CN102942113A

CN102942113A - 天车吊物自动识别系统

Info

Publication number: CN102942113A
Application number: CN2012104533434A
Authority: CN
Inventors: 陈勇波; 李杏良; 喻琪; 毛晓华; 唐光明; 刘丽慧; 李良
Original assignee: YUEYANG QIANMENG ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: HUNAN QIANMENG INDUSTRIAL INTELLIGENT SYSTEM CO., LTD.
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: CN102942113B

Abstract

本发明涉及一种天车吊物自动识别系统，包括电阻应变式负荷传感器、信号放大电路、电压电流转换电路、稳压电路和PLC控制系统，其中PLC控制系统包括以下步骤：程序开始运行、若果是第一次通电扫描PLC程序则调用PLC设定起吊放吊判断值放入程序内存单元同时扫描天车动作信号及物重数据做为判断条件；若果不是第一次通电，则直接调用PLC起吊放吊判断值内存单元及物重数据（第一次为未吊物状态）、若扫描的物重数据大于物重初始值则调用a（起吊判断程序）、若扫描的物重数据少于物重初始值则调用b（放吊判断程序），本发明具有简单、稳定、出错率低、维护量小等优点。

Description

天车吊物自动识别系统

技术领域

本发明涉及吊物自动检测装置，特别指一种天车吊物自动识别系统。

背景技术

工业生产中，大吨位货料的搬运及吊装普遍采用天车吊物系统，目前天车吊物应用技术正朝着科技化、深度化的方向发展，天车吊物涉及的技术问题越来越细化。

现有的天车吊物传感系统及信号传输系统是天车吊物系统的应用瓶颈，由于传感及信号的传输不稳定，导致故障率很高，而且抗干扰能力弱，数据经常丢失。

程序流程控制也是天车吊物系统的应用瓶颈，目前的天车吊物程序复杂，不稳定，出错率高。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种应用广泛、故障率低，维修量少、运行稳定的天车吊物自动识别系统。

本发明的技术方案是构造一种包括电阻应变式负荷传感器、信号放大电路、电压电流转换电路、稳压电路和PLC控制系统的天车吊物自动识别系统，天车的载荷通过电阻应变式负荷传感器成正比的转换为毫伏级电压，经信号放大电路将毫伏级电压转换为伏特级电压，经电压电流转换电路将伏特级电压转化成电流，该电流信号传送到PLC控制系统，稳压电路将通过电缆传送来的电压稳压后传送到电阻应变负荷式传感器，其中PLC控制系统包括以下步骤：

（1）开始运行程序，检测PLC是否为第一次通电扫描；

（2）若步骤（1）中的检测结果为是，则调用PLC设定起吊放吊判断值放入程序内存单位，同时扫描天车动作信号及物重数据作为判断条件；

（3）若步骤（1）中的检测结果为否，则直接调用PLC程序内存单元内的放吊起吊判断值及物重数据，第一次为未吊物状态；

（4）扫描物重数据，检测扫描的物重数据是否大于物重初始值；

（5）若步骤（4）的检测结果为是，则调用起吊判断程序；

（6）检测起吊动作信号；

（7）检测天车上次为未吊物状态；

（8）更新和保存PLC程序内存单元内的X、Y、Z地址；

（9）检测PLC扫描100次内，是否有一次的物重少于物重初始化值；

（10）若步骤（9）的检测结果为是，则检测PLC扫描100次内，物重是否全部小于物重初始化值；

（11）若步骤（10）的检测结果为是，则返回步骤（8）；

（12）若步骤（10）的检测结果为否，则返回步骤（9）；

（13）若步骤（9）的检测结果为否，则起吊成功；

（14）保存已吊物状态及吊物时的X、Y、Z地址数据，吊物序号加1；

（15）若步骤（4）的检测结果为否，则调用放吊判断程序；

（16）检测天车上次为已吊物状态；

（17）更新和保存PLC程序内存单元内的X、Y、Z地址；

（18）检测PLC扫描100次内，是否有一次的物重大于物重初始化值；

（19）若步骤（18）的检测结果为是，则检测PLC扫描100次内，物重是否全部大于物重初始化值；

（20）若步骤（19）的检测结果为是，则返回步骤（17）；

（21）若步骤（19）的检测结果为否，则返回步骤（18）；

（22）若步骤（18）的检测结果为否，则放吊成功；

（23）保存未吊物状态及放物时的X、Y、Z地址数据，吊物序号加1。

本发明具有以下优点和有益效果：

本发明，经过实验天车吊物识别正确率可达100%，且已成功应用于天车库房管理定位系统，为天车库房管理定位系统提供准确的吊物信息,是钢铁企业库区的自动化管理、信息化管理十分重要的部分，特别是外围电路简单,接线方便,维护量减少故障率降低势必会广泛应用于天车库房管理定位系统及天车超重安全保护等领域。

本发明具体优点包括：

1.本发明前级信号处理部分是通过简单外围硬件电路，关健点用焊接方式电路板密封从而减少维护量，降低了系统的故障率。

2.本发明基于PLC数据处理技术，算法灵活以便于调试与维护。输出信号多样用应广泛，数据可直接应用于天车重量检测或作为天车限重装置，也可通过PLC端口传送给工控机等工业自动化控制设备。

3. 本发明主要应用于强干扰的工业现场，其特点是抗干扰能力强，采用电流传输0～20mA的工业标准，通过PLC硬件与程序滤波，采集天车动作信号作为判断从而保证吊物自动识别100%准确，与其他上位机系统出现通信问题时PLC能保存一定的吊运记录数据从而保证吊运数据不丢失。

4.工业自动化中移动机车控制要求越来越高，简单但稳定且功能强大的硬件控制电路是其强有力的技术保证。

附图说明

图1是本发明主要电路结构的方框图。

图2是本发明的信号调理电路图。

图3是本发明的PLC控制系统的程序流程图。

具体实施方式

由图1至图3可知本发明包括电阻应变式负荷传感器、信号放大电路、电压电流转换电路、稳压电路和PLC控制系统，天车的载荷通过电阻应变式负荷传感器成正比的转换为毫伏级电压，经信号放大电路将毫伏级电压转换为伏特级电压，经电压电流转换电路将伏特级电压转化成电流，该电流信号传送到PLC控制系统，稳压电路将通过电缆传送来的电压稳压后传送到电阻应变负荷式传感器，其中PLC控制系统包括以下步骤：

（1）开始运行程序，检测PLC是否为第一次通电扫描；

（5）若步骤（4）的检测结果为是，则调用起吊判断程序；

（6）检测起吊动作信号；

（7）检测天车上次为未吊物状态；

（8）更新和保存PLC程序内存单元内的X、Y、Z地址；

（11）若步骤（10）的检测结果为是，则返回步骤（8）；

（12）若步骤（10）的检测结果为否，则返回步骤（9）；

（13）若步骤（9）的检测结果为否，则起吊成功；

（15）若步骤（4）的检测结果为否，则调用放吊判断程序；

（16）检测天车上次为已吊物状态；

（17）更新和保存PLC程序内存单元内的X、Y、Z地址；

（20）若步骤（19）的检测结果为是，则返回步骤（17）；

（21）若步骤（19）的检测结果为否，则返回步骤（18）；

（22）若步骤（18）的检测结果为否，则放吊成功；

所述的信号放大电路与电阻应变式负荷传感器连接，电压信号经过信号放大电路内放大芯片的接入端传入，信号放大后，经接出端传出。

所述的电压电流转换电路包括转换芯片及与其串联的三极管及电阻，三者组成的电路与另外一个电阻并联而成，电压电流转换电路与信号放大电路连接，电压信号经电压电流转换电路转化成电流信号。

所述的稳压电路包括两组并联的稳压集成块，稳压电路连接电阻应变式传感器桥，将±15V电压变成±6V的电压后，供给电阻应变式负荷传感器桥。

天车吊物的硬件控制电路：

天车的载荷通过电阻应变式负荷传感器进行检测，当起重机吊起重物后，传感器受压产生与载荷成正比例的毫伏级电压，为了减小干扰，改用电流传输，采用0～20mA的工业标准，为此，在对电阻桥输出的毫伏级电压进行放大之后，变成伏特级的电压，再将其转变成0～20mA的电流，通过电缆传输。

针对现场电压多用±15V，增加二级稳压电路，将通过电缆传送过来的±15V电压变成±6V电压，供给电阻应变式负荷传感器桥，保证电阻应变式负荷传感器桥供电数值不变而且更加平稳。

经过以上电路后，用于输入信号调理板的四芯电缆是（输入接口）：

1、AN- 传感器信号输出负；

2、AN+ 传感器信号输出正；

3、－6V传感器电源供电线负；

4、＋6V传感器电源供电线正。

信号调理板传输至PLC的四芯电缆是（输出接口）：

1、信号输出线。输出0～20mA的工业标准电流，代表重量信号；

2、＋15V电源供电线；

3、－15V电源供电线；

4、地线。

实际设计的信号调理电路如图2所示。

天车吊物的PLC软件控制系统：

把天车重量传感器处理后的0～20mA模拟信号传送到PLC控制系统，为防止因信号干扰而引起误判断，0～20mA模拟信号经过PLC滤波器再经过PLC程序滤波处理后通过天车上一些开关动作信号判断起放吊动作，具体实现如下：

PLC滤波器处理：

模拟信号的响应时间或传送模拟量信号至模拟的信号线的长度和状况，也可能会引起模拟输入值的波动，在这种情况下，波动值可能变化太快，导致程序逻辑无法有效响应，可在 CPU 中组态滤波器，以平滑模拟输入信号，从而将一个平均值传送给程序逻辑，对于 CPU 22x，可在单个模拟输入上选择软件滤波器，过滤值是预选数目的模拟输入采样的平均值，对于所有启用过滤的模拟输入，滤波器采用相同的规范（采样数目和死区），滤波器具有快速响应特性，使得较大的变化可以在过滤值中得到快速反映，当输入相对于平均值超出指定的变化值时，滤波器将使一个阶跃函数改变为最新的模拟输入值，该变化值即为死区，它在模拟输入数字值的计数器中指定，当 CPU 的模拟滤波器打开时，模拟值将在每次 CPU 扫描时自动读入。在 AI 字（用于程序逻辑）中报告的实际值通过对这些测量到的模拟值求平均值而得出，在系统块编辑器的输入滤波器分支的"模拟"标签的"采样数目"域中，指定用于计算平均值的数值的数目，采样数目可以设置为下列数值：2、4、8、16、32、64、128 和 256，采样数目多将使结果稳定但响应较慢，采样数目少将使结果不稳定但响应较快。

PLC程序滤波及起吊、放吊位置判断处理：

把PLC滤波器处理后的模拟信号经过按PLC循环周期读物重模拟量的值，采用先进先出的原则，将最近的20次，去掉最大值和最小值的平均值作为最终判断是否吊物的数值，然后与采集天车吊钩上升、下降动作通过程序判断出天车吊物的起吊与放吊信息的X方向位置、Y方向位置、Z方向位置，把所得到的位置信息保存后由其他系统采集，其PLC程序判断是否吊物思路如下：

起吊判别条件（已吊物）：

1、有吊钩上升动作；

2、原为未吊物状态；

3、物重已改变(物重超过设定值)；

满足1、2、3后锁定X方向、Y方向、Z方向地址（其他系统提供地址数据）

4、PLC程序扫描100次物重稳定超过设定值

满足1、2、3、4后记录：

1、工作序号加1；

2、X方向、Y方向、Z方向位置；

3、当前状态正在吊物（已吊物）。

放吊判别条件（未吊物）：

1、有吊钩下降动作；

2、原为已吊物状态；

3、物重已改变(物重低于设定值)；

满足1、2、3后锁定X方向、Y方向、Z方向地址（其他系统提供地址数据）；

4、PLC程序扫描100次物重稳定低于设定值；

满足1、2、3、4后记录：

1、工作序号加1；

3、X方向、Y方向、Z方向（其他系统提供地址数据）；

4、当前状态未吊物（已放吊）。

PLC的控制程序流程说明：

程序开始运行、如果是第一次通电扫描PLC程序则调用PLC设定起吊放吊判断值放入程序内存单元同时扫描天车动作信号及物重数据做为判断条件；如果不是第一次通电，则直接调用PLC起吊放吊判断值内存单元及物重数据（第一次为未吊物状态）、如扫描的物重数据大于物重初始值则调用a（起吊判断程序）、如扫描的物重数据少于物重初始值则调用b（放吊判断程序）：

a检测起吊动作信号、检测天车上次为未吊物状态、更新保存X、Y、Z地址数据、检测PLC扫描100次是否全部大于物重初始化值、若不是则检测PLC扫描100次内，物重是否全部小于物重初始化值、若全部小于，则重新更新保存X、Y、Z地址数据、若有一次大于，则重新检测PLC扫描100次是否全部大于物重初始化值、若物重数据稳定100次大于物重初始化值则起吊成功、保存已吊物状态及吊物时的X、Y、Z地址数据（吊物序号加1）；

b检测天车上次为已吊物状态、更新保存X、Y、Z地址数据、检测PLC扫描100次是否全部小于物重初始化值、若不是则检测PLC扫描100次内，物重是否全部大于物重初始化值、若全部大于，则重新更新保存X、Y、Z地址数据、若有一次小于，则重新检测PLC扫描100次是否全部小于物重初始化值、若物重数据稳定100次小于物重初始化值则放吊成功、保存已放物状态及吊物时的X、Y、Z地址数据（吊物序号加1）。

注：PLC初始状态为未吊物状态，吊物序号为其他系统提供，方便其他上位机等系统做吊运记录，PLC可保存50组吊运记录，X、Y、Z方向为天车三维定位地址数据。

物重传感器安装后需作如下检查：

(1) 检查各传感器规格是否与要求一致；

(2) 检查底座与限位器高度，观察轴承座式传感器的轴承座与钢丝绳卷筒、减速机轴及轴壳、高度限位器轴心、旋转编码器的联轴器是否严格同心同轴，六者处于水平状态；

(3) 检查各传感器与信号调理电路板是否按要求正确接线。传感器桥与信号调理板的接口是CN1，传感器桥的四根接口线颜色分别是红、黄、蓝、白，在印制板的右上方是CN1并用中文文字标注了颜色，要求根据颜色关系一一对应相连，为了保证连接可靠，此接口需焊接；

(4) 检查信号调理板与PLC的接口是否正确连接，如图2所示，信号调理板与PLC的接口是CN2，共有4个引线插孔：

1脚——信号输出线(AI)，输出0～20mA的工业标准电流，代表重量信号；

2脚——地线；

3脚——－15V电源供电线；

4脚——＋15V电源供电线。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims

1.一种天车吊物自动识别系统，包括电阻应变式负荷传感器、信号放大电路、电压电流转换电路、稳压电路和PLC控制系统，天车的载荷通过电阻应变式负荷传感器成正比的转换为毫伏级电压，经信号放大电路将毫伏级电压转换为伏特级电压，经电压电流转换电路将伏特级电压转化成电流，该电流信号传送到PLC控制系统，稳压电路将通过电缆传送来的电压稳压后传送到电阻应变负荷式传感器，其中PLC控制系统包括以下步骤：

（1）开始运行程序，检测PLC是否为第一次通电扫描；

（5）若步骤（4）的检测结果为是，则调用起吊判断程序；

（6）检测起吊动作信号；

（7）检测天车上次为未吊物状态；

（8）更新和保存PLC程序内存单元内的X、Y、Z地址；

（9）检测PLC扫描100次内，是否有一次的物重少于物重判断值；

（10）若步骤（9）的检测结果为是，则检测PLC扫描100次内，物重是否全部小于物重判断值；

（11）若步骤（10）的检测结果为是，则返回步骤（8）；

（12）若步骤（10）的检测结果为否，则返回步骤（9）；

（13）若步骤（9）的检测结果为否，则起吊成功；

（15）若步骤（4）的检测结果为否，则调用放吊判断程序；

（16）检测天车上次为已吊物状态；

（17）更新和保存PLC程序内存单元内的X、Y、Z地址；

（18）检测PLC扫描100次内，是否有一次的物重大于物重判断值；

（19）若步骤（18）的检测结果为是，则检测PLC扫描100次内，物重是否全部大于物重判断值；

（20）若步骤（19）的检测结果为是，则返回步骤（17）；

（21）若步骤（19）的检测结果为否，则返回步骤（18）；

（22）若步骤（18）的检测结果为否，则放吊成功；

2.根据权利要求1所述的天车吊物自动识别系统，其特征在于所述的信号放大电路与电阻应变式负荷传感器连接，电压信号经过信号放大电路内放大芯片的接入端传入，信号放大后，经接出端传出。

3.根据权利要求1所述的天车吊物自动识别系统，其特征在于所述的电压电流转换电路包括转换芯片及与其串联的三极管及电阻，三者组成的电路与另外一个电阻并联而成，电压电流转换电路与信号放大电路连接，电压信号经电压电流转换电路转化成电流信号。

4.根据权利要求1所述的天车吊物自动识别系统，其特征在于所述的稳压电路包括两组并联的稳压集成块，稳压电路连接电阻应变式传感器桥，将±15V电压变成±6V的电压后，供给电阻应变式负荷传感器桥。