CN202542755U - 用于监控门座起重机安全的黑匣子 - Google Patents

Abstract

用于监控门座起重机安全的黑匣子，包括监控起重机状态的传感器组，采集、记录并分析来自传感器组的起重机状态参数的微处理模块，与微处理模块连接的输入输出模块和网络通讯模块，和连接微处理模块与起重机的控制输出模块；传感器组与信号处理单元连接，信号处理单元通过AD转换芯片连接微处理模块；开关量通过光电开关连接微处理模块；控制输出模块包括与微处理模块连接的中间继电器，和与起重机PLC或者电器柜连接以控制起重机动作的接线端子；中间继电器与接线端子对应。本实用新型具有记录的数据多，数据完整，能够为准确判断事故原因提供充分证据的优点。

Description

用于监控门座起重机安全的黑匣子

技术领域

本实用新型涉及一种用于监控门座起重机安全的黑匣子。

背景技术

随着工业化发展与进步，人们对起重机械等大型起重设备使用越来越多，由此产生的安全事故也越来越多。对国家、施工企业及施工人员的生命财产造成严重的损失。传统意义上的黑匣子只记录起重机载重量、幅度、高度、回转角度的数据，当起重机出现故障后所能做的故障分析数据太少，不完整。在事故发生后，由于对事故发生时的相关资料及起重机械设备的运行实际状况、数据的缺乏，使得对事故原因无法准确的做出判断，无法为避免再次出现相同的事故提供前车之鉴。

实用新型内容

为克服现有的黑匣子记录的数据少、不完整，无法对准确判断事故原因提供充分证据的缺点，本实用新型提供了一种记录的数据多，数据完整，能够为准确判断事故原因提供充分证据的用于监控门座起重机安全的黑匣子。

用于监控门座起重机安全的黑匣子，包括监控起重机状态的传感器组，采集、记录并分析来自传感器组的起重机状态参数的微处理模块，与微处理模块连接的输入输出模块和网络通讯模块，和连接微处理模块与起重机的控制输出模块；

所述的传感器组包括感应起重机提升物体重量的重量传感器，感应起重机的动臂的运动幅度的幅度传感器，感应被提升物体的提升高度的高度传感器，感应工作环境的风速和风向的风速风向传感器，电控柜内测量起重机的各个执行机构运行的电流电压传感器，和起重机的各执行机构的限位装置及司机室操作主令控制器的开关量输入；

所述的传感器组与能够将各传感器的输出电压和电流信号进行滤波、并经差分放大整形形成0-5V电压值的信号处理单元连接，信号处理单元通过AD转换芯片将该电压值转换为数字信号输入微处理模块中；

开关量通过光电开关转换为脉冲信号输入微处理模块中；

所述的控制输出模块包括与微处理模块连接的中间继电器，和与起重机PLC或者电器柜连接以控制起重机动作的接线端子；中间继电器与接线端子对应。

进一步，所述的输入输出模块包括液晶显示屏和键盘，该液晶显示屏以中文菜单方式显示起重机的实际起重量，起重机的额定起重量，幅度，角度，载荷率，起重机的实际提升高度，工作环境的风速、风向，起重机的回转方向，起重机与周围设备或障碍物之间的距离，操作手柄的实际动作情况，和起升、变幅、回转及行走四个机构的电流电压值。当然，输入输出模块必然包含液晶显示屏和键盘与微处理模块连接的驱动程序。

进一步，所述的液晶显示屏为键盘及液晶显示模块，它包括安装在面板上的多个操作键及液晶显示屏和其驱动电路,能按照门座起重机实际运行工况动画显示。

进一步，所述的网络通讯模块包括与起重机PLC连接以进行数据通讯的RS485接口,和连接U盘或移动硬盘的USB接口。设置USB接口能够完成对历史数据的转存，有利于数据保存。

进一步，所述的微处理模块中设有识别起重机是否处于危险工作状态、并在危险工作状态时发出报警的状态识别单元，起重机与周围设备或障碍物之间的距离小于预设距离、实际起重量大于额定起重量、和环境风速高于预设风速均判断为起重机处于危险工作状态。

进一步，所述的微处理模块采用单片机STC89C516RD芯片，微处理模块包括程序存储器、数据存储器、开关量输入信号处理电路、与AD转换芯片连接以获取各传感器数据的模拟量输入信号处理电路、模拟量输出端，与键盘连接的键盘接口、与液晶显示屏连接的显示接口和网络通讯接口。

进一步，所述的黑匣子还包括监控起重机各个工作的卷扬动作情况的摄像头，该摄像头采集的视频图像输入并存储与微处理模块中。

本实用新型的技术构思是：通过设置传感器组，获取起重机的实际起重量，起重机的额定起重量，幅度，角度，载荷率，起重机的实际提升高度，工作环境的风速、风向，起重机的回转方向，起重机与周围设备或障碍物之间的距离，操作手柄的实际动作情况，和起升、变幅、回转及行走四个机构的电流电压值等状态参数，并同过液晶显示屏将这些状态参数显示给操作人员，方便操作人员观察当前的起重量和额定起重量。

所以本实用新型实现了真正意义上的全方位监控起重机的各个动作，并实时记录近一个月以来的视频、音频记录，相关操作的数据。在出现故障或事故后，第一时间提供故障或事故造成前的第一手资料，便于做故障分析。

针对建筑施工、水火电施工、港口码头转运、机械设备安装、船舶制造等应用广泛的起重机械设备安全运行的薄弱环节和安全监控的特定需求，研制和生产具有数据采集和智能化处理记录和读出等功能的系统，实现起重机械设备安全操作实时监控。提供以预防为主、降低事故发生率的安全技术保障，防患于未然。为主管部门履行安全检查提供有力支持。并能在万一发生事故后，在短时间内及时准确的分析了解事故原因提供有效地数据支持。

本实用新型的功能如下：

1.当起重机械设备工作于危险状态时及时发出报警信号和切断继续向危险方向运行的动作，确保设备安全高效的运行。

2.准确记录事故发生（停电）前一段时间内（记录时间可根据需要设计）相关数据，为事故发生后的事故分析提供有力的数据支持，避免类似事故的再次发生。 

3.微处理模块中设有数据存储器，因此当起重机和仪表电源断开后数据也不会被改写或销毁，并能长时间保存。在特殊情况下造成仪表机械损坏或长时间浸水后也必须能通过其他辅助设备读出记录内容。

本实用新型具有记录的数据多，数据完整，能够为准确判断事故原因提供充分证据的优点。

附图说明

图1系统结构框图。

图2微处理器模块电气原理图。

图3传感器信号调理原理图。

图4数据分析与事故回放软件界面图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本实用新型：

如图1所示，用于监控门座起重机安全的黑匣子，包括监控起重机状态的传感器组，采集、记录并分析来自传感器组的起重机状态参数的微处理模块，与微处理模块连接的输入输出模块和网络通讯模块，和连接微处理模块与起重机的控制输出模块；

所述的传感器组包括感应起重机提升物体重量的重量传感器，感应起重机的动臂的运动幅度的幅度传感器，感应被提升物体的提升高度的高度传感器，感应工作环境的风速和风向的风速风向传感器，电控柜内测量起重机的各个执行机构运行的电流电压传感器，和起重机的各执行机构的限位装置及司机室操作主令控制器的开关量输入；

幅度传感器安装于大臂根部，检测吊钩高度的高度传感器、回转、行走的传感器安装于电机的传动链上，风速风向传感器安装于起重机顶端，且不被遮挡；

所述的传感器组与能够将各传感器的输出电压和电流信号进行滤波、并经差分放大整形形成0-5V电压值的信号处理单元连接，信号处理单元通过AD转换芯片将该电压值转换为数字信号输入微处理模块中；

开关量通过光电开关转换为脉冲信号输入微处理模块中；

所述的控制输出模块包括与微处理模块连接的中间继电器，和与起重机PLC或者电器柜连接以控制起重机动作的接线端子；中间继电器与接线端子对应。

CPU微处理模块为产品的核心模块，微处理模块与其它模块之间采用软扁平排线连接；现场各个传感器通过屏蔽电缆、航空插头连接到传感器信号输入模块；控制输出模块与电气柜或PLC用电缆连接。

所述的输入输出模块包括液晶显示屏和键盘，该液晶显示屏以中文菜单方式显示起重机的实际起重量，起重机的额定起重量，幅度，角度，载荷率，起重机的实际提升高度，工作环境的风速、风向，起重机的回转方向，起重机与周围设备或障碍物之间的距离，操作手柄的实际动作情况，和起升、变幅、回转及行走四个机构的电流电压值。当然，输入输出模块必然包含液晶显示屏和键盘与微处理模块连接的驱动程序。

所述的液晶显示屏为所述的液晶显示屏为键盘及液晶显示模块，它包括安装在面板上的多个操作键及液晶显示屏和其驱动电路,能按照门座起重机实际运行工况动画显示。

所述的网络通讯模块包括与起重机PLC连接以进行数据通讯的RS485接口,和连接U盘或移动硬盘的USB接口。设置USB接口能够完成对历史数据的转存，有利于数据保存。

所述的微处理模块中设有识别起重机是否处于危险工作状态、并在危险工作状态时发出报警的状态识别单元，起重机与周围设备或障碍物之间的距离小于预设距离、实际起重量大于额定起重量、和环境风速高于预设风速均判断为起重机处于危险工作状态。

所述的微处理模块采用单片机STC89C516RD芯片，微处理模块包括程序存储器、数据存储器、开关量输入信号处理电路、与AD转换芯片连接以获取各传感器数据的模拟量输入信号处理电路、模拟量输出端，与键盘连接的键盘接口、与液晶显示屏连接的显示接口和网络通讯接口。

所述的黑匣子还包括监控起重机各个工作的卷扬动作情况的摄像头，该摄像头采集的视频图像输入并存储与微处理模块中。

图2为微处理器电气原理图，CPU微处理器模块中主处理器采用宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机STC89C516RD+，指令代码完全兼容8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可任意选择，用户应用程序空间64K，片上集成1280字节RAM，EEROM功能，工计3个16位定时器/计数器，内部Flash可擦写100,000次以上，程序完全保密，无法解密。提供标准的RS232通讯接口和RS485通讯接口。高度、回转、行走的传感器采用光电编码器，与电机的输出轴相连，随着电机转动输出脉冲信号。为避免现场干扰，增加光电隔离电路，通过检测A、B中断来判断方向，若A为高电平且B为低电平则为电机正传，若A为高电平且B为高电平则为电机反转。

图3为传感器信号调理原理图，重量传感器内部为阻桥，供电为12V直流电压，传感器受力后输出毫伏信号，由AD620将其毫伏信号输出放大成0-5V的电压信号，采用差分输入给TIL2543芯片芯片通道中，有效提高现场抗干扰能力。幅度角度信号因直接是5V供电，采用差分输入给TIL2543芯片通道中。

图4为数据分析与事故回放软件界面图，该产品实时显示起重机各个方面的数据，也可通过RS232通讯接口通讯已记录的数据，以回放动画的方式完成记录某一段时间的操作过程。可直观地看到该时刻起重机的实际起重量、额定起重量、幅度、角度、起重机的实际提升高度高度、操作手柄的实际动作情况等实时参数。记录功能可以记录一个月以内（多达200条）的历史事件，可通过按键任意回放某个时间段。

本实用新型的技术构思是：通过设置传感器组，获取起重机的实际起重量，起重机的额定起重量，幅度，角度，载荷率，起重机的实际提升高度，工作环境的风速、风向，起重机的回转方向，起重机与周围设备或障碍物之间的距离，操作手柄的实际动作情况，和起升、变幅、回转及行走四个机构的电流电压值等状态参数，并同过液晶显示屏将这些状态参数显示给操作人员，方便操作人员观察当前的起重量和额定起重量。

所以实用新型实现了真正意义上的全方位监控起重机的各个动作，并实时记录近一个月以来的视频、音频记录，相关操作的数据。在出现故障或事故后，第一时间提供故障或事故造成前的第一手资料，便于做故障分析。

针对建筑施工、水火电施工、港口码头转运、机械设备安装、船舶制造等应用广泛的起重机械设备安全运行的薄弱环节和安全监控的特定需求，研制和生产具有数据采集和智能化处理记录和读出等功能的系统，实现起重机械设备安全操作实时监控。提供以预防为主、降低事故发生率的安全技术保障，防患于未然。为主管部门履行安全检查提供有力支持。并能在万一发生事故后，在短时间内及时准确的分析了解事故原因提供有效地数据支持。

本实用新型的功能如下：

1.当起重机械设备工作于危险状态时及时发出报警信号和切断继续向危险方向运行的动作，确保设备安全高效的运行。

2.准确记录事故发生（停电）前一段时间内（记录时间可根据需要设计）相关数据，为事故发生后的事故分析提供有力的数据支持，避免类似事故的再次发生。 

3.微处理模块中设有数据存储器，因此当起重机和仪表电源断开后数据也不会被改写或销毁，并能长时间保存。在特殊情况下造成仪表机械损坏或长时间浸水后也必须能通过其他辅助设备读出记录内容。

本实用新型具有记录的数据多，数据完整，能够为准确判断事故原因提供充分证据的优点。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也涉及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.用于监控门座起重机安全的黑匣子，包括监控起重机状态的传感器组，采集、记录并分析来自传感器组的起重机状态参数的微处理模块，与微处理模块连接的输入输出模块和网络通讯模块，和连接微处理模块与起重机的控制输出模块；

所述的传感器组包括感应起重机提升物体重量的重量传感器，感应起重机的动臂的运动幅度的幅度传感器，感应被提升物体的提升高度的高度传感器，感应工作环境的风速和风向的风速风向传感器，电控柜内测量起重机的各个执行机构运行的电流电压传感器，和起重机的各执行机构的限位装置及司机室操作主令控制器的开关量输入；

所述的传感器组与能够将各传感器的输出电压和电流信号进行滤波、并经差分放大整形形成0-5V电压值的信号处理单元连接，信号处理单元通过AD转换芯片将该电压值转换为数字信号输入微处理模块中；

开关量通过光电开关转换为脉冲信号输入微处理模块中；

所述的控制输出模块包括与微处理模块连接的中间继电器，和与起重机PLC或者电器柜连接以控制起重机动作的接线端子；中间继电器与接线端子对应。

2.如权利要求1所述的用于监控门座起重机安全的黑匣子，其特征在于：所述的输入输出模块包括液晶显示屏和键盘，该液晶显示屏以中文菜单方式显示起重机的实际起重量，起重机的额定起重量，幅度，角度，载荷率，起重机的实际提升高度，工作环境的风速、风向，起重机的回转方向，起重机与周围设备或障碍物之间的距离，操作手柄的实际动作情况，和起升、变幅、回转及行走四个机构的电流电压值。

3.如权利要求2所述的用于监控门座起重机安全的黑匣子，其特征在于：所述的液晶显示屏为键盘及液晶显示模块，它包括安装在面板上的多个操作键及液晶显示屏和其驱动电路,能按照门座起重机实际运行工况动画显示。

4.如权利要求1所述的用于监控门座起重机安全的黑匣子，其特征在于：所述的网络通讯模块包括与起重机PLC连接以进行数据通讯的RS485接口,和连接U盘或移动硬盘的USB接口。

5.如权利要求1所述的用于监控门座起重机安全的黑匣子，其特征在于：所述的微处理模块中设有识别起重机是否处于危险工作状态、并在危险工作状态时发出报警的状态识别单元，起重机与周围设备或障碍物之间的距离小于预设距离、实际起重量大于额定起重量、和环境风速高于预设风速均判断为起重机处于危险工作状态。

6.如权利要求5所述的用于监控门座起重机安全的黑匣子，其特征在于：所述的微处理模块采用单片机STC89C516RD芯片，微处理模块包括程序存储器、数据存储器、开关量输入信号处理电路、与AD转换芯片连接以获取各传感器数据的模拟量输入信号处理电路、模拟量输出端，与键盘连接的键盘接口、与液晶显示屏连接的显示接口和网络通讯接口。

7.如权利要求1-6之一所述的用于监控门座起重机安全的黑匣子，其特征在于：所述的黑匣子还包括监控起重机各个工作的卷扬动作情况的摄像头，该摄像头采集的视频图像输入并存储与微处理模块中。

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