CN112010184A - 一种智能监测卡及起重设备运行状态监测和显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能监测卡，包括一MCU处理器；一输入模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输入单元、若干组电流模拟量输入单元、若干组电压模拟量输入单元、及若干通信接口；一输出模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输出单元与至少一通信接口；一显示模块，其电连接于MCU处理器；一无线数据传输模块，其电连接于MCU处理器；一继电器输出单元，其电连接于MCU处理器；一电源模块，其分别为MCU处理器、输入模块、输出模块、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元供电。本发明还公开了基于上述智能监测卡的起重设备运行状态监测和显示方法。本发明接线操作方便快捷，软件设置简单，显示更为直观。

Description

一种智能监测卡及起重设备运行状态监测和显示方法
技术领域
本发明涉及起重设备领域，尤其涉及一种智能监测卡及起重设备运行状态监测和显示方法。
背景技术
目前，对于起重设备的运行状态监测和显示，一般是将PLC(可编程控制器)和HMI(人机界面)两种电气元件接入起重设备的本体电控线路中，再通过编程进行设置和显示。首先，因PLC不同种类的端子较多，线路的对接较为麻烦；另外，在HMI上的显示信息需要专业人员进行编程和调试，较为复杂和繁琐。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种智能监测卡及起重设备运行状态监测和显示方法，接线操作方便快捷，软件设置简单，显示更为直观。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：
一种智能监测卡，其特征在于，包括：
一MCU处理器；
一输入模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输入单元、若干组电流模拟量输入单元、若干组电压模拟量输入单元、及若干通信接口；
一输出模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输出单元与至少一通信接口；
一显示模块，其电连接于MCU处理器；
一无线数据传输模块，其电连接于MCU处理器；
一继电器输出单元，其电连接于MCU处理器；
一电源模块，其分别为MCU处理器、输入模块、输出模块、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元供电。
作为本发明的进一步改进，还包括电连接于MCU处理器的一串行通信接口RS232。
作为本发明的进一步改进，所述输入模块与输出模块中的通信接口均为串行通信接口RS485。
作为本发明的进一步改进，在所述输入模块中，开关输入单元有30组，电流模拟量输入单元有5组，电压模拟量输入单元有5组，通信接口有2组；在所述输出模块中，开关输出单元有3组，通信接口有1组。
作为本发明的进一步改进，所述电源模块包括电源芯片U1、二极管D1、二极管D2、极性电容C1、极性电容C2、电容C9、电容C10、电感L1与保险丝F1，其中，该电源芯片U1的第1引脚分别连接至保险丝F1一端、及极性电容C1与电容C9并联形成的并联支路一端，该保险丝F1另一端连接至二极管D1负极，该二极管D1正极连接至插针一端，该插针另一端分别连接至极性电容C1与电容C9并联形成的并联支路另一端、电源芯片U1的第3引脚、电源芯片U1的第5引脚、电源芯片U1的第6引脚、二极管D2正极、及极性电容C2与电容C10的并联支路一端；该电源芯片U1的第2引脚分别连接至二极管D2负极与电感L1一端，该电感L1另一端分别连接至电源芯片U1的第4引脚、及极性电容C2与电容C10的并联支路另一端；24V直流电源由二极管D1正极与插针的连接线之间输入，并由极性电容C2与电容C10的并联支路输出+5V直流电，+5V直流电分别为输入模块、输出模块与继电器输出单元供电。
作为本发明的进一步改进，所述电源模块还包括稳压芯片U2、电容C3、电容C4、电阻R1与发光二极管L，其中，该稳压芯片U2的第1引脚分别连接至电容C3与电容C4的并联支路一端、及发光二极管L负极，该稳压芯片U2的第2引脚连接至电容C3与电容C4的并联支路另一端，该稳压芯片U2的第3引脚连接至电阻R1一端，该电阻R1另一端连接至发光二极管L正极；极性电容C2与电容C10的并联支路输出的+5V直流电连接至稳压芯片U2的第3引脚，并由电容C3与电容C4的并联支路向MCU处理器、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元输出+3.3V直流电。
作为本发明的进一步改进，所述电流模拟量输入单元包括运算放大器U21、电阻R21～R31、电容C41、电容C46与电容C47，其中，该运算放大器U21的第1引脚分别连接至电阻R24一端与电阻R25一端，该电阻R25另一端连接至MCU处理器；该运算放大器U21的第2引脚分别连接至电阻R24另一端与电阻R26一端，该电阻R26另一端分别连接至电阻R22一端与电容C46一端，电阻R22另一端分别连接至电容C46另一端与电阻R23一端，该电阻R23另一端连接至运算放大器U21的第3引脚；该运算放大器U21的第5引脚连接至电阻R28一端，该电阻R28另一端分别连接至电阻R27一端与电容C47一端，该电容C47另一端分别连接至电阻R27另一端与电阻R31一端，该电阻R31另一端分别连接至电阻R29一端与运算放大器U21的第6引脚；该运算放大器U21的第7引脚分别连接至电阻R29另一端与电阻R30一端，该电阻R30另一端连接至MCU处理器，电流模拟量从电容C46与电阻R22之间的连接线、及电阻R28与电容C47之间的连接线输入。
作为本发明的进一步改进，所述电压模拟量输入单元包括运算放大器U24、电阻R54～R64、电阻R77、电阻R78、电容C44、电容C52与电容C53，其中，该运算放大器U24的第1引脚分别连接至电阻R57一端与电阻R58一端，该电阻R58另一端连接至MCU处理器；该运算放大器U24的第2引脚分别连接至电阻R57另一端与电阻R59一端，该电阻R59另一端分别连接至电阻R55一端与电容C52一端，电阻R55另一端分别连接至电容C52另一端、电阻R56一端与电阻R77一端，该电阻R56另一端连接至运算放大器U24的第3引脚；该运算放大器U24的第5引脚连接至电阻R61一端，该电阻R61另一端分别连接至电阻R60一端、电容C53一端与电阻R78一端，该电容C53另一端分别连接至电阻R60另一端与电阻R64一端，该电阻R64另一端分别连接至电阻R62一端与运算放大器U24的第6引脚；该运算放大器U24的第7引脚分别连接至电阻R62另一端与电阻R63一端，该电阻R63另一端连接至MCU处理器，电压模拟量从电阻R77另一端与电阻R78另一端输入。
基于上述智能监测卡的起重设备运行状态监测和显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将智能监测卡接入起重设备，并在配套软件中进行设置和标定；
(2)由智能监测卡对起重设备的运行状态进行实时监测；
(3)在显示模块上显示运行状态信息和/或故障信息；
(4)由无线数据传输模块实现在终端设备上显示状态信息和/或故障信息。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤(1)中，配套软件为可执行文件，可直接打开编辑。
本发明的有益效果为：
(1)通过将MCU处理器、输入模块、输出模块、显示模块、无线数据传输模块、继电器输出单元、电源模块等模块集成在一件独立板卡中，由此构成智能监测卡，满足了起重设备对运行状态和故障监测的需求。在具体使用时，只需直接将起重机的相关线路输出后，按照对应的类型接入智能监测卡，即将智能监测卡连接起重设备的外围线路；同时在配套软件中进行简单设置和标定，即可实现对起重设备运行状态的监测和显示，连接使用方便。同时，通过连接智能监测卡上的Wi-Fi信号，可利用手机、平板电脑、笔记本电脑等终端设备，在地面直接查看上述运行状态信息，不需要维修人员登上起重设备，大大提高监测、维修和检查效率。
(2)采用相对简单的硬件和方便设置的配套软件，有效解决起重设备运行状态的取样、监测、设置和显示问题，方便管理和维修人员直观了解和掌握起重设备的运行和故障信息。与目前常规的PLC和HMI技术相比，接线更加便捷，设置软件更加简单，显示更为直观。
上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明的整体原理框图；
图2为本发明中MCU处理器的原理图；
图3为本发明中电源模块的主要原理图；
图4为本发明中电源模块的部分原理图；
图5为本发明中电流模拟量输入单元的原理图；
图6为本发明中电压模拟量输入单元的原理图；
图7为本发明中RS485收发器的原理图；
图8为本发明中Wi-Fi模块的原理图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明。
请参照图1，本发明实施例提供一种智能监测卡，包括：
一MCU处理器，其原理图如图2所示；
一输入模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输入单元、若干组电流模拟量输入单元、若干组电压模拟量输入单元、及若干通信接口；
一输出模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输出单元与至少一通信接口；
一显示模块，其电连接于MCU处理器，具体的，显示模块可以为液晶显示屏；
一无线数据传输模块，其电连接于MCU处理器，具体的，无线数据传输模块为Wi-Fi模块，其原理图如图8所示；
一继电器输出单元，其电连接于MCU处理器；
一电源模块，其分别为MCU处理器、输入模块、输出模块、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元供电。
本实施例智能监测卡还包括电连接于MCU处理器的一串行通信接口RS232。
在本实施例中，所述输入模块与输出模块中的通信接口均为串行通信接口RS485，采用的RS-485收发器的原理图如图7所示。由于智能监测卡带有串行通信接口RS485，即RS485输出端子，可连接无线网关等设备，可实现起重设备运行状态在更大范围的远程监测。
具体的，在所述输入模块中，开关输入单元有30组，电流模拟量输入单元有5组，电压模拟量输入单元有5组，通信接口有2组；在所述输出模块中，开关输出单元有3组，通信接口有1组。本实施例输入模块与输出模块的输入输出端子类型较为丰富，数量较多，覆盖了起重设备主要的输入输出信号的类型，可以满足大部分桥式和门式起重机对运行状态和故障监测和显示的需求。
在本实施例中，如图3所示，所述电源模块包括电源芯片U1、二极管D1、二极管D2、极性电容C1、极性电容C2、电容C9、电容C10、电感L1与保险丝F1，其中，该电源芯片U1的第1引脚分别连接至保险丝F1一端、及极性电容C1与电容C9并联形成的并联支路一端，该保险丝F1另一端连接至二极管D1负极，该二极管D1正极连接至插针一端，该插针另一端分别连接至极性电容C1与电容C9并联形成的并联支路另一端、电源芯片U1的第3引脚、电源芯片U1的第5引脚、电源芯片U1的第6引脚、二极管D2正极、及极性电容C2与电容C10的并联支路一端；该电源芯片U1的第2引脚分别连接至二极管D2负极与电感L1一端，该电感L1另一端分别连接至电源芯片U1的第4引脚、及极性电容C2与电容C10的并联支路另一端；24V直流电源由二极管D1正极与插针的连接线之间输入，并由极性电容C2与电容C10的并联支路输出+5V直流电，+5V直流电分别为输入模块、输出模块与继电器输出单元供电。
在本实施例中，如图4所示，所述电源模块还包括稳压芯片U2、电容C3、电容C4、电阻R1与发光二极管L，其中，该稳压芯片U2的第1引脚分别连接至电容C3与电容C4的并联支路一端、及发光二极管L负极，该稳压芯片U2的第2引脚连接至电容C3与电容C4的并联支路另一端，该稳压芯片U2的第3引脚连接至电阻R1一端，该电阻R1另一端连接至发光二极管L正极；极性电容C2与电容C10的并联支路输出的+5V直流电连接至稳压芯片U2的第3引脚，并由电容C3与电容C4的并联支路向MCU处理器、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元输出+3.3V直流电。
在本实施例中，如图2与图5所示，所述电流模拟量输入单元包括运算放大器U21、电阻R21～R31、电容C41、电容C46与电容C47，其中，该运算放大器U21的第1引脚分别连接至电阻R24一端与电阻R25一端，该电阻R25另一端连接至MCU处理器；该运算放大器U21的第2引脚分别连接至电阻R24另一端与电阻R26一端，该电阻R26另一端分别连接至电阻R22一端与电容C46一端，电阻R22另一端分别连接至电容C46另一端与电阻R23一端，该电阻R23另一端连接至运算放大器U21的第3引脚；该运算放大器U21的第5引脚连接至电阻R28一端，该电阻R28另一端分别连接至电阻R27一端与电容C47一端，该电容C47另一端分别连接至电阻R27另一端与电阻R31一端，该电阻R31另一端分别连接至电阻R29一端与运算放大器U21的第6引脚；该运算放大器U21的第7引脚分别连接至电阻R29另一端与电阻R30一端，该电阻R30另一端连接至MCU处理器，电流模拟量从电容C46与电阻R22之间的连接线、及电阻R28与电容C47之间的连接线输入。
在本实施例中，如图6所示，所述电压模拟量输入单元包括运算放大器U24、电阻R54～R64、电阻R77、电阻R78、电容C44、电容C52与电容C53，其中，该运算放大器U24的第1引脚分别连接至电阻R57一端与电阻R58一端，该电阻R58另一端连接至MCU处理器；该运算放大器U24的第2引脚分别连接至电阻R57另一端与电阻R59一端，该电阻R59另一端分别连接至电阻R55一端与电容C52一端，电阻R55另一端分别连接至电容C52另一端、电阻R56一端与电阻R77一端，该电阻R56另一端连接至运算放大器U24的第3引脚；该运算放大器U24的第5引脚连接至电阻R61一端，该电阻R61另一端分别连接至电阻R60一端、电容C53一端与电阻R78一端，该电容C53另一端分别连接至电阻R60另一端与电阻R64一端，该电阻R64另一端分别连接至电阻R62一端与运算放大器U24的第6引脚；该运算放大器U24的第7引脚分别连接至电阻R62另一端与电阻R63一端，该电阻R63另一端连接至MCU处理器，电压模拟量从电阻R77另一端与电阻R78另一端输入。
本发明实施例还公开了基于上述智能监测卡的起重设备运行状态监测和显示方法，包括以下步骤：
(1)将智能监测卡接入起重设备，并在配套软件中进行设置和标定；
(2)由智能监测卡对起重设备的运行状态进行实时监测；具体的，起重设备的运行状态包括起重设备当前的起吊重量、各机构当前的运行方向和档位、各机构的电机电流和转速、当前出现的电气故障信息等等；
(3)根据预设的算法和监测到运行状态，在显示模块上显示运行状态信息和/或故障信息；
(4)由无线数据传输模块实现在终端设备上显示状态信息和/或故障信息。具体的，终端设备可以为连接Wi-Fi的手机、平板电脑、电脑等设备。也可以通过浏览器显示相关的内容信息。
在所述步骤(1)中，配套软件为可执行文件，可直接打开编辑，根据接线的情况，可以方便地编辑和设置显示的信息内容，对模拟信号的标定和叠加也很方便；同时，对于变频器等通过RS485连接的部件，可以利用简单的设置实现数据的提取和标定。
本实施例将MCU处理器、输入模块、输出模块、显示模块、无线数据传输模块、继电器输出单元、电源模块等模块集成在一件独立板卡中，由此构成智能监测卡，满足了起重设备对运行状态和故障监测的需求。在具体使用时，只需直接将起重机的相关线路输出后，按照对应的类型接入智能监测卡，即将智能监测卡连接起重设备的外围线路；同时在配套软件中进行简单设置和标定，即可实现对起重设备运行状态的监测和显示。同时，通过连接智能监测卡上的Wi-Fi信号，可利用手机、平板电脑、笔记本电脑等终端设备，在地面直接查看上述运行状态信息，不需要维修人员登上起重设备，大大提高监测、维修和检查效率。
本实施例采用相对简单的硬件和方便设置的配套软件，有效解决起重设备运行状态的取样、监测、设置和显示问题，方便管理和维修人员直观了解和掌握起重设备的运行和故障信息。与目前常规的PLC和HMI技术相比，接线更加便捷，设置软件更加简单，显示更为直观。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，而得到的其他结构，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能监测卡，其特征在于，包括：
一MCU处理器；
一输入模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输入单元、若干组电流模拟量输入单元、若干组电压模拟量输入单元、及若干通信接口；
一输出模块，包括分别电连接于MCU处理器的若干组开关输出单元与至少一通信接口；
一显示模块，其电连接于MCU处理器；
一无线数据传输模块，其电连接于MCU处理器；
一继电器输出单元，其电连接于MCU处理器；
一电源模块，其分别为MCU处理器、输入模块、输出模块、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元供电。
2.根据权利要求1所述的智能监测卡，其特征在于，还包括电连接于MCU处理器的一串行通信接口RS232。
3.根据权利要求1所述的智能监测卡，其特征在于，所述输入模块与输出模块中的通信接口均为串行通信接口RS485。
4.根据权利要求1所述的智能监测卡，其特征在于，在所述输入模块中，开关输入单元有30组，电流模拟量输入单元有5组，电压模拟量输入单元有5组，通信接口有2组；在所述输出模块中，开关输出单元有3组，通信接口有1组。
5.根据权利要求1所述的智能监测卡，其特征在于，所述电源模块包括电源芯片U1、二极管D1、二极管D2、极性电容C1、极性电容C2、电容C9、电容C10、电感L1与保险丝F1，其中，该电源芯片U1的第1引脚分别连接至保险丝F1一端、及极性电容C1与电容C9并联形成的并联支路一端，该保险丝F1另一端连接至二极管D1负极，该二极管D1正极连接至插针一端，该插针另一端分别连接至极性电容C1与电容C9并联形成的并联支路另一端、电源芯片U1的第3引脚、电源芯片U1的第5引脚、电源芯片U1的第6引脚、二极管D2正极、及极性电容C2与电容C10的并联支路一端；该电源芯片U1的第2引脚分别连接至二极管D2负极与电感L1一端，该电感L1另一端分别连接至电源芯片U1的第4引脚、及极性电容C2与电容C10的并联支路另一端；24V直流电源由二极管D1正极与插针的连接线之间输入，并由极性电容C2与电容C10的并联支路输出+5V直流电，+5V直流电分别为输入模块、输出模块与继电器输出单元供电。
6.根据权利要求5所述的智能监测卡，其特征在于，所述电源模块还包括稳压芯片U2、电容C3、电容C4、电阻R1与发光二极管L，其中，该稳压芯片U2的第1引脚分别连接至电容C3与电容C4的并联支路一端、及发光二极管L负极，该稳压芯片U2的第2引脚连接至电容C3与电容C4的并联支路另一端，该稳压芯片U2的第3引脚连接至电阻R1一端，该电阻R1另一端连接至发光二极管L正极；极性电容C2与电容C10的并联支路输出的+5V直流电连接至稳压芯片U2的第3引脚，并由电容C3与电容C4的并联支路向MCU处理器、显示模块、无线数据传输模块与继电器输出单元输出+3.3V直流电。
7.根据权利要求1所述的智能监测卡，其特征在于，所述电流模拟量输入单元包括运算放大器U21、电阻R21～R31、电容C41、电容C46与电容C47，其中，该运算放大器U21的第1引脚分别连接至电阻R24一端与电阻R25一端，该电阻R25另一端连接至MCU处理器；该运算放大器U21的第2引脚分别连接至电阻R24另一端与电阻R26一端，该电阻R26另一端分别连接至电阻R22一端与电容C46一端，电阻R22另一端分别连接至电容C46另一端与电阻R23一端，该电阻R23另一端连接至运算放大器U21的第3引脚；该运算放大器U21的第5引脚连接至电阻R28一端，该电阻R28另一端分别连接至电阻R27一端与电容C47一端，该电容C47另一端分别连接至电阻R27另一端与电阻R31一端，该电阻R31另一端分别连接至电阻R29一端与运算放大器U21的第6引脚；该运算放大器U21的第7引脚分别连接至电阻R29另一端与电阻R30一端，该电阻R30另一端连接至MCU处理器，电流模拟量从电容C46与电阻R22之间的连接线、及电阻R28与电容C47之间的连接线输入。
8.根据权利要求1所述的智能监测卡，其特征在于，所述电压模拟量输入单元包括运算放大器U24、电阻R54～R64、电阻R77、电阻R78、电容C44、电容C52与电容C53，其中，该运算放大器U24的第1引脚分别连接至电阻R57一端与电阻R58一端，该电阻R58另一端连接至MCU处理器；该运算放大器U24的第2引脚分别连接至电阻R57另一端与电阻R59一端，该电阻R59另一端分别连接至电阻R55一端与电容C52一端，电阻R55另一端分别连接至电容C52另一端、电阻R56一端与电阻R77一端，该电阻R56另一端连接至运算放大器U24的第3引脚；该运算放大器U24的第5引脚连接至电阻R61一端，该电阻R61另一端分别连接至电阻R60一端、电容C53一端与电阻R78一端，该电容C53另一端分别连接至电阻R60另一端与电阻R64一端，该电阻R64另一端分别连接至电阻R62一端与运算放大器U24的第6引脚；该运算放大器U24的第7引脚分别连接至电阻R62另一端与电阻R63一端，该电阻R63另一端连接至MCU处理器，电压模拟量从电阻R77另一端与电阻R78另一端输入。
9.基于权利要求1至8中任一所述智能监测卡的起重设备运行状态监测和显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将智能监测卡接入起重设备，并在配套软件中进行设置和标定；
(2)由智能监测卡对起重设备的运行状态进行实时监测；
(3)在显示模块上显示运行状态信息和/或故障信息；
(4)由无线数据传输模块实现在终端设备上显示状态信息和/或故障信息。
10.根据权利要求9所述的起重设备运行状态监测和显示方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，配套软件为可执行文件，可直接打开编辑。
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