RU2304U1 - Устройство для определения массы - Google Patents

Abstract

1. Устройство для определения массы, содержащее грузоприемный узел, индикатор, электродвигатель грузоподъемного механизма, подключенный к источнику питания посредством токопровода, и датчик тока, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком напряжения, датчиком мощности, датчиком температуры, измерительным преобразователем тока, измерительным преобразователем напряжения, измерительным преобразователем активной мощности, измерительным преобразователем частоты, измерительным преобразователем температуры, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, вычислительным устройством и блоком вывода информации, причем вход датчика тока, вход датчика напряжения и вход измерительного преобразователя частоты связаны с одной из фаз токопровода к электродвигателю, а входы датчика мощности - со всеми тремя его фазами, измерительный преобразователь тока связан своим входом с выходом датчика тока, а выходом - с входом первого канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь напряжения связан своим входом с выходом датчика напряжения, а выходом - с входом второго канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь активной мощности связан своим входом с выходом датчика мощности, а выходом - с входом третьего канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь частоты связан своим выходом с входом четвертого канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь температуры связан своим входом с выходом датчика температуры, а выходом - с входом пятого канала аналого-цифрового преобразователя, вычислительное устройство свя

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ

Устройство относится к весоизмерению и может использоваться для измерения массы груза на грузоподъемных механизмах, нгипример, кранах.

Для определения массы известны устройства, в которых определение массы производится с учетом злектрических параметров привода грузоподъемного механизма, например, авт.св. СССР N 1582024, G01G9/00, 1990; авт. св. СССР Н 1543243, 00109/00,1990 и авт. св. Н 1485023, G01G11/00, 1989.

Наиболее близким из упомянутых следует считать устройство по авт. св. СССР Н 1582024, G01G9/00, 1990, которое содержит грузоприемный узел в виде барабана с тросом, индикатор, электродвигатель, связанный через редуктор с валсж тахогенератора, датчик тока, дифференциатор, блок коррекции частоты вращения двигателя и сумматор. Наличие тахогенератора, дифференциатора и блока коррекции частоты позволяет взвешивать груз в динамическом режиме работы грузоподъемного механизма, что является достоинством данного устройства.

Недостатком данного устройства является то, что оно рассчитано на применение электродвигателя постоянного тока и не может применяться с электродет гателем переменного тока. Кроме того, при установке тахогенератора, дифференциатора и блока коррекции частоты для грузоподъемных механизмов с троллейным токопроводом (например, мостовые краны) возникает необходимость устанавливать всю контрольно-измерительную аппаратуру на самом грузоподъемнсж механизме или же передавать сигнал с тахогенератора на землю специальными средствами. Это резко снижает эффективность использования рассматриваемого устройства.

МКИ G01 G9/00

Патентуемое предложение направлено на определение массы путем измерения и анализа совокупности электрических параметров электродвигателя при установке в грузоподъ шых механизмах трехфазных электродвигателей переменного тока без применения тахогенератора.

Для /:рстижения этого результата устройство для определения массы, содержащее грузоприемный узел, индикатор, электродвигатель грузоподъемного механизма, подключенный к источнику питания посредством токопровода, и датчик тока дополнительно снабжено датчиками напр51жения, мощности и теьшературы, измерительными преобразователями тока, напряжения, активной мощности, температу{%1 и частоты, многоканальным аналого-цифровом преобразователем (АЦП), числительным устройством и блоком илвода информации. Входы датчиков тока, напряжения, а также вход измерительного преобразователя частоты связаны с одной из фаз токопровода к электродвигателю, а входы датчика мощности - со всеми его фазами. Входы измерительных преобразователей тока, напряжения и активной мощности связаны с выходами соответствующих датчиков. Выходы измерительных преобразователей связаны с входами многоканального АЦП. Вычислительное устройство своим входом связано с выходом АЦП, а выходом - с входом блока вывода информации.

Сущность предлагаемого решения состоит в использовании функциональной Эс1висимости массы груза от совокупности электрических параметров электродвигателя в процессе работал грузоподъемного механизма. При постоянном возмущакяцем действии со стороны звеньев грузоподъемного механизма наступает установитаиийся статический режим работы механизма, характеризующийся постоянством скорости электродвигателя и отсутствием моментов сопротивления, связгшных с инерционностью и упругостьло этих звеньев. Следовательно, в установившемся статическом режиме момент электродвигателя

уравновешивается приведенным к его валу статическим моментом сопротивления со стороны всех звеньев грузоподъемного механизма, включая грузоприемный узел с грузом. Скорость вращения злектродвигателя учитывается косвенно через измеряемые злектржческие параметры, в связи с чем отпадает необходимость установки тахогенератора.

Потребляемые электродвигателем ток и активная мсэдность зависят от момента сопротивления на его валу и потерь мощности в самом электродвигателе. Потери мощности в электродвигателе зависят от величины потребляемого тока, напряжения и частоты питающей сети, а также от сопротивления обмоток электродвигателя. Сопротивление обмоток, электродвигателя зависит от их температуры. Для определения массы транспортируемого грузоподъемным механизмом груза в установивщемся статическом режиме учитываются величины потребляемого тока и активной мощности, напряжения и частоты питакщей сети, а также температуры обмоток злектродвигателя.

В процессе работы грузоподъемного механизма клчислительным устройством производится анализ значений измеряемых злектрических napai TpoB, с целью нахождения установившегося статического режима работы механизма. По измеренным значениям электрических параметров этого режима вычисляется масса груза.

Для пошлпения точности и достоверности определения массы устройство дополнительно снабжено вторым и третьим датчиками тока, вторым и третьим датчиками напряжения, вторым и третьим измерительными преобразователями тока, вторым и третьим измеритерительными преобразователями напряжения. Входы второго и третьего датчиков тока, входы второго и третьего датчиков напряжения связаны с другими фазами токопрювода к электродвигателю. Второй изме м тельный преобразователь тока связан своим входом с выходом второго

9slo 4(e

датчика тока, а своим выходом - с входом шестого канала АЦП. Третий измерительный преобразователь тока связан своим входом с тлходом третьего датчика тока, а выходом - с входом седьмого канала АЦП. Второй измеррггельный преобразователь напряжения связан своим входом с выходом второго датчика напряжения, а выходом - с входом восьмого канала АЦП. Третий измерительный преобразователь напряжения связан своим входом с выходом третьего датчика напряжения, а выходом - с входом девятого канала АЦП.

При таком выполнении устройства обеспечивается учет токов и напряжений всех фаз электродвигателя, что позволяет точнее определять потери мсщности в электродвигателе и корректировать определение массы в зависимости от степени ассиметрии токов и напряжений по фазам.

Для определения массы груза, транспортируемого данным грузоподъемным механизмом, электродвигатель которого подключен к токопроводу, являкщемуся об1ф1М для нескольких грузоподъемных механизмов, устройство имеет токопровод с электрически изолированным участком. Этот участок подключен к электродвигателю данного грузоподъемного механизма и к остальной части токопровода через последовательно соединенные входы датчиков тока и токовые входы датчика мощности. Участки токопровода, смежные с электрически изолированным участком токопровода, соединены между собой накоротко. Устройство также снабжено датчиком положения грзгаоподъемного механизма относительно электрически иэолированного участка токопровода.

При таком выполненнии устройства измеряются электрические параметры, обусловленные работой электродвигателя только данного грузоподъемного механизма.

принципиальной электрической схемы устройства при наличии нескольких грузоподъемных механизмов, злектродвигатели которых питаются от токопровода.

Устройство для определения массы содержит грузоприемный узел, шлюлненный в виде 6ар а6ана 1 с намотанным на него тросом 2 и закрепленным на тросе грузом 3, электродвигатель 4, подключенный к источнику питания пер 1енного тока 5 с помощью токопровода 6. Двигатель 4 связан через редуктор 7 с валом барабана 1. Устройство содержит датчики злектрических параметров и соответствукщие измерительные преобразователи. Датчик тока 8 в виде измерительного трансфоЕ«4атора тока, датчик напряжения 9 в виде измерительного трансформатора напряжения и измерительный преобразователь частоты 10 связаны своими входами с первой фазой токопровода 6. Датчик мощности 11 в виде измерительных трансформаторов тока и измерительных трансформаторов напряжения связан своими входами со всеми тремя фазами токопровода 6. Датчик температура 12 в виде термосопротивления расположен на корпусе электродвигателя 4. Этот датчик может быть расположен в другом месте, например, в зоне работы грузоподъемного механизма. Измерительный преобразователь тока 13 связан своим входом с выходом датчика тока 8, а входом - с входом первого канала АЦП 17. Измерительный преобразователь напряжения 14 связан своим входом с выходом датчика напряжения 9, а выходом - с входом второго канала АЦП 17. Измерительный преобразователь активной мощности 15 связан своим входом с шлходом датчика мощности 11, а выходом - с входом третьего канала АЦП 17. Измерительный преобразователь частоты 10 связан своим выходом с входом четвертого канала АЦП 17. Измерительный преобразователь температуры 18 связан своим входом с датчиком темерату1%1 12, а выходом - с входом пятого канала АЦП 17. Вычислительное устройство 18 в виде

o:i//fe

микропроцессорного модуля связано своим входом с выходом АЦП 17, а выходом - с блоком кшода информации 19 в виде модуля вывода дискретной . Индикатор 20 в виде панели оператора связан с выходом блока вывода информации 19. В предлагаемом устройстве АЦП 17, вычислительное устройство 18, блок шлвода информации 19 и индикатор 20 «шляются модул51ми программируемого контроллера 21.

В варианте дюлнения (фиг.2) устройство дополнительно содержит второй и третий датчики тока 22 и 23, второй и третий датчики напряжения 24 и 25, второй и третий измерительные преобразователи тока 26 и 27, второй и третий измерительные преобразователи напряжения 28 и 29. Входы датчиков тока 22 к 23, а также входы датчиков напряжения 24 и 25 связаны со второй и третьей фазами токопровода к электродвигателю. Измерительный преобразователь тока 28 связан своим входом с выходом датчика 22, а шлсодом - с входом шестого канала АЦП. Измерительный преобразователь тока 27 связан своим входом с шлходсм датчика 23, а выходом - с входом седьмого канала АЦП. Измерительный преобразователь напряжения 28 связан своим входом с шссодом датчика напряжения 24, а выходом - с входом восьмого канала АЦП. Измерительный преобразователь напряжения 29 связан своим входом с выходом датчика напряжения 25, а выходом - с входом девятого канала АЦП.

В схеме устройства, показанной на фиг.З, трехфазный токопровод 8 выполнен в виде троллеев, и является об1цим для питания злектродвигателя 4,а также электродвигателя 30 другого грузоподъемного механизма. Троллеи имеют электрически изолированные участки 31, 32 и 33. Участки троллеев, смежные с участками 31,32 и 33, соединены между собой накоротко перемычками 34,35 и 38. Изолированные участки 31,32 и 33 троллев подключены к злектродвигателю 4

D

через токосъемники 37 38 и 39, а также подключены к смежным участкам троллеев через входы датчиков тока 8, 22 и 23 в виде измерительных трансформаторов тока и последовательно соединенные с ними токовые входы датчика мощности 11. Устройство снабжено датчиком положения 40 грузоподъемного механизма относительно электрически изолированных участков 31, 32 и 33 троллеев. Датчик положения 40 выполнен в виде бесконтактного индукционного датчика и подключен своим выходом к цругому входу вычислительного устройства 18. Датчики напряжения, мощности и температуры, измерительные преобразователи тока, напр$1жения, активной мощности, частоты и температуры, а также АЦП, Ш11числительное устройство, блок вывода информации и индикатор подключены аналогично фиг.2.

Устройство работает следзпсжрш образом ,

Электродвигатель 4, полз аю1ций питание от источника 5 через токопровод 8, создает вращение входного вала редуктора 7 и приводит в движение барабан 1, наматывающий или сматываю1ций трос 2 (фиг.1). При зтом соответствукщими датчиками, измерительными преобразователями и АЦП измеряются потребляемые злектродвигателем ток и активная мощность, подводимое к нему напряжение, частота питающей сети и температура корпуса злектродвигателя.

Для определения массы предварительно грузоподъемный механизм работает на холостом ходу (без груза) с продолжительностью, достаточной для получения установишпегося статического режима, и измеряются указанные электрические параметры. При работе грузоподъемного механизма с грузом для установившегося статического режима также измеряются электрические параметры. На основе полученных данных при работе механизма на холостом ходу и под нагрзгзкой вычислительным устройством 18 рассчитывается масса и посредством блока вывода информации 19 выдается на индикатор 20.

i

«f Измерение электрических параметров всех фаз токопровода (фиг.2) и их анализ создает возможности для повышения точности и достоверности определения массы груза.

При наличии нескольких грузоподъемных механи вов, электродвигатели которых питаются от общего токопровода (г.З), устройство работает следуюоцш образом. Грузоподъемные механизмы, например, мостовые краны с троллейным токопроводом 6, перемещаются в пролете цеха. Для определения массы груза, транспортируемого, например, грузоподъемным механизмом с электродвигателем 4, он устанавливается в зоне взвешивания таким образом, что токосъемники 37, 38 и 39 располагаются на злектрически изолированных участках 31, 32 и 33 троллеев. Это положение грузоподъемного механи ш контролируется датчиком 40. Далее измеряются электрические параметры электродвигателя 4, как описано клце. При этом через входы датчиков

тока 8, 22 тл 22 VI токовые входы датчика мощности 11 протекают токи, потребляемые только электродвигателем 4 данного грузоподъемного механизма. Таким образом, исключается влияЕше работы электродвигателя 30 другого грузоподъемного механизма.

Данное устройство позволяет определять массу груза на грузоподъемных механизмах с применением электродвигателей переменного тока без установки контрольно-измерительной аппарату на самих механизмах. Устройство автоматически адаптируется к изменению условий и режимов работы грузоподъемных механизмов за счет учета параметров работы механизма на холостом ходу. Оно также позволяет производить диагностику состояния электрооборудования и механооборудования грузоподъемного механизма. Погрешность определения массы груза не превышает 1%.

Claims (3)

1. Устройство для определения массы, содержащее грузоприемный узел, индикатор, электродвигатель грузоподъемного механизма, подключенный к источнику питания посредством токопровода, и датчик тока, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком напряжения, датчиком мощности, датчиком температуры, измерительным преобразователем тока, измерительным преобразователем напряжения, измерительным преобразователем активной мощности, измерительным преобразователем частоты, измерительным преобразователем температуры, многоканальным аналого-цифровым преобразователем, вычислительным устройством и блоком вывода информации, причем вход датчика тока, вход датчика напряжения и вход измерительного преобразователя частоты связаны с одной из фаз токопровода к электродвигателю, а входы датчика мощности - со всеми тремя его фазами, измерительный преобразователь тока связан своим входом с выходом датчика тока, а выходом - с входом первого канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь напряжения связан своим входом с выходом датчика напряжения, а выходом - с входом второго канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь активной мощности связан своим входом с выходом датчика мощности, а выходом - с входом третьего канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь частоты связан своим выходом с входом четвертого канала аналого-цифрового преобразователя, измерительный преобразователь температуры связан своим входом с выходом датчика температуры, а выходом - с входом пятого канала аналого-цифрового преобразователя, вычислительное устройство связано своим входом с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходом - с входом блока вывода информации, индикатор связан своим входом с выходом блока вывода информации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено вторым и третьим датчиками тока, вторым и третьим датчиками напряжения, вторым и третьим измерительными преобразователями тока, вторым и третьим измерительными преобразователями напряжения, причем входы второго и третьего датчиков тока, входы второго и третьего датчиков напряжения связаны с двумя другими фазами токопровода к электродвигателю, второй измерительный преобразователь тока связан своим входом с выходом второго датчика тока, а своим выходом - с входом шестого канала аналого-цифрового преобразователя, третий измерительный преобразователь тока связан своим входом с выходом третьего датчика тока, а выходом - с входом седьмого канала аналого-цифрового преобразователя, второй измерительный преобразователь напряжения связан своим входом с выходом второго датчика напряжения, а выходом - с входом восьмого канала аналого-цифрового преобразователя, третий измерительный преобразователь напряжения связан своим входом с выходом третьего датчика напряжения, а выходом - с входом девятого канала аналого-цифрового преобразователя.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно имеет участок токопровода, электрически изолированный от смежных с ним участков остальной части токопровода, и датчик положения грузоподъемного механизма относительно электрически изолированного участка токопровода, причем электрически изолированный участок токопровода подключен к электродвигателю и к остальной части токопровода через последовательно соединенные входы датчиков тока и токовые входы датчика мощности, а участки токопровода, смежные с электрически изолированным участком токопровода, соединены между собой накоротко, выход датчика положения грузоподъемного механизма связан с другим входом вычислительного устройства.