CN204384771U - 塔吊防吊钩冲顶装置 - Google Patents

Abstract

本申请的目的是提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，通过提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，包括旋转编码器和可编程逻辑控制器，通过旋转编码器获得所述塔吊的牵引卷轴的运动情况，进而获得所述塔吊的情况，并将该运动情况通过脉冲信号发送给所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器根据脉冲信号，实时计算出所述塔吊的吊钩的位置情况和运动情况，然后根据吊钩的位置情况和运动情况控制所述塔吊的各个运动控制装置，以调整所述吊钩的位置和运动，并且对所述各个运动控制装置故障、超重情况等异常情况及时报警，通知操作人员尽快排出故障，确保所述塔吊的正常地、安全地运转。

Description

塔吊防吊钩冲顶装置

技术领域

本申请涉及机械制造领域，尤其涉及塔吊防吊钩冲顶装置。

背景技术

塔式起重机(又称塔吊)是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛地应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和等作业中。塔式起重机属于空中作业的机种，它的技术状态和安全状态的好坏，直接关系到人身、设备安全及产品质量和生产效率，我国将它列为特种设备加以特殊管理，管好、用好起重设备是安全生产的关键环节。因故障、违章或者维护保养不善，就会造成重大事故，同时也会造成很大的经济损失。塔式起重机伤害事故的类型很多，其中吊钩冲顶事故是很典型的塔式起重机故障类型，它造成起重设备的主要零部件损坏，如拉断钢丝绳，挤坏定滑轮或滑轮组，摔坏吊钩组、烧坏起升电机等；造成吊钩组及起吊重物坠落。吊钩冲顶坠落轻则砸坏地面设施与设备，重则很有可能造成塔式起重机下面的人员伤亡。

造成吊钩冲顶的因素根据以往遇到过的案例一般有两种情况：一是高度限位器限掉以后，驾驶员按下旁路按钮继续起升时，注意集中在吊物上，忽略了吊钩，造成吊钩冲顶；二是由于高度限位器跟绳筒连接的销子脱落或限位器损坏，驾驶员不知道的情况下高速上升造成的吊钩冲顶。

发明内容

本申请的目的是提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，加强塔式起重机安全管理，预防塔吊冲顶事故。

结合上述目的，本申请提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，所述装置包括：

旋转编码器，连接于所述塔吊的行程限位器，通过所述行程限位器跟随所述塔吊的牵引卷轴运动；

可编程逻辑控制器，与所述旋转编码器通过信号电缆连接，并与所述塔吊的运动控制装置信号相连。

优选的，所述旋转编码器设置于一防护壳内。

优选的，所述信号电缆包括输入信号电缆和输出信号电缆，所述输入信号电缆、输出信号电缆和所述塔吊的电力电缆两两均分开敷设。

优选的，所述输入信号电缆和输出信号电缆均外包有屏蔽层。

优选的，所述信号电缆为多芯电缆，所述多芯电缆的备用芯线的一端接地。

优选的，所述旋转编码器具有一独立的屏蔽线，所述屏蔽线接地。

优选的，所述旋转编码器的分辨率为每转每相输出80～120个脉冲。

优选的，所述可编程逻辑控制器具有独立的接地线，所述接地线接地。

优选的，所述可编程逻辑控制器设置于一电柜中，所述可编程逻辑控制器四周至所述电柜内壁的距离大于50毫米。

优选的，所述旋转编码器跟随所述塔吊的牵引卷轴运动，并根据所述牵引卷筒的运动情况发出脉冲信号；所述可编程逻辑控制器获取所述脉冲信号，将所述脉冲信号与设定数值进行比较，并根据所述脉冲信号获取所述塔吊的吊钩的位置信息，根据所述位置信息控制所述塔吊的运动控制装置对所述吊钩的运动进行调整。

优选的，所述可编程逻辑控制器包括中央存储器、输入接口、输出接口、通讯模块、编程器以及电源，其中所述通讯模块通过所述输入接口接收所述旋转编码器发出的脉冲信号；所述编程器根据所述中央存储器信号控制，通过所述通讯模块处理所述脉冲信号；所述通讯模块通过所述输出接口向所述塔吊的运动控制装置发出控制信号。

优选的，所述编程器包括信号互连的按钮处理模块、通信模块、PID控制模块和故障报警模块，其中：所述按钮处理模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连；所述通信模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连；所述PID控制模块与所述旋转编码器信号相连；所述故障报警模块与所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块信号相连。

优选的，所述按钮处理模块控制所述塔吊的运动控制装置的启动和停止；所述通信模块获取控制所述塔吊的运动控制装置的运转速度；所述PID控制模块接收所述旋转编码器的脉冲信号获取所述塔吊的吊钩的位置信息；所述故障报警模块根据所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块发出的信号控制报警。

综上所述，本申请通过提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，包括旋转编码器和可编程逻辑控制器，通过旋转编码器获得所述塔吊的牵引卷轴的运动情况，进而获得所述塔吊的情况，并将该运动情况通过脉冲信号发送给所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器根据脉冲信号，实时计算出所述塔吊的吊钩的位置情况和运动情况，然后根据吊钩的位置情况和运动情况控制所述塔吊的各个运动控制装置，以调整所述吊钩的位置和运动，并且对所述各个运动控制装置故障、超重情况等异常情况及时报警，通知操作人员尽快排出故障，确保所述塔吊的正常地、安全地运转。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示为本申请一实施例中塔吊防吊钩冲顶装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心思想是，通过提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，包括旋转编码器和可编程逻辑控制器，通过旋转编码器获得所述塔吊的牵引卷轴的运动情况，进而获得所述塔吊的情况，并将该运动情况通过脉冲信号发送给所述可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器根据脉冲信号，实时计算出所述塔吊的吊钩的位置情况和运动情况，然后根据吊钩的位置情况和运动情况控制所述塔吊的各个运动控制装置，以调整所述吊钩的位置和运动，并且对所述各个运动控制装置故障、超重情况等异常情况及时报警，通知操作人员尽快排出故障，确保所述塔吊的正常地、安全地运转。

图1示为本申请一实施例中塔吊防吊钩冲顶装置的结构示意图。结合上述核心思想及图1，本申请提供一种塔吊防吊钩冲顶装置，所述装置包括：旋转编码器100和可编程逻辑控制器200。

其中，所述旋转编码器100连接于所述塔吊的行程限位器，通过所述行程限位器300跟随所述塔吊的牵引卷轴运动；所述可编程逻辑控制器200与所述旋转编码器100通过信号电缆连接，并与所述塔吊的运动控制装置信号相连。

所述旋转编码器100跟随所述塔吊的牵引卷轴运动，并根据所述牵引卷筒的运动情况发出脉冲信号；所述可编程逻辑控制器200获取所述脉冲信号，将所述脉冲信号与设定数值进行比较，并根据所述脉冲信号获取所述塔吊的吊钩的位置信息，根据所述位置信息控制所述塔吊的运动控制装置对所述吊钩的运动进行调整。

在本申请的实施例中，所述旋转编码器100是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。因此可将旋转编码器100的输出脉冲信号直接输入给可编程逻辑控制器200，利用可编程逻辑控制器200的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。所述塔吊起升货物的工作主要是由牵引小车、吊钩组成的牵引钢丝绳系统以及与电机连接的起升钢丝绳绕绳系统来完成。吊钩在吊臂上上下带动货物做垂直方向的移动，与电机相连的起升钢丝绳系统控制货物的上升下降。将旋转编码器100安装在行程限位器300上，旋转编码器100跟行程开关用联轴节链接在一起，塔吊的牵引卷筒由牵引电机驱动，当牵引卷筒运转时，就会带动行程开关和编码器一起转动，此时旋转编码器100随牵引卷轴运动并向可编程逻辑控制器200(PLC，Programmable Logic Controller)发出连续的AB相脉冲，可编程逻辑控制器200接收到所述脉冲通过计算即可转换为吊钩的位置。当卷筒转动而行程开关由于故障而不转时，旋转编码器100也会不转动而采集不到信息，才能判断行程开关是否出故障。

在本申请的一实施例中，由于所述塔吊在工作中对垂直方向精度和响应速度的要求不是非常高，因此对所述旋转编码器100的选择只需脉冲频率能够满足可编程逻辑控制器200的处理范围和精度要求即可，所述旋转编码器100可以通过对所述塔吊的吊钩垂直方向运动可以通过牵引卷筒的齿轮进行采样。

在测量过程中，让可编程逻辑控制器200对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对起升机构变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时电机输出频率降低，从而减小系统惯性，达到精确定位的目的。

所述塔吊的运动控制装置包括起升机，所述起升机构属位能负载机构，所述起升机构使用一个变频器，所述起升机构的控制方式选用带PG的矢量控制方式。所述可编程逻辑控制器200接收电机的反馈信号，所述电机的反馈信号是旋转编码器100经数模转换卡送达的反馈信号，避免吊钩的下滑。

在较佳的实施例中，所述旋转编码器100设置于一防护壳内。所述信号电缆包括输入信号电缆和输出信号电缆，所述输入信号电缆、输出信号电缆和所述塔吊的电力电缆两两均分开敷设。所述输入信号电缆和输出信号电缆均外包有屏蔽层。所述信号电缆为多芯电缆，所述多芯电缆的备用芯线的一端接地。所述旋转编码器100具有一独立的屏蔽线，所述屏蔽线接地。

为使塔吊防吊钩冲顶装置更为结实耐用且信号稳定，所述旋转编码器100的选取要符合两个方面，一是满足可编程逻辑控制器200接收的最高脉冲频率，二是测量的精度至少达到10毫米。因此，在较佳的实施例中，所述旋转编码器100选择分辨率在80P/R～120P/R(每转每相输出80～120个脉冲)，最佳的选择为100P/R(每转每相输出100个脉冲)。

并且，由于旋转编码器100属于精密元件，塔吊机工作环境极为恶劣，在使用中遇到的重要问题是如何抗干扰。具体措施有：1)在编码器外部再加装一防护壳，以加强对其进行保护。2)在安装使用时不要剧烈震动和敲打，安装于检测齿轮上的编码器要求其安装与传动轴误差不大于0.2mm。3)信号传输时用屏蔽电缆，屏蔽线接地。4)选用不怕雨水、灰尘，耐酸、碱腐蚀防护等级IP68的工业级编码器。

此外，所述旋转编码器100有四条引线，其中2条是脉冲输出线A和B，1条是COM端线，1条是电源线D。所述旋转编码器100的电源可以是外接电源，也可直接使用可编程逻辑控制器200的电源DC24V。电源负极端要与编码器的COM端连接，正极端与编码器的电源端连接。编码器的COM端与可编程逻辑控制器200输入COM端连接，A、B两相脉冲输出线直接与可编程逻辑控制器200的输入端连接，连接时要注意可编程逻辑控制器200的输入的响应时间。有的旋转编码器100还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地。

所述可编程逻辑控制器200包括中央存储器、输入接口、输出接口、通讯模块、编程器以及电源，其中所述通讯模块通过所述输入接口接收所述旋转编码器100发出的脉冲信号；所述编程器根据所述中央存储器信号控制，通过所述通讯模块处理所述脉冲信号；所述通讯模块通过所述输出接口向所述塔吊的运动控制装置发出控制信号。

在可编程逻辑控制器200的选择上方面，目前可编程逻辑控制器200可以选择性能较好的有西门子公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司等，根据性价比的选择，根据被控对象的I/0点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，在较佳的实施例中，本申请采用三菱公司的FX1N系列可编程逻辑控制器200。FX1N系列是西门子公司小型可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面HMI可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成可编程逻辑控制器200网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，继承了和发挥了它在大、中型可编程逻辑控制器200领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比高，所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。当然，上述实施例仅仅作为描述，本申请对可编程逻辑控制器200的选择并不限制于此，其他能够满足所述塔吊防吊钩冲顶装置工作要求的可编程逻辑控制器200也在本申请的思想范围之内。

所述编程器包括信号互连的按钮处理模块、通信模块、PID控制模块和故障报警模块，其中：所述按钮处理模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连；所述通信模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连；所述PID控制模块与所述旋转编码器100信号相连；所述故障报警模块与所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块信号相连。

所述按钮处理模块控制所述塔吊的运动控制装置的启动和停止；所述通信模块获取控制所述塔吊的运动控制装置的运转速度；所述PID控制模块接收所述旋转编码器100的脉冲信号获取所述塔吊的吊钩的位置信息；所述故障报警模块根据所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块发出的信号控制报警。

在本系统中，可编程逻辑控制器200的程序设计的主要任务是接受外部开关信号(按钮、继电器)的输入，判断当前的系统状态以及输出信号区控制接触器、继电器等器件，以完成相应的控制任务。除此之外，另一个任务就是接受上位机得控制命令，以进行自动采样。可编程逻辑控制器200的软件设计部分采用模块化的方法，可编程逻辑控制器200的程序设计共有四个模块：按钮处理模块、通信模块、PID控制模块、故障报警模块。

所述按钮模块主要处理各电机和电磁阀的启停控制。

所述通信模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连，在一实施例中所述塔吊采用微控制(MicroMaster)变频器对起重机电机进行调速，所以本系统中对起重机的调速，实际上就是对其微控制(MicroMaster)变频器的控制。三菱FX1N系列可编程逻辑控制器软件工具包提供了LISS协议来完成可编程逻辑控制器200与变频器的通信。与变频器的通信，对可编程逻辑控制器200的CPL扫描时异步的，完成一个变频其通信事物通常需要几次CPU扫描。这取决于连续的变频器数目，波特率，以及CPU的扫描时间。

使用USS协议的编程顺序如下：

通过调用USS_IN IT指令以改变USS通信参数，如启用或禁止USS协议、设定波特率，指示哪些地址的变频器是激活的(即可与之通信)。标志为激活的任何变频器都自动地在后台进行轮询控制，汇集状态，并防止变频器的串行链路超时。

所述PID控制模块(比例、积分、微分控制模块，Proportion—Integration—Differentiation，所述PID控制模块与所述旋转编码器100信号相连桥式起重机主副起升机构速度的控制，是一现很重要的技术指标，本系统由通过旋转编码器100测得电机速度，由数模转换卡转换成数字量，传递给变频器，与设定速度进行比较，采用常规的PID算法在控制效果上就能够达到较为理想的结果，所以，本系统起升机构控制方案为常规的数字PID算法并结合可编程逻辑控制器200中的PID控制模块来控制。

所述故障报警模块与所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块信号相连。为了实时通知操作员故障消息，以便尽快地排除故障，确保整个系统正常运行，本控制系统具有良好的故障报警措施。所以在可编程逻辑控制器200程序中始终对相应的传感器输入信号进行扫描，一旦有诸于变频器故障，超重等故障，应马上切断该设备，并启动蜂鸣器，进行报警。考虑到工业现场可能的干扰，(1)在优选的实施例中采用延迟报警。即只有当报警信号持续一定的时间(一般为几十毫秒到几百毫秒)，才能认为有故障。(2)在启动设备时，逐步开启报警；而在停止设备时，逐步阻塞报警。上述两个措施可有效的防止误报警。

所述可编程逻辑控制器200具有独立的接地线，所述接地线接地。所述可编程逻辑控制器200设置于一电柜中，所述可编程逻辑控制器200四周至所述电柜内壁的距离大于50毫米。

可编程控制器的主要应用场合是工业现场，工作环境中各种干扰对系统设备的正常运行存在着严重的影响。所以在本系统中也不例外，有必要考虑可编程逻辑控制器200的抗干扰措施。

抗干扰的主要措施有：

(1)输入信号电缆、输出信号电缆和电力电缆都要分开敷设，不能扎在一起。

(2)必要时需选用带有屏蔽层的输入和输出信号电缆，并注意一端接地。

(3)多芯电缆中的备用芯线也要一端接地，一则扩大屏蔽作用，二则抑制芯线间的信号串扰及外部干扰。

(4)为避免干扰，同义电平等级的信号才能用一条多芯电缆传输。所以，对数字信号和模拟信号，在任何情况下，都必须分开电缆进行传输。低电平信号线应与其它信号线分开。尽量缩短模拟量I/O信号线的长度，并采用双芯屏蔽线作为信号线。

(5)可编程逻辑控制器200电柜应有独立的接地线，接地电阻小于10欧姆。

(6)引至可编程逻辑控制器200柜的电缆要尽量远离那些会产生电磁干扰的装置。

(7)一般要将可编程逻辑控制器200装于专门的电柜中，且可编程逻辑控制器200四周留有50mm以上的净空间，保证良好的通风环境。尽量不要将可编程逻辑控制器200安装在多尘、有油烟、有导电灰尘、有腐蚀性气体、振动、热源或潮湿的地方。

此外，可编程逻辑控制器通过计算上升和下降的脉冲数，再进行换算后用于显示牵引机构垂直方向的当前位置；通过计算把需要的脉冲数送到一个D寄存器，根据起升机构前进还是后退由可编程逻辑控制器进行加减计数，时刻比较D寄存器与可编程逻辑控制器中的数值，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而达到精确定位。

本申请所述装置用旋转编码器100和可编程逻辑控制器200的高速计数器组成一套限位进行保护，当吊钩高度到达需要减速的高度时，把计数器测得的脉冲数送入减速用的寄存器；再往上到达高度极限位置时，把脉冲数送入高度限位用的寄存器。这样每次运行时，当计数器测得的脉冲数大于等于减速寄存器里的数值时，输出一个辅助继电器，去切断吊钩的高速档，使其自动减速；当计数器测得的脉冲数大于等于高度限位寄存器里的数值时，也同样输出一个辅助继电器，去切断上升回路；如果出现脉冲数大于等于高度限位的寄存器里数值时，而原来的机械式高度限位还接通的话，说明原来的高度限位器有故障了；或者在上升运行时如果编码器不记数则说明限位与绳筒连接的销子脱落，就启动一个辅助继电器去接通一个专门的报警器提醒驾驶员，然后叫专业人员进行维修。避免了由于所述高度限位器跟绳筒连接的销子脱落或限位器损坏，在驾驶员不知道的情况，导致吊钩高速上升造成的吊钩冲顶的情况，因此，塔吊防吊钩冲顶装置能有效地达到事故的预防控制效果，保障了机械设备及施工现场人身财产的安全，取得了较好的社会效益，成为建筑塔式起重机的一种安全防护措施。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (12)

1.一种塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，包括：

旋转编码器，连接于所述塔吊的行程限位器，通过所述行程限位器跟随所述塔吊的牵引卷轴运动；

可编程逻辑控制器，与所述旋转编码器通过信号电缆连接，并与所述塔吊的运动控制装置信号相连。

2.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述旋转编码器设置于一防护壳内。

3.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述信号电缆包括输入信号电缆和输出信号电缆，所述输入信号电缆、输出信号电缆和所述塔吊的电力电缆两两均分开敷设。

4.如权利要求3所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述输入信号电缆和输出信号电缆均外包有屏蔽层。

5.如权利要求3所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述信号电缆为多芯电缆，所述多芯电缆的备用芯线的一端接地。

6.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述旋转编码器具有一独立的屏蔽线，所述屏蔽线接地。

7.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述旋转编码器的分辨率为每转每相输出80～120个脉冲。

8.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器具有独立的接地线，所述接地线接地。

9.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器设置于一电柜中，所述可编程逻辑控制器四周至所述电柜内壁的距离大于50毫米。

10.如权利要求1所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器包括中央存储器、输入接口、输出接口、通讯模块、编程器以及电源，其中

所述通讯模块通过所述输入接口接收所述旋转编码器发出的脉冲信号；

所述编程器根据所述中央存储器信号控制，通过所述通讯模块处理所述脉冲信号；

所述通讯模块通过所述输出接口向所述塔吊的运动控制装置发出控制信号。

11.如权利要求10所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述编程器包括信号互连的按钮处理模块、通信模块、PID控制模块和故障报警模块，其中：所述按钮处理模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连；所述通信模块与所述塔吊的运动控制装置信号相连；所述PID控制模块与所述旋转编码器信号相连；所述故障报警模块与所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块信号相连。

12.如权利要求11所述的塔吊防吊钩冲顶装置，其特征在于，所述按钮处理模块控制所述塔吊的运动控制装置的启动和停止；所述通信模块获取控制所述塔吊的运动控制装置的运转速度；所述PID控制模块接收所述旋转编码器的脉冲信号获取所述塔吊的吊钩的位置信息；所述故障报警模块根据所述按钮处理模块、通信模块、PID控制模块发出的信号控制报警。