СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ И КОНТРОЛЯ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Полезная модель относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к системам безопасности и контроля работы грузоподъемных кранов.
Известна система безопасности и контроля работы грузоподъемного крана, содержащая цифровой блок обработки данных в виде микроконтроллера, к которому подключены пульт управления, датчики рабочих параметров крана, блок индикации, блок памяти и приемопередающий радиомодуль, и расположенный вне грузоподъемного крана терминал, включающий микроконтроллер, к которому подключены пульт управления, блок индикации, блок памяти и приемо-передающий радиомодуль. Терминал связан линией двухсторонней беспроводной связи с цифровым блоком обработки данных и предназначен для приема информации о текущих параметрах крана и записи этих параметров в долговременную энергонезависимую память (регистратор параметров крана) с возможностью считывания информации в случае необходимости для выявления наличия нарушений правил эксплуатации грузоподъемного крана и передачи на грузоподъемный кран предупреждающих сигналов крановщику и управляющих сигналов, уменьшающих предельно-допустимые значения рабочих параметров крана, или отключающих исполнительные механизмы крана (см. патент РФ №2269483, В 66 С 13/18, 20.11.2004). Недостатком данной системы является сложность ее монтажа на кране с использованием проводных линий связи между датчиками, расположенными на подвижных элементах крана и микропроцессором, а также значительная трудоемкость настройки системы при больших размерах (высоте) крана.
Известна также система безопасности и контроля работы грузоподъемного крана, содержащая цифровой блок обработки данных (электронный блок контроля и управления), включающий регистратор
данных, датчики параметров крана, приемо-передающий радиомодуль, пульт дистанционного управления краном, включающий клавиатуру и приемопередающий модуль, и цифровую станцию диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных о работе грузоподъемного крана (терминал оператора или терминал дистанционного управления), подключенную к цифровому блоку обработки данных (см. патент РФ №2259579, G 05 B 19/05, 27.08.2005). Эта система взята в качестве прототипа. Недостатками данной системы являются сложность ее монтажа с использованием проводных линий связи между датчиками, расположенными на подвижных элементах крана и электронным блоком контроля и управления, значительная трудоемкость настройки системы при больших размерах (высоте) крана, и недостаточная надежность (достоверность) контроля и регистрации рабочих параметров крана из-за сложности передачи информации из расположенного на кране электронного блока управления и контроля на терминал оператора или терминал дистанционного управления, расположенный на относительно большом расстоянии от крана, с использованием проводной линии связи.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка системы безопасности и контроля работы грузоподъемного крана, которая обеспечивала бы сокращение количества линий связи, обслуживающих данную систему, возможность дистанционной настройки (юстировки) данной системы оператором, находящимся вне крана, и повышенную надежность (достоверность) контроля и регистрации рабочих параметров крана.
Для достижения поставленных задач и других преимуществ предложена система безопасности и контроля работы грузоподъемного крана, содержащая цифровой блок обработки данных, к которому подключены датчики параметров крана, регистратор параметров крана и приемо-передающий радиомодуль, пульт дистанционного управления краном, включающий клавиатуру и приемо-передающий радиомодуль, и цифровую станцию диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных о работе крана, в
которой пульт дистанционного управления связан линиями двухсторонней беспроводной связи с датчиками параметров крана и цифровой станцией диспетчерского контроля регистрации и хранения данных и выполнен с возможностью выдачи дополнительных управляющих команд на датчики параметров крана для юстировки системы и для приема информации о текущих параметрах крана и ее записи, а также с возможностью передачи принятой информации на цифровую станцию диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных о работе крана, при этом датчики параметров крана и цифровая станция диспетчерского контроля регистрации и хранения данных о работе крана снабжены дополнительными приемо-передающими радиомодулями, а все приемо-передающие радиомодули системы связаны между собой радиосвязью, образуя беспроводную линию последовательного интерфейса.
Кроме того, пульт дистанционного управления краном дополнительно снабжен блоком идентификации, блоком считывания информации, блоком настройки системы и блоком записи информации, при этом выход блока управления подключен через блок идентификации к входам блоков считывания, настройки системы и записи информации, выходы блоков настройки системы и блока записи информации подключены к входам приемо-передающего радиомодуля пульта дистанционного управления, а блок считывания информации подключен к указанному радиомодулю с помощью двухсторонней линии связи.
Такое выполнение системы безопасности и контроля работы грузоподъемного крана обеспечивает возможность:
дистанционной настройки (юстировки) данной системы и отдельных ее элементов оператором, находящимся вне крана;
оперативного получения необходимой информации об исполнении команд, введенных с клавиатуры пульта дистанционного управления;
дополнительной (контрольной) регистрации данных о работе крана на пульте дистанционного управления;
дополнительной передачи (при необходимости) данных о работе крана с пульта дистанционного управления на станцию диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных для того, чтобы проконтролировать работу оборудования крана.
Технический результат от использования данной полезной модели - снижение трудоемкости настройки системы безопасности и повышение надежности (достоверности) контроля и регистрации рабочих параметров крана за счет расширения технологических возможностей системы.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемой системы безопасности и контроля работы грузоподъемного крана.
Система содержит группу датчиков параметров крана, устанавливаемых на его оборудовании (на чертеже, в частности, показаны четыре датчика 1-4), и устанавливаемый в кабине крана цифровой блок 5 обработки данных, содержащий в своем составе регистратор 6 параметров крана. Датчики 1-4 и цифровой блок 5 снабжены приемо-передающими радиомодулями 7-11 и обеспечивают функционирование системы безопасности, защищая кран от перегрузки и недопустимых перемещений его оборудования. Число датчиков зависит от состава оборудования грузоподъемного крана.
Для контроля за состоянием и работой крана, регистрации оперативной информации и долговременного хранения его эксплуатационных характеристик система включает в себя цифровую станцию 12 диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных, располагаемую вне грузоподъемного крана на стройплощадке, также снабженную приемопередающим радиомодулем 13.
Для обеспечения настройки системы, считывания показаний из регистратора 6 параметров крана и передачи управляющих команд и информации система содержит пульт 14 дистанционного управления, включающий в себя блок 15 управления, блок 16 идентификации устройств системы, блок 17 считывания информации, блок 18 настройки системы, блока 19 записи информации и приемо-передающий радиомодуль 20. Выход блока
15 управления подключен через блок 16 идентификации к входам блока 17 считывания информации, блока 18 настройки системы и блока 19 записи информации. Выходы блока 18 настройки системы и блока 19 записи информации подключены к входам радиомодуля 20, а блок 17 считывания информации подключен к радиомодулю 20 с помощью двухсторонней линии связи.
В предлагаемой системе блоки выполнены следующим образом.
Датчики 1-4 параметров крана содержат первичные преобразователи физического параметра (усилия, давления, угловых и линейных перемещений и т.п.) в электрический сигнал (аналоговый, дискретный, цифровой) и РIС-процессор для преобразования этого сигнала в последовательный код.
Цифровой блок 5 обработки данных представляет собой PIC-процессор со стандартным набором элементов, включая аналого-цифровой преобразователь, мультиплексор, запоминающие устройства, параллельными и последовательным портами и т.д. Он снабжен усилителями для подключения исполнительных устройств на чертеже не показаны) и регистратором 6 параметров крана. Для реализации цифрового блока 5 можно использовать микропроцессор MSP430F149 фирмы «Texas Instruments» (США) или другие микропроцессоры подобного типа.
Цифровая станция 12 диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных представляет собой персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) со стандартным набором блоков, обеспечивающим запросы, прием и хранение информации. Станция 12 может быть единой для группы кранов, находящихся на строительной площадке.
Пульт 14 дистанционного управления представляет собой переносное устройство, и состоит из блока 15 управления в виде набора переключателей (клавиатуры), обеспечивающего выбор режима работы (направления передачи информации), выход которого подключен к блоку 16 идентификации устройств системы, обеспечивающего кодирование команд в соответствии с выбранным направлением.
Блоки 17-19 представляют собой логические устройства, обеспечивающие обмен информацией соответственно:
- с цифровым блоком 5 обработки данных (считывание информации);
- с цифровым блоком 5 обработки данных и датчиками 1-4 (настройка системы);
- с цифровой станцией 12 диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных (запись информации в ПЭВМ).
Все блоки системы определяются своим индивидуальным идентификационным кодом. Передача данных осуществляется посылками, представляющими собой команду для выполнения, которая содержит код выполняемой команды, код устройства, информационные данные, контрольную сумму.
Приемо-передающие радиомодули 7-11, 13 и 20 представляют собой каждый FSK трансивер (например, интегральный однокристальный приемопередатчик ХЕ1205), обеспечивающий двунаправленную полудуплексную связь с возможностью быстрой перестройки частоты и NRZ кодирование, а также для создания многоканального FSK трансивера.
Система работает следующим образом.
При первоначальной установке системы производится ее настройка (юстировка) на грузоподъемном кране с целью минимизации погрешностей как самой системы (прежде всего датчиков и узлов их установки), так и погрешностей, вызванных отклонением параметров крана от расчетных значений.
Блок 5 обработки данных включает в себя электропрограммируемое запоминающее устройство, в которое при настройке с пульта 14 заносятся как расчетные (или измеренные внешними измерительными приборами высокой точности) значения контролируемых параметров, так и соответствующие им показатели, определяемые по сигналам датчиков 1-4. На основании этих данных вычисляется поправка к показаниям датчиков, измеряемым в рабочем режиме системы. Для этого оборудование грузоподъемного крана,
контролируемое датчиками, входящими в состав системы, устанавливается в ряд позиций, параметры которых измеряются этими датчиками и наладчиком по команде с пульта 14 (по каналу блока 18 настройки) и записываются в «памятью блока 5 обработки данных. Затем в «память» блока 5 записывается фактическое значение параметра.
Точно также настраивается канал датчика нагрузки (усилия или давления), для чего подвешивается на крюк известный (калибровочный) груз, и в «память» блока 5 записывается информация датчика нагрузки в результате воздействия калибровочного груза и фактическое значение нагрузки.
Таким образом, в блок 5 заносятся данные для вычисления поправок и коррекции показаний датчиков. Все поправки хранятся в блоке 5 в течение всего времени эксплуатации грузоподъемного крана (или до момента повторной юстировки).
После этого наладчик с пульта 14 переводит систему из режима наладки в режим работы, при котором блок 5 обработки данных в соответствии с его программой опрашивает датчики 1-4, обрабатывает их данные и создает управляющие и информационные сигналы в зависимости от соотношения фактических и допустимых показателей работы грузоподъемного крана. Одновременно показатели работы фиксируются в регистраторе 6 параметров крана.
Считывание информации из регистратора 6 может быть осуществлено по запросу цифровой станции 12 диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных, но может быть произведено непосредственно с пульта 14 (по каналу блока 17). В блок 17 считывания записывается телеметрическая информация, в которой фиксируется информация о включениях механизмов, текущих параметрах и длительности операций, выполненных краном в течение последних часов работы, а также эксплуатационных параметрах, которые регистрируются накапливающимся итогом. При необходимости эта информация с пульта 14 по каналу блока 19 может быть передана на станцию 12 диспетчерского контроля, регистрации и хранения данных.
Все рассмотренные режимы осуществляются дистанционно по радиоканалу наладчиком (оператором), находящемся на удобном для себя рабочем месте по отношению к грузоподъемному крану.
Предлагаемая система безопасности и контроля работы грузоподъемного крана может быть изготовлена промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.