CN2554148Y - 塔式起重机监控记录装置 - Google Patents

Abstract

一种塔式起重机监控记录装置，由传感器、前置处理单元、单片机CPU、存储单元、时钟单元、键盘、显示驱动电路为主构成，传感器包括力矩传感器或者力矩传感器加电流传感器，传感器信号经前置处理后进入单片机CPU进行程序运算，输出进行显示驱动，同时单片机将进来的信号连同时钟值一起送存储单元存储记录，还可通过键盘输入参数，在主机上回放记录状态。本实用新型设计合理，功能齐全、技术先进，性能优良，为我国建筑施工塔机提供了一种新型的安全监控记录设备。

Description

塔式起重机监控记录装置

技术领域

本实用新型涉及一种监控记录装置，具体涉及一种塔式起重机重要参数的实时检测、记录、显示和针对参数的大小对起升电机涡流制动器进行实时控制并给出语音提示和控制的安全控制装置。

背景技术

随着我国建筑业的不断发展，建筑施工的机械化程度越来越高，作为工地现场主要的大型物料垂直输送设备-塔式起重机的应用也越来越普及，全国塔机平均年产量不低于5000台，而且正在工地运行的塔机近十万台，然而在这近十万台运行的塔机中，至今还没有一套完整的运行参数监控系统，虽然一般都安装一些参量的限位开关，但限位开关的运行好坏，操作者无法知道，同时，由于没有塔机的参量的连续显示，操作者对塔机的运行工况无法得知，因而塔机的安全事故时有发生。而塔机发生的安全事故都是较为重大的事故，不论是设备生产厂家还是设备用户都希望对事故的责任有一个较为科学客观的判定，但目前由于没有监控记录装置，对事故发生大多采用主观分析判断，误判的情况经常发生。此外，塔式起重机的起升电机通常是采用带涡流制动器的绕线式电动机，涡流制动器的性能离散性较大，即使在相同的控制电压下，产生的制动力矩，也会有较大的区别，而现行的塔机控制系统没有涡流制动器的调节回路，经常造成起升电机过载烧坏，维修更换非常困难，给生产带来很大损失。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：解决现有塔式起重机无完整的运行参数监控记录装置、起升电机涡流制动器无实时调节控制的问题，而提供一种在驾驶室内能够实时自动监测并显示记录塔机重要运行参数、并能实时控制起升电机涡流制动器以改善起升电机工作条件、还可在各种极限状态下给出语音提示和执行相应的控制动作、一旦重大事帮发生后可回放事故前十分种内塔机实际运行情况的塔式起重机监控记录装置。

本实用新型采用的技术方案是：这种塔式起重机监控记录装置由传感器、前置处理单元、单片机CPU、存储单元、时钟单元、键盘、显示驱动电路为主构成，传感器包括力矩传感器或者力矩传感器与电流传感器，力矩传感器为安装在塔机力矩限制器上的位移传感器，电流传感器安装在起升电机附近测量起升电机定子或转子的电流，力矩传感器信号通过前置处理单元进行零点调整和通道增益的调节，使其有效信号的幅值范围满足单片机A/D通道的要求后，送往单片机CPU中，电流传感器取得一个电压幅值与电机定子或转子电流成比例的交流电压信号，一路送速度检测单元，经处理后得到电机转速信号送单片机CPU中，另一路经有效值电路处理后，得到与电机轴转矩成比例的信号送往前置处理单元，然后再送往单片机CPU，上述这些信号送往单片机CPU后，根据原始设定、比较，输出信号到显示驱动电路，同时单片机CPU对进来的信号首先将电流、力矩和速度信号连同当时的时钟单元时钟值一起送往存储单元存储记录，还可通过键盘输入参数，在主机上回放记录状态。

上述技术方案中，显示驱动电路还可增设语音单元，采用不同的语言播报出相应的塔机工作状态。

上述技术方案中，还可增设对外部设备进行通讯的RS232通讯口，通过外部设备计算机打印机，用于记录参数的打印和图形显示。

上述技术方案中，还可增设涡流控制单元，当判定系统的电机过载时，单片机CPU输出一控制信号到涡流控制单元，该信号在涡流控制单元中与V0相减送往PI控制器中，经限幅单元，去控制电机涡流制动器的给定电压，以减少电机的过载程度，保护电机，实现稳速。

上述技术方案中，传感器还可包括风速传感器、幅度传感器、高度传减器。

工作原理：

塔式起重机的所有运行工况参数中，能够直接造成重大安全事故的参数为工作力矩和吊重，其中，工作力矩的大小就是表示塔机结构件的承载状况，如果工作力矩超限，轻者会造成塔机结构件的疲劳操作，重者会造成倒塔，而重量值所代表的是传动机构的承载状况，如果超限也可造成起升机构的过载损坏和起升电动机的烧毁，本塔式起重机监控记录装置主要包括：检测塔机工作力矩的力矩传感器；检测起升电动机电流值的电流传感器，该电流值通过变换，可得到与起升电动机轴转矩成比例的信号，测量起升电动机轴转矩的值要比直接测量吊重更能全面和有效地保护起升机构和起升电动机，因为起升电动机轴转矩的超限，其原因除了吊重超载外，还可能钢丝绳缠绕、减速机卡死、制动器未打开等因素造成，而采用直接测量重量的方法就无法克服后者的影响。

本实用新型的优点和积极效果：1、能够在显示屏上实时地反映塔机运行中最为重量的三个参数：塔机力矩、起升电动机轴转距、起升速度。让操作者能够对这些与塔机安全运行有重大关联的参数做到一目了然。2、塔机运行在极限状况时，除了有光电提示外，还有较为清楚而简短的语音提示，同时给出继电器控制信号中断塔机相应部分的工作。3、本装置在塔机出事故后，可回放事故前十分钟内的实际工作状况，给事故判定提供科学的依据，同时该记录参数还可通过串口发送到计算机或打印机。4、本实用新型一改大多数采用重量传感器测量吊重的方法，而采用测电动机电流来综合出电机轴转距的办法，这种方法更为全面地反映了电机可能过载的情况，不论是吊重过大，钢丝绳缠绕有问题，传动机有故障，涡流制动器异常等，都会直接反映到电机轴转矩的增加。5、本装置还根据电流的大小，对电机涡流制动器实现了直接的控制，克服了涡流制动器的性能参数离散性造成的电机过载。6、本实用新型结构简单，构思新异，造价低，适合国情。因此市场潜力巨大。

附图说明：

图1为本实用新型原理框图

图2、图3为本实用新型实施电路图。

具体实施方式

参见图1，这种塔式起重机监控记录装置由传感器、前置处理单元，单片机CPU，涡流控制单元、存储单元、显示驱动电路为主构成，还可增设时钟单元、键盘、连接外部设备计算机、打印机等的通讯接口电路RS232单元，传感器包括电流传感器及其有效值电路、速度检测单元和力矩传感器等，当然还可扩充风速传感器、幅度传感器、高度传感器等，力矩传感器安装在塔机力矩限制器上，显示驱动电路包括极限状态指示驱动单元、显示驱动单元、时钟及其它参数显示单元、语音单元、继电器驱动单元、速度指示驱动单元。传感器电路的力矩传感器和电流传感器产生两路信号，这两路信号分别通过不同的处理电路送往单片机的A/D通道，其中：力矩信号通过“前置处理单元”进行零点调整和通道增益的调节，使其有效信号的幅值范围满足单片机A/D通道的要求后，送往单片机CPU中；另一路电机转子电流通过电流传感器取出后，得到一个电压幅值与电机转子电流成比例的交流电压信号。该信号一路送“速度检测单元”，经处理后得到电机的转速信号送单片机CPU中，另一路经有效值电路处理后，得到与电机轴转矩成比例的信号送往“前置处理单元”，然后再送往单片机CPU，图中虚线所表示的传感单元为本装置可扩展的部分。这些信号往单片机CPU后，可根据原始设定、比较、输出信号到“极限状态指示单元”点亮或关闭相应的指示灯，并根据过载的参数驱动相应的语音提示单元，以语音的方式播报出塔机当前的状态。如果有任何一个参数处于过载状态，CPU将驱动相应的继电器以控制塔机电气系统。当判定系统的电机过载时，CPU将输出一控制信号到“涡流控制单元”该信号在“涡流控制单元”中与V₀相减送往PI控制器中，经限幅单元，去控制电机涡流制动器的给定电压，以减少电机的过载程度。当所有的极限状态都判定完成后，CPU将对进来的信号首先把电流、力矩和速度信号同当时的时仲值一起送往“存储单元”存储，同时把速度信号，送往“速度指示驱动单元”，以点亮相应的指示灯。与电机轴转距成比例的信号和塔机力矩信号同时送往“显示驱动单元”，进行实时显示。“RS232”单元主要是对外部设备如计算机，打印机进行通讯，用于记录参数的打印和图形显示。本装置也可在自身的主机上回放记录状态。

参见图2、图3的实施例电路图。

图2为系统的模拟通道图：其中，S1为电机电流传感器，该信号一路经R13送到41A，变成与转子速度有固定关系的脉冲信号送到图3中，CPU的T0口，以测得电机转速，另一路经C1输入到有效值电路中，求得有效值后，经P1，R2，R3，C7构成的取值，经滤波电路进入放大器O1放大，R4，R5，P2构成零点调节电路，该信号经O1放大后，由R9送往O2进行幅值调节，P3为调节电位器，在经D3和D4构成的限幅和箝位电路后，再到O3跟随器上，经R12、C8滤波后送往图3中，CPU的P1.0端。

力矩传感器为S2，S2的输出为一电压信号，其信号的处理环节与电流的有效值的电路完全一样，经相同的处理后送单片机CPU的P1.1端。

图中的S3，S4为装置的扩展功能，用于幅度和高度的检测。

图2中，R25，R26，R27，D9构成一个标准电压值，该值经R28与CPU送出的信号OUT5在由O6，R22，R23，R24构成的减法电路相减后，经R21进入由O7，R20，C9，R19组成的PI电路，再由R18，D7，D8构成的限幅箝位电路后输出，以控制涡流电压。

P0T4是塔机电控系统中的小车运行信号，经R16，R17，42A，43A后，送往CPU的P11，用于状态判定，OUT3和OUT4是CPU中的送出力矩和电流信号，它们分别经O4和O5构成的电压跟随器后，送到光柱显示单元，进行显示输出。

V1，V2，E1，E2，E3，E4，C11，C12组成正负稳压电源电路；D10，D11，E5，E6，E7，C10，C13，C14和H分别提供数字和模拟电源。

图3中，U5为CPU，它根据由P1.0和P1.1进入的电流和力矩信号结合T0进入的电机转速信号进行综合处理，经OUT3和OUT4送到图2中的跟随器中进行光柱显示，其速度值经总线(P0口)送到U2，以点亮相应的速度指示发光二极管D2～D5和D12～D15，U1是时钟发生芯片，CPU经SCLK，SDA和SCS端取得时钟信号后，一方面送Y1进行时钟显示，另一方面与力矩信号，电流信号，速度信号一送U3储存。

当出现有过极限状态时，CPU一方面启动U8和语音芯片U9经功率放大TDA2822放大后，发出相应的语音提示。另一方面经总线送往U6锁存，经三极管Q1、Q2，驱动相应继电器动作。

K1、K2～K5是装置的键盘，用于参数输入和初始设定。

U7用于CPU通讯口的驱动，以提供该装置与外部设备，计算机和打印机的通讯通道。

集成电路型号：

01～07：OP07

41A～43A：CD40106

U1：DS1302    U2：74HC573    U3：DS1220

U4：74HC573   U5：ADUC812    U6：74HC573

U7：MAX232    U8：74HC573    U9：APIS40

Claims (5)

1、一种塔式起重机监控记录装置，其特征在于由传感器、前置处理单元、单片机CPU、存储单元、时钟单元、键盘、显示驱动电路为主构成，传感器包括力矩传感器或者力矩传感器与电流传感器，力矩传感器为安装在塔机力矩限制器上的位移传感器，电流传感器安装在起升电机附近测量起升电机定子或转子的电流，力矩传感器信号通过前置处理单元进行零点调整和通道增益的调节，使其有效信号的幅值范围满足单片机A/D通道的要求后，送往单片机CPU中，电流传感器取得一个电压幅值与电机定子或转子电流成比例的交流电压信号，一路送速度检测单元，经处理后得到电机转速信号送单片机CPU中，另一路经有效值电路处理后，得到与电机轴转矩成比例的信号送往前置处理单元，然后再送往单片机CPU，上述这些信号送往单片机CPU后，根据原始设定、比较，输出信号到显示驱动电路，同时单片机CPU对进来的信号首先将电流、力矩和速度信号连同当时的时钟单元时钟值一起送往存储单元存储记录，还可通过键盘输入参数，在主机上回放记录状态。

2、根据权利要求1所述的塔式起重机监控记录装置，其特征在于显示驱动电路还可增设语音单元。

3、根据权利要求1所述的塔式起重机监控记录装置，其特征在于还可增设对外部设备进行通讯的RS232通讯口。

4、根据权利要求1所述的塔式起重机监控记录装置，其特征在于还可增设涡流控制单元，单片机CPU输出一控制信号到涡流控制单元，涡流控制单元中，与V0相减送往PI控制器中，经限幅，控制电机涡流制动器的给定电压。

5、根据权利要求1所述的塔式起重机监控记录装置，其特征在于传感器还可包括风速传感器、幅度传感器、高度传感器。

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