CN201574060U - 一种用于冶金起重机的断轴保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种断轴保护系统，用于冶金起重机上的行星减速器低速和高速轴的转速监控、断轴检测、超速报警监控。该断轴保护系统包括光电耦合数据编码器数据采集电路、编码器数据解码模块、高速计数模块、主控单元、显示单元、存储单元、IO单元。光电耦合编码器数据采集电路与编码器数据解码模块相连；高速计数模块与编码器数据解码模块相连；高速计数模块、显示单元、存储单元都与主控单元相连；主控单元将实时采集的4个高速计数模块的数据，实时比较两部钢丝绳卷筒的速度偏差、钢丝绳卷筒与电动机之间的速度偏差，其中任何一个偏差超过阀值(如5％)则立即实施保护。本实用新型克服系统维护简单，方便了用户的使用。

Description

一种用于冶金起重机的断轴保护系统

技术领域

本实用新型涉及应用在冶金起重机上的行星减速器低速和高速轴的转速监控、断轴检测、超速报警的一种冶金起重机断轴保护系统。

背景技术

由于冶金起重机吊运液态金属，所以对其运行可靠性要求非常高，为了保证出现故障情况下仍然可以将短时带病工作，通常都将起升减速器采用行星减速器，使用双电动机，双钢丝绳卷筒工作。这样在其中一台电动机出现故障时，另一台电动机仍然可以独立完成工作。但带来的问题是如果减速器的任何一根轴发生断裂都将使系统失控，载荷将会发生坠落事故。为了避免此类事故发生，在减速器的高速轴和低速轴都安装有制动器，但低速轴的制动器有着巨大的制动力矩，如果频繁工作将可能造成型的机械损伤，带来新的隐患。所以目前都将低速轴的制动器作为安全制动器使用，只在发生超速或断轴等非常情况下投入。

目前应用断轴检测的监控系统都不十分理想，普遍存在灵敏度低、误动作率高、维护困难等缺点，并且基本都不具备人机界面，系统工作状态无法直接了解。

发明内容

为了克服上述断轴监控系统的弊端，本实用新型提供一种用于冶金起重机的全新的断轴保护系统。该断轴保护系统不仅可以完成常规的超速报警、高低轴速度监控、断轴监控功能，同时还实现了人机界面、故障时的系统状态记录、故障时的重要参数曲线记录的功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于冶金起重机的断轴保护系统，该断轴保护系统包括光电耦合数据编码器数据采集电路、编码器数据解码模块、高速计数模块、主控单元、显示单元、存储单元、IO单元，其特征在于：光电耦合编码器数据采集电路与编码器数据解码模块相连；高速计数模块与编码器数据解码模块相连；高速计数模块、显示单元、存储单元都分别与主控单元相连；4个高速计数模块负责将编码器数据解码模块的脉冲进行计数，分别为两台电动机的转速采集和两部钢丝绳卷筒的转速采集数据；编码器接口的光电耦合电路，光耦的响应时间不大于35微秒。

该断轴保护系统包括光电耦合数据编码器数据采集电路、编码器数据解码模块、4个高速计数模块、主控单元、显示单元、存储单元、IO单元，其中光电耦合编码器数据采集电路与编码器数据解码模块相连；高速计数模块与编码器数据解码模块相连；高速计数模块、显示单元、存储单元都分别与主控单元相连；

编码器数据解码模块，负责对编码器的数据进行解码，转换为高速计数模块可以识别的脉冲；

高速计数模块负责将编码器数据解码模块的脉冲进行计数；高速计数模块共4个，分别为两台电动机的转速采集和两部钢丝绳卷筒的转速采集数据。

主控单元将实时采集高速计数模块的数据，实时比较两部钢丝绳卷筒的速度偏差、钢丝绳卷筒与电动机之间的速度偏差，其中任何一个偏差超过设定的阀值时(如5％)则立即实施保护，通过IO单元输出故障信号。另外主控单元还将完成采集数据的实时记录、显示、人机界面处理等功能。

本发明的有益效果是克服了以往断轴监控系统的维护困难、动作不可靠的缺点，增加了人机界面使系统维护更容易，系统状态观测十分明晰，并进一步实现了故障实时存储，故障时的系统状态、主要参数曲线的存储功能，不需要针对每台起重机编制特殊的故障检测程序，既方便了用户的使用，也使产品的售后服务和升级变得十分简单。

附图说明

图1是本实用新型的系统整体连接示意图。

图2是本实用新型的系统结构示意图。

图3是本实用新型的光电耦合编码器数据采集电路图。

图4是本实用新型的编码器解码模块电路图。

图5a是本实用新型的一片(四位)计数模块电路图。

图5b是本实用新型的8位计数模块电路图

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

实施例

1.图3显示了编码器接口的光电耦合电路。由于编码器的输出频率很高，按照选用8级交流异步电动机，选用每圈1024个脉冲的增量编码器来计算，则需要的响应时间不能大于70微秒，而为了系统的稳定和可靠，光耦的响应时间至少低于要求的1/2才可以，即光耦的响应时间不能大于35微秒，本例光耦选用了6N317，其响应时间是75纳秒。

2.图4所示为编码器数据解码电路。由于编码器是输出相位互差90度的脉冲信号，无法被计数模块识别，所以增加本电路将其转换为计数模块可以识别的独立递增脉冲或独立的递减脉冲。传统方法是将编码器解码通过专用解码芯片或者采用专用智能芯片编程来实现，虽然这种方法可靠性和性能都很高，但前者的芯片采购困难，后者还需要进行解码的编程，并且这两者的成本都很高。本例采用简单的74HC系列数字电路搭建编码器解码电路，可靠性和性能都很高，而成本更是非常低，连前者的十分之一都不到。

3.图5所示为高速计数模块的电路图。由于要求计数频率速度较高，至少不能低于50kHZ，如果由CPU直接计数，将大大增加CPU的负担，容易产生丢失脉冲的情况，如果采用专用计数模块，则成本太高，本例用74HC193作为计数模块，但该芯片能完成45MHz的计数。

由于该74HC193只能完成4位计数，为了提高检测精度和降低主控单元的负担，采用了4块74HC193进行级联完成一路编码器的16位计数功能，图5a所示电路为一片74HC193计数单元电路，要成一路计数功能则需要4个这样的单元。另外为了便于主控单元接口，采用了74HC244作为数据缓冲接口，以总线方式访问，图5b所示电路为8位数据采集缓冲电路，由于本计数电路要求同时采集16位数据，所以需要这样的单元电路2个。

4.显示单元

由于需要显示的信息量较多，并且需要绘制系统状态曲线，所以本例选用了一个夏普8寸的TFT显示屏，由于主控单元本身支持直接驱动TFT显示屏，所以省却了显示屏的驱动电路，使系统得到简化。

5.存储单元

由于需要保存众多的历史信息和系统状态信息，要求存储容量至少不小于128M，所以采用容量高于128M的SD存储卡作为存储介质。

6.主控单元

本实用新型对主控单元的性能要求较高，需要非常高的运算速度，至少要保证整个程序的循环周期不能低于10ms，否则可能或错过故障的监测，而主控单元要完成的任务很多，包括人际界面的显处理、编码器数据的采集、键盘、故障记录、曲线显示等众多功能，所以采用了以ARM9为CPU的主控单元，主控单元负责综合所述的接口电路、模块单元的控制处理任务。将图3～图5集成为单元采集板，每块采集板集成2路编码器采集信号，本实用新型需要采集4路编码器信号，所以需要使用了2块采集板。

7.电路搭建

综合上述原理图绘制完整的原理图，按照该原理图绘制PCB，制板即可。电源采用5V 3A，24V 1A的双组开关电源。

Claims (1)

1.一种用于冶金起重机的断轴保护系统，该断轴保护系统包括光电耦合数据编码器数据采集电路、编码器数据解码模块、高速计数模块、主控单元、显示单元、存储单元、IO单元，其特征在于：光电耦合编码器数据采集电路与编码器数据解码模块相连；高速计数模块与编码器数据解码模块相连；高速计数模块、显示单元、存储单元都分别与主控单元相连；

4个高速计数模块负责将编码器数据解码模块的脉冲进行计数，分别为两台电动机的转速采集和两部钢丝绳卷筒的转速采集数据；编码器接口的光电耦合电路，光耦的响应时间不大于35微秒。

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