行命令，终止设备的运行。大车控制过程与以上稍微有些不同。信息链的构成是中心控制器发送信息到1号大车控制器，1号大车控制器到2号大车控制器，2号大车控制器到中心控制器，依次周而复始运行。任何原因导致其中之一接收不到信息包，最终都会导致两个大车控制器几乎同时停止运行。当手柄操作器接入系统后，手柄操作器与中心控制设备形成新的信息链，该信息链的中断会导致所有的设备停止运行。 

在系统软件设计中引入了故障检测模块。在系统运行期间，该模块记录操作员的每一项操作，以及操作的具体时间，同时监测CAN总线上的信息流情况，会记录下所有的信息包异常现象，以及现象发生的时间。最终形成信息库，通过对信息库的分析，得出系统的状态信息，并在显示屏显示提示信息，显示系统中存在的潜在故障，以及解决措施。 

   由于本系统采用的是集散型控制模式，控制器与被控对象安装布置在一起，所用的连接电缆只用一根动力线缆和一根控制电缆，最大幅度地减少了系统电缆的使用量，控制器设计也采用了标准化和模块化设计方案。最终降低了整个系统安装维护的材料和人力成本。 

控制器信号输出通路采用的带隔离功能的软开关能量传输模式，与软件的信息链工作模式有机结合后，系统就具有了强大的自有稳定性，任何系统故障都会导致紧急刹车，防止了事故的发生，提高了系统的可靠性。 

故障检测软件模块收集了系统运行期间的人员操作和系统异常信息，最终形成的数据库，极大地提高了控制系统的信息化水平，尤其是与远程诊断终端的结合，实现了远程诊断和故障排除的售后维护机制，最大地保障了用户的利益。 

视频随动跟踪功能的引入，提高了操作员的视觉效果，提高了操作效率，减少了操作失误，同时也提高了系统的安全性。 

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。 

Claims (10)

1.一种集散型起重机测控系统，包括设置在控制室内的中心控制器（1），其特征在于：包括通过CAN总线（23）与中心控制器（1）分别连接的主钩控制器（2）、副钩控制器（3）、小车控制器（4）、1号大车控制器（5）、2号大车控制器（6）、手持式操作器（7）、远程诊断终端（10）。

2.根据权利要求1所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：所述的中心控制器（1）与远程诊断终端(10)的连接方式可以通过以太网端口连接；还可以通过CAN总线（23）连接。

3.根据权利要求1所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：所述的中心控制器（1）包括中心控制主板（1-1），通过VGA接口与中心控制主板（1-1）连接的彩色LCD显示器（1-2），通过定制并口与中心控制主板（1-1）连接的手柄，以及通过SPI口与中心控制主板（1-1）连接的CAN总线模块（1-3）；手柄包括左侧操作手柄（1-4）与右侧操作手柄（1-5）。

4.根据权利要求1所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：CAN总线（23）上设置有第一终端电阻（8）与第二终端电阻（9）。

5.根据权利要求1所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：主钩控制器(2)、副钩控制器（3）、小车控制器（4）、1号大车控制器（5）、2号大车控制器（6）均设置有微控制器（24），微控制器（24）一端连接CAN总线模块（1-3），另一端通过信号通路模块（11）连接被控对象（12）。

6.根据权利要求5所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：所述的信号通路模块（11）包括带隔离功能软开关能量传输电路模块（11-1）以及与带隔离功能软开关能量传输电路模块（11-1）并联的检查信号输入通路电路模块（11-2）。

7.根据权利要求5所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：所述的与微控制器（24）连接主钩控制器（2）通过主钩重量采集电路模块（13）连接设置在主钩上的主钩重量传感器（14）；与微控制器（24）连接副钩控制器（3）通过付钩重量采集电路模块（15）连接设置在副钩上的副钩重量传感器（16）；微控制器（24）同时连接有主钩应急停输出通路模块（17）与副钩应急停输出通路模块（18）。

8.根据权利要求5所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：所述的远程诊断终端（10）包括ARM处理器（19），已经与ARM处理器（19）分别连接的手机猫模块（20）、以太网接口电路模块（21）、CAN接口电路模块（22）。

9.根据权利要求5或6任意项所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：信号通路模块（11）中的信号输出通路采用具有隔离功能的软开关能量变换原理，使得通路中相关器件的所有故障模式都最终导致输出端的信号消失；检查信号输入通路电路模块(11-2)中的检测输入回路从输出通路的末端通过信号调理电路采集相关设备运行状态；微控制器(24)通过分析检测信号和CAN总线(23)的信息做初步的故障判断，发现故障就立即停止被控设备的运行。

10.根据权利要求1所述的一种集散型起重机测控系统，其特征在于：所述的远程诊断终端（10）是通过使用手机猫中的手机猫模块（20）的短信功能完成起重机控制系统的故障诊断功能。

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