CN105438984B - 一种起重机回转位置的接触式测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种起重机回转位置的接触式测量装置及方法，包括安装于起重机回转平台上的第一齿轮传感器、第二齿轮传感器、定位传感器、以及固定安装的反射块、机械式行程开关。所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器位于机械式行程开关的摆杆的左、右两侧。所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器、定位传感器均连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接单片机处理模块，单片机处理模块通过RS‑485通信模块连接力矩限制器；所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器为红外对射式光电传感器；所述定位传感器为反射式光电开关。本发明利用机械式行程开关，以机械接触方式检测大型齿圈的齿轮凹凸状态；实现起重机回转角度的测量,具备安装调试方便的优点。
Description
技术领域
本发明一种起重机回转位置的接触式测量装置及方法，用于起重机平台回转角度的测量。
背景技术
现有技术中的起重机的回转角度测量领域，常见的有采用电子罗盘方式。其使用方法比较简单，但由于其对于磁场敏感，应用在起重机上，由于起重机的主题材料为钢铁，且存在电磁型负载、电线电缆等物质，导致其磁场分布在使用中经常处于变化状态，从而导致电子罗盘的输出发生较大偏离，需要及时对罗盘校准，使用起来较为不便。对于某些依赖其测量结果进行特定处理的应用来说，往往会严重影响其功能的可靠实现。而常见的采用编码器方式，需要与起重机的旋转机构连接，安装位置要求苛刻；往往缺乏安装条件，难以实施。
发明内容
本发明一种起重机回转位置的接触式测量装置及方法，利用机械式行程开关，以机械接触方式检测大型齿圈的齿轮凹凸状态；通过单片机模块实现起重机回转角度的测量。具备安装调试方便的优点。
本发明采取的技术方案为：一种起重机回转位置的接触式测量装置，包括安装于起重机回转平台上的第一齿轮传感器、第二齿轮传感器、定位传感器、以及固定安装的反射块、机械式行程开关。所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器位于机械式行程开关的摆杆的左、右两侧。所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器、定位传感器均连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接单片机处理模块，单片机处理模块通过RS-485通信模块连接力矩限制器；
所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器为红外对射式光电传感器；
所述定位传感器为反射式光电开关。
所述第一齿轮传感器、第二齿轮传感器、定位传感器通过支架固定安装在起重机回转平台上。
所述反射块为钢条。
一种起重机回转位置的接触式测量方法，机械式行程开关的摆杆与齿轮表面接触，检测并反映齿轮的凹凸变化，机械式行程开关的摆杆随着不同的旋转方向，能够分别向位于其左、右两侧的第一齿轮传感器、第二齿轮传感器产生摆动；当所述摆杆摆向某侧时，该侧齿轮传感器检测到信号，并对此计数，同时直接确定旋转方向；由于齿轮的齿圈总齿数是固定的，两个齿间隙对应了一个固定的旋转角度：正向角度增加，反向角度减少。
本发明一种起重机回转位置的接触式测量装置及方法，技术效果如下：
1）、安装较为方便，不存在安装障碍，对安装位置没有苛刻要求。只需要保证传感器与齿圈的固定距离在检测范围内，安装牢固即可，无需考虑周围环境电磁场的影响。
2）、调试方便：按照要求安装传感器（含零度定位传感器），保留合适的检测间距；设置好齿圈的实际齿数、设定正转方向；回转起重机平台，观察传感器输出信号是否持续稳定、过零点时是否自动归零、如果不稳定，需要减小传感器与感测面的间距，达到稳定而又保留一点间隙即可。
3）、因回转测量采用的是电容传感器原理，当平台转动时，传感器与齿圈两电极间的电容量会发生变化，其测量不易受环境磁场的影响，彻底避免了电子罗盘易受环境电磁场影响的弊端。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明硬件连接框图；
图3为本发明机械式行程开关结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种起重机回转位置的接触式测量装置，包括安装于起重机回转平台上的第一齿轮传感器1、第二齿轮传感器2、定位传感器3、以及固定安装的反射块4、机械式行程开关7。所述第一齿轮传感器1、第二齿轮传感器2位于机械式行程开关7的摆杆8的左、右两侧；
所述第一齿轮传感器1、第二齿轮传感器2、定位传感器3均连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接单片机，单片机处理模块采用ATmage8系列8位单片机，单片机通过RS-485通信模块连接力矩限制器。所述第一齿轮传感器1、第二齿轮传感器2为红外对射式光电传感器；所述定位传感器3为反射式光电开关。所述第一齿轮传感器1、第二齿轮传感器2、定位传感器3通过支架6固定安装在起重机回转平台上。所述反射块4为钢条。
工作原理：
大型起重机，如：港口门机，其回转平台是坐落在立柱之上的。立柱上边有一个齿圈，而平台是靠与齿圈啮合的两个小驱动齿轮来实现回转的。本发明测量装置固定在回转平台下方的电机护罩10上，使其能够随平台同步转动，就好比表针一样，而立柱齿圈就好比表盘。当平台转动时，带动该接触式测量装置同步转动，就好比表针转动一样，指示出回转角度。
在转动时：机械式行程开关7的摆杆8与齿轮5表面接触，能够检测并反映齿轮5的凹凸变化，
通过对机械式行程开关7内部机构的改进，增加电路部分，使得机械式行程开关7的摆杆8随着不同的旋转方向，能够分别向位于其左、右两侧的第一齿轮传感器1、第二齿轮传感器2产生摆动。当所述摆杆8摆向某侧时，该侧传感器检测到信号，并对此计数，同时直接确定旋转方向。由于齿圈总齿数是固定的，所以两个齿间隙对应了一个固定的旋转角度。正向角度增加，反向角度减少。当转到反射块4为的位置，定位传感器3检测到钢条，就会产生一个零位信号，单片机识别到这个信号之后，就会将回转角度值归零，以后每次转到钢条的位置都会重复此动作。结合以上各点，就能够实现对平台回转方向和旋转角度的测量，就能够完全实现360゜范围回转角度的测量。
当门机开始转动，带动摆杆8遮挡住红外对射式光电传感器，产生高电平持续时间100mS左右，经单片机处理，将产生的脉冲计数转换成实时的回转角度值，再通过RS-485通信模块进行实时数据的传输，另外，红外对射式光电传感器的各项参数也可以通过力矩限制器来设定，使得红外对射式光电传感器的灵活性大大提高，也方便使用者操作。
当机械式行程开关7的摆杆8向左摆动，红外对射式光电传感器内部不透明的塑料挡片遮住红外对射式光电传感器，触发右侧的红外对射式光电传感器，并产生一次正向脉冲，通过单片机处理角度值增加。当机械式行程开关7的摆杆8向右摆动，传感器内部不透明的塑料挡片遮住另外一侧的红外传感器，触发右侧的红外传感器，并产生一次正向脉冲。通过单片机处理角度值减小。不透明的塑料挡片遮挡左侧的红外对射式光电传感器的次数N1，挡片遮挡右侧的红外对射式光电传感器的次数N2，门机齿轮的齿轮个数M(此值可通过仪表配置)，可得门机当前的回转角度值θ：
下面以某厂门机的齿轮参数举例说明传感器的转速限制：
门机的速度10齿/秒，在预计的速度极限值之内，仅考虑速度指标完全可以使用。
下面参考某厂的门机齿数（174齿）来计算，传感器适用的最大门机转速。
得X3.45(圈)，即得门机允许的最大转速为3.45r/min。
本发明工作状态分为初始化、故障、测量、设置等四种不同的模式。上电后首先初始化自检，通过自检查找通信等故障，若无故障则可通过力矩限制器配置齿轮数量、通信等参数，保存设置好的参数，返回测量模式，通过MODBUS通信协议，返回实时测量的角度，在力矩限制器上实时显示。
1）：初始化模式——上电后首先处于初始化模式。配置硬件和加载参数，然后进行自检。自检通过后自动进入测量模式；如果自检未通过则进入故障模式。
2）：故障模式——此状态下，传感器接收到非法操作指令后，返回故障代码。
3）：测量模式——这个模式下，传感器进行齿轮齿数的脉冲计数，用计数的脉冲值乘以角度分辨率得到当前的角度值，再根据标定位置的传感器信号，确定当前转动的方位及角度，此方法可靠性较高。
4）：设置模式——在上述几种模式下，接收到SETIN（0x41 号）自定义指令后，打开写保护进入到该模式。该模式下可进行配置寄存器的读写、修改。当接收到QUIT（0x42 号）自定义指令后，可退出设置模式，同时固化保存配置寄存器的内容，并返回到测量模式。如果接收到RESET（0x13 号）指令，则传感器直接复位重启，启用修改后的参数。（设备地址ADDR、波特率这两个参数在设置成功后立即生效）
Claims (4)
1.一种起重机回转位置的接触式测量装置，包括安装于起重机回转平台上的第一齿轮传感器（1）、第二齿轮传感器（2）、定位传感器（3）；以及固定安装的反射块（4）、机械式行程开关（7）；其特征在于，所述第一齿轮传感器（1）、第二齿轮传感器（2）位于机械式行程开关（7）内摆杆（8）的左、右两侧；所述第一齿轮传感器（1）、第二齿轮传感器（2）、定位传感器（3）均连接信号采集/处理模块，信号采集/处理模块连接单片机处理模块，单片机处理模块通过RS-485通信模块连接力矩限制器；所述第一齿轮传感器（1）、第二齿轮传感器（2）为红外对射式光电传感器；所述定位传感器（3）为反射式光电开关；机械式行程开关（7）的摆杆（8）与齿轮（5）表面接触，检测并反映齿轮（5）的凹凸变化。
2.根据权利要求1所述一种起重机回转位置的接触式测量装置，其特征在于，所述第一齿轮传感器（1）、第二齿轮传感器（2）、定位传感器（3）通过支架（6）固定安装在起重机回转平台上。
3.根据权利要求1所述一种起重机回转位置的接触式测量装置，其特征在于，所述反射块（4）为钢条。
4.一种起重机回转位置的接触式测量方法，其特征在于，机械式行程开关（7）的摆杆（8）与齿轮（5）表面接触，检测并反映齿轮（5）的凹凸变化，机械式行程开关（7）的摆杆（8）随着不同的旋转方向，能够分别向位于其左、右两侧的第一齿轮传感器（1）、第二齿轮传感器（2）产生摆动；当所述摆杆（8）摆向某侧时，该侧齿轮传感器检测到信号，并对此计数，同时直接确定旋转方向；由于齿轮（5）的齿圈总齿数是固定的，两个齿之间的间隙对应了一个固定的旋转角度：正向角度增加，反向角度减少。
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