CN114384846B - 一种多功能集成式塔机控制器、控制系统以及控制方法 - Google Patents

一种多功能集成式塔机控制器、控制系统以及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能集成式塔机控制器、控制方法以及控制系统，其中，所述控制器包括：包括：壳体以及设于所述壳体内的控制通信板、继电器板、第一电开关源和第二开关电源；所述第一开关电源与第二开关电源之间设置光耦隔离；所述控制通信板用于进行多路信号的采集和多路控制信号的输出；所述继电器板用于接收所述控制通信板输出的控制信号，并依据所述控制信号对所述第一开关电源和/或预设的外部设备进行开关控制；所述第一开关电源用于在所述控制通信板和继电器板的控制下进行涡流输出；所述第二开关电源用于给所述控制通信板和继电器板供电。本发明所公开的多功能集成式塔机控制器集成度高、兼容性好、安全性高、可靠性高以及可维护性高。

Description

一种多功能集成式塔机控制器、控制系统以及控制方法
技术领域
本发明涉及智能塔机控制技术领域，尤其涉及一种多功能集成式塔机控制器、控制系统以及控制方法。
背景技术
长期以来，在城市高层建筑建设中，塔机是一种必不可少的建筑辅助工具，现有的塔机控制系统基于PLC的系统，PLC作为控制单元，处理外部信号以及输出控制信号。
但是目前主流的控制方案都是由PLC和外围设备组成的，系统安装时麻烦，保养维护时困难大，容易出错不易检修，导致塔机工作效率低、安全性差等问题，严重影响建筑工作的开展。因此，建筑行业迫切需要集成度高、稳定性好、可维护性好的控制器代替现有的控制系统。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种多功能集成式塔机控制器、控制系统以及控制方法，其解决了为集成度低，外部器件数量多，处理单元复杂、接线麻烦，容易出错，不易维护，使用场景单一，通用性差，无断电保护，危险性高的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种多功能集成式塔机控制器，包括：壳体以及设于所述壳体内的控制通信板、继电器板、第一电开关源和第二开关电源；所述第一开关电源与第二开关电源之间设置光耦隔离；
所述控制通信板用于进行多路信号的采集和多路控制信号的输出；
所述继电器板用于接收所述控制通信板输出的控制信号，并依据所述控制信号对所述第一开关电源和/或预设的外部设备进行开关控制；
所述第一开关电源用于在所述控制通信板和继电器板的控制下进行涡流输出；
所述第二开关电源用于给所述控制通信板和继电器板供电。
可选地，所述控制通信板包括：主控器以及与所述主控器连接的支持25路数字信号输入的采集电路、支持7路模拟信号输入的采集电路和涡流控制电路；
所述支持25路数字信号输入的采集电路包括：多路信号输入端、第一降压电阻、第二降压电阻以及比较器，所述第一降压电阻的一端连接多路信号输入端，所述第一降压电阻的另一端同时连接所述第二降压电阻的一端和所述比较器的第二输入端，所述比较器的第一输入端输入-2V，所述第二降压电阻的另一端接地；
支持7路模拟信号输入的采集电路包括：模拟信号输入端、第三降压电阻、ADC采集端、第四降压电阻、采样电阻、三极管以及第五电阻，所述第三降压电阻的一端连接所述模拟信号输入端，第三降压电阻的另一端同时连接第四降压电阻的一端和ADC采集端；所述采样电阻的一端连接所述模拟信号输入端，所述采样电阻的另一端连接所述三极管的集电极，所述三极管的基极接收控制器发出的信号，所述第五电阻并联在所述三极管的基极和发射极之间，所述第四降压电阻的另一端和所述三极管的发射极均接地；
所述涡流控制电路包括：PWM信号接收端、MOS管以及涡流负载；所述MOS管的栅极连接所述PWM信号接收端，所述MOS管的漏极连接涡流负载，所述MOS管的源极接地。
可选地，所述继电器板包括：开关信号输出端、第七降压电阻、三极管以及继电器；
所述继电器包括正输入端、负输入端、正输出端以及负输出端；
所述开关信号输出端同时连接所述第七降压电阻的一端和所述三极管的基极，所述三极管的发射极和所述第七降压电阻的另一端均接地，所述三极管的集电极连接所述继电器的负输入端；
所述继电器的负输入端连接所述第二开关电源。
可选地，所述外壳上设置有输入接口、开关控制正负接口、针对外部设备的供电接口、通信接口以及涡流输出接口。
可选地，所述控制器还支持2路高速CAN通信。
可选地，所述继电器板为所述控制通信板提供过压保护。
可选地，所述第一开关电源和所述第二开关电源分别为450W和200W。
可选地，所述多功能集成式塔机控制器还设有备用电源模块，所述备用电源模块用于在外部供电断开时，给于给所述控制通信板和继电器板供电。
第二方面，本发明实施例提供一种塔机的智能控制系统，包括：如上所述的一种多功能集成式塔机控制器、塔机以及上位机；所述塔机控制分别与所述多功能集成式塔机控制器和所述上位机通信连接。
第三方面，本发明实施例一种塔机的智能控制方法，应用于如上所述的一种塔机的智能控制系统，包括：
在获取到控制器的断电信息时，生成相应的报警信息，并通过高速CAN通道上传至所述上位机；
控制所述塔机和/或塔机部件停止当前动作；
控制所述塔机和/或塔机部件执行安全动作之后，直至获取到故障排除信息则解除报警；
或，
在控制所述塔机和/或塔机部件执行安全动作时，获取到故障排除信息，则中断所述安全动作并解除报警；
其中，所述安全动作包括塔机和/或塔机部件复位到预设状态。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明所公开的多功能集成式塔机控制器将多个模块集成到一起，相比于现有控制方案接线复杂、系统冗余量大、系统体积大、不易扩展来说，完全避免现有方案的不足，集成后输入和输出的功能由控制板和继电器板共同完成，继电器集成在继电器板上，不用外接，因此避免接线复杂的问题；整个控制器对外只有输入接口、开关控制正负接口、对外部传感器供电接口、通信接口以及涡流输出接口，只需按照要求接线即可，大大简化了控制系统接线。
附图说明
图1为本发明提供的一种多功能集成式塔机控制器的组成示意图；
图2为本发明提供的一种多功能集成式塔机控制器的支持25路数字信号输入的采集电路的电路结构示意图；
图3为本发明提供的一种多功能集成式塔机控制器的持7路模拟信号输入的采集电路的电路结构示意图；
图4为本发明提供的一种多功能集成式塔机控制器的涡流控制电路的电路结构示意图；
图5为本发明提供的一种多功能集成式塔机控制器的继电器板的电路结构示意图；
图6为本发明提供的一种塔机的智能控制方法的流程示意图。
【附图标记说明】
1：控制通信板；
2：继电器板；
3：继电器；
4：第一开关电源；
5：第二开关电源。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本发明实施例提出的一种多功能集成式塔机控制器，包括：壳体以及设于壳体内的控制通信板1、继电器板2、第一电开关源和第二开关电源5；第一开关电源4与第二开关电源5之间设置光耦隔离，电源部分采用2个独立的电源单独供电，两个单独的电源中间加入光耦隔离，完全避免大电流涡流对控制板的干扰。
控制通信板1用于进行多路信号的采集和多路控制信号的输出；继电器板2用于接收控制通信板1输出的控制信号，并依据控制信号对第一开关电源4和/或预设的外部设备进行开关控制；第一开关电源4用于在控制通信板1和继电器板2的控制下进行涡流输出；第二开关电源5用于给控制通信板1和继电器板2供电。
本发明所公开的多功能集成式塔机控制器将多个模块集成到一起，相比于现有控制方案接线复杂、系统冗余量大、系统体积大、不易扩展来说，完全避免现有方案的不足，集成后输入和输出的功能由控制板和继电器板2共同完成，继电器3集成在继电器板2上，不用外接，因此避免接线复杂的问题；整个控制器对外只有输入接口、开关控制正负接口、对外部传感器供电接口、通信接口以及涡流输出接口，只需按照要求接线即可，大大简化了控制系统接线。
为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
进一步地，控制通信板1包括：主控器以及与主控器连接的支持25路数字信号输入的采集电路、支持7路模拟信号输入的采集电路和涡流控制电路。
如图2所示，支持25路数字信号输入的采集电路包括：多路信号输入端、第一降压电阻、第二降压电阻以及比较器，第一降压电阻的一端连接多路信号输入端，第一降压电阻的另一端同时连接第二降压电阻的一端和比较器的第二输入端，比较器的第一输入端输入-2V，第二降压电阻的另一端接地。25路数字输入即电平采集，输入0到+24V信号，经过降压电阻降压后电压范围为0V到3V，0到3.3V电压与比较电压通过比较器比较，大于比较电压比较器输出+3.3V，小于比较电压比较器输出0V，比较电压由MCU DAC给出。比较器输出高电平(+3.3V)、低电平(0V)，MCU IO口可以读取高低电平。
其中，比较器的第二输入端的输入电压IN+满足：
式中，R1为第一降压电阻，R2为第二降压电阻；比较器的第一输入端的输入电压IN-为MCU(控制器)DAC输出的参考电压，参考电压可变。若IN+>IN-时MCU IO口接收到高电平，若IN+<IN-时MCU IO接收到低电平。
如图3所示，支持7路模拟信号输入的采集电路包括：模拟信号输入端、第三降压电阻、ADC采集端、第四降压电阻、采样电阻、三极管以及第六电阻，所述第三降压电阻的一端连接所述模拟信号输入端，第三降压电阻的另一端同时连接第四降压电阻的一端和ADC采集端；所述采样电阻的一端连接所述模拟信号输入端，所述采样电阻的另一端连接所述三极管的集电极，所述三极管的基极接收控制器发出的信号，所述第五电阻并联在所述三极管的基极和发射极之间，所述第四降压电阻的另一端和所述三极管的发射极均接地。所述三极管的基极连接所述控制器的信号输出端。7路模拟信号采集，输入0到5V的传感器电压信号和4到20mA电流信号。电压信号先经过降压电阻降压，然后MCU ADC采集电压值；电流信号先由采样电阻转换为电压信号，再经过降压电阻降压，然后MCU ADC采集电压值。此方法可以将电流信号和电压信号采集共用一个通道，由IO口控制采集信号类型。
其中，支持7路模拟信号输入的采集电路作为电压电流公用通道，满足如下公式：
(1)电压采集：
(2)电流采集：
a.电流值由采样电阻转换为电压值；此时MCU IO为3.3V，三极管导通，R3采样电阻两端电压为：
Ur5＝lin*R5
b.MCU ADC采集电压Ur5：
c.最终计算公式：
其中，R3为第三降压电阻，R4为第四降压电阻，R5为采样电阻，R6为第六电阻。
如图4所示，涡流控制电路包括：PWM信号接收端、MOS管以及涡流负载；MOS管的栅极连接PWM信号接收端，MOS管的漏极连接涡流负载，MOS管的源极接地。由MCU输出PWM波，控制MOS管的通断，即可控制涡流负载0到24V的电压下工作。
进一步地，如图5所示，继电器板2包括：开关信号输出端、第七降压电阻、三极管以及继电器3；继电器3包括正输入端、负输入端、正输出端以及负输出端；开关信号输出端同时连接第七降压电阻的一端和三极管的基极，三极管的发射极和第七降压电阻的另一端均接地，三极管的集电极连接继电器3的负输入端；继电器3的负输入端连接第二开关电源5。继电器板2具备16路开关控制，由MCU输出高低电平控制执行部件(继电器3)，从而实现开关控制。
较佳地，继电器板2设计时加入稳压二极管，参数为36V稳压，二极管阳极接地，阴极接输入端，即可将输入电压最大值限制到36V。
接着，外壳上设置有输入接口、开关控制正负接口、针对外部设备的供电接口、通信接口以及涡流输出接口。控制器还支持2路高速CAN通信，继电器板2为控制通信板1提供过压保护。
再者，多功能集成式塔机控制器还设有备用电源模块，备用电源模块用于在外部供电断开时，给于给控制通信板1和继电器板2供电。
此外，本发明还提供一种塔机的智能控制系统，包括：如上所述的一种多功能集成式塔机控制器、塔机以及上位机；所述塔机控制分别与所述多功能集成式塔机控制器和所述上位机通信连接。
由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。
以及，如图6所示，本发明还提供一种塔机的智能控制方法，应用于如上所述的一种塔机的智能控制系统，包括：
在获取到控制器的断电信息时，生成相应的报警信息，并通过高速CAN通道上传至所述上位机。
控制所述塔机和/或塔机部件停止当前动作。
控制所述塔机和/或塔机部件执行安全动作之后，直至获取到故障排除信息则解除报警。
或，
在控制所述塔机和/或塔机部件执行安全动作时，获取到故障排除信息，则中断所述安全动作并解除报警。
其中，所述安全动作包括塔机和/或塔机部件复位到预设状态。
在上述步骤中，若在操作中控制器突然断电，断电信号被MCU获取，MCU立即通过CAN将报警信息上传至上位机，打开安全报警，同时控制当前动作立即停止并且执行安全动作(如塔机部件恢复至初始状态)，执行完安全动作后，解除安全警报，等待工作人员确认故障并复位解除报警。若在执行安全动作时，工作人员确认现场安全，可中断安全动作执行并可复位。
综上所述，本发明实施例提供一种多功能集成式塔机控制器、控制系统以及控制方法，多功能集成式塔机控制器主要由两个开关电源、一块控制通信板1、一块继电器板2以及外壳组成。开关电源分为450W和200W，450W用于涡流输出供电，200W用于控制部分供电，两者隔离，互不干扰，提高控制器的稳定性。控制板和继电器板2配套使用，实现32路输入，16路开关控制。本发明将电源、执行部件(继电器3)、高低电平信号采集、模拟电压电流信号采集、涡流输出、CAN通信集成到同一模块上，并且采集阈值可以随不同的使用场景改变，且具备如下优点：电压信号和电流信号共用通道采集、高度集成、方便接线、方便维护、出错率低以及兼容性强。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (8)

1.一种多功能集成式塔机控制器，其特征在于，包括：壳体以及设于所述壳体内的控制通信板、继电器板、第一开关电源和第二开关电源；所述第一开关电源与第二开关电源之间设置光耦隔离；
所述控制通信板用于进行多路信号的采集和多路控制信号的输出；
所述控制通信板包括：主控器以及与所述主控器连接的支持25路数字信号输入的采集电路、支持7路模拟信号输入的采集电路和涡流控制电路；
所述支持25路数字信号输入的采集电路包括：多路信号输入端、第一降压电阻、第二降压电阻以及比较器，所述第一降压电阻的一端连接多路信号输入端，所述第一降压电阻的另一端同时连接所述第二降压电阻的一端和所述比较器的第二输入端，所述比较器的第一输入端输入-2V，所述第二降压电阻的另一端接地；
支持7路模拟信号输入的采集电路作为电压电流公用通道，支持7路模拟信号输入的采集电路包括：模拟信号输入端、第三降压电阻、ADC采集端、第四降压电阻、采样电阻、三极管以及第五电阻，所述第三降压电阻的一端连接所述模拟信号输入端，第三降压电阻的另一端同时连接第四降压电阻的一端和ADC采集端；所述采样电阻的一端连接所述模拟信号输入端，所述采样电阻的另一端连接所述三极管的集电极，所述三极管的基极接收控制器发出的信号，所述第五电阻并联在所述三极管的基极和发射极之间，所述第四降压电阻的另一端和所述三极管的发射极均接地；
所述涡流控制电路包括：PWM信号接收端、MOS管以及涡流负载；所述MOS管的栅极连接所述PWM信号接收端，所述MOS管的漏极连接涡流负载，所述MOS管的源极接地；
所述继电器板用于接收所述控制通信板输出的控制信号，并依据所述控制信号对所述第一开关电源和/或预设的外部设备进行开关控制；
所述继电器板包括：开关信号输出端、第七降压电阻、三极管以及继电器；
所述继电器包括正输入端、负输入端、正输出端以及负输出端；
所述开关信号输出端同时连接所述第七降压电阻的一端和所述三极管的基极，所述三极管的发射极和所述第七降压电阻的另一端均接地，所述三极管的集电极连接所述继电器的负输入端；
所述继电器的负输入端连接所述第二开关电源；
所述第一开关电源用于在所述控制通信板和继电器板的控制下进行涡流输出；
所述第二开关电源用于给所述控制通信板和继电器板供电。
2.如权利要求1所述的一种多功能集成式塔机控制器，其特征在于，外壳上设置有输入接口、开关控制正负接口、针对外部设备的供电接口、通信接口以及涡流输出接口。
3.如权利要求1所述的一种多功能集成式塔机控制器，其特征在于，所述控制器还支持2路高速CAN通信。
4.如权利要求1所述的一种多功能集成式塔机控制器，其特征在于，所述继电器板为所述控制通信板提供过压保护。
5.如权利要求1所述的一种多功能集成式塔机控制器，其特征在于，所述第一开关电源和所述第二开关电源分别为450W和200W。
6.如权利要求1所述的一种多功能集成式塔机控制器，其特征在于，所述多功能集成式塔机控制器还设有备用电源模块，所述备用电源模块用于在外部供电断开时，给所述控制通信板和继电器板供电。
7.一种塔机的智能控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的一种多功能集成式塔机控制器、塔机以及上位机；所述塔机分别与所述多功能集成式塔机控制器和所述上位机通信连接。
8.一种塔机的智能控制方法，应用于如权利要求7所述的一种塔机的智能控制系统，其特征在于，包括：
在获取到控制器的断电信息时，生成相应的报警信息，并通过高速CAN通道上传至所述上位机；
控制所述塔机和/或塔机部件停止当前动作；
控制所述塔机和/或塔机部件执行安全动作之后，直至获取到故障排除信息则解除报警；
或，
在控制所述塔机和/或塔机部件执行安全动作时，获取到故障排除信息，则中断所述安全动作并解除报警；
其中，所述安全动作包括塔机和/或塔机部件复位到预设状态。
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