CN2758223Y - 臂架型全力矩限制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种臂架型全力矩限制器，包括中央处理模块、用于控制起重机执行机构的输出控制模块，显示模块，存储器，所述显示模块包括一个以上的LCD模块，所述一个以上的LCD模块分别通过其数据线、控制线与中央处理模块并联连接；所述的中央处理模块的输入端与用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，其输出端与所述输出控制模块的输入端连接，所述中央处理模块通过数据线、地址线、控制线与所述存储器连接。本实用新型对数据的处理能力强，运算速度快，数据的吞吐能力大，实时显示起重机的运行状况，显示直观，并根据实际的运行状况控制起重机的工作，提高了起重机工作的安全性，并且可以存储信息，方便数据的查询。

Description

臂架型全力矩限制器

技术领域

本实用新型涉及一种全力矩限制器，尤其是一种臂架型起重机全力矩限制器。

背景技术

全力矩限制器是汽车起重机的主要安全保护装置之一，在起重机作业过程中，全力矩限制器采集相关的数据，根据起重性能曲线，自动计算、控制各种起重作业工况，操作者根据力矩限制器所提供的信息进行交互式作业，能够准确判断时刻变化着的工作情况；在危险工况下，全力矩限制器发出声光报警，提醒操作者及时采取相应的措施处理事故，同时自动判断是否需要强制停机，切实保护起重机的安全。

全力矩限制器一般由数据采集模块、中央处理模块、输出控制模块等组成，能够测量吊重的重量、臂架的长度、角度等参数，根据预先设定的控制程序控制起重作业，能够进行报警或强制停止起重作业。目前的全力矩限制器一般采用8位单片机，使用8位A/D转换进行数据处理，分辨率低。在数据参数的显示上，采用一片LCD液晶模块或一组LED显示器，吊重的重量、臂架的长度、角度等信息均显示在一块液晶上，由于数据变化频率大，操作人员需要不停地观察不断变化的数据，来判断力矩是否超载，增加了操作的不安全性。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种臂架型起重机全力矩限制器，提高起重机操作的安全性，并且便于操作者观察起重机工作状况，查询数据。

为实现上述目的，本实用新型提出一种臂架型全力矩限制器，包括：中央处理模块、用于控制起重机执行机构的输出控制模块，显示模块，存储器，所述显示模块包括一个以上的LCD模块，用于分别显示起重机的参数，所述一个以上的LCD模块分别通过其数据线、控制线与中央处理模块并联连接；所述的中央处理模块的输入端与用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，其输出端与所述输出控制模块的输入端连接，所述中央处理模块通过数据线、地址线、控制线与所述存储器连接。

所述中央处理模块包括处理器、信号放大模块，所述信号放大模块的输入端与用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与所述输出控制模块的输入端连接，所述处理器通过数据线、地址线、控制线与所述存储器连接。

所述中央处理模块还包括滤波模块，所述滤波模块的输入端与所述信号放大模块的输出端连接，其输出端与处理器的输入端连接。

所述的中央控制模块还包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端用于从外部输入开关信号，输出端与处理器的输入端连接。

为了提高中央处理模块的精度，所述处理器采用带有A/D转换功能的16位单片机，并且，为了保证输入信号的精确度，所述的信号放大模块包括一级放大模块、二级放大模块，所述的一级放大模块的输入端与所述用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，输出端与所述二级放大模块的输入端连接，所述二级放大模块的输出端与处理器的输入端连接。

所述输出控制模块为电磁阀，用于控制起重机的液压系统的电磁液动阀。

该限制器还包括报警装置，所述的报警装置的输入端与中央控制模块的输出端连接，所述的报警装置为蜂鸣器和/或指示器。

所述存储器为用于存储检测到的数据的数据存储器和用于存储程序的程序存储器。

本发明所述的臂架型全力矩限制器的控制对象是汽车起重机的液压系统的电磁液动阀，控制的目标是实测起重力矩超过相应工况额定起重力矩时，在采集监控力矩方向行程开关信号的基础上，当监控到力矩继续增加时，也就是向不安全方向运动，所述的不安全方向为吊物上升、臂杆伸长、幅度增大以及这些动作的组合，使汽车起重机的液压系统的电磁液动阀接通以控制卸荷或报警，提醒操作者注意安全，必须将操作作业朝力矩减少的方向运动也就是安全方向，所述的安全方向为吊物下降、臂杆缩短、幅度减少以及这些动作的组合，起重机才能继续作业；如果监控到力矩减少，主控制器将输出控制信号断开电磁液动阀，起重机正常工作，仅允许起重机超安全方向运动，具有智能性。在超载状态下，全力矩限制器自动将此状态下的工作参数及相对应的时间记录在存储器内，系统断电后，仍能保护数据的安全；当需要检查起重作业的工作时，通过按下控制面板上的键盘，能够在液晶显示模块上显示超载时记录在存储器内的数据，如果起重机发生事故，可以作为事故分析的科学依据。

本实用新型对数据的处理能力强，运算速度快，数据的吞吐能力强，实时显示起重机的运行状况，显示直观，并根据实际的运行状况控制起重机的工作，提高了起重机工作的安全性，并且可以存储信息，方便数据的查询。

以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理框图；

图2为本实用新型一实施例的结构原理框图；

图3为本实用新型实施例的CPU与LCD及其他电路的接口电路原理图；

图4为本实用新型实施例的对输入信号的放大及滤波电路原理图；

图5为本实用新型实施例的输出电路原理图；

图6为键盘中断接口电路原理图；

图7为LED安全显示电路原理图。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型的结构原理框图，包括：中央处理模块1、用于控制起重机执行机构的输出控制模块2，显示模块3，存储器4，所述显示模块3包括一个以上的LCD模块31、32......3n，用于分别显示起重机的参数，所述一个以上的LCD模块31、32......3n服别通过其数据线、控制线与中央处理模块1并联连接；所述的中央处理模块1的输入端与用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，其输出端与所述输出控制模块2的输入端连接，所述中央处理模块1通过数据线、地址线、控制线与所述存储器4连接。

所述的数据采集单元一般包括各种传感器及各种开关，所述的传感器一般有重量传感器、长度传感器、角度传感器，分别采集吊重重量、臂杆伸长的长度、臂杆转动的角度，所述的开关一般有倍率开关，用于实际的吊重重量，该吊重重量等于所采集的重量信号乘以所选择的倍率开关档位数，还有防过卷行程开关或监控力矩行程开关，分别用于输出过卷信号和力矩信号给中央处理模块。

具体实施例的电路组成示意图如图2所示，包括型号为80C196KC的单片机100、斩波稳零集成运放ICL7650S 101、高输入阻抗集成运放LM358102、RC滤波器103、光电耦合器104、输出用电磁阀200、译码器300、显示额定重量的LCD模块301、显示重量的LCD模块302、显示长度LCD模块303、显示角度LCD模块304、显示工作半径LCD模块305、用于控制显示的键盘306、时钟芯片400、锁存器401、存储器402、蜂鸣器500、指示器501。

其中，本实施例中的单片机100为CHMOS高性能的单片机，内部RAM488字节，有24字节的专用寄存器，CPU的操作直接面向256字节的专用寄存器，相比累加器结构，具有10位A/D转换器，系统设计采用8位地址/数据复用总线。

采用高性能的斩波稳零集成运放芯片ICL7650S 101进行一级放大，ICL7650S具有超低失调和超低温漂，高增益、高输入阻抗。与其它运放不同，这种运放由一时钟控制，分节拍工作，前一节拍将输入失调采集并存储于一电容中，后一节拍采样和放大信号，并将此刻的失调相抵消。采用ICL7650S能够大大减少采集信号所带来的误差。所述的重量传感器、长度传感器、角度传感器的输出端、倍率选择开关分别与斩波稳零集成运放ICL7650S 101的输入端连接，斩波稳零集成运放ICL7650S 101将传感器或倍率选择开关输入的信号进行一级放大后输出给二级放大芯片高输入阻抗集成运放LM358 102。

高输入阻抗集成运放LM358 102作为二级放大芯片，内部具有2个独立的放大集成电路，LM358第一个放大电路反向输入，使用电位器调节放大倍数，并且在放大器上加载调零电路，可以将模拟通道的放大电路的输出在零输入的情况下，调整为零输出；LM358第二个放大电路为正向输入成射随电路，以便于得到高输入阻抗和低输出阻抗，用作阻抗变换器。高输入阻抗集成运放LM358 102的将一级放大芯片送来的信号进行二级放大后输出给RC滤波器103，进行滤波后输出到单片机100的A/D转换接口。

另外，防过卷行程开关和监控力矩行程开关的信号端分别与光电耦合器104的输入端连接，光电耦合器104将这两个开关信号进行光电转换后输出到单片机100中。

在本实施例中，通过电磁阀200来控制汽车起重机的液压系统的电磁液动阀，当起重机在实测力矩达到设定的额定力矩100％，通过监控力矩行程开关将该信号输出给单片机100，通过对该信号进行隔离、放大，由单片机100输出控制信号给电磁阀200，由电磁阀200来控制汽车起重机的液压系统的电磁液动阀。

单片机100通过双向数据/地址总线通过译码器300分别与5个LCD显示器301、302、303、304、305连接，分别用于显示额定重量、实际重量、长度、角度、工作半径。另外，为了通过LCD显示器查看存储在时钟芯片内的数据，还设有键盘306。采用中断工作方式，利用单片机的外部中断，当有键盘输入时，程序马上进行键盘扫描，执行键盘功能扫描程序。可以在程序执行的任何期间，按下键盘，显示所需要的数据。

时钟芯片400通过双向数据/地址总线与单片机100相连接，在电路通电时其充电电路便自动对可充电电池充电，充足一次电可供芯片时钟运行半年之久，正常工作时可保证时钟数据十年内不会丢失，内部有114字节的RAM可以保存信息，通过程序设计用来保存8次吊重重量，臂杆长度、臂杆角度、工作半径的数据以及所对应的时间信息，其中，重量、长度、角度、半径在存储时按照整型类型(16位)，每个数据占用2个地址单元；时间在存储时按照字符类型(8位)，占用1个地址单元。

单片机100通过双向数据/地址总线经过锁存器401与型号为32KEPROM27256 402连接，用于存储程序。

另外，本实施例还设置了报警装置，用于进行声光报警，该报警装置包括蜂鸣器500、指示器501，所述的指示器501具体为报警百分比安全度显示条，蜂鸣器500、指示器501分别与单片机100的输出端连接，当出现故障后，由单片机100输出控制信号，控制报警百分比安全度显示条全部点亮，蜂鸣器500动作，声音报警，提醒操作者及时采取措施，保护起重机的安全。在实测力矩达到设定的额定力矩90％，控制报警百分比安全度显示条显示黄色，提醒操作者注意安全操作；同时也发出声音报警。

具体电路如图3-7所示，图3为CPU和LCD及其他电路的接口电路原理图，其中的8XC196KCU1为单片机，通过U2扩展存储器U3，U2为74HC373，U3为27256，其中，WB、WX、LX、AX、RX为5个液晶显示器，U5为图2中的时钟芯片DS12887。图4为本实用新型实施例的对输入信号的放大及滤波电路原理图，图中的ICL7650S对输入的信号进行一级放大后，输出到二级放大电路LM358放大，并通过R8、C3组成的RC电路滤波输入到图3中的8XC196KCU1中；图5为本实用新型实施例的输出电路原理图，由图3中的8XC196KCU1输出的控制信号输入到光电耦合器中，通过三极管T2控制电磁阀；图6为键盘中断电路原理图，按建K1、K2与单片机的P23、P24两个端口连接，通过中断方式输入命令；图7为LED安全显示电路原理图，LED显示器通过接口JD与图3中的8XC196KCU1数据端连接。

本实施例的程序采用C语言进行模块化软件设计，设计保存8次吊重重量，臂杆长度、臂杆角度、工作半径的数据，其中，重量、长度、角度、半径在存储时按照整型类型(16位)，每个数据占用2个地址单元；时间在存储时按照字符类型(8位)，每个数据占用1个地址单元。在记录数据时，将对应的数据逐一存储在时钟芯片400的RAM内，如果记录的数据次数超过8次，则第9次的数据将占用第1次存储所占用的地址单元，数据进行更新，然后不断循环直至到全部更新完毕。

按下键盘显示记录的数据时，程序先检查时钟芯片里所存储的记录数据的次数N(N≤8)，然后将RAM内的数据逐一在相应的液晶模块上显示，一共显示N次数据。

为保证该限制器的正常工作，设计故障自我诊断功能，可以自我检查重量传感器、角度传感器、长度传感器、倍率开关、起重机的支腿是否水平等故障，并以代码的形式在液晶显示模块上显示。

本实施例采用5个液晶显示模块，各自负责显示实测的吊重重量、臂杆长度、臂杆角度、工作半径、相应工况下的额定重量，根据人机工程，安排5个液晶显示模块；由于液晶模块通过数据线与主控制系统相连接，维修、更换方便。

在起重作业的过程中，为使操作者更加方便、直观地判断出相应工况下的力矩的变化情况，在该限制器还可以设置一些LED，将实测起重力矩占相应工况时的额定起重力矩的百分比，用点亮LED灯的个数表示，操作者能够一目了然，便于进行下一步工作。

限制器实时采集三路传感器(重量传感器、长度传感器、角度传感器)信号，采集吊重重量、臂杆伸长的长度、臂杆转动的角度，通过选择倍率开关，确定钢丝绳的根数(吊重重量等于所采集的重量信号乘以所选择的倍率开关档位数)。将采集的信号经过放大、滤波、A/D转换后，进行数据处理。如果实时力矩小于相应工况下的额定力矩，则工作正常，报警百分比安全度显示条显示白色，力矩限制器输出电路不工作；如果实时力矩大于相应工况下的额定力矩，系统会自动将相关的数据(时间、吊重重量，臂杆长度、臂杆角度、工作半径)记录保存，以便于分析。报警百分比安全度显示条显示红色，声音报警，提醒操作者及时采取措施，保护起重机的安全。

系统采集监控力矩行程开关信号，监控力矩增加或减少的方向，当起重机的力矩已经达到临界点，如果力矩继续增加，全力矩限制器会自动强制停机，但力矩限制器允许起重机朝安全方向运动(臂杆缩回、幅度减少、货物下落)。另外，为防止货物出现过卷情况，系统定时查询防过卷行程开关信号，当一旦出现过卷，力矩限制器自动停止向上卷扬。

因此，在本实施例中，采用5个液晶显示模块，分别显示额定吊重重量、实测吊重的重量、实测臂架的长度、实测臂架的角度、工作半径5个参数，在控制面板上，绘制起重作业的示意图，根据人机工程学的原则，将5个液晶模块分别安装在起重机示意图相应的部位(例如，实测吊重的重量液晶模块安装在起重机的吊钩部位)。

本实用新型采用10位A/D转换进行数据处理，转换精度高，并且系统选用16位单片机，16位单片机具有较好的数据处理能力，可直接计算4字节的整型数和浮点数。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种臂架型全力矩限制器，包括：中央处理模块、用于控制起重机执行机构的输出控制模块，显示模块，存储器，其特征在于，所述显示模块包括一个以上的LCD模块，所述一个以上的LCD模块分别通过其数据线、控制线与中央处理模块并联连接；所述的中央处理模块的输入端与用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，其输出端与所述输出控制模块的输入端连接，所述中央处理模块通过数据线、地址线、控制线与所述存储器连接。

2、根据权利要求1所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述中央处理模块包括处理器、信号放大模块，所述信号放大模块的输入端与用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与所述输出控制模块的输入端连接，所述处理器通过数据线、地址线、控制线与所述存储器连接。

3、根据权利要求2所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述中央处理模块还包括滤波模块，所述滤波模块的输入端与所述信号放大模块的输出端连接，其输出端与处理器的输入端连接。

4、根据权利要求2或3所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述处理器为16位单片机。

5、根据权利要求2或3所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述的信号放大模块包括一级放大模块、二级放大模块，所述的一级放大模块的输入端与所述用于采集信号的数据采集单元的输出端连接，输出端与所述二级放大模块的输入端连接，所述二级放大模块的输出端与处理器的输入端连接。

6、根据权利要求1所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述输出控制模块为电磁阀。

7、根据权利要求1所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，该限制器还包括报警装置，所述的报警装置的输入端与中央控制模块的输出端连接。

8、根据权利要求7所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述的报警装置为蜂鸣器和/或指示器。

9、根据权利要求2所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述的中央控制模块还包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端用于从外部输入开关信号，输出端与处理器的输入端连接。

10、根据权利要求1所述的臂架型全力矩限制器，其特征在于，所述存储器为程序存储器和数据存储器。

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