СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ И УПРАВЛЕНИЯ СТРЕЛОВОГО КРАНА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области подъемно-транспортной техники и может быть использована в системах безопасности и управления стреловых кранов с гидравлическим приводом.
Известна система управления и безопасности стрелового гидравлического крана КС-65721, серийно выпускаемого с 2010 года ОАО «Галичский автокрановый завод», электрическая принципиальная схема которого представлена в паспорте КС-65721.00.000 ПС. Система содержит:
установленный на кране прибор безопасности, имеющий в своем составе информационно-управляющий блок, к которому подключен посредством интерфейсной шины контроллер периферийных устройств, включающий в себя блок приема дискретных сигналов и блок выходных ключей;
аппаратуру пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, включающую в себя контроллер с подключенными к нему джойстиками и пропорциональными клапанами гидрораспределителя;
блок согласования интерфейсов прибора безопасности и аппаратуры пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, подключенный к интерфейсной шине прибора безопасности и к контроллеру гидравлического привода.
В данной системе связь между прибором безопасности и аппаратурой пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, т.е. передача сигналов управления и обмен информацией (за исключением сигнала о включении ускоренного режима подъема, передающегося к блоку приема дискретных сигналов контроллера поворотной части по отдельному проводу) осуществляется только посредством блока согласования интерфейсов прибора безопасности и аппаратуры пропорционального электроуправления гидравлическим приводом. Использование только одного канала обмена информацией между прибором безопасности и аппаратурой пропорционального электроуправления гидравлическим приводом ограничивает возможность контроля передаваемой информации и надежность системы безопасности и управления в целом.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение надежности системы безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом за счет дублирования каналов передачи управляющих сигналов от прибора безопасности и обеспечения контроля достоверности информации, передаваемой между составными частями системы.
Поставленные технические задачи решаются тем, что по первому варианту исполнения в систему безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом, содержащую: установленный на кране прибор безопасности, имеющий в своем составе информационно-управляющий блок, к которому подключен посредством интерфейсной шины контроллер периферийных устройств, включающий в себя блок приема дискретных сигналов и блок выходных ключей;
аппаратуру пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, включающую в себя контроллер с подключенными к нему джойстиками и пропорциональными клапанами гидрораспределителя;
и блок согласования интерфейсов прибора безопасности и аппаратуры пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, подключенный к интерфейсной шине прибора безопасности и к контроллеру гидравлического привода,
согласно полезной модели, в аппаратуру пропорционального электроуправления гидравлическим приводом введен блок коммутации, а в саму систему введено устройство блокировки прибора безопасности при внештатных ситуациях,
при этом контроллер гидравлического привода соединен с пропорциональными клапанами гидрораспределителя через блок коммутации,
по меньшей мере, один управляющий вход блока коммутации подключен к соответствующему выходному ключу контроллера периферийных устройств,
по меньшей мере, один из выходных ключей контроллера периферийных устройств подключен к соответствующему входу контроллера гидравлического привода,
а устройство блокировки прибора безопасности при внештатных ситуациях подключено к входу блока приема дискретных сигналов контроллера периферийных устройств и дополнительному входу контроллера гидравлического привода.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Джойстики дополнительно подключены к дополнительных входам блока приема дискретных сигналов контроллера периферийных устройств.
Блок согласования интерфейсов подключен к контроллеру гидравлического привода с помощью двух независимых каналов связи.
Джойстики подключены к контроллеру гидравлического привода с помощью двух независимых каналов связи.
Блок выходных ключей контроллера периферийных устройств связан с блоком приема дискретных сигналов.
По второму варианту исполнения в систему безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом, содержащую:
установленный на кране прибор безопасности, имеющий в своем составе информационно-управляющий блок, к которому подключен посредством интерфейсной шины контроллер периферийных устройств, включающий в себя блок приема дискретных сигналов и блок выходных ключей;
аппаратуру пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, включающую в себя контроллер с подключенными к нему джойстиками и пропорциональными клапанами гидрораспределителя;
и блок согласования интерфейсов прибора безопасности и аппаратуры пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, подключенный к интерфейсной шине прибора безопасности и к контроллеру гидравлического привода,
согласно полезной модели, в аппаратуру пропорционального электроуправления гидравлическим приводом введен, по меньшей мере, один электроуправляемый гидроклапан разрешения/запрета рабочих движений крана, а в саму систему введено устройство блокировки прибора безопасности при внештатных ситуациях,
при этом, по меньшей мере, один выходной ключ контроллера периферийных устройств подключен к соответствующему электроуправляемому гидроклапану разрешения/запрета рабочих движений крана,
по меньшей мере, один выходной ключ контроллера периферийных устройств подключен к соответствующему входу контроллера гидравлического привода,
а устройство блокировки прибора безопасности при внештатных ситуациях подключено к входу блока приема дискретных сигналов контроллера периферийных устройств и дополнительному входу контроллера гидравлического привода.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Джойстики дополнительно подключены к дополнительных входам блока приема дискретных сигналов контроллера периферийных устройств.
Блок согласования интерфейсов подключен к контроллеру гидравлического привода с помощью двух независимых каналов связи.
Джойстики подключены к контроллеру гидравлического привода с помощью двух независимых каналов связи.
Блок выходных ключей контроллера периферийных устройств связан с блоком приема дискретных сигналов.
Сущность предложенного устройства заключается в том, что предлагаемая система безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом содержит дополнительный канал управления для отключения опасных крановых операций в случае неисправности основного канала управления (через блок согласования интерфейсов) или каких-либо составных частей данной системы. При этом по первому варианту исполнения предлагаемой системы аварийное отключение движений крана производится путем блокирования сигналов управления пропорциональными клапанами гидрораспределителя от контроллера гидравлического привода с помощью дополнительного канала управления блока, включающего в себя блок коммутации, подключенный к блоку выходных ключей контроллера периферийных устройств, а по второму варианту исполнения предлагаемой системы аварийное отключение движений крана производится с помощью дополнительного канала управления, образованного отдельным гидроклапаном, подключенным к блоку выходных ключей контроллера периферийных устройств.
Таким образом, достигаемый технический результат выражается в повышении надежности системы безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом. При этом данная система обеспечивает также выполнение на кране всех функций приборов и устройств безопасности, предусмотренных требованиями действующих нормативных документов, функции контроля параметров работы гидропривода и силового агрегата, функции пропорционального управления рабочими движениями крана.
На фиг.1 и 2 изображена функциональная схема предлагаемой системы в соответствии с первым и вторым примерами осуществления полезной модели.
В соответствии с первым вариантом исполнения полезной модели система безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом содержит:
- установленный на кране многофункциональный прибор 1 безопасности, имеющий в своем составе информационно-управляющий блок 2, к которому подключен посредством интерфейсной шины 3 комплекс датчиков параметров крана, включающий в себя аналоговые 4 и цифровые 5 датчики, а также источники дискретных сигналов 6 (концевые выключатели, кнопки и др.), при этом цифровые датчики 5 подключены к интерфейсной шине 3 непосредственно, а аналоговые датчики 4 и источники дискретных сигналов 6 - через контроллер 7 периферийных устройств, обозначенный на чертеже как КПУ 7;
- аппаратуру 8 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, включающую в себя интерфейсную шину 9, интерфейсную шину 10, контроллер 11 гидравлического привода, джойстики 12, пропорциональные клапаны 13 гидрораспределителя, и блок 14 коммутации;
- блок 15 согласования интерфейсов прибора 1 безопасности и аппаратуры 8 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом;
- устройство 16 блокировки прибора 1 безопасности при внештатных ситуациях.
Конструкция прибора 1 безопасности и входящих в его состав элементов не является предметом настоящей полезной модели, так как состав и конструктивное исполнение составных частей прибора зависит от конструктивных особенностей крана и различные приборы безопасности на основе современных микроконтроллеров широко описаны в технической литературе. В частности, в качестве прибора безопасности может быть использован прибор «Ограничитель нагрузки крана ОНК-160С-58» ЛГФИ.408844.026 ТУ, производства ООО «Арзамасский электромеханический завод».
Информационно-управляющий блок 2, функциональная схема которого на чертеже не показана, в общем случае содержит собственный микроконтроллер, внешнее запоминающее устройство, клавиатуру; модуль визуальной индикации, включающий в себя в себя дисплей и световые индикаторы предупредительной и аварийной сигнализации, модуль звуковой сигнализации, регистратор параметров работы крана с часами реального времени и трансивер для подключения к интерфейсной шине 3. Блок 2 может иметь и другое наименование: цифровой вычислитель, вычислительно-управляющее устройство, блок управления, блок отображения информации, блок обработки информации, и т.д.
Контроллер 7 периферийных устройств включает в себя блок 17 приема аналоговых сигналов, блок 18 приема дискретных сигналов, микроконтроллер 19, трансивер 20 и блок 21 выходных ключей. Аналоговые датчики 4 и источники 6 дискретных сигналов подключены к входам блоков 17 и 18, выходы которых подключены к соответствующим входам микроконтроллера 19, вход/выход которого через трансивер 20 соединен с интерфейсной шиной 3. К выходам микроконтроллера 19 подключен блок 21 выходных ключей, связанный с блоком 18 приема дискретных сигналов.
Комплекс датчиков параметров крана может включать в себя датчик азимута, датчики длины и угла наклона стрелы (или датчик вылета), датчики давления цифровые в полостях гидроцилиндра подъема стрелы, датчики давления цифровые в напорных магистралях насоса, датчик усилия тензометрический цифровой, датчик температуры масла в гидросистеме крана, датчик предельного подъема грузозахватного органа, датчик приближения к линии электропередачи, датчик скорости ветра и другие датчики, необходимость установки которых определяется конструкцией конкретного грузоподъемного крана, на который устанавливается система безопасности.
Блок 15 согласования прибора 1 безопасности и аппаратуры 8 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом содержит трансивер 22, микроконтроллер 23, трансивер 24 и формирователь 25 аналоговых сигналов. Входы/выходы микроконтроллера 23 через трансиверы 22 и 24 соединены соответственно с интерфейсными шинами 3 и 9, а выходы микроконтроллера 23 соединены через формирователь 25 аналоговых сигналов с входами контроллера 11 гидравлического привода. Таким образом, блок 15 согласования интерфейсов подключен к контроллеру 11 гидравлического привода через два независимых канала связи.
Контроллер 11 соединен с пропорциональными клапанами 13 гидрораспределителя через блок 14 коммутации, управляющие входы которого подключены к соответствующим выходным ключам контроллера 7 периферийных устройств. По меньшей мере, один из выходных ключей контроллера 7 периферийных устройств подключен к соответствующему входу контроллера 11 гидравлического привода.
Джойстики 12 подключены к контроллеру 11 гидравлического привода с помощью двух независимых каналов связи: через интерфейсную шину 10 и с помощью отдельных линий связи. Кроме того, джойстики 12 подключены также к дополнительным входам блока 18 приема дискретных сигналов.
Устройство 16 блокировки прибора безопасности при внештатных ситуациях подключено к дополнительному входу блока 18 приема дискретных сигналов и дополнительному входу контроллера 11 гидравлического привода.
В качестве блока 15 согласования интерфейсов может быть использован блок согласования CAN160-CAN НПКУ.408843.004, входящий в комплект поставки прибора ОНК-160С-58.
В качестве контроллера 11 гидравлического привода могут быть использованы, например, контроллеры PLUS+1 фирмы Sauer-Danfoss или ECU фирмы Thomas Magnete.
В качестве джойстиков 12 можно применять джойстики пропорционального управления производства фирм Sauer-Danfoss, Penny+Giles, ГидраПак и др.
В качестве пропорциональных клапанов 13 гидрораспределителя можно использовать, например, клапаны PPCD фирмы Thomas Magnete и т.п.
В качестве устройства 16 блокировки прибора безопасности можно использовать выключатели 89947 фирмы Honeywell и аналогичные замочные выключатели.
Блок 14 коммутации может быть выполнен в виде отдельного устройства, например блока реле или транзисторных ключей, а также может являться составной частью контроллера 11 гидравлического привода.
Система работает следующим образом. Сигналы с выходов датчиков 4, 5 и источников 6 дискретных сигналов поступают по интерфейсной шине 3 на информационно-управляющий блок 2, при этом аналоговые и релейные сигналы для передачи по интерфейсной шине 3 преобразуются в цифровые коды в контроллере 7 периферийных устройств. В информационно-управляющем блоке 2 на основании принятых кодов с датчиков 4, 5 и источников 6 дискретных сигналов определяются рабочие параметры крана, положение кранового оборудования относительно границ рабочей зоны и степень загрузки с учетом используемой конфигурации кранового оборудования. Также информационно-управляющим блоком проводится самодиагностика прибора безопасности и сигнал об исправности или неисправности данного прибора передается через блок 21 выходных ключей контроллера 7 периферийных устройств на вход контроллера 11 гидравлического привода, который в случае неисправности прибора безопасности переходит на специальный режим ограниченной функциональности. Самодиагностика прибора безопасности является штатной функцией всех современных микропроцессорных приборов безопасности.
На основе анализа рабочих параметров крана информационно-управляющий блок 2 вырабатывает сигналы управления рабочими движениями крана (запрет опасных движений, разрешение и предельная скорость безопасных движений), которые передаются в контроллер 11 гидравлического привода через блок 15 согласования интерфейсов. В блоке 15 производится преобразование протоколов передачи информации, а, при необходимости, и уровней сигналов. Для повышения надежности системы передача управляющих сигналов в контроллер 11 гидравлического привода может осуществляться от блока 15 согласования интерфейсов помимо интерфейсной шины 9 также в аналоговом виде по отдельным линиям связи через формирователь 25 аналоговых сигналов. Это позволяет контроллеру 11 гидравлического привода проверять достоверность информации, передаваемой блоком 15 согласования интерфейсов путем сравнения информации, поступающей по разным каналам, и, в случае необходимости, при неисправности интерфейсной шины 9 или кабеля передачи аналоговых сигналов, воспользоваться оставшимся исправным каналом передачи сигналов управления, или заблокировать движения.
Для включения крановой операции машинист крана отклоняет рукоятку соответствующего джойстика 12 в нужном направлении на угол, соответствующий желаемой скорости рабочего движения. Сигнал о включении движения и требуемой его скорости передается в контроллер 11 гидравлического привода по интерфейсной шине 10. Для повышения надежности системы передача управляющих сигналов в контроллер 11 гидравлического привода может осуществляться от джойстиков 12 помимо интерфейсной шины 10 также в аналоговом или дискретном виде по отдельным линиям связи. Это позволяет контроллеру 11 гидравлического привода проверять достоверность информации, передаваемой от джойстиков 12 и, в случае необходимости, при неисправности интерфейсной шины 10 или кабеля передачи аналоговых/дискретных сигналов, воспользоваться оставшимся исправным каналом передачи сигналов управления, или заблокировать движения.
Контроллер 11 гидравлического привода на основании сигналов от джойстиков 12 о желаемой скорости рабочих движений с учетом сигналов от информационно-управляющего блока 2 о разрешенных рабочих движениях и допустимой их скорости формирует сигналы управления пропорциональными клапанами 13 гидрораспределителя, обеспечивающие безопасные скорости рабочих движений крана. Управляющие сигналы от контроллера 11 гидравлического привода поступают на обмотки электромагнитов пропорциональных клапанов 13 гидрораспределителя через блок 14 коммутации. При приближении рабочего оборудования крана к границам рабочей зоны или к предельно допустимой загрузке, информационно-управляющий блок 2 формирует сигналы сниженных пределов скоростей рабочих движений и через блок 15 согласования интерфейсов передает их на контроллер 11 гидравлического привода, который, соответственно изменяет сигналы управления пропорциональными клапанами 13 гидрораспределителя. При достижении границ рабочей зоны или предельной загрузки крана информационно-управляющий блок 2 формирует сигналы запрета (отключает сигналы разрешения) опасных движений, и контроллер 11 гидравлического привода блокирует включение соответствующих движений.
В случае если после посылки сигнала запрета какого-либо движения информационно-управляющим блоком 2 опасное движение не отключилось, например, из-за неисправности интерфейсных шин 3 или 9, блока 15 согласования интерфейсов или контроллера 11 гидравлического привода, информационно-управляющий блок 2 формирует сигналы блокировки рабочих движений с помощью блока 14 коммутации, поступающие на него через блок 21 выходных ключей контроллера 7 периферийных устройств по отдельным линиям связи. Это повышает надежность системы и безопасность работы крана.
Информация, необходимая для определения рабочих параметров и выработки управляющих сигналов, например, информация о включенных рабочих движениях крана или о нажатии кнопок джойстиков 12, об исправности составных частей аппаратуры 8 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, в свою очередь, от контроллера 11 гидравлического привода передается в информационно-управляющий блок 2 через блок 15 согласования интерфейсов. Для повышения надежности системы путем дублирования каналов передачи информации дискретные сигналы с джойстиков 12 передаются также по отдельным линиям связи на блок 18 приема дискретных сигналов контроллера 7 периферийных устройств прибора 1 безопасности, а из контроллера 7 по интерфейсной шине 3 в информационно-управляющий блок 2. Путем сравнения сигналов от джойстиков 12, поступающих в информационно-управляющий блок 2 через блок 15 согласования интерфейсов и через блок 18 приема дискретных сигналов контроллером 7 периферийных устройств контролируется исправность канала обмена информацией между прибором 1 безопасности и аппаратурой 8 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом.
При эксплуатации крана могут возникать внештатные ситуации, когда прибор 1 безопасности блокирует рабочие движения, например, в случае обнаружения неисправностей составных частей или линий связи системы безопасности и управления, либо при работе крана с перегрузкой при проведении статических и динамических испытаний. Для обеспечения возможности выполнения движений с определенными ограничениями в данных ситуациях к блоку 18 приема дискретных сигналов контроллера 7 периферийных устройств и к входу контроллера 11 гидравлического привода подключено устройство 16 блокировки прибора безопасности, имеющее ограниченный доступ (ключ, код и т.п.). По сигналу с устройства 16 блокировки прибора безопасности блок 21 выходных ключей контроллера 7 периферийных устройств формирует сигналы управления блоком 14 коммутации для разрешения прохождения сигналов от контроллера 11 гидравлического привода к пропорциональным клапанам 13 гидрораспределителя. Контроллер 11 гидравлического привода по сигналу с устройства 16 блокировки прибора безопасности разблокирует рабочие движения крана, обеспечивая выполнение крановых операций с установленными ограничениями. Состояние устройства 16 блокировки прибора безопасности фиксируется регистратором параметров прибора 1 безопасности.
В соответствии со вторым вариантом исполнения полезной модели система безопасности и управления стрелового крана с гидравлическим приводом содержит:
- установленный на кране многофункциональный прибор 101 безопасности, имеющий в своем составе информационно-управляющий блок 102, к которому подключен посредством интерфейсной шины 103 комплекс датчиков параметров крана, включающий в себя аналоговые 104, цифровые 105 датчики и источники 106 дискретных сигналов, при этом цифровые датчики 105 подключены к интерфейсной шине 103 непосредственно, а аналоговые 104 датчики и источники 106 дискретных сигналов - через контроллер 107 периферийных устройств, обозначенный на чертеже как КПУ 107;
- аппаратуру 108 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом, включающую в себя интерфейсную шину 109, интерфейсную шину 110, контроллер 111 гидравлического привода, джойстики 112, пропорциональные клапаны гидрораспределителя 113 и электроуправляемый гидроклапан 114 разрешения/запрета рабочих движений крана;
- блок 115 согласования интерфейсных шин 103 и 109;
- устройство 116 блокировки прибора 101 безопасности при внештатных ситуациях.
Контроллер 107 периферийных устройств включает в себя блок 117 приема аналоговых сигналов, блок 118 приема дискретных сигналов, микроконтроллер 119, трансивер 120 и блок 121 выходных ключей. Аналоговые датчики 104 и источники 106 дискретных сигналов подключены к входам блоков 117 и 118, выходы которых подключены к соответствующим входам микроконтроллера 119, входы/выходы которого через трансивер 120 соединены с интерфейсной шиной 103. К выходу микроконтроллера 119 подключен блок 121 выходных ключей, связанный с блоком 118 приема дискретных сигналов.
Блок 115 согласования прибора 101 безопасности и аппаратуры 108 пропорционального электроуправления гидравлическим приводом содержит трансивер 122, микроконтроллер 123, трансивер 124 и формирователь 125 аналоговых сигналов. Входы/выходы микроконтроллера 123 через трансиверы 122 и 124 соединены соответственно с интерфейсными шинами 103 и 109, а выходы микроконтроллера 123 соединены через формирователь 125 аналоговых сигналов с входами контроллера 111 гидравлического привода. Таким образом, блок 115 согласования интерфейсов подключен к контроллеру 111 гидравлического привода через два независимых канала связи.
Джойстики 112 подключены к контроллеру 111 гидравлического привода с помощью двух независимых каналов связи: через интерфейсную шину 110 и с помощью отдельных линий связи. Кроме того, джойстики 112 подключены также к дополнительным входам блока 118 приема дискретных сигналов.
По меньшей мере, один выходной ключ контроллера 107 периферийных устройств подключен к соответствующему электроуправляемому гидроклапану 114 разрешения/запрета рабочих движений крана. По меньшей мере, один выходной ключ контроллера 107 периферийных устройств подключен к соответствующему входу контроллера 111 гидравлического привода, который непосредственно соединен с пропорциональными клапанами 113 гидрораспределителя.
Устройство 116 блокировки прибора безопасности при внештатных ситуациях подключено к дополнительному входу блока 118 приема дискретных сигналов и дополнительному входу контроллера 111 гидравлического привода.
Подробное описание информационно-управляющего блока 102 не приводится, так его конструкция совпадает конструкцией информационно-управляющего блока 2, описанного в первом варианте исполнения системы.
В качестве гидроклапана 114 могут использоваться электроуправляемые гидроклапаны типа ГКР, ПКР производства ОАО «Арзамасский приборостроительный завод» или аналогичные устройства других производителей.
При втором варианте исполнения полезной модели работа предлагаемой системы отличается от работы системы, описанной в первом варианте исполнения полезной модели, тем, что блокировка рабочих движений крана в случае, если после посылки сигнала запрета какого-либо движения информационно-управляющим блоком 102 опасное движение не отключилось, производится с помощью отдельного электроуправляемого гидроклапана 114, что позволяет остановить опасные движения крана, даже в случае отказа пропорциональных клапанов 113 гидрораспределителя или самого гидрораспределителя.
Возможны также и другие примеры исполнения предлагаемой системы, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на рисунках, иллюстрирующих полезную модель, например, когда система включает в себя только две интерфейсные шины 3 (103) и 9 (109). В этих случаях джойстики подключаются к контроллеру 11 (111) гидравлического привода с помощью отдельных линий и через интерфейсную шину 9 (109). Кроме того, блок 15 (115) согласования интерфейсов может быть подключен к контроллеру 11 (111) гидравлического привода только через формирователь 25 (125) аналоговых сигналов, без использования шины 9 (109). Одна из интерфейсных шин аппаратуры 8 (108) пропорционального электроуправления гидравлическим приводом может быть подключена к системе контроля и управления силового агрегата, что обеспечивает контроль и индикацию параметров работы двигателя, передаваемых через блок 15 (115) согласования интерфейсов, с помощью информационно-управляющего блока 2 (102) прибора 1 (101) безопасности.
Предлагаемая полезная модель может быть изготовлена промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.