СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

Полезная модель относится к технике обеспечения безопасности работы грузоподъемных кранов.
Современные устройства безопасности грузоподъемных кранов являются, как правило, многофункциональными приборами, осуществляющими функции ограничителя рабочих движений, ограничителя грузоподъемности, устройства защиты от приближения к проводам ЛЭП, регистратора параметров, устройства координатной защиты, указателя грузоподъемности, креномера и др. Основные проблемы, которые приходится решать при разработке приборов безопасности, заключаются в повышении безопасности и эффективности работы грузоподъемных кранов.
Известно устройство безопасности грузоподъемного крана (патент RU 51606 U1), в котором для повышения быстродействия и повышения информативности отображения информации в цифровом вычислителе использован 32-х разрядный RISC микропроцессорный контроллер с внутренним блоком оперативной памяти емкостью не менее 2 кбайт и внутренним блоком энергонезависимой памяти емкостью не менее 128 кбайт. Такое техническое решение повышает производительность вычислительно-управляющего устройства, однако нахождение внутренней памяти в микропроцессорном устройстве не позволяет оперативно изменять ее объем в зависимости от поставленной задачи, что приводит к тому, что при решении такой задачи, не требующей обработки информации в объеме, который позволяет данное микропроцессорное устройство, стоимость такого устройства оказывается неоправданно завышенной, а в случае решения задачи требующей большего объема встроенной памяти, чем у данного микропроцессорного устройства, то решение таких задач становится невозможным, что сужает функциональные возможности такого устройства.
Известно устройство защиты грузоподъемного крана с графическим дисплеем (патент RU 2326806 С1), в котором на экране графического дисплея формируется динамическое отображение рабочей зоны крана и условное изображение крана. Процессор этого устройства периодически формирует графическую информацию и записывает ее в специальный блок памяти графической информации графического дисплея. Недостатком этого устройства является необходимость использования графического дисплея с блоком памяти графической информации, что усложняет и удорожает устройство.
Известно устройство защиты грузоподъемного крана, в котором для идентификации оператора используется модуль считывания биометрической информации (патент RU 2267457 С2). Однако при использовании такого модуля могут возникать проблемы в эксплуатации, например, в случае сдачи крана в аренду, или при необходимости оперативной подмены машиниста крана и других подобных ситуациях, т.к. в памяти устройства может храниться биометрическая информация только ограниченного числа лиц.
Известна система безопасности грузоподъемной машины, в которой цифровой вычислитель и/или датчики рабочих параметров выполнены на основе программируемой системы на кристалле (PSoC) для повышения надежности, снижения габаритов и расширения функциональных возможностей системы (патент RU 51986 U1). Однако в настоящее время получили распространение PSoC, в основном, для 8-ми разрядных процессоров, и, кроме того, они позволяют сконфигурировать только относительно простые периферийные устройства.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели по совокупности элементов является система безопасности грузоподъемного крана, реализованная в приборе ОНК-160С, выпускаемом Арзамасским электромеханическим заводом (www.nppego.com. Ограничитель нагрузки стрелового крана ОНК-160С. Руководство по эксплуатации. ЛГФИ.408844.026 РЭ, 16.12.2005 г., л. 9-13, 17-18).
Система включает в себя вычислительно-управляющее устройство (блок отображения информации БОИ), один или несколько блоков расширения входов/выходов (контроллер поворотной части КПЧ, контроллер оголовка стрелы КОС, контроллер неповоротной части КНЧ), а также датчики длины и угла наклона стрелы, азимута, давления и других рабочих параметров крана). БОИ связан с КПЧ и КНЧ с помощью общего канала последовательного интерфейса (CAN шины). К этому же каналу подключены датчики с цифровым выходным сигналом (угла наклона стрелы, давления и др.). Датчики с дискретными и аналоговыми выходными сигналами (положения крюковой обоймы, рукояток управления, азимута, параметров силового агрегата и др.) подключены к блокам расширения (КПЧ, КНЧ и КОС). В этих же блоках формируются по команде из БОИ управляющие сигналы исполнительными устройствами (обычно электрогидравлическими реле) включения/отключения и скоростью работы механизмов грузоподъемного крана. Блок отображения информации, контроллеры поворотной и неповоротной части, контроллер оголовка стрелы и датчики с цифровыми выходными сигналами выполнены на базе однокристальных микропроцессорных контроллеров MSP430F149, содержащих 16-разрядный центральный процессор, flash-ПЗУ, ОЗУ, 12-разрядные аналого-цифровые преобразователи, стандартные интерфейсы (I2C, UART) и другие периферийные устройства. К однокристальному микроконтроллеру в БОИ подключена клавиатура, знакосинтезирующий (4×20) жидкокристаллический дисплей, звукоизлучатель (через усилитель), микросхемы памяти (настроек и регистратора параметров), трансивер последовательного интерфейса (CAN шины) для связи с другими составными частями системы безопасности, приемо-передатчик инфракрасного канала для передачи данных из памяти регистратора параметров в считывающее устройство. К однокристальному микроконтроллеру КПЧ и КНЧ для связи с БОИ по общему каналу последовательного интерфейса подключен трансивер CAN шины. К входам аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера через схемы согласования и ограничения сигналов подключены аналоговые датчики (азимута, крена, температуры и т.д.). К дискретным входам-выходам микроконтроллера через схемы ограничения подключены датчики с релейным выходом (концевые выключатели, кнопки и т.п.), а также электронные ключи, управляющие работой электрогидравлических исполнительных устройств крана. Цифровые датчики системы (давления, усилия, угла и т.д.) также содержат однокристальный микроконтроллер, формирующий цифровой код в соответствии со значением измеряемого параметра. Контроллеры датчиков связаны с общим каналом последовательного интерфейса с помощью трансиверов CAN шины.
Разработка программного обеспечения систем безопасности для применения на различных грузоподъемных кранах производится программистами, знающими устройство составных частей ОНК-160С и архитектуру микропроцессорных контроллеров, которые в них использованы. Программирование БОИ осуществляется с помощью компьютера, подключаемого к БОИ через USB порт. Настройка системы производится в режиме, включаемом кнопкой на лицевой панели БОИ, расположенной под опломбированной крышкой.
Описанная структура и конструкция ограничителя нагрузки ОНК-160С позволяет осуществлять функции защиты кранов от поломки и опрокидывания от перегрузки в реальном времени, координатной защиты, защиты от приближения к проводам ЛЭП, ограничивать рабочие зоны и производить световую и звуковую сигнализацию, индикацию и регистрацию рабочих параметров крана. Кроме того, помимо функций безопасности, система может выполнять ряд вспомогательных функций, например контроль параметров силовой установки и гидропривода и т.д. Однако, описываемой системе присущ ряд недостатков:
во-первых, относительно невысокая производительность процессора контроллера БОИ и ограниченный объем его внутреннего flash ПЗУ не позволяют реализовать сложные алгоритмы управляющей программы в реальном времени, а небогатый набор периферийных устройств контроллера ограничивают функциональные возможности системы;
во-вторых, в ряде случаев, например, при реализации сложных конфигураций координатной защиты, предпочтительно использовать графический интерфейс оператора, не предусмотренный в системе;
в-третьих, использование для ограничения доступа к режиму настройки системы пломбируемой крышки, с одной стороны, недостаточно надежное решение, а, с другой стороны, затрудняет доступ наладчику к включению режима настройки;
в-четвертых, необходимость хорошего знания архитектуры системы и составляющих ее элементов существенно сокращают круг программистов, способных разрабатывать программное обеспечение для применения ОНК-160С на различных кранах.
в-пятых, в связи с тем, что в системе применен интерфейс с нестандартным протоколом обмена информацией, для связи с внешними устройствами, например, с системой пропорционального электрогидравлического управления краном, приходится дополнительно вводить в систему специальные блоки согласования (в исполнениях ОНК-160С-13, ОНК-160С-58), что повышает стоимость и снижает надежность оборудования.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель является расширение функциональных возможностей системы безопасности грузоподъемного крана и возможность быстрой адаптации различных периферийных устройств к данной системе. Еще одной задачей полезной модели является обеспечение возможности программирования данной системы широким кругом специалистов. Другими задачами полезной модели являются повышение надежности работы системы и защита ее от несанкционированного доступа, повышение удобства монтажа, настройки и использования системы, а также ее эргономических характеристик без существенного удорожания системы.
Поставленные технические задачи решаются тем, что система безопасности грузоподъемного крана, содержит:
вычислительно-управляющее устройство и, по крайней мере, один блок расширения входов/выходов, связанные между собой с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала; устройство отображения информации, звуковой сигнализатор и устройство ввода команд и информации, подключенные к микропроцессорному контроллеру вычислительно-управляющего устройства непосредственно или через устройства согласования, и датчики измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана, подключенные к блоку расширения входов/выходов и/или к вычислительно-управляющему устройству и/или к общему проводному или беспроводному последовательному интерфейсному каналу; при этом
вычислительно-управляющее устройство приспособлено для установки операционной системы реального времени или операционной системы для мобильных устройств и содержит микропроцессорный контроллер, приспособленный для выполнения как 32-битного, так и 16-битного набора инструкций, перепрограммируемое энергонезависимое и оперативное запоминающие устройства, энергонезависимые часы реального времени, автономный или входящий в состав микропроцессорного контроллера контроллер последовательного интерфейса и приемопередатчик этого интерфейса для подключения к общему проводному или беспроводному интерфейсному каналу, и один или несколько стандартных компьютерных портов для подключения к хост-компьютеру, либо других внешних устройств; при этом
микропроцессорный контроллер содержит процессор с сопроцессором для выполнения математических операций с плавающей запятой, устройство прямого доступа к памяти, периферийные устройства для сопряжения с внешними устройствами, постоянное запоминающее устройство с программой начальной загрузки и входы управления конфигурацией системы и исполнением программы начальной загрузки.
Предпочтительно, вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью наращивания объема перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств, при этом перепрограммируемое энергонезависимое и/или оперативное запоминающие устройства подключены к шине данных и адресной шине микропроцессорного контроллера, или перепрограммируемое энергонезависимое устройство подключено к контроллеру последовательного периферийного интерфейса (SPI, EMIF или аналогичным) микропроцессорного контроллера.
Кроме того, вычислительно-управляющее устройство содержит, по крайней мере, один дополнительный микропроцессорный контроллер, либо использует двух- или многоядерный микропроцессорный контроллер.
Предпочтительно, вычислительно-управляющее устройство приспособлено для загрузки программы, отладки и юстировки с помощью компьютера, либо другого внешнего устройства, в том числе с использованием пользовательской программной среды.
Постоянное запоминающее устройство микропроцессорного контроллера может быть выполнено однократно программируемым.
Предпочтительно, вычислительно-управляющее устройство выполнено в виде одноплатного компьютера, при этом в качестве устройства отображения информации используется графический жидкокристаллический, или электролюминисцентный, или проекционный дисплей, или устройство отображения информации выполнено прозрачным.
Кроме того, устройство ввода команд и информации может быть выполнено в виде мембранной клавиатуры и/или сенсорной панели.
Предпочтительно, система безопасности грузоподъемного крана содержит подключенный к вычислительно-управляющему устройству, или входящий в его состав, приемник идентификатора оператора и/или уровня доступа, который приспособлен для передачи информации от устройств типа i-Button к вычислительно-управляющему устройству по однопроводной линии связи или выполнен в виде модуля беспроводной связи.
Кроме того, система безопасности грузоподъемного крана содержит или ее вычислительно-управляющее устройство выполнено с возможностью подключения к нему:
приемника глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS;
приемо-передающего модуля мобильной связи GSM/GPRS;
по крайней мере, одного дополнительного контроллера и приемопередатчика для связи системы с другими системами грузоподъемного крана с помощью проводного или беспроводного интерфейса;
дополнительного контроллера и приемопередатчика для связи с другими системами смежных грузоподъемных кранов и/или с хостом посредством проводной или беспроводной сети.
Предпочтительно, приемопередатчики для подключения составных частей системы к проводному последовательному интерфейсному каналу содержат гальваническую развязку, либо подключены к этому каналу через самовосстанавливающиеся предохранители.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Использование в составе вычислительно-управляющего устройства микропроцессорного контроллера, приспособленного для выполнения как 32-битного, так и 16-битного наборов инструкций, обеспечивает возможность разработки программ, оптимизированных как по быстродействию, так и по размеру кода, а применение математического сопроцессора для выполнения операций с плавающей точкой значительно ускоряет проведение вычислений, при этом использование внешних по отношению к микропроцессорному контроллеру оперативного и перепрограммируемого энергонезависимого запоминающих устройств практически снимает ограничение на размер программного кода и объем обрабатываемых массивов данных. Таким образом, использование высокоскоростного микропроцессорного контроллера в сочетании с большими объемами памяти позволяет обрабатывать большие объемы информации в реальном времени и использовать сложные алгоритмы, что наряду со встроенными в микропроцессорный контроллер периферийными устройствами существенно расширяет функциональные возможности системы безопасности. При этом устройство прямого доступа к памяти микропроцессорного контроллера позволяет производить обмен данными непосредственно между различными периферийными устройствами микропроцессорного контроллера и, в частности, использовать для хранения графической информации для дисплея часть адресного пространства оперативного запоминающего устройства, позволяя использовать в системе дисплеи без блока памяти графической информации, что в свою очередь позволяет улучшить эргономические характеристики системы без существенного увеличения ее стоимости. Наличие в микропроцессорном контроллере запоминающего устройства с программой начальной загрузки, ход выполнения которой контролируется с помощью входов управления контроллера, позволяет загружать только те программные модули, которые соответствуют данной конкретной конфигурации системы безопасности и рабочей программе, и позволяет экономить ресурсы вычислительного устройства.
Выполнение вычислительно-управляющего устройства с возможностью наращивания объема перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств, обеспечивает возможность применения устройств памяти различного объема, что в свою очередь позволяет обеспечить оптимальный, с точки зрения функциональности и стоимости, объем памяти для применения системы безопасности на конкретном грузоподъемном кране.
Подключение перепрограммируемого энергонезависимого и/или оперативного запоминающих устройств непосредственно к шине данных и адресной шине микропроцессорного контроллера обеспечивает максимальную скорость записи и чтения данных, а также обеспечивает прозрачность всего адресного пространства запоминающих устройств для внешних средств программирования и отладки рабочей программы системы.
Подключение перепрограммируемого энергонезависимого запоминающего устройства к контроллеру последовательного периферийного интерфейса, например, SPI, EMIF или аналогичным микропроцессорного контроллера позволяет использовать экономичные запоминающие устройства последовательной памяти типа NAND и достаточно просто организовать слот для расширения памяти с использованием SD или ММС карт.
Включение в состав вычислительно-управляющего устройства, по крайней мере, одного дополнительного микропроцессорного контроллера, либо использование двух- или многоядерного микропроцессорного контроллера, позволяет выполнять с помощью данного устройства несколько задач параллельно, что повышает его производительность.
Возможность установки в вычислительно-управляющем устройстве операционной системы реального времени, либо операционной системы для мобильных устройств, существенно облегчает и ускоряет процесс разработки программного обеспечения для системы безопасности при подключении с помощью стандартного интерфейса вычислительно-управляющего устройства к компьютеру, либо к другому устройству, с помощью которого производится программирование, наладка и юстировка данной системы. Операционная система может быть установлена как в перепрограммируемом энергонезависимом запоминающем устройстве электронно-вычислительного устройства, так и во встроенном в микропроцессорный контроллер запоминающем устройстве.
Выполнение постоянного запоминающего устройства микропроцессорного контроллера однократно программируемым позволяет защитить программное обеспечение от несанкционированного доступа и сконфигурировать программу системы в соответствии с ее аппаратной реализацией, что также расширяет функциональные возможности системы.
Конструктивное исполнение вычислительно-управляющего устройства в виде одноплатного компьютера позволяет упростить его программирование, повысить надежность системы безопасности и снизить ее стоимость.
Использование в качестве устройства отображения информации графического дисплея, а в качестве устройства ввода команд и информации сенсорной панели, улучшают информативность и повышают удобство работы оператора. Причем для обеспечения беспрепятственного наблюдения за технологическим процессом подъема и перемещения груза при установке дисплея в поле зрения оператора дисплей может быть выполнен прозрачным.
Подключение к информационно-управляющему устройству приемника идентификатора и/или уровня доступа оператора, который приспособлен для передачи информации от устройств типа i-Button к вычислительно-управляющему устройству по однопроводной линии связи или выполнен в виде модуля беспроводной связи, позволяет защитить систему безопасности от несанкционированного вмешательства, а сам кран - от несанкционированного использования и повысить персональную ответственность наладчиков и крановщиков, т.к. все будет фиксироваться в регистраторе параметров.
Подключение к вычислительно-управляющему модулю приемника глобальной спутниковой системы определения координат, а также приемопередающих модулей для связи с другими устройствами и системами, установленными на кране и вне крана, расширяет функциональные возможности системы безопасности, в частности позволяют отслеживать местоположение и режимы эксплуатации крана, строить системы предотвращения столкновения кранов, работающих рядом.
Выполнение приемопередатчиков для подключения составных частей системы к проводному последовательному интерфейсному каналу с гальванической развязкой повышает надежность передачи данных между модулями данной системы путем повышения помехозащищенности от внешних электромагнитных наводок, а подключение указанных приемопередатчиков к проводному последовательному интерфейсному каналу через самовосстанавливающиеся предохранители исключает возможность выхода из строя электронных компонентов вычислительно-управляющего устройства при коротком замыкании между проводами линии обмена данными и питающим проводом линии электропитания.
Технический результат от использования данной полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей системы безопасности грузоподъемного крана.
На чертеже представлена функциональная схема одного из примеров выполнения предлагаемой системы безопасности грузоподъемного крана.
Система безопасности грузоподъемного крана содержит связанные с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала 1 вычислительно-управляющее устройство 2 и блок 3 расширения входов/выходов, а также подключенные к вычислительно-управляющему устройству 2 через устройства 4 согласования устройство отображения информации в виде дисплея 5, звуковой сигнализатор 6 и устройство 7 ввода команд и информации. Система содержит также датчики 8 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана с дискретными и аналоговыми выходными сигналами (положения крюковой обоймы, рукояток управления, азимута, параметров силового агрегата и др.), подключенные к блоку 3 расширения входов/выходов, и цифровые датчики 9 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана, подключенные к общему проводному или беспроводному последовательному интерфейсному каналу 1.
Вычислительно-управляющее устройство 2, приспособленное для установки операционной системы реального времени или операционной системы для мобильных устройств, содержит:
микропроцессорный контроллер 10, оперативное 11 и перепрограммируемое энергонезависимое 12 запоминающие устройства, энергонезависимые часы 13 реального времени, контроллер 14 стандартного последовательного интерфейса, например, CAN, и приемопередатчик 15 этого интерфейса для подключения к общему последовательному интерфейсному каналу 1, контроллер 16 стандартного последовательного интерфейса, например, UART, входящий в состав микропроцессорного контроллера 10, и приемопередатчик 17 интерфейса RS-232 для подключения к компьютеру, либо другому внешнему устройству, с помощью которого производится программирование и отладка программного обеспечения системы, и один или несколько стандартных компьютерных портов (USB, СОМ порт, опционально Ethernet), для подключения к хост-компьютеру, либо других внешних устройств, поддерживаемых операционной системой, например, Веб-камеры, приемника глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS, приемо-передающего модуля мобильной связи GSM/GPRS, модуля беспроводной связи и других промышленно-изготовляемых устройств, поддерживаемых операционной системой.
К вычислительно-управляющему устройству 2 также могут быть подключены в качестве устройств 4 согласования контроллер VGA для подключения внешнего графического дисплея и аудио-кодек звуковоспроизводящего устройства - звукового сигнализатора 6.
Микропроцессорный контроллер 10, приспособленный для выполнения как 32-битного, так и 16-битного набора инструкций, содержит: процессор 18 с сопроцессором для выполнения математических операций с плавающей запятой, устройство 19 прямого доступа к памяти, периферийные устройства 20 (контроллеры универсальной последовательной шины USB, последовательного периферийного интерфейса SPI, I2C шины, последовательного аудио интерфейса I2S или AC'97, Ethernet MAC, универсального асинхронного приемопередатчика UART, жидкокристаллического дисплея) для сопряжения с внешними устройствами однократно программируемое постоянное запоминающее устройство 21 с программой начальной загрузки и входы 22 управления конфигурацией системы и исполнением программы загрузки.
Блок 3 расширения входов/выходов включает в себя: микропроцессорный контроллер 23 со встроенным аналогово-цифровым преобразователем; формирователь 24 управляющих воздействий; преобразователи 25 сигналов датчиков 8 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана; по крайней мере, один автономный или входящий в состав микропроцессорного контроллера контроллер 26 последовательного интерфейса и приемопередатчик 27 этого интерфейса для подключения к общему проводному или беспроводному интерфейсному каналу.
Для обеспечения возможности параллельного выполнения нескольких процессов при реализации сложных алгоритмов в реальном масштабе времени микропроцессорный контроллер 10 имеет еще один процессор (процессорное ядро) 28.
Для ограничения несанкционированного использования крана и предотвращения нежелательного вмешательства в работу системы безопасности данная система снабжена приемником 29 идентификатора оператора и уровня доступа, подключенным к вычислительно-управляющему устройству 2.
Система может быть реализована на имеющейся элементной базе.
Вычислительно-управляющее устройство 2 может быть выполнено в виде одноплатного компьютера, например типа Тион-Про или аналогичного. В качестве микропроцессорных контроллеров могут использоваться высоко интегрированные микропроцессоры «Система на кристалле» (System-on-Chip, сокращенно SoC), например, TMS320DM6446 фирмы Texas Instruments или РХА270 фирмы Intel и другие. Также можно устройство 2 выполнить на базе микропроцессорного контроллера для приложений (бюджетный вариант), например, OMAP-L137 фирмы Texas Instruments, имеющего два процессорных ядра: одно RISC ARM9, другое DSP с сопроцессором для выполнения операций с плавающей запятой. Среди периферийных устройств этого контроллера имеются контроллер интерфейса USB и контроллер жидкокристаллических индикаторов, позволяющий подключать к нему непосредственно некоторые типы индикаторов. Контроллер имеет также несколько входов, управляющих конфигурацией и процессом выполнения программы начальной загрузки.
В качестве дисплея 5 может быть использован графический жидкокристаллический, или электролюминесцентный, или проекционный дисплей. Устройство отображения информации также может быть выполнено прозрачным.
Устройство 7 ввода команд и информации может быть выполнено в виде набора кнопок, клавиш, переключателей, мембранной клавиатуры и/или в виде сенсорной панели.
В качестве датчиков 8 и 9 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана можно использовать специализированные датчики, используемые в выпускаемых приборах и системах безопасности, либо общепромышленные датчики соответствующего исполнения. Конкретный набор датчиков, используемых в системе, зависит от типа грузоподъемного крана.
В качестве запоминающих устройств 11 и 12 могут быть использованы специализированные микросхемы. Например, в качестве перепрограммируемого энергонезависимого запоминающего устройства 12 можно использовать одну или несколько микросхем AT49BV160D, которые допускают подключение непосредственно к адресной шине и шине данных контроллера (по интерфейсу XINTF).
В качестве энергонезависимых часов 13 реального времени может быть использована, например, микросхема bq32000 с подключенным к ней литиевым элементом питания.
В качестве контроллеров 14, 27 последовательного интерфейса можно использовать, например, микросхемы МСР2515 или микросхемы SJA1000 (подключение на блок-схеме показано только для MSP2515), а в качестве приемопередатчиков 15, 17, 27 последовательного интерфейса - микросхемы SN65HVD1040 или IS01050DUB (в случае использования интерфейсной шины CAN).
Выбор согласующих устройств 4 зависит от набора периферийных устройств 20 и типа используемых устройств ввода команд и информации, отображения информации и сигнализации. Например, в случае использования в качестве устройства отображения информации графического дисплея, а в качестве устройства ввода команд и информации сенсорной панели, согласующие устройства 4 представляют собой контроллеры соответствующих устройств (если они не входят в состав периферийных устройств 20 микропроцессорного контроллера 10. В качестве согласующего устройства звукового сигнала используется усилитель.
Если в качестве средства идентификации оператора и уровня доступа используется устройство i-Button, то в качестве приемника 29 используется однопроводной интерфейс. Если используется в качестве устройства идентификации радиочастотное или оптическое устройство, то в качестве приемника 29 используется соответственно радиочастотный или оптический приемопередатчик.
Тип формирователя 24 управляющих воздействий зависит от подключаемых к системе безопасности исполнительных устройств. Формирователь может включать усилители, цифро-аналоговые преобразователи MOSFET драйверы и другие устройства или их комбинации.
Система безопасности грузоподъемного крана работает следующим образом.
В однократно программируемое запоминающее устройство 21 микропроцессорного контроллера 10 прошивается программа начальной загрузки масочным способом либо по JTAG интерфейсу с последующим пережиганием перемычки, либо иным способом, исключающим последующее изменение этой области памяти. В перепрограммируемое энергонезависимое запоминающее устройство 12 или в запоминающее устройство микропроцессорного контроллера 10 (при наличии) устанавливается операционная система реального времени, например, DSP BIOS и т.п., либо операционная система для мобильных устройств, например, Windows СЕ, или другая известная операционная система.
Алгоритм работы системы безопасности определяется рабочей программой, подготовленной на компьютере в пользовательской среде, например, с использованием программного комплекса Code Composer Studio фирмы Texas Instruments или программного комплекса CoDeSys фирмы Smart Software Solution и т.п. Причем в связи с наличием операционной системы в вычислительно-управляющем устройстве 2 при разработке рабочей программы нет необходимости в глубоких знаниях архитектуры примененных в системе микропроцессорных контроллеров. Полученный программный код заносится в энергонезависимое запоминающее устройство 12 из компьютера, или иного устройства для программирования, подключенного с помощью стандартного последовательного интерфейса, например, RS-232 (СОМ порт), к вычислительно-управляющему устройству 2 через приемопередатчик 17. Сформированный программный код может быть предварительно зашифрован для предотвращения использования его посторонними лицами. Загрузка программного кода в энергонезависимое запоминающее устройство 12 производится под управлением программы-загрузчика, которая производит проверку сертификата и производит дешифровку загружаемого кода рабочей программы. После программирования, установки и подключения составных частей системы на кране, она готова к работе.
При включении питания под управлением программы загрузчика производится загрузка операционной системы и рабочей программы в оперативное запоминающее устройство 11. Причем источник, из которого производится загрузка, и порядок загрузки определяются состоянием входов 22 управления конфигурацией системы, что позволяет загружать только те программные модули, которые соответствуют данной конкретной конфигурации системы безопасности и рабочей программе, и снижает требования к объему оперативного запоминающего устройства 11. Программа начальной загрузки в зависимости от состояния входов 22 управления конфигурацией системы позволяет загружать операционную систему в оперативное запоминающее устройство из перепрограммируемой энергонезависимой памяти для ее исполнения, или записывать образ операционной системы в энергонезависимую память при ее начальной установке, получая данные от хост-компьютера по одному из стандартных компьютерных портов (USB, СОМ порт, опционально Ethernet).
После завершения процесса загрузки запускается программа самодиагностики системы безопасности. В процессе загрузки и самодиагностики микропроцессорный контроллер 10 не формирует команд разрешения движений крана. Микропроцессорный контроллер 10 также опрашивает приемник 29 идентификатора оператора и уровня доступа и сравнивает коды доступа, содержащиеся в этой информации с хранящимися в однократно программируемом запоминающем устройстве 21, либо в перепрограммируемом энергонезависимом запоминающем устройстве 12.
После завершения самодиагностики системы, в случае подтверждения прав оператора, запускается рабочая программа, определяющая алгоритм функционирования системы безопасности, либо программа настройки (при получении соответствующего сигнала от устройства 7 ввода команд и информации).
В процессе выполнения рабочей программы микропроцессорный контроллер 10 опрашивает через общий канал 1 последовательного интерфейса значения рабочих параметров крана, замеренных датчиками 8 и 9. Цифровые датчики 9 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана подключаются непосредственно к общему интерфейсному каналу 1. Датчики 8 измеряемых или контролируемых параметров грузоподъемного крана (аналоговые датчики, либо датчики с релейными или частотными выходными сигналами), подключаются к преобразователям 25 блоков 3 расширения входов/выходов, в которых производится нормирование сигналов датчиков 8 и преобразование их в цифровой код.
На основании принятых сигналов от датчиков 8 и 9 микропроцессорным контроллером 10 производится вычисление рабочих параметров крана и анализ его состояния, определяются разрешенные и опасные движения. В зависимости от результатов этого анализа микропроцессорный контроллер 10 формирует информацию о разрешенных движениях крана, возможных скоростях движений и т.п., которая по общему интерфейсному каналу 1 передается в микропроцессорный контроллер 23 блока 3 расширения входов/выходов, формирующего управляющие выходные сигналы (релейные, ШИМ, аналоговые). Для согласования вида и уровня этих сигналов с параметрами исполнительных управляющих устройств грузоподъемного крана к выходам контроллера 23 подключен формирователь 24 управляющих воздействий. Разрешаются только те движения крана, которые безопасны в данный момент.
Одновременно микропроцессорным контроллером 10 осуществляется формирование сигналов управления устройством отображения информации - дисплеем 5 и звуковым сигнализатором 6, а также формирование в выделенной области оперативного запоминающего устройства информации для ее отображения на дисплее. Сформированная информация пересылается из этой выделенной области памяти в устройство отображения информации с помощью устройства 18 прямого доступа к памяти. Ход исполнения программы и отображения параметров контролируется с помощью устройства 7 ввода команд и информации.
Микропроцессорный контроллер 10 может также производить запись и хранение в специально выделенной области перепрограммируемого энергонезависимого запоминающего устройства 12 рабочих параметров крана и данных об операторе (регистрация параметров), которая затем может быть считана в компьютер для расшифровки и последующей обработки непосредственно через приемопередатчик 17 стандартного последовательного интерфейса, либо с помощью специализированного считывающего устройства, подключаемого к вычислительно-управляющему устройству 2 с помощью проводного или беспроводного интерфейса. Регистрируемые рабочие параметры крана могут быть выполнены в виде таблицы базы данных, например, база данных CEDB в ОС Windows СЕ работает под управлением СУБД Microsoft SQL Server. По запросу от хост-компьютера, сформированному с помощью структурированного языка запросов (SQL), по каналам связи GSM/GPRS из вычислительно-управляющего устройства 2 будут переданы только те данные, которые отвечают критериям запроса, например, за определенный промежуток времени, при превышении какого либо параметра заданного значения и т.д., причем все функции отбора данных и передачи берет на себя СУБД.
Приведенная функциональная схема системы безопасности грузоподъемного крана является лишь примером, одним из возможных вариантов реализации предлагаемого технического решения и не определяет конструктивное исполнение данной системы. Так, для повышения надежности и снижения стоимости вычислительно-управляющее устройство 2, блок 3 расширения входов/выходов, дисплей 5, звуковой излучатель 6, блок 7 ввода команд и информации с согласующими устройствами 4 и приемник 29 идентификатора оператора и уровня доступа конструктивно могут быть объединены в одном модуле. Микропроцессорный контроллер может иметь встроенные перепрограммируемое энергонезависимое и/или оперативное запоминающие устройства, а внешняя память в этом случае является расширением к встроенной.
Кроме того, система может не содержать некоторых элементов, либо содержать дополнительно элементы, не указанные на схеме, не меняющие сути предлагаемого технического решения в рамках формулы полезной модели, например, приемник глобальной спутниковой системы определения координат ГЛОНАСС и/или GPS, или приемо-передающий модуль мобильной связи GSM/GPRS.
Заявленная система может быть изготовлена промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.