CN107628538A - 基于隔离控制的电动葫芦控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统及方法，属于电气和自动化领域。该方法包括通过主控模块接收控制指令；通过主控模块获取控制指令对应的数据帧信息，数据帧信息存储在SD卡存储模块；通过主控模块根据数据帧信息生成电动葫芦控制指令；根据电动葫芦控制指令控制IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，固态继电器与电动葫芦的控制回路连接，电动葫芦控制指令用于控制电动葫芦的运行状态；测试过程无需人工参与，解决了现有的电动葫芦能效测试时自动化程度不高，测试流程不符合要求的问题；达到了提高电动葫芦能效测试的自动化程度、简化测试流程，提高测试效率和保证测试结果的准确性的效果。

Description

基于隔离控制的电动葫芦控制系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及电气和自动化领域，特别涉及一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统及方法。

背景技术

电动葫芦作为起重机械类特种设备，因其制造方便、安装简易、维修简单、价格低廉以及操作灵活等特点，被广泛应用于物料搬运行业。据不完全统计，2016年底我国有电动葫芦生产企业450余家，年产量100余万台，且我国电动葫芦市场仍保持着较高的平均增速。由于我国电动葫芦用户众多，在电动葫芦这一类起重机械上的年能源消耗量巨大，目前我国电动葫芦总装机容量约为5.8亿千瓦，可见做好电动葫芦行业的节能工作具有重要的经济效益。

针对电动葫芦的能效测试和能效评价的研究和应用在我国刚刚起步，2013年中国国家标准化管理委员会首次发布了GB/T 30028-2013《电动葫芦能效测试方法》，以规范该类特种设备的能效测试，2016年首次发布了JB/T12745-2016《电动葫芦能效限额》。

目前电动葫芦测试大多在电动葫芦试验台进行，但是具备能效测试条件的电动葫芦试验台较少，且测试流程并未遵循上述国家标准，测试流程的自动化程度不高、测试结果的准确性和精度不高。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统及方法。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统，该系统至少包括主控模块、电池供电模块、SD卡存储模块、人机交互模块、IO驱动模块；

所述主控模块与所述电池供电模块、所述SD卡存储模块、所述人机交互模块、所述IO驱动模块分别连接；

所述IO驱动模块包括电压转换芯片和固态继电器，所述主控模块与所述电压转换芯片连接，所述电压转换芯片的输出端与所述固态继电器的驱动端连接，所述固态继电器与所述电动葫芦的控制回路连接；

所述人机交互模块，用于响应用户操作，根据所述用户操作向所述主控模块发送控制指令，并显示运行状态和结果；

所述主控模块，用于根据所述控制指令生成电动葫芦控制指令并发送至所述IO驱动模块；

所述IO驱动模块，用于根据所述电动葫芦控制指令控制与所述电动葫芦的控制回路连接的所述固态继电器的工作状态；

所述SD卡存储模块，用于存储数据帧信息，所述数据帧信息包括工作级别对应的运转方式的总耗时和所述工作级别对应的运转方式中每个步骤的耗时；

所述电池供电模块，用于为所述GSM通信模块、所述主控模块、所述SD卡存储模块、所述人机交互模块、所述IO驱动模块供电。

可选的，所述电池供电模块至少包括锂电池和电池充放电保护电路；

所述锂电池与所述电池充放电保护电路连接；

所述锂电池，用于为所述电池充放电保护电路提供电源；

所述电池充放电保护电路，用于在所述锂电池发生过充放电时自动切断外部充放电回路。

可选的，所述电池供电模块还包括稳压电路；

所述稳压电路，用于对所述锂电池的输出电压进行整形稳压。

可选的，所述主控模块包括控制芯片；

所述SD卡存储模块包括SD卡和卡槽，所述SD卡放置在所述卡槽中，所述卡槽与所述控制芯片连接。

第二方面，提供了一种基于隔离控制的电动葫芦控制方法，应用于权利要求1至4任一所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

通过主控模块接收控制指令，所述控制指令包括工作级别和运转方式；

通过所述主控模块获取所述控制指令对应的数据帧信息，所述数据帧信息包括工作级别对应的运转方式的总耗时和所述工作级别对应的运转方式中每个步骤的耗时，所述数据帧信息存储在所述SD卡存储模块；

通过所述主控模块根据所述数据帧信息生成电动葫芦控制指令；

根据所述电动葫芦控制指令控制所述IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，所述固态继电器与电动葫芦的控制回路连接，所述电动葫芦控制指令用于控制所述电动葫芦的运行状态。

可选的，所述工作级别的种类为八种。

可选的，所述运转方式包括单速运转和双速运转；

所述单速运转包括四个步骤，为快升、暂停、快降、暂停；

所述双速运转包括八个步骤，为慢升、快升、慢升、暂停、慢降、快降、慢降、暂停。

可选的，所述根据所述电动葫芦控制指令控制所述IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，包括：

所述电压转换芯片根据所述控制指令控制与所述步骤对应的固态继电器的工作状态。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过主控模块接收控制指令，通过主控模块获取控制指令对应的数据帧信息，通过主控模块根据数据帧信息生成电动葫芦控制指令，根据电动葫芦控制指令控制IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，实现控制电动葫芦的运行状态；测试过程无需人工参与，解决了现有的电动葫芦能效测试时自动化程度不高，测试流程不符合要求的问题；达到了提高电动葫芦能效测试的自动化程度、简化测试流程，提高测试效率和保证测试结果的准确性的效果。

此外，还实现了电动葫芦与能效测试设备之间的电气隔离，提高了电动葫芦与能效测试设备的使用安全以及测试过程中测试人员的人身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统的结构框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种电池充放电保护电路的电路示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统的局部电路示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统的局部电路示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统的局部电路示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种基于隔离控制的电动葫芦控制方法的流程图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种基于隔离控制的电动葫芦控制方法的实施示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的基于隔离控制的电动葫芦控制系统的结构框图。如图1所示，该基于隔离控制的电动葫芦控制系统包括：主控模块101、电池供电模块102、SD卡存储模块103、人机交互模块105、IO驱动模块104。

主控模块101与电池供电模块102、SD卡存储模块103、人机交互模块105、IO驱动模块104分别连接。

IO驱动模块104包括电压转换芯片和固态继电器，控制模块101与电压转换芯片连接，电压转换芯片的输出端与固态继电器的驱动端连接，固态继电器与电动葫芦的控制回路连接。

人机交互模块105用于响应用户操作，向主控模块101发送控制指令，以及显示运行状态和结果，显示实时显示测试过程中各种物理量变化及测试流程走向。

当用户在人机交互模块内的触摸设备上操作时，人机交互模块105响应用户操作，向主控模块101发送与操作对应的控制指令。

主控模块101，用于根据人机交互模块105发送的控制指令生成电动葫芦控制指令，并发送至IO驱动模块104。

可选的，电动葫芦控制指令用于控制电动葫芦运行的运行状态。

可选的，控制指令包括工作级别和运转方式。

主控模块获取控制指令对应的数据帧信息，根据数据帧信息生成电动葫芦控制指令。

SD卡存储模块106用于存储数据帧信息，数据帧信息包括工作级别对应的运转方式的总耗时和工作级别对应的运转方式中每个步骤的耗时。

电池供电模块102，用于为主控模块101、SD卡存储模块103、人机交互模块105、IO驱动模块104供电。

可选的，电池供电模块至少包括锂电池和电池充放电保护电路；

锂电池与电池充放电保护电路连接；

锂电池，用于为电池充放电保护电路提供电源；

电池充放电保护电路，用于在锂电池发生过充放电时自动切断外部充放电回路。

当锂电池发生过充时，电池充放电保护电路自动切断充电回路，阻止继续充电；发生过放时，电池充放电保护电路自动切断放电回路，阻止继续放电。

可选的，电池供电模块还包括稳压电路；

稳压电路，用于对锂电池的输出电压进行整形稳压。

稳压电路将锂电池提供的电压进行稳压和滤波，输出稳定的5V和3.3V工作电压。

可选的，电池充放电保护电路包括电池保护芯片。电池保护芯片与锂电池连接。

图3示例性地示出了一种电池充放电保护电路的电路示意图，如图4所示，电池保护芯片S-8262A的第一输出端CO与第一NMOS管Q3的栅极连接，电池保护芯片的第二输出端DO与第二NMOS管Q2的栅极连接，第一NMOS管Q3的漏极与第二NMOS管Q2的漏极连接，第一NMOS管Q3的源极和第二NMOS管Q2的源极之间连接有指示灯电路，指示灯电路包括发光二极管。

锂电池Battery与电池保护芯片S-8262A连接。正常充电时，电池保护芯片S-8262A的第一输出端CO输出高电平，第一NMOS管Q3导通，正常充电指示灯D4亮；过充时，电池保护芯片S-8262A的第一输出端CO输出低电平，第一NMOS管Q3截止，停止充电，正常充电指示灯D4灭，电池保护芯片S-8262A的第三输出端AO输出低电平，过充指示灯D1亮；正常放电时，电池保护芯片S-8262A的第二输出端DO输出高电平，第二NMOS管Q2导通，指示灯D5亮；过放时，电池保护芯片S-8262A的第二输出端DO输出低电平，第二NMOS管Q2截止，停止放电。

端EB+和端EB-构成锂电池的充电端口和输出端口。

通过三个指示灯D1、D4和D5可清楚的知道锂电池的工作状态。而且在放电过程中电池电压会逐渐下降至终止电压，终止电压一般为2.5V～3.0V。

可选的，主控模块包括控制芯片，SD卡存储模块包括SD卡和卡槽，SD卡放置在卡槽中，卡槽与控制芯片连接。

其中，SD卡可拔插，支持不同容量的SD卡。

以主控模块中控制芯片的型号为STM32F407VET6，IO驱动模块中电压转换芯片的型号为SN74LVC4245，固态继电器的型号为G3MB-202P，人机交互模块的型号为DMT80480T050_02W为例，图3至图5示例性地示出了本发明实施例所提供的基于隔离控制电动葫芦的控制系统的电路示意图。

图4中SD卡存储模块的卡槽通过SDIO接口与图3中控制芯片STM32F407VET6连接，实现卡槽中SD卡数据的读取和写入。图4中卡槽的SD_DT0、SD_DT1、SD_DT2、SD_DT3、SD_CLK、SD_CMD引脚分别与控制芯片STM32F407VET6的SDIO_D0、SDIO_D1、SDIO_D2、SDIO_D3、SDIO_CK、SDIO_CMD引脚相连，且均使用10K电阻上拉至3.3V。

其中，图4中的SD_DT0、SD_DT1、SD_DT2、SD_DT3为数据传输引脚，SD_CLK为时钟信号引脚，SD_CMD为控制信号引脚。

图5中3.3V和5V电源由电池供电模块提供，由于G3MB-202P型固态继电器的驱动电压为5V，控制芯片STM32F407VET6的GPIO口电压为3.3V，所以使用电压转换芯片SN74LVC4245将3.3V电压转换为5V电压。

图5中电压转换芯片SN74LVC4245的IO1至IO8引脚与图3中控制芯片STM32F407VET6的GPIO口IO1至IO8连接，每个固态继电器的驱动端IN-与电压转换芯片的输出端连接。

当电压转换芯片SN74LVC4245的输出端INx输出低电平时，固态继电器的IN+端、IN-端导通，固态继电器的输出端OUT+、OUT-导通，电动葫芦的控制回路导通，电动葫芦正常运行，其中，x为1至8中的任意在一个正整数。

以固态继电器O8为例，固态继电器O8的IN-端与电压转换芯片的输出端IN8连接，当控制芯片的IO8输出低电平时，电压转换芯片的IO8口输出低电平，固态继电器闭合，与固态继电器连接的电动葫芦的控制回路接通，电动葫芦正常运行。

一个固态继电器与运转方式中的一个步骤对应，每个固态继电器对应不同的不同。

可选的，固态继电器的接入数量可根据实际需要确定，最多接入8个固态继电器。

比如：当运转方式为单速运转时，固态继电器的数量为4个，4个固态继电器分别对应快升、暂停、快降、暂停；当运转方式为双速运转时，固态继电器的数量为8个，8个固态继电器分别对应慢升、快升、慢升、暂停、慢降、快降、慢降、暂停。

请参考图6，其示出了本发明一个实施例提供的基于隔离控制的电动葫芦控制方法的流程图，该电动葫芦能效测试方法适用于如图1所示的基于隔离控制的电动葫芦控制系统中。如图6所示，该基于隔离控制的电动葫芦控制方法至少包括如下几个步骤：

步骤601，通过主控模块接收控制指令，控制指令包括工作级别和运转方式。

当用户在人机交互模块中的触摸屏上选定运转方式和工作级别，人机交互模块根据选定的运转方式对应的工作级别和选定的运转方式对应的运转方式生成控制指令，并将控制指令发送至主控模块，主控模块接收控制指令。

可选的，工作级别的种类为八种。

可选的，运转方式包括单速运转和双速运转。

单速运转包括四个步骤：快升、暂停、快降、暂停。

双速运转包括八个步骤：慢升、快升、慢升、暂停、慢降、快降、慢降、暂停。

步骤602，通过主控模块获取控制指令对应的数据帧信息。

数据帧信息包括工作级别对应的运转方式的总耗时和工作级别对应的运转方式中每个步骤的耗时。数据帧信息存储在SD卡存储模块。

表一示例性地示出了单速运转时各个工作级别对应的总耗时和每个步骤的耗时。

表一

表二示例性地示出了双速运转时各个工作级别对应的总耗时和每个步骤的耗时。

表二

可选的，存储在SD卡存储模块中的数据帧信息的格式为“起始帧(2bytes)+工作级别指示位(1bytes)+运转方式标志位(1bytes)+步骤时间位(8bytes)+总耗时校验位(1bytes)+结束帧(2bytes)”。

比如：工作级别为M1，运转方式为单速运转，数据帧信息的格式为“EF AE 01 010C 44 0C 44 00 00 00 00 A0 EC AD”；工作级别为M1，运转方式为单速运转，数据帧信息的格式为“EF AE 01 02 03 0C 03 66 03 0C 03 66 F0 EC AD”。

步骤603，通过主控模块根据数据帧信息生成电动葫芦控制指令。

主控模块生成电动葫芦控制指令，并发送至IO驱动模块。

步骤604，根据电动葫芦控制指令控制IO驱动模块中的固态继电器的工作状态。

固态继电器与电动葫芦的控制回路连接。

电动葫芦控制指令用于控制电动葫芦的运行状态。

可选的，电压转换芯片根据控制指令控制与步骤对应的固态继电器的工作状态。

IO驱动模块中的电压转换芯片根据电动葫芦控制指令输出用于控制与步骤对应的固态继电器的电平信号，固态继电器根据电平信号的高低导通或不导通，相应地，电动葫芦的控制回路导通或不导通，实现自动控制电动葫芦的运行状态的效果。

可选的，利用IO驱动模块中固态继电器的导通状态，控制电动葫芦的控制回路中控制开关的导通状态，实现电动葫芦的控制回路的导通状态控制。

当固态继电器导通时，电动葫芦的控制电路中的控制开关开启，电动葫芦的控制回路导通；当固态继电器不导通时，电动葫芦的控制电路中的控制开关关闭，电动葫芦的控制回路断开。

以单速运转为例，电动葫芦的自动控制流程如图7所示。

通过人机交互模块选择工作级别1，选择开始测试后，开启总开关2，根据主控模块生成的电动葫芦控制指令，判断执行步骤，根据判断结果控制IO驱动模块中固态继电器的导通，从而控制电动葫芦的控制回路中控制开关的状态。比如：判断是否执行步骤慢升3，若是则关闭其他步骤对应的开关，开启慢升开关4，若否，则判断是否执行步骤慢降5，若是则关闭其他步骤对应的开关，开启慢降开关51，若否，则判断是否执行步骤快升6，若是则关闭其他步骤对应的开关，开启快升开关7，若否，则判断是否执行步骤快降8，若是则关闭其他步骤对应的开关，开启快降开关9，若否，则判断是否结束测试，若结束，则重新判断是否执行步骤慢升3；在每个步骤的运行完毕后，执行判断步骤。

需要说明的是，用户可根据实际的测试需要，修改各个步骤的运行时间。

综上所述，本发明实施例提供的基于隔离控制的电动葫芦控制方法，通过主控模块接收控制指令，通过主控模块获取控制指令对应的数据帧信息，通过主控模块根据数据帧信息生成电动葫芦控制指令，根据电动葫芦控制指令控制IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，实现控制电动葫芦的运行状态；测试过程无需人工参与，解决了现有的电动葫芦能效测试时自动化程度不高，测试流程不符合要求的问题；达到了提高电动葫芦能效测试的自动化程度、简化测试流程，提高测试效率和保证测试结果的准确性的效果。

主控模块通过IO驱动模块控制电动葫芦控制回路，实现了电动葫芦与能效测试设备的电气隔离，保证了电动葫芦与能效测试设备的使用安全以及测试过程中测试人员的人身安全。

需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于隔离控制的电动葫芦控制系统，其特征在于，所述系统至少包括主控模块、电池供电模块、SD卡存储模块、人机交互模块、IO驱动模块；

所述主控模块与所述电池供电模块、所述SD卡存储模块、所述人机交互模块、所述IO驱动模块分别连接；

所述IO驱动模块包括电压转换芯片和固态继电器，所述主控模块与所述电压转换芯片连接，所述电压转换芯片的输出端与所述固态继电器的驱动端连接，所述固态继电器与所述电动葫芦的控制回路连接；

所述人机交互模块，用于响应用户操作，根据所述用户操作向所述主控模块发送控制指令，显示运行状态和结果；

所述主控模块，用于根据所述控制指令生成电动葫芦控制指令并发送至所述IO驱动模块；

所述IO驱动模块，用于根据所述电动葫芦控制指令控制与所述电动葫芦的控制回路连接的所述固态继电器的工作状态；

所述SD卡存储模块，用于存储数据帧信息，所述数据帧信息包括工作级别对应的运转方式的总耗时和所述工作级别对应的运转方式中每个步骤的耗时；

所述电池供电模块，用于为所述GSM通信模块、所述主控模块、所述SD卡存储模块、所述人机交互模块、所述IO驱动模块供电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池供电模块至少包括锂电池和电池充放电保护电路；

所述锂电池与所述电池充放电保护电路连接；

所述锂电池，用于为所述电池充放电保护电路提供电源；

所述电池充放电保护电路，用于在所述锂电池发生过充放电时自动切断外部充放电回路。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电池供电模块还包括稳压电路；

所述稳压电路，用于对所述锂电池的输出电压进行整形稳压。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控模块包括控制芯片；

所述SD卡存储模块包括SD卡和卡槽，所述SD卡放置在所述卡槽中，所述卡槽与所述控制芯片连接。

5.一种基于隔离控制的电动葫芦控制方法，应用于权利要求1至4任一所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

通过主控模块接收控制指令，所述控制指令包括工作级别和运转方式；

通过所述主控模块获取所述控制指令对应的数据帧信息，所述数据帧信息包括工作级别对应的运转方式的总耗时和所述工作级别对应的运转方式中每个步骤的耗时，所述数据帧信息存储在所述SD卡存储模块；

通过所述主控模块根据所述数据帧信息生成电动葫芦控制指令；

根据所述电动葫芦控制指令控制所述IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，所述固态继电器与电动葫芦的控制回路连接，所述电动葫芦控制指令用于控制所述电动葫芦的运行状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述工作级别的种类为八种。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述运转方式包括单速运转和双速运转；

所述单速运转包括四个步骤，为快升、暂停、快降、暂停；

所述双速运转包括八个步骤，为慢升、快升、慢升、暂停、慢降、快降、慢降、暂停。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述电动葫芦控制指令控制所述IO驱动模块中的固态继电器的工作状态，包括：

所述电压转换芯片根据所述控制指令控制与所述步骤对应的固态继电器的工作状态。