CN111232846B - 一种安全控制装置及方法、起重机力矩安全监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安全控制装置，包括输入单元、输出单元、主MCU和从MCU，主MCU和从MCU相互通信，输入单元的输入端外接信息采集设备，输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输入端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输出端连接执行机构。同时公开了相应的安全控制装置的控制方法和起重机力矩安全监控系统。本发明采用主从MCU方式，两个MCU进行同步和交换信息，主MCU用来信息处理、计算和输出，从MCU用于信息采集和比较判断处理，并在故障时能够及时切断输出，通过从MCU的识别，保证输入输出的准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种安全控制装置及方法、起重机力矩安全监控系统，属于起重机监控领域。
背景技术
力矩安全监控系统是起重机的主要安全保护装置，能够检测所吊运的物体的重量，当实际起重重量超过相应工况下的额定重量时，能够进行报警或强制停机，从而实现对起重机的安全保护。力矩安全监控系统的控制器一般采用通用PLC或普通的控制器，控制器的输入输出可靠性很难保证，对安全造成隐患。
发明内容
本发明提供了一种安全控制装置及方法、起重机力矩安全监控系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种安全控制装置，包括输入单元、输出单元、主MCU和从MCU，主MCU和从MCU相互通信，输入单元的输入端外接信息采集设备，输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输入端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输出端连接执行机构。
输入单元包括模拟量输入单元、数字量输入单元和脉冲量输入单元；
模拟量输入单元的输入端外接模拟量采集单元，模拟量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU；
数字量输入单元的输入端外接数字量采集单元，数字量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU；
脉冲量输入单元的输入端外接脉冲量采集单元，脉冲量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU。
模拟量输入单元的配置端连接主MCU。
输出单元包括PWM输出单元和数字量输出单元；PWM输出单元输入端分别连接主MCU和从MCU，PWM输出单元的输出端连接相应的执行机构，数字量输出单元输入端分别连接主MCU和从MCU，数字量输出单元的输出端连接相应的执行机构。
主MCU还连接有通信接口。
一种起重机力矩安全监控系统，包括安全控制装置，安全控制装置的输入单元连接信息采集设备，信息采集设备采集起重机力矩计算用的信息，安全控制装置的输出单元连接起重机的执行机构，执行机构接收安全控制装置输出的控制指令，完成相应的动作。
信息采集设备包括压力传感器、倾角传感器、长度传感器、速度传感器、位置传感器和风速仪，执行机构包括开关阀、比例阀和继电器，输入单元包括模拟量输入单元、数字量输入单元和脉冲量输入单元，输出单元包括PWM输出单元和数字量输出单元；
压力传感器、倾角传感器和长度传感器均与模拟量输入单元连接，速度传感器与模拟量输入单元或脉冲量输入单元连接，位置传感器与模拟量输入单元或数字量输入单元连接，风速仪与模拟量输入单元或脉冲量输入单元连接；
数字量输出单元连接开关阀和继电器，PWM输出单元连接比例阀。
还包括显示器，主MCU通过通信接口与显示器连接。
还包括GPS模块，主MCU通过通信接口与GPS模块连接，GPS模块外接远程信息平台。
一种安全控制装置的控制方法，包括，
主MCU和从MCU同步接收从输入单元输入的采集信息；
主MCU和从MCU基于相同的预设方法对采集信息进行初步处理；
从MCU接收主MCU发送的初步处理结果，并与自身初步处理结果进行比较；
响应于比较无异常，主MCU进行实时力矩计算，并根据实时力矩向执行机构发出控制指令；
从MCU接收根据控制指令动作后的反馈信号，判断反馈信号是否正常；
响应于反馈信号异常，从MCU向输出单元发出切断指令。
本发明所达到的有益效果：本发明采用主从MCU方式，两个MCU进行同步和交换信息，主MCU用来信息处理、计算和输出，从MCU用于信息采集和比较判断处理，并在故障时能够及时切断输出，通过从MCU的识别，保证输入输出的准确可靠。
附图说明
图1为安全控制装置的结构框图；
图2为起重机力矩安全监控系统的结构框图；
图3为方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种安全控制装置，符合1oo2系统架构，包括输入单元、输出单元、主MCU和从MCU。主MCU和从MCU通过CAN总线相互通信，主MCU连接CAN、以太网等通信接口，输入单元的输入端外接信息采集设备，输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输入端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输出端连接执行机构。
主MCU、从MCU均采用32位高性能处理器，其中主MCU采用英飞凌AURIX多核处理器，其符合功能安全相关要求，主频200MHz，能够满足数据高速计算和传输的需求。
输入单元包括模拟量输入单元、数字量输入单元和脉冲量输入单元。模拟量输入单元的输入端外接模拟量采集单元，模拟量采集单元可以实现电阻、电压、电流信号采集，模拟量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU，模拟量输入单元的配置端连接主MCU，通过主MCU配置模拟量输入单元输入类型，即设置输入为电压型、电流型或电阻型；数字量输入单元的输入端外接数字量采集单元，数字量采集单元可以实现开关量信号采集，数字量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU；脉冲量输入单元的输入端外接脉冲量采集单元，脉冲量采集单元可以实现转速等信号的采集，脉冲量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU。
输出单元包括PWM输出单元和数字量输出单元。PWM输出单元输入端分别连接主MCU和从MCU，PWM输出单元的输出端连接相应的执行机构，数字量输出单元输入端分别连接主MCU和从MCU，数字量输出单元的输出端连接相应的执行机构。
如图2所示，一种起重机力矩安全监控系统，包括安全控制装置、显示器和GPS模块，安全控制装置的输入单元连接信息采集设备，信息采集设备采集起重机力矩计算用的信息，安全控制装置的输出单元连接起重机的执行机构，执行机构接收安全控制装置输出的控制指令，完成相应的动作，主MCU通过通信接口与显示器连接，主MCU通过通信接口与GPS模块连接，GPS模块外接远程信息平台。
信息采集设备包括压力传感器、倾角传感器、长度传感器、速度传感器、位置传感器和风速仪，执行机构包括开关阀、比例阀和继电器，输入单元包括模拟量输入单元、数字量输入单元和脉冲量输入单元，输出单元包括PWM输出单元和数字量输出单元。
压力传感器、倾角传感器和长度传感器均与模拟量输入单元连接，速度传感器与模拟量输入单元或脉冲量输入单元连接，位置传感器与模拟量输入单元或数字量输入单元连接，风速仪与模拟量输入单元或脉冲量输入单元连接。
数字量输出单元连接开关阀和继电器，PWM输出单元连接比例阀。
各种传感器和和风速仪提供和机器起重力矩相关的各种数据及外部环境信息，安全控制装置采集这些信息并结合起重机臂架结构参数进行分析处理，得到当前力矩，当起重机力矩超出安全范围时，安全控制装置控制阀门和继电器，实现对起重机的安全保护，控制起重机在安全区域工作。
显示器进行各种信息和力矩的显示，在到达报警条件时进行报警提示，同时和安全控制装置配合可以对一些传感器进行设置和标定。
GPS模块可以把当前的一些信息传输到远程信息平台，并可通过它和显示器进行安全控制装置的一些参数修改和远程程序升级。
如图3所示，上述安全控制装置的控制方法，具体包括：
1）上电后，主MCU和从MCU首先完成初始化与底层驱动程序加载，并进行自检，判断自身是否存在故障，如没有故障，则进入监控模式；
2）主MCU和从MCU进行时间点的同步，确保采集信息为同一时间点的信息；
3）主MCU和从MCU同步接收从输入单元输入的采集信息；
4）主MCU和从MCU基于相同的预设方法对采集信息进行初步处理；
5）主MCU将初步处理结果发送给从MCU，从MCU接收主MCU发送的初步处理结果，并与自身初步处理结果进行比较；
6）响应于比较无异常，主MCU进行实时力矩计算，并根据实时力矩向执行机构发出控制指令；响应于比较异常，输出故障信息；
7）从MCU接收根据控制指令动作后的反馈信号（如：起重机根据控制指令进行相应的动作，从MCU接收动作后的反馈信号），判断反馈信号是否正常；，判断反馈信号是否正常；
8）响应于反馈信号异常，从MCU向输出单元发出切断指令。
本发明采用主从MCU方式，两个MCU进行同步和交换信息，主MCU用来信息处理、计算和输出，从MCU用于信息采集和比较判断处理，并在故障时能够及时切断输出，通过从MCU的识别，保证输入输出的准确可靠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种安全控制装置，其特征在于：包括输入单元、输出单元、主MCU和从MCU，主MCU和从MCU相互通信，输入单元的输入端外接信息采集设备，输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输入端分别连接主MCU和从MCU，输出单元的输出端连接执行机构；
其中，
主MCU和从MCU同步接收从输入单元输入的采集信息；
主MCU和从MCU基于相同的预设方法对采集信息进行初步处理；
从MCU接收主MCU发送的初步处理结果，并与自身初步处理结果进行比较；
响应于比较无异常，主MCU进行实时力矩计算，并根据实时力矩向执行机构发出控制指令；
从MCU接收根据控制指令动作后的反馈信号，判断反馈信号是否正常；
响应于反馈信号异常，从MCU向输出单元发出切断指令。
2.根据权利要求1所述的一种安全控制装置，其特征在于：输入单元包括模拟量输入单元、数字量输入单元和脉冲量输入单元；
模拟量输入单元的输入端外接模拟量采集单元，模拟量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU；
数字量输入单元的输入端外接数字量采集单元，数字量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU；
脉冲量输入单元的输入端外接脉冲量采集单元，脉冲量输入单元的输出端分别连接主MCU和从MCU。
3.根据权利要求2所述的一种安全控制装置，其特征在于：模拟量输入单元的配置端连接主MCU。
4.根据权利要求1所述的一种安全控制装置，其特征在于：输出单元包括PWM输出单元和数字量输出单元；PWM输出单元输入端分别连接主MCU和从MCU，PWM输出单元的输出端连接相应的执行机构，数字量输出单元输入端分别连接主MCU和从MCU，数字量输出单元的输出端连接相应的执行机构。
5.根据权利要求1所述的一种安全控制装置，其特征在于：主MCU还连接有通信接口。
6.一种起重机力矩安全监控系统，其特征在于：包括权利要求1所述的安全控制装置，安全控制装置的输入单元连接信息采集设备，信息采集设备采集起重机力矩计算用的信息，安全控制装置的输出单元连接起重机的执行机构，执行机构接收安全控制装置输出的控制指令，完成相应的动作。
7.根据权利要求6所述的一种起重机力矩安全监控系统，其特征在于：信息采集设备包括压力传感器、倾角传感器、长度传感器、速度传感器、位置传感器和风速仪，执行机构包括开关阀、比例阀和继电器，输入单元包括模拟量输入单元、数字量输入单元和脉冲量输入单元，输出单元包括PWM输出单元和数字量输出单元；
压力传感器、倾角传感器和长度传感器均与模拟量输入单元连接，速度传感器与模拟量输入单元或脉冲量输入单元连接，位置传感器与模拟量输入单元或数字量输入单元连接，风速仪与模拟量输入单元或脉冲量输入单元连接；
数字量输出单元连接开关阀和继电器，PWM输出单元连接比例阀。
8.根据权利要求6所述的一种起重机力矩安全监控系统，其特征在于：还包括显示器，主MCU通过通信接口与显示器连接。
9.根据权利要求6所述的一种起重机力矩安全监控系统，其特征在于：还包括GPS模块，主MCU通过通信接口与GPS模块连接，GPS模块外接远程信息平台。
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