СТРУКТУРА ПРИБОРОВ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, а именно к устройствам управления и защиты грузоподъемных машин, но с наибольшим успехом может быть использовано для управления и защиты машин от перегрузки и контроля режима использования крана.
Известно устройство управления и защиты грузоподъемных машин, в котором инициирование движения оборудования производится оператором (крановщиком), который управляет перемещением груза интуитивно в соответствии со своей квалификацией, а останов движения оборудования происходит при срабатывании систем защиты от перегрузки или столкновений с препятствиями. (Патент Российской федерации 2116240 с приоритетом от 31.03.1997 г. - прототип)
Устройство в части защиты грузоподъемных машин от перегрузки основано на последовательном опросе и преобразовании сигналов датчиков первичной информации в цифровой код, определении длины стрелы (в кранах с телескопической стрелой), угла наклона стрелы и усилий в стрелоподъемном механизме или грузовом тросе, расчете цифровыми методами величины вылета, фактической и допустимой нагрузки и отключении механизмов, когда фактическая нагрузка на кран превысит допустимое значение.
Устройство в части защиты грузоподъемных машин от столкновений с препятствиями основано на определении длины стрелы (в кранах с телескопической стрелой), угла наклона стрелы, поворота платформы (башни) и пути (башенных кранов), расчете положения оголовка стрелы, т.е. расстояния до заданного препятствия, с последующим его сравнением с предельно-допустимым расстоянием, и при достижении предельных положений оголовка стрелы отключении механизмов.
Характеристики отключения крана по допустимой нагрузке вносятся в постоянное запоминающее устройство, как правило в виде таблиц, образующих параметры отключения. Характеристики отключения крана по допустимым координатам движения его оборудования вносятся в оперативное запоминающее устройство и могут изменяться при изменении положения крана относительно препятствия.
Функционирование устройства сопровождается индикацией, регистрацией и хранением показателей работы.
Устройства управления и защиты могут дополняться различными блоками контроля (например, блоком контроля напряженности поля линий электропередач для защиты от опасного напряжения) или индикации (например, штатных технических средств крана).
Подобные устройства защиты строительных кранов, содержащие датчики нагрузки, положения оборудования и блока обработки данных, который, в свою очередь, содержит функциональные блоки управления, индикации и регистрации, реализованы, например, в [Свидетельство на полезную модель Российской Федерации 11191, В 66 с 23/90, 1999 г].
Недостатком указанных устройств является то, что, несмотря на схожесть решаемых задач, конструктивные и функциональные особенности различных кранов, создают необходимость изменения состава технических средств, реализующих управление и защиту грузоподъемных машин, изменение программы обработки сигналов, изменение методики настройки (юстировки) устройства, реализующего способ, на машине. Это вызывает потери времени при проектировании, изготовлении, настройке и эксплуатации устройств, а в некоторых случаях не избавляет эксплуатационников от ошибок в монтаже и настройке.
Целью полезной модели является создание структуры приборов управления и защиты грузоподъемных машин, который предусматривает разработку и использование модельного ряда унифицированных технических средств для реализации устройства по данному способу, оснащаемого программой анализа структуры и выбора оптимальной ветви программы настройки и рабочей программы.
Цель достигается тем, структура приборов управления и защиты грузоподъемных машин, каждый из которых содержит датчики параметров работы машин, выполненный на базе микропроцессорного контроллера блок обработки данных, включающий информационный, регистрирующий и исполнительный узлы и блок питания, содержит
модельный ряд микропроцессорных контроллеров, каждый из которых состоит из вычислителя, к которому подключаются унифицированные узлы приема и обработки аналоговой информации, приема и обработки дискретной информации, приема/передачи и обработки кодовой информации, которые могут содержать дополнительные радиомодули, к входам которых подключены
датчики из модельного ряда датчиков нагрузки, модельного ряда датчиков контроля параметров оборудования грузоподъемной машины, модельного ряда датчиков контроля параметров окружающей среды, модельного ряда датчиков положения (путевых переключателей) и устройства коммутации, а
к выходу вычислителя подключены общий съемный блок архивной информации, дисплей из модельного ряда информационно-управляющих панелей, усилители из модельного ряда усилителей для исполнительных устройств и общий блок телеметрического запоминающего устройства, имеющего возможность расширения, к которому может быть подключен модуль оптической передачи информации, причем
шины питания всех блоков приборов подключены к источнику из модельного ряда источников питания и стандартных источников автономного питания (батарей), а
функциональные узлы обработки информации микропроцессорных контроллеров объединены программным обеспечением, осуществляющим выбор оптимального режима настройки и работы приборов.
На фиг.1 представлена структура приборов.
На фиг.2 представлен фрагмент структуры с контроллером.
Предлагаемый структура предназначена для обеспечения возможности создания приборов для конкретных видов грузоподъемных машин путем оптимального выбора технических средств.
Эти средства выбираются из модельных рядов микропроцессорных контроллеров в зависимости от расположения и удаленности других составляющих приборов управления и защиты. В частности, на гусеничных кранах, где все датчики контроля нагрузки и перемещения оборудования расположены вблизи кабины машиниста, или на кранах мостового типа обработка информации (относительно небольшого объема) может производиться одним контроллером, который является общим для всего прибора.
На башенных кранах со значительным удалением датчиков от блока обработки информации (контроллера) с целью экономии сигнальных линий кабеля предварительную обработку информации группы датчиков целесообразно производить «выделенным» контроллером, располагая его вблизи датчиков и передавая цифровую информацию средствами последовательного интерфейса на «центральный» контроллер.
На кранах, где информация передается через токосъемные устройства (например, кранах с телескопическими стрелами или башенных кранах при передаче информации от датчиков ходовой части на башню) с целью повышения надежности передачу информации также целесообразно производить в цифровом виде. Для этого для группы датчиков или для датчиков, в которых заведомо отсутствуют преобразователи сигналов в цифровую форму (штатных датчиков крана), должен выделяться собственный контроллер.
Таким образом, структура предусматривает возможность обработки информации распределенными техническими средствами (контроллерами).
Для контроля параметров грузоподъемных машин структура предусматривает использование следующих модельных рядов датчиков:
датчиков нагрузки;
датчиков контроля параметров оборудования грузоподъемной машины;
датчиков контроля параметров окружающей среды;
датчиков положения (путевых переключателей);
датчиков с цифровым выходом, в которых процессор установлен непосредственно в датчике для преобразования и передачи информации в цифровом виде.
Выбор датчиков, имеющих унифицированные и стандартизованные выходные сигналы, определяется конструктивными особенностями грузоподъемных машин, так как интерфейс контроллеров позволяет воспринимать информацию датчиков из любого модельного ряда независимо друг от друга и в любом сочетании.
Структура предусматривает использование модельных рядов:
информационно-управляющих панелей, позволяющих устанавливать дисплеи с необходимым видом информации;
усилителей для подключения исполнительных устройств с различным видом напряжения питания и потребляемым током;
источников питания и стандартных источников автономного питания (батарей) для подключения к различным напряжениям бортовых сетей.
Для обеспечения регистрации параметров работы грузоподъемных машин структура предусматривает общий съемный блок архивной информации и общий блок телеметрического запоминающего устройства, имеющего возможность расширения. К последнему подключается соединитель для снятия регистрируемой информации и может быть подключен модуль оптической передачи информации для бесконтактного снятия информации.
Структура предусматривает работу конкретного прибора по программе анализа структуры. Эта программа позволяет опрашивать позиции возможной установки технических средств модельных рядов, анализировать наличие этих средств и выбирать оптимальную ветвь программы настройки конкретного прибора и его рабочей программы, с целью минимизации затрат времени на обработку и повышения точности и надежности обработки.
Структура приборов (фиг.1) содержит модельный ряд микропроцессорных контроллеров 1, которые в различных сочетаниях (количествах) могут включаться в состав приборов и объединены линиями обмена информацией.
К аналоговым входам контроллеров 1 в зависимости от назначения и места установки на грузоподъемной машине подключены датчики из модельных рядов датчиков нагрузки 2, датчиков контроля параметров оборудования грузоподъемной машины 3, датчиков контроля параметров окружающей среды 4, а к дискретным входам контроллеров 1 подключены датчики положения (путевые переключатели), другие штатные датчики, установленные на грузоподъемной машине, и устройства коммутации другие 5.
Датчики с цифровым выходом 6 из модельного ряда датчиков, в которых процессор установлен непосредственно в датчике для преобразования и передачи информации в цифровом виде, подключены через линию последовательного интерфейса к последовательным входам контроллеров 1.
К выходам контроллеров 1 подключены дисплеи приборов из модельного ряда информационно-управляющих панелей 7, усилители из модельного ряда усилителей 8, а шины питания приборов подключены к источникам из модельного ряда источников питания и стандартных источников автономного питания (батарей) 9.
К выходам контроллеров 1 подключены также общий съемный блок архивной информации 10 и общий блок телеметрического запоминающего устройства 11, имеющего возможность расширения, к которому подключается соединитель для снятия регистрируемой информации и может быть подключен модуль оптической передачи информации 12.
Структурная схема контроллеров 1 с входными и выходными цепями представлена на фиг.2. Контроллер включает в себя вычислитель 13 и входные блоки приема аналоговой информации 14, дискретной информации 15 и приема/передачи кодовой (цифровой) информации 16. К последнему могут быть подключены радиомодуль 17 и модуль оптической передачи информации 18.
Контроллер 1 может быть выполнен, например, на микросхеме процессора с внутренней памятью, коммутатором и аналого-цифровым преобразователем, например, процессора MSP430F149 фирмы Texas Instruments, и микросхемах для организации последовательного интерфейса двухстороннего канала обмена данными Dolphin фирмы Texas Instruments, включающих многодиапазонный асинхронный приемопередатчик TRF6903 и специализированную микросхему управления DBB03 (в варианте организации передачи данных по радиоканалу).
В качестве аналоговых датчиков нагрузки 2 могут применяться тензометрические датчики, контролирующие механические напряжения первичных преобразователей в результате растяжения, сжатия, сдвига или изменения давления в гидросистемах.
В качестве аналоговых датчиков контроля параметров оборудования грузоподъемной машины 3 могут применяться датчики линейных или угловых перемещений, контролирующие линейные перемещения каретки, крюковой обоймы, телескопа, крана по рельсовому питии и т.п. и угловые перемещения стрелы, поворотной платформы.
В качестве штатных крановых датчиков 4 аналоговых могут применяться серийные резистивные автомобильные датчики температуры, давления, уровня.
В качестве датчиков 5 дискретных параметров могут использоваться, например, бесконтактные концевые выключатели, например, выключатели типа ВБ2А.40.ХХ.12.1.1 производства фирмы МЕГА-К (г.Калуга).
В качестве датчиков с цифровым выходом 6 могут применяться датчики с преобразователями аналогичными применяемым в датчиках 2 и 3, в которых установлен процессор для преобразования и передачи информации в цифровом виде.
Дисплеи приборов 7 могут быть выполнены в виде светодиодной или ЖКИ-матрицы, единичных светодиодов.
Усилители 8 и источники питания и стандартные источники автономного питания (батарей) 9 являются стандартными усилительными устройствами, ориентированными на тип исполнительных устройств и бортовую электрическую сеть.
Съемный общий блок архивной информации 10 и общий блок телеметрического запоминающего устройства 11 представляет собой электроперепрограммируемые запоминающие устройства, предназначенные для регистрации показателей работы и настроечных показателей приборов.
Модуль оптической передачи информации 12 представляет собой схему инфракрасного канала передачи информации.
Вычислитель 13 представляет собой PIC-процессор со стандартным набором элементов, включая ОЗУ, ППЗУ, регистрами, параллельными и последовательным портами и т.д.
Блок приема аналоговой информации 14 представляет собой стандартные схемы мультиплексора и АЦП, в том числе в составе PIC-процессора.
Блок приема дискретной информации 15 представляет собой стандартную схему регистра, в том числе в составе PIC-процессора.
Блок приема/передачи кодовой (цифровой) информации 16 представляет собой стандартную схему «ввода/вывода» информации в последовательном коде.
Радиомодуль 17 представляет собой 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.
Устройство, выполненное на элементах предложенной структуры, работает следующим образом.
Блок обработки данных, выполненный на базе контроллеров 1 производит опрос аналоговых датчиков 2, 3, 4 и дискретных датчиков 5, фиксируя их показания в ОЗУ вычислителя 13. В случае применения датчиков 6 через блок «ввода/вывода» информации 16 посылает кодовую последовательность импульсов на опрос этих датчиков. Кодовая посылка в случае бесконтактной передачи осуществляется через радиомодуль 17, модулируя радиочастоту, или передатчик инфракрасного излучения 18.
Результаты обработки информации передаются на индикаторы информационно-управляющих панелей 7, усилители 8, в общий съемный блок архивной информации 10 и общий блок телеметрического запоминающего устройства 11
При необходимости снятия регистрируемой информации, она может быть передана через соединитель или модуль оптической передачи информации 12.
Программы настройки и рабочая программа устройства производит анализ позиций подключения устройств из модельных рядов предлагаемой структуры, обеспечивая выбора оптимальной ветви программы.