CN112279103A - 一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法 - Google Patents

一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法。本发明包括操作部件、多路阀、回转角度检测传感器、副臂长度检测传感器、1#角度检测传感器、2#角度检测传感器和PLC控制器；所述操作部件通过CAN总线与PLC控制器连接，回转角度检测单元、副臂长度检测单元、1#角度检测单元、2#角度检测单元通过电缆与PLC控制器连接，PLC控制器通过电缆与多路阀连接。本发明提供了一种更加安全可靠的起重机电气控制系统，对起重机在运行过程各部件的状态以及其和障碍物的位置关系做出检测，并根据检测得到的情况做出对应的处理，实现了起重机运行过程中对障碍物的自动躲避，智能化程度高、避障碍物效果好，有效的保证了起重机的运行安全，具有极强的使用性能。

Description

一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及工程机械领域，应用于起重机电气控制，具体的说涉及一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法。
背景技术
在起重机工程领域，起重机在实际工作时吊臂经常需要越过车厢顶部对前方进行操作，而这样操作是靠操作人员通过自己的判断进行的，存在一定的风险。当操作人员操作不当时，吊臂会碰撞到车厢。特别对于吊臂方向朝向车厢的起重机，收臂时需靠操作人员进行判断如何收臂；为了克服以上不足，提出一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供了一种能够自动规避起重机上障碍物，防止与其相碰撞的一种起重机自动防碰撞系统及其控制方法。
为此本发明采用的技术方案是：一种起重机自动防碰撞系统，包括操作部件、多路阀、回转角度检测传感器、副臂长度检测传感器、1#角度检测传感器、2#角度检测传感器和PLC控制器；
所述操作部件通过CAN总线与PLC控制器连接，回转角度检测单元、副臂长度检测单元、1#角度检测单元、2#角度检测单元通过电缆与PLC控制器连接，PLC控制器通过电缆与多路阀连接；
通过回转角度检测传感器实时检测转台回转角度γ，副臂长度检测传感器检测副臂长度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、1#角度检测传感器实时检测主臂与水平面角度啊a、2#角度检测传感器实时检测副臂长度
Figure 48463DEST_PATH_IMAGE002
与副臂与水平面角度b；障碍物高度
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，障碍物内侧高度
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，转台高度H，主臂长度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
数据通过实际测量得知。
所述传感器组件包括分别设于转台回转中心的回转角度检测传感器，设于内臂的1#角度检测传感器，以及设于外臂的2#角度检测传感器，若干传感器分别通过通信模块与控制器通信。
所述控制器包括计算单元、随机存储器、报警单元和数据存储器；
所述数据存储器和报警单元分别与所述计算单元连接；所述控制器通过于传感器通讯，确认吊臂位置与姿态，所述控制器实时进行自检，当所要移动位置与障碍物冲突时，停止吊臂运动。
所述控制器与遥控器接收器通过RS232进行通信，所述遥控器对起重机设备进行无线控制。
所述控制器内设置有防碰撞模块，所述防碰撞模块实现以下功能：即当吊臂在一定角度，长度区间范围内限制吊臂某一方向的动作。
设置有若干个模拟量输入，其中回转角度、副臂长度和1#变幅角度，2#变幅角度为设备的监控参数，其余数字量输入为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作脉冲控制输入；模拟量输出，分别为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作控制。
一种起重机自动防碰撞系统的控制方法，按照以下步骤进行：
1）PLC控制器实时接收各传感器数据，确定起重机回转角度区间，并实时运算出总长度与总高度数值，根据对比障碍物高度与障碍物至回转中心长度确认动作限制；
2）操作者通过遥控器将控制指令传递与PLC控制器，PLC控制器接收到控制指令，根据起重机实时状态，判断此动作能否进行；
3）并且PLC控制器会实时进行自检，当该动作超过其设定范围时，停止该动作。
具体的说控制方法按照以下步骤进行：
1）系统自检
1.1）上位机发出检测信号，
1.2）传感器组件反馈采集到的信号，
1.3）控制器处理传感器信号，确认吊臂姿态，转台角度；
1.4）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂，转台是否处于安全位置。
2）起重机吊臂，转台动作控制
2.1）操作人员发出控制指令
2.2）控制器根据接收到控制指令实时控制对应动作的电磁阀。
2.3）在吊臂、转台运动过程中，传感器每隔100ms，将采集到的数据传递与控制器。
2.4）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂，转台是否处于安全区间。
2.5）当吊臂位置处于安全区域，控制器继续根据接收到控制指令实时控制对应动作的电磁阀。而传感器依然每隔100ms将信号传递与控制器，控制器则再次根据内部程序计算吊臂位置。
3）吊臂位置超过安全区间
3.1）传感器每隔100ms，将采集到的数据传递与控制器。
3.2）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂超过安全区间
3.3）控制器根据内部程序，确认所处区间，限制吊臂，转台运动方向，即限制控制器停止发出吊臂，转台向危险区间移动的电磁阀信号。
3.3）此时当操作人员发出向危险区间动作信号时，吊臂，转台均不会进行动作。
3.4）操作人员只能将吊臂，转台往安全方向移动。
3.5）当吊臂，转台处于安全区间后，取消对电磁阀信号的控制。
本发明的优点是：本发明提供了一种更加安全可靠的起重机电气控制系统，对起重机在运行过程各部件的状态以及其和障碍物的位置关系做出检测，并根据检测得到的情况做出对应的处理，实现了起重机运行过程中对障碍物的自动躲避，智能化程度高、避障碍物效果好，有效的保证了起重机的运行安全，具有极强的使用性能。
附图说明
图1为本发明防碰撞系统的电气模块图。
图2为本发明起重机吊臂和障碍物的水平角度示意图。
图3为本发明起重机吊臂和障碍物的垂直角度示意图。
具体实施方式
一种起重机自动防碰撞系统，包括操作部件、多路阀、回转角度检测传感器、副臂长度检测传感器、1#角度检测传感器、2#角度检测传感器和PLC控制器；
所述操作部件通过CAN总线与PLC控制器连接，回转角度检测单元、副臂长度检测单元、1#角度检测单元、2#角度检测单元通过电缆与PLC控制器连接，PLC控制器通过电缆与多路阀连接；
通过回转角度检测传感器实时检测转台回转角度γ，副臂长度检测传感器检测副臂长度
Figure 385903DEST_PATH_IMAGE002
、1#角度检测传感器实时检测主臂与水平面角度啊a、2#角度检测传感器实时检测副臂长度
Figure 29374DEST_PATH_IMAGE002
与副臂与水平面角度b；障碍物高度
Figure 630120DEST_PATH_IMAGE004
，障碍物内侧高度
Figure 686938DEST_PATH_IMAGE006
，转台高度H，主臂长度
Figure 31331DEST_PATH_IMAGE008
数据通过实际测量得知。
所述传感器组件包括分别设于转台回转中心的回转角度检测传感器，设于内臂的1#角度检测传感器，以及设于外臂的2#角度检测传感器，若干传感器分别通过通信模块与控制器通信。
所述控制器包括计算单元、随机存储器、报警单元和数据存储器；
所述数据存储器和报警单元分别与所述计算单元连接；所述控制器通过于传感器通讯，确认吊臂位置与姿态，所述控制器实时进行自检，当所要移动位置与障碍物冲突时，停止吊臂运动。
所述控制器与遥控器接收器通过RS232进行通信，所述遥控器对起重机设备进行无线控制。
所述控制器内设置有防碰撞模块，所述防碰撞模块实现以下功能：即当吊臂在一定角度，长度区间范围内限制吊臂某一方向的动作。
设置有若干个模拟量输入，其中回转角度、副臂长度和1#变幅角度，2#变幅角度为设备的监控参数，其余数字量输入为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作脉冲控制输入；模拟量输出，分别为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作控制。
一种起重机自动防碰撞系统的控制方法，按照以下步骤进行：
1）PLC控制器实时接收各传感器数据，确定起重机回转角度区间，并实时运算出总长度与总高度数值，根据对比障碍物高度与障碍物至回转中心长度确认动作限制；
2）操作者通过遥控器将控制指令传递与PLC控制器，PLC控制器接收到控制指令，根据起重机实时状态，判断此动作能否进行；
3）并且PLC控制器会实时进行自检，当该动作超过其设定范围时，停止该动作。
具体的说控制方法按照以下步骤进行：
1）系统自检
1.1）上位机发出检测信号，
1.2）传感器组件反馈采集到的信号，
1.3）控制器处理传感器信号，确认吊臂姿态，转台角度；
1.4）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂，转台是否处于安全位置。
2）起重机吊臂，转台动作控制
2.1）操作人员发出控制指令
2.2）控制器根据接收到控制指令实时控制对应动作的电磁阀。
2.3）在吊臂、转台运动过程中，传感器每隔100ms，将采集到的数据传递与控制器。
2.4）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂，转台是否处于安全区间。
2.5）当吊臂位置处于安全区域，控制器继续根据接收到控制指令实时控制对应动作的电磁阀。而传感器依然每隔100ms将信号传递与控制器，控制器则再次根据内部程序计算吊臂位置。
3）吊臂位置超过安全区间
3.1）传感器每隔100ms，将采集到的数据传递与控制器。
3.2）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂超过安全区间
3.3）控制器根据内部程序，确认所处区间，限制吊臂，转台运动方向，即限制控制器停止发出吊臂，转台向危险区间移动的电磁阀信号。
3.3）此时当操作人员发出向危险区间动作信号时，吊臂，转台均不会进行动作。
3.4）操作人员只能将吊臂，转台往安全方向移动。
3.5）当吊臂，转台处于安全区间后，取消对电磁阀信号的控制。
本发明所述吊臂，转台动作均由液压系统进行驱动，所述液压系统设有多路阀，所述多路阀可控制液压油流过吊臂的液压油路来控制吊臂，转台动作，所述多路阀配有电磁阀，所述电磁阀经由PWM电压信号驱动可控制各阀块内部的电磁铁通断电，所述电磁铁通电时，电磁铁的力将阀芯由静止状态推到工作状态，从而导通液压油路，控制吊臂、转台动作。
电气系统自动防碰撞功能由软件实现，内部逻辑如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
实施方案
通过编码器可实时检测转台回转角度γ，1#角度传感器可实时检测主臂与水平面角度啊a、长角度传感器可实时检测副臂长度
Figure 591626DEST_PATH_IMAGE002
与副臂与水平面角度b；障碍物高度
Figure 566535DEST_PATH_IMAGE004
，障碍物内侧高度
Figure 782753DEST_PATH_IMAGE006
，转台高度H，主臂长度
Figure 665258DEST_PATH_IMAGE008
等数据均可通过实际测量得知。
发明共计4个模拟量输入，其中回转角度、副臂长度和1#变幅角度，2#变幅角度为设备的监控参数，其余4个数字量输入为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作脉冲控制输入。4个模拟量输出，分别为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作控制。
PLC控制器实时接收各传感器数据，确定起重机回转角度区间，并实时运算出总长度与总高度数值，根据对比障碍物高度与障碍物至回转中心长度确认动作限制；操作者通过遥控器将控制指令传递与PLC控制器，PLC控制器接收到控制指令，根据起重机实时状态，判断此动作能否进行。并且PLC控制器会实时进行自检，当该动作超过其设定范围时，停止该动作。在实际实施过程中，由于各传感器存在误差，控制也无法丝毫不差，应该在程序中预留误差值，比如转台高度值。

Claims (8)

1.一种起重机自动防碰撞系统，其特征在于，包括操作部件、多路阀、回转角度检测传感器、副臂长度检测传感器、1#角度检测传感器、2#角度检测传感器和PLC控制器；
所述操作部件通过CAN总线与PLC控制器连接，回转角度检测单元、副臂长度检测单元、1#角度检测单元、2#角度检测单元通过电缆与PLC控制器连接，PLC控制器通过电缆与多路阀连接；
通过回转角度检测传感器实时检测转台回转角度γ，副臂长度检测传感器检测副臂长度
Figure 367088DEST_PATH_IMAGE001
、1#角度检测传感器实时检测主臂与水平面角度啊a、2#角度检测传感器实时检测副臂长度
Figure 386997DEST_PATH_IMAGE001
与副臂与水平面角度b；障碍物高度
Figure 451905DEST_PATH_IMAGE002
，障碍物内侧高度
Figure 240869DEST_PATH_IMAGE003
，转台高度H，主臂长度
Figure 873976DEST_PATH_IMAGE004
数据通过实际测量得知。
2.根据权利要求1所述的一种起重机自动防碰撞系统，其特征在于，所述传感器组件包括分别设于转台回转中心的回转角度检测传感器，设于内臂的1#角度检测传感器，以及设于外臂的2#角度检测传感器，若干传感器分别通过通信模块与控制器通信。
3.根据权利要求1所述的一种起重机自动防碰撞系统，其特征在于，所述控制器包括计算单元、随机存储器、报警单元和数据存储器；
所述数据存储器和报警单元分别与所述计算单元连接；所述控制器通过于传感器通讯，确认吊臂位置与姿态，所述控制器实时进行自检，当所要移动位置与障碍物冲突时，停止吊臂运动。
4.根据权利要求3所述的一种起重机自动防碰撞系统，其特征在于，所述控制器与遥控器接收器通过RS232进行通信，所述遥控器对起重机设备进行无线控制。
5.根据权利要求3所述的一种起重机自动防碰撞系统，其特征在于，所述控制器内设置有防碰撞模块，所述防碰撞模块实现以下功能：即当吊臂在一定角度，长度区间范围内限制吊臂某一方向的动作。
6.根据权利要求1所述的一种起重机自动防碰撞系统，其特征在于，设置有若干个模拟量输入，其中回转角度、副臂长度和1#变幅角度，2#变幅角度为设备的监控参数，其余数字量输入为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作脉冲控制输入；模拟量输出，分别为回转、伸缩、1#变幅、2#变幅的动作控制。
7.一种起重机自动防碰撞系统的控制方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
1）PLC控制器实时接收各传感器数据，确定起重机回转角度区间，并实时运算出总长度与总高度数值，根据对比障碍物高度与障碍物至回转中心长度确认动作限制；
2）操作者通过遥控器将控制指令传递与PLC控制器，PLC控制器接收到控制指令，根据起重机实时状态，判断此动作能否进行；
3）并且PLC控制器会实时进行自检，当该动作超过其设定范围时，停止该动作。
8.根据权利要求7所述的一种起重机自动防碰撞系统的控制方法，其特征在于，具体的说按照以下步骤进行：
1）系统自检：
1.1）上位机发出检测信号；
1.2）传感器组件反馈采集到的信号；
1.3）控制器处理传感器信号，确认吊臂姿态，转台角度；
1.4）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂，转台是否处于安全位置；
2）起重机吊臂，转台动作控制：
2.1）操作人员发出控制指令；
2.2）控制器根据接收到控制指令实时控制对应动作的电磁阀；
2.3）在吊臂、转台运动过程中，传感器每隔100ms，将采集到的数据传递与控制器；
2.4）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂，转台是否处于安全区间；
2.5）当吊臂位置处于安全区域，控制器继续根据接收到控制指令实时控制对应动作的电磁阀；
而传感器依然每隔100ms将信号传递与控制器，控制器则再次根据内部程序计算吊臂位置；
3）吊臂位置超过安全区间：
3.1）传感器每隔100ms，将采集到的数据传递与控制器；
3.2）控制器根据内部程序进行计算，确认吊臂超过安全区间；
3.3）控制器根据内部程序，确认所处区间，限制吊臂，转台运动方向，即限制控制器停止发出吊臂，转台向危险区间移动的电磁阀信号；
3.3）此时当操作人员发出向危险区间动作信号时，吊臂，转台均不会进行动作；
3.4）操作人员只能将吊臂，转台往安全方向移动；
3.5）当吊臂，转台处于安全区间后，取消对电磁阀信号的控制。
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