ПРИБОР БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах защиты стреловых грузоподъемных кранов и кранов-трубоукладчиков.
Из авторского свидетельства SU 592721, МПК 2 В 66 С 15/06, 15.02.1978 г. известен прибор безопасности грузоподъемного крана, содержащий датчики нагрузки и вылета, которые через дополнительные потенциометры подключены к входам ограничителя нагрузки крана.
Недостатком этого устройства является большая трудоемкость настройки прибора безопасности, вызванная необходимостью многократного подъема грузов при начальном и конечном вылетах, а также необходимостью механической регулировки потенциометров.
Наиболее близким к предложенному является прибор безопасности грузоподъемного крана типа ОНК-140 (Ограничитель нагрузки крана ОНК-140-13. Новые нормативные материалы по безопасной эксплуатации подъемных сооружений. Вып.2, 1999. - М.: Изд-во ПИО ОБТ, с.47-86., или Ограничитель нагрузки крана ОНК-140. Инструкция по монтажу, пуску и регулированию. ЛГФИ. 408844.009 ИМ. - Арзамас: ОАО «Арзамасский приборостроительный завод», 2002. - 24 с.), содержащий электронный блок (или блок обработки данных), датчик нагрузки грузоподъемного крана, выполненный в виде датчика силы или датчиков давления в гидроцилиндре подъема стрелы, датчик угла азимута, датчик длины стрелы и другие датчики рабочих параметров грузоподъемного крана. Электронный блок, именуемый блоком обработки данных, в этом приборе безопасности содержит цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера, и подключенные к нему органы управления, индикаторы,
запоминающее устройство и устройство ввода/вывода информации, причем датчики подключены к устройству ввода/вывода информации электронного блока. При этом отдельные датчики, в частности датчик угла наклона стрелы и датчик угла азимута, выполнены с возможностью механической регулировки их положения на грузоподъемном кране, а устройство ввода/вывода информации содержит аналого-цифровой преобразователь и устройства согласования с датчиками, в частности усилители выходных сигналов датчиков с элементами настройки, в качестве которых используются потенциометры, расположенные под опломбированной защитной крышкой, и силовые ключи, выполненные в виде электромагнитных реле. Известный прибор безопасности в отдельных вариантах его исполнения может содержать также блок расширения, выполненный в виде блока выходных реле. Причем исполнительное устройство крана может быть подключено к выходам силовых ключей (реле) как электронного блока, так и блока расширения.
Недостатком известного прибора безопасности является высокая трудоемкость его настройки, вызванная наличием механических регулировок положения датчиков на кране, а также необходимостью регулирования сигналов в каналах измерения нагрузки потенциометрами. К дополнительному усложнению настройки приводит также расположение потенциометров под защитной крышкой, что вызывает необходимость ее съема, нарушения и последующего восстановления пломбирования электронного блока и т.д.
Кроме того, в известном приборе безопасности не обеспечивается взаимозаменяемость его составных частей, а также необходима дополнительная настройка прибора безопасности после замены любой его составной части. Например, датчики давления в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра подъема стрелы не взаимозаменяемы из-за наличия разбросов их технических характеристик, вызванных технологическими допусками при изготовлении датчиков. При замене датчика углового положения стрелы также необходимо проводить регулировку прибора безопасности из-за наличия разбросов технических характеристик различных образцов датчиков. Кроме того, из-за наличия
регулировочных пазов в узлах крепления, установить новый датчик угла наклона стрелы в то же самое угловое положение не представляется возможным. Аналогичным образом, после замены любого другого датчика угла, выполненного потенциометрическим, например датчика угла азимута, необходима регулировка его углового положения, в том числе из условия исключения зоны разрыва контактной системы потенциометра из рабочего диапазона измерения углов.
Техническими результатами, на достижение которых направлена предложенная полезная модель, являются:
- уменьшение трудоемкости настройки прибора безопасности на грузоподъемном кране за счет исключения механических регулировок;
- обеспечение взаимозаменяемости однотипных составных частей прибора безопасности;
- обеспечение возможности замены отдельных составных частей прибора безопасности без проведения его дополнительной настройки.
Прибор безопасности, в котором достигаются эти технические результаты, может иметь одноблочное исполнение (электронный блок и датчики рабочих параметров грузоподъемного крана) или двухблочное исполнение (электронный блок, блок расширения и датчики рабочих параметров). В первом случае прибор безопасности грузоподъемного крана, содержит электронный блок и датчики, в том числе датчик нагрузки грузоподъемного крана, выполненный в виде датчика силы или датчика давления в гидроцилиндре подъема стрелы, а электронный блок содержит цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера, и подключенные к нему органы управления, индикаторы, запоминающее устройство и устройство ввода/вывода информации, причем датчики при помощи отдельных линий связи или мультиплексного канала обмена данными подключены к устройству ввода/вывода информации электронного блока, при этом устройство ввода/вывода информации электронного блока содержит по меньшей мере один выход, который подключен к исполнительному устройству. Во втором случае прибор безопасности содержит электронный
блок, блок расширения, соединенный с электронным блоком, и датчики, в том числе датчик нагрузки грузоподъемного крана, выполненный в виде датчика силы или датчика давления в гидроцилиндре подъема стрелы, а электронный блок содержит цифровой вычислитель, выполненный на основе микроконтроллера, и подключенные к нему органы управления, индикаторы, запоминающее устройство и устройство ввода/вывода информации, а блок расширения содержит, в частности, микроконтроллер и подключенное к нему устройство ввода/вывода информации, причем датчики при помощи отдельных линий связи или мультиплексного канала обмена данными подключены к устройству ввода/вывода информации электронного блока и/или к устройству ввода/вывода информации блока расширения, при этом устройство ввода/вывода информации электронного блока или блока расширения содержит по меньшей мере один выход, который подключен к исполнительному устройству. При этом датчики прибора безопасности могут быть подключены к устройству ввода/вывода информации электронного блока и/или блока расширения при помощи отдельных линий связи или мультиплексного канала обмена данными, электронный блок может содержать элементы настройки прибора безопасности, а в состав датчиков может входить по меньшей мере один датчик угла, в частности датчик угла наклона стрелы, датчик угла азимута и/или датчик угла поворота какого-либо вала, например выходного вала редуктора.
Для достижения указанных технических результатов, полезная модель, в зависимости от варианта ее реализации, может иметь следующие отличительные признаки:
- элементы настройки прибора безопасности выполнены в виде ячеек энергонезависимой памяти цифрового вычислителя и/или запоминающего устройства, а цифровой вычислитель выполнен с возможностью записи значений настроечных коэффициентов в указанные ячейки памяти в зависимости от выходных сигналов органов управления и/или выходного сигнала по меньшей мере одного датчика, а также с возможностью программного изменения параметров выходного сигнала по меньшей мере одного датчика в зависимости от значений
настроечных коэффициентов, записанных в ячейках памяти, без механической регулировки пространственного положения этого датчика на грузоподъемном кране и без электромеханического настроечного элемента, например потенциометра, в электрической цепи этого датчика. Причем выполнение цифрового вычислителя с возможностью указанного изменения параметров выходного сигнала датчика предусматривает, в частности, его выполнение с возможностью сложения и/или умножения значения выходного сигнала датчика со значениями настроечных коэффициентов, записанных в энергонезависимой памяти;
- по меньшей мере один датчик содержит последовательно соединенные первичный преобразователь, устройство настройки и выходное устройство, причем устройство настройки выполнено без электромеханического настроечного элемента, например потенциометра, и с возможностью нормализации выходного сигнала этого датчика, в частности его калибровки и/или компенсации начального смещения. Причем указанное устройство настройки выполнено, в частности, в виде микроконтроллера с энергонезависимой памятью с возможностью записи настроечных коэффициентов в ячейки этой энергонезависимой памяти в процессе производства датчика и/или в зависимости от выходных сигналов электронного блока, а также с возможностью программного изменения параметров выходного сигнала датчика в зависимости от значений этих настроечных коэффициентов, в частности с возможностью сложения и/или умножения значения выходного сигнала первичного преобразователя датчика со значениями указанных настроечных коэффициентов. При этом для прибора безопасности с мультиплексным каналом обмена данными выходное устройство по меньшей мере одного датчика выполнено в виде трансивера или контроллера мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса типа CAN или LIN;
- по меньшей мере один датчик угла имеет установочные элементы, в частности крепежные отверстия, которые расположены в фиксированном угловом положении относительно углового положения этого датчика по его измеряемому параметру;
- по меньшей мере один датчик угла выполнен с возможностью измерения угла поворота в пределах не менее чем 360°, в частности на основе магниточувствительной микросхемы, с возможностью воздействия на нее магнитным полем магнита, который связан с входной осью датчика угла, или на основе двух потенциометров, оси которых связаны с входной осью датчика угла с угловым сдвигом, величина которого превышает ширину зону разрыва контактной системы этих потенциометров;
- датчик угла поворота выполнен в виде потенциометра с дополнительным понижающим редуктором.
При этом для прибора безопасности с мультиплексным каналом обмена данными устройство ввода/вывода информации электронного блока и/или блока расширения содержит трансивер или контроллер мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса типа CAN или LIN, а по меньшей мере одно из указанных устройств ввода/вывода информации дополнительно содержит по меньшей мере один силовой ключ, вход которого подключен соответственно к выходу цифрового вычислителя электронного блока и/или микроконтроллера блока расширения, а выход подключен к исполнительному устройству, а для прибора безопасности с аналоговыми датчиками устройство ввода/вывода информации электронного блока и/или блока расширения содержит аналого-цифровой преобразователь, входы которого подключены к выходам датчиков, которые выполнены аналоговыми, а по меньшей мере одно из указанных устройств ввода/вывода информации дополнительно содержит по меньшей мере один силовой ключ, вход которого подключен выходу соответственно цифрового вычислителя электронного блока и/или микроконтроллера блока расширения, а выход подключен к исполнительному устройству.
Благодаря указанным отличительным признакам, в предложенной полезной модели осуществляется электронная настройка прибора безопасности без механической регулировки как положений самих датчиков на кране, так и каких-либо
электромеханических регулировочных элементов, например потенциометров. Это снижает трудоемкость настройки прибора безопасности.
Применение нормализации (т.е. калибровки передаточной характеристики и компенсации смещения нуля) датчиков, в том числе при помощи микроконтроллеров, установленных в датчики, позволяет получить идентичность характеристик однотипных датчиков, что обеспечивает их взаимозаменяемость.
Фиксированное расположение установочных элементов, в частности крепежных отверстий, на датчике позволяет исключить необходимость механической регулировки положения датчика на грузоподъемном кране после их замены, что также снижает трудоемкость настройки прибора безопасности.
Реализация датчиков угла полноповоротными (с возможностью измерения угла поворота в пределах не менее чем 360°), в частности на основе магниточувствительной микросхемы или на основе двух сдвинутых друг относительно друга потенциометров, при установке датчика угла на кран позволяет устанавливать его вал в произвольном положении (без регулировки) и далее осуществить электронную настройку (привязку) его исходного или нулевого положения. Это также обеспечивает снижение трудоемкости настройки прибора безопасности на кране. В отдельных случаях к эквивалентному результату приводит также применение не полноповоротного датчика угла, а датчика угла с большим пределом измерения, например, в пределах нескольких оборотов, за счет применения датчика в виде потенциометра с дополнительным понижающим редуктором.
С учетом этого, указанные отличительные признаки полезной модели находятся в прямой причинно-следственной связи с достижением указанных технических результатов, т.е. эти признаки являются существенными.
На фиг.1 приведена функциональная схема прибора безопасности в одноблочном исполнении (электронный блок и датчики), на фиг.2 - функциональная схема этого прибора в двухблочном исполнении (электронный блок, блок расширения и датчики). На фиг.3 приведена функциональная схема датчика со встроенным устройством настройки, а на фиг.4 и фиг.5 схематично показаны
варианты исполнения полноповоротных датчиков угла, реализованных соответственно на основе магниточувствительной микросхемы и двух потенциометров, сдвинутых друг относительно друга.
Прибор безопасности грузоподъемного крана в одноблочном исполнении (см. фиг.1) содержит электронный блок 1 и  датчики рабочих параметров грузоподъемного крана 2 (именуемые также «датчиками»). Электронный блок 1 содержит цифровой вычислитель 3, выполненный на основе микроконтроллера, и подключенные к нему органы управления (кнопки, клавиши) 4, индикаторы (светодиодные, символьные жидкокристаллические и т.п.) 5, запоминающее устройство (микросхемы Flash-памяти) 6 и устройство ввода/вывода информации 7.
У прибора безопасности с аналоговыми датчиками устройство ввода/вывода информации 7 содержит аналого-цифровой преобразователь, а у прибора с цифровыми датчиками - трансивер или контроллер мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса типа CAN (Control Area Network), реализованного по стандартам ISO 11898, ISO 11519 или типа LIN (Local Interconnection Network), утвержденного Европейским Автомобильным Консорциумом. Кроме того, устройство ввода/вывода информации 7 содержит по меньшей мере один силовой ключ, выполненный в виде электромагнитного реле или силовой интегральной микросхемы. Выход силового ключа (выход устройства ввода/вывода информации 7) подключен к исполнительному устройству крана 8, в качестве которого может использоваться электромагнитный клапан, включенный в гидравлическую систему управления краном.
Датчики 2 включают в себя, в частности, датчик нагрузки грузоподъемного крана 9, выполненный в виде тензометрического датчика усилия в грузовом или стреловом канате крана или в виде тензометрических датчиков давления в гидроцилиндре подъема стрелы, датчик длины стрелы 10, выполненный, например, в виде кабельного барабана, датчик угла наклона стрелы 11, выполненный, например, в виде микромеханического инклинометра/акселерометра, и датчик угла азимута 12, например, потенциометрический. Прибор безопасности
может содержать также различные датчики угла поворота 13, выполненные в виде датчика угла с согласующим редуктором. К ним относятся, в частности, датчик перемещения крана по крановому пути (угла поворота ведомого колеса крана, например, башенного), датчик хода грузовой лебедки (угла поворота вала или барабана грузовой лебедки), датчик хода грузовой тележки (угла поворота вала или барабана лебедки грузовой тележки) и т.п. В зависимости от конструкции конкретного грузоподъемного крана и варианта реализации предложенной полезной модели, отдельные датчики, показанные на фиг.1, могут отсутствовать. В приборе безопасности могут также присутствовать дополнительные датчики, условно не показанные на фиг.1. К их числу относятся, в частности, датчик предельного подъема грузозахватного органа, датчик приближения к линии электропередачи, дискретные датчики перемещений органов управления краном и т.п.
Прибор безопасности грузоподъемного крана в двухблочном исполнении (см. фиг.2) кроме указанных функциональных узлом дополнительно содержит блок расширения 14. Блок расширения 14 может быть выполнен в виде набора силовых ключей (в частности электромагнитных или оптоэлектронных реле) и, соответственно, может выполнять функции только усилителя мощности выходных сигналов устройства ввода/вывода информации 7.
Блок расширения 14, может быть также выполнен с возможностью подключения к нему аналоговых, дискретных и/или цифровых датчиков 2. В этом случае блок расширения 14 содержим микроконтроллер 15 и подключенное к нему устройство ввода/вывода информации 16. Причем, в зависимости от типа используемых датчиков 2 (аналоговые или цифровые), устройство ввода/вывода информации 16 блока расширения 14 содержит или аналого-цифровой преобразователь (в общем случае многоканальный) или трансивер или контроллер мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса типа CAN или LIN. Кроме того, это устройство ввода/вывода информации 17 может содержать один или несколько силовых ключей,
выполненных в виде электромагнитных или оптоэлектронных реле или силовых интегральных микросхем.
В двухблочном варианте исполнения прибора безопасности, исполнительное устройство крана 8, в зависимости от наличия силовых ключей в устройствах ввода/вывода информации 7, 16 электронного блоке 1 и блока расширения 14, может быть подключено к выходу блока расширения 14 или к выходу электронного блока 1 (на фиг.2 последнее соединение показано пунктиром) или к выходам обоих блоков 1 и 14.
Аналогичным образом, датчики 2, в зависимости от исполнения устройств ввода/вывода информации 7 и 16, могут быть подключены к блоку расширения 14 или к электронному блоку 1 (на фиг.2 последнее соединение показано пунктиром) или к выходам обоих блоков 1 и 14. Причем это подключение может осуществляться по радиальной схеме (при помощи отдельных проводов) или с использованием мультиплексного канала обмена данными.
Соединение электронного блока 1 с блоком расширения 14 также может осуществляться при помощи отдельных проводов (с использованием отдельного провода для передачи каждого сигнала) или с использованием мультиплексного канала обмена данными. Причем в последнем случае для соединения электронного блока 1 с блоком расширения 14 может использоваться отдельный мультиплексный канала обмена данными, либо в приборе безопасности может использоваться общий мультиплексный канала обмена данными между обоими блоками 1, 14 и датчиками 2.
Каждый из датчиков 2 (9-13) (см. фиг.3) может быть выполнен в виде последовательно соединенных первичного преобразователя 17, устройства настройки 18, выходного устройства 19 и цепей питания, которые на фиг.3 условно не показаны.
Устройство настройки 18 выполнено без электромеханических настроечных элементов, например регулировочных резисторов (потенциометров), с возможностью калибровки и/или компенсации начального смещения выходного сигнала этого датчика. Наиболее рациональным вариантом реализации устройства
настройки 17 является его выполнение в виде микроконтроллера, например фирмы Microchip, с энергонезависимой памятью (EEPROM) для записи и хранения настроечных коэффициентов и со встроенным аналого-цифровым преобразователем, операционным усилителем или компаратором, использующимся для обработки выходного сигнала первичного преобразователя 17 (тензометрического моста, потенциометра, магниторезистора и т.п.).
Для прибора безопасности с мультиплексным каналом обмена данными, выходное устройство 19 датчика (в данном случае цифрового датчика) выполнено в виде трансивера или контроллера мультиплексного канала обмена данными, в частности последовательного интерфейса типа CAN или LIN. Если же в приборе безопасности используются аналоговые датчики 2, то выходное устройство 19 может быть выполнено в виде усилителя, интерфейса токовой петли 4-20 мА и т.п.
Возможно также исполнение каждого из датчиков 2 без устройства настройки 18 и выходного устройства 19. В этом случае каждый из датчиков 2 содержит только первичный преобразователь 17, а задача нормализации его передаточной характеристики (калибровки, лианеризации, температурной компенсации и компенсации смещения нуля) возлагается на электронный блок 1, которые в этом случае содержит соответствующие элементы настройки прибора безопасности.
Датчик угла азимута 12 или угла поворота любого другого вала 13 может быть выполнен основе магниточувствительной микросхемы 20 (см. фиг.4) с возможностью измерения угла поворота в пределах 360°. В этом датчике магнит 21, связанный с входной осью 22 датчика угла, воздействует магнитным полем В на магниточувствительную микросхему 20, например типа KMZ52, выходной сигнал которой зависит от направления магнитного поля и является либо выходным сигналом датчика 12, 13 либо входным сигналом устройства настройки 18 (см. фиг.3).
Датчик угла азимута 12 или угла поворота любого другого вала 13 может быть выполнен также на основе двух потенциометров 23 и 24 (см. фиг.5), оси
которых 25 и 26 связаны с входной осью 27 датчика угла с угловым сдвигом, величина которого превышает ширину зону разрыва контактной системы этих потенциометров и составляет, например 90° или 180°. Этот сдвиг может быть обеспечен, в частности, соответствующим поворотом ведомых зубчатых колес 28 и 29 зубчатой передачи на четверть оборота или на половину оборота при их вводе в зацепление с ведомой шестерней 30. Выходы потенциометров 23 и 24 подключаются к устройству настройки 18.
Микроконтроллер устройства настройки 18, после преобразования выходных сигналов потенциометров 23 и 24 в цифровую форму с помощью встроенного двухканального аналого-цифрового преобразователя, формирует выходной сигнал датчика в соответствии с выходным сигналом одного потенциометра, например первого 23. Если же ось 25 этого потенциометра 23 находится в положении, соответствующем разрыву его контактной системы (в промежутке между началом и концом резистивного элемента потенциометра) и выходной сигнал первого потенциометра 23 равен нулю, то микроконтроллер устройства настройки 18, выявляя это, в указанном промежутке формирует выходной сигнал датчика с использованием выходного сигнала второго потенциометра 24.
Датчик угла поворота 12 или 13 может быть также выполнен в виде одного или двух потенциометров с дополнительным понижающим одноступенчатым или многоступенчатым редуктором. Принцип построения такого датчика очевиден из фиг.5.
Кроме того, датчик угла, включая датчик угла наклона стрелы 11, датчик угла азимута 12 или датчик угла поворота любого другого вала 13, может иметь установочные элементы, в частности крепежные отверстия, которые расположены в фиксированном угловом положении относительно углового положения этого датчика по его измеряемому параметру. Применительно к датчику угла наклона стрелы 11 это означает, что его выходной сигнал однозначно определяется углом поворота его установочных/крепежных элементов. А для датчика угла поворота кого-либо вала это означает, что угловое положение его вала (лыски, шпоночного паза, метки и т.п. на входном валу) относительно его установочных/крепежных
элементов также однозначно определяет выходной сигнал этого датчика. Технически это достигается за счет того, что чувствительный элемент (инклинометр/акселерометр, потенциометр или магниточувствительная микросхема с постоянным магнитом) в корпусе датчика угла устанавливается не в произвольном положении, а в фиксированном, одинаковом для всех датчиков данного типа.
Перед началом работы грузоподъемного крана, крановщик (оператор) в ручном режиме при помощи органов управления 4, расположенных на размещенном перед ним электронном блоке 1, осуществляет ввод в цифровой вычислитель 3 параметров, определяющих режимы работа крана (положение выдвижных опор, кратность запасовки грузового полиспаста, наличие, длину и угол наклона гуська и т.д.), если для данной конструкции крана ввод этих параметров является необходимым. Введенные параметры сохраняются в энергонезависимом (Flash) запоминающем устройстве 6 или в памяти (в EEPROM) микроконтроллера цифрового вычислителя 3.
Зона допустимых значений положения грузоподъемного (стрелового) оборудования крана вводится при задании параметров координатной защиты при помощи органов управления 4 и также сохраняется в памяти микроконтроллера цифрового вычислителя 3 или в запоминающем устройстве 6.
Управление грузоподъемным краном с гидравлической системой управления осуществляется крановщиком в ручном режиме путем перемещения органов управления (рукояток, рычагов и т.п.) гидравлическими распределителями крана в соответствующих направлениях. Для того, чтобы произошло какое-либо движение крана, необходимо как наличие управляющего воздействия  крановщика, так и отсутствие блокировки этого движения со стороны исполнительного устройства 8, например электрогидравлического клапана.
При отсутствии перегрузки крана по грузовому моменту и при нахождении его стрелы в зоне допустимых значений по координатной защите, устройство ввода/вывода информации 7 (и/или 16) электронного блока 1 и/или блока расширения
14 формирует на исполнительное устройство 8 сигнал, разрешающий движения крана.
При работе грузоподъемного крана, датчики рабочих параметров 2 осуществляют измерение параметров, характеризующих загрузку крана и положение его грузоподъемного (стрелового оборудования). Микроконтроллер цифрового вычислителя 3 работает по программе, определенной при проектировании прибора безопасности и предварительно записанной в его память или в запоминающее устройство б, и через устройство ввода/вывода информации 7 непосредственно или через блок расширения 14, выполняющий роль ретранслятора сигналов, по мультиплексному каналу обмена данными или по отдельным линиям связи получает от датчиков 2 значения рабочих параметров грузоподъемного крана.
После получения информации от датчиков 2 (9-13), микроконтроллер цифрового вычислителя 3, работая по программе, по известным функциональным зависимостям определяет текущую нагрузку крана и положение его грузоподъемного (стрелового) оборудования. При необходимости, для определения текущей нагрузки крана и/или текущего положения его стрелы или грузозахватного органа, осуществляются необходимые преобразования выходных сигналов датчиков рабочих параметров 2. Это имеет место в случае, когда текущая нагрузка крана и/или положение его стрелы или грузозахватного органа измеряются косвенным образом - например, при определении нагрузки стрелового гидравлического крана по давлениям в штоковой и поршневой полостях гидроцилиндра подъема стрелы. Алгоритмы этих преобразований общеизвестны и реализуются программно цифровым вычислителем 3.
Допустимые режимы нагружения в виде грузовых характеристик крана хранятся в памяти микроконтроллера или в запоминающем устройстве 6.
Далее микроконтроллер цифрового вычислителя 3 осуществляет сравнение фактического нагружения крана с предельно-допустимым, а также сравнение фактического положения грузоподъемного оборудования с зоной допустимых положений, заданных при введении координатной защиты и, в зависимости от
результатов указанных сравнений, через устройство ввода/вывода информации 7 (через входящие в его состав силовые ключи) подает на исполнительное устройство 8 сигнал отключения электрогидравлического клапана. Этот сигнал может быть также передан на блок расширения 14 по мультиплексному каналу обмена данными или по отдельным проводам. В этом случае микроконтроллер 15 блока расширения 14, работая по программе, записанной в его памяти, принимает сигнал отключения и формирует соответствующий сигнал на выходе своего силового ключа, входящего в состав устройства ввода/вывода информации 16. Далее с этого устройства ввода/вывода информации 16 сигнал отключения (или блокировки) также передается на исполнительное устройство 8. Благодаря этому осуществляется автоматическая защита крана от перегрузки по грузовому моменту и защита от столкновений стрелового оборудования с различными препятствиями (координатная защита). При этом в состав исполнительного устройства 8 может входить несколько электрогидравлических клапанов, которые могут быть подключены к электронному блоку 1, к блоку расширения 14 или к обоим блокам 1 и 14, что не имеет принципиального значения.
Одновременно наиболее важные параметры грузоподъемного крана, например степень его загрузки по грузовому моменту, а также предупреждающие сигналы о перегрузке или срабатывании координатной защиты крана, отображаются на лицевой панели расположенного перед крановщиком электронного блока 1 при помощи индикаторов 5.
Кроме описанного рабочего режима, прибор безопасности грузоподъемного крана работает также в режиме настройки. Режим настройки используется после первичного монтажа прибора безопасности на грузоподъемный кран, а также после ремонта или замены какой-либо составной части прибора безопасности.
Переключение прибора безопасности в режим настройки осуществляется при помощи одного из органов управления (тумблера) 4 и реализуется путем изменения (переключения) программы работы микроконтроллера цифрового
вычислителя 3. Программа работы прибора безопасности в режиме настройки также разрабатывается при проектировании прибора безопасности и предварительно записывается в память микроконтроллера цифрового вычислителя 3 или в запоминающее устройство 6.
Необходимость настройки прибора безопасности возникает, во-первых, в случает отсутствия нормализации выходных сигналов датчиков (т.е. отличиями параметров выходных сигналов различных датчиков одного и того же типа) и, во-вторых, неточностью и не идентичностью установки этих датчиков на грузоподъемный кран - погрешностью монтажа (приварки) элементов крепления, погрешностью ориентации установочных (крепежных) элементов на корпусах датчиков и невозможностью точной ориентации или синхронизации валов грузоподъемного крана и датчика при монтаже этого датчика на кран.
Для достижения указанного в настоящей полезной модели технического результата, в предложенном техническом решении осуществляется нормализация выходных сигналов датчиков путем установки устройства настройки 18 непосредственно в датчик (см. фиг.3). В этом случае отличия параметров выходных сигналов первичных преобразователей 17 компенсируются устройством настройки 18 и не оказывают влияния на выходные сигналы датчиков, обеспечивая их взаимозаменяемость на уровне электрических сигналов.
Устройство настройки 18 может быть выполнено в виде микроконтроллера с энергонезависимой памятью (EEPROM), в которую в процессе производства датчика записываются настроечные коэффициенты - калибровочные параметры. Для этого в процессе производства датчика измеряются параметры первичного преобразователя 17 и в память микроконтроллера записываются значения поправочных коэффициентов, на которые нужно умножить выходной сигнал первичного преобразователя или с которыми нужно сложить этот сигнал, чтобы получить нормализованное значение выходного сигнала датчика. Далее в процессе работы датчика указанные операции сложения и/или умножения осуществляет микроконтроллер устройства настройки 18.
Если датчик выполнен цифровым - с мультиплексным каналом обмена данными, то значения калибровочных коэффициентов могут быть изменены по командам оператора, подаваемым с органов управления 4. В частности, если, например, при подъеме краном контрольного груза выявлена погрешность датчика силы, то оператор в режиме настройки прибора безопасности при помощи органов управления 4 может последовательно, по какой-либо установленной методике настройки или путем подбора, изменять настроечные коэффициенты в запоминающем устройстве микроконтроллера устройства настройки 18 до тех пор, пока отображаемое на индикаторах значение веса поднимаемого груза не совпадет с фактическим. При этом процедура передачи данных настроечных коэффициентов от цифрового вычислителя 3 в любой из датчиков 2 по мультиплексному каналу является стандартной и отдельных пояснений не требует.
Для дальнейшего упрощения настройки прибора безопасности на кране и обеспечения взаимозаменяемости датчиков 2, датчики в предложенной полезной модели реализуются с установочными элементами, в частности крепежными отверстиями, посадочными плоскостями, ориентирующими штифтами и т.п., расположенными в фиксированном угловом положении относительно углового положения этого датчика по его измеряемому параметру. В этом случае очевидно, что замена датчика с нормализованным значением выходного сигнала и с такими установочными элементами не приведет к необходимости какой-либо настройки прибора безопасности независимо от погрешности монтажа (приварки) элементов крепления этих датчиков на грузоподъемном кране.
Дополнительная возможность упрощения (или снижения трудоемкости) настройки прибора безопасности реализуется путем исключения необходимости механической регулировки положения датчиков на кране и исключения регулировки каких-либо электромеханических настроечных элементов, например потенциометров.
Для этого необходимо, во-первых выполнить датчики полноповоротными (для обеспечения возможности их установки на кран в произвольном положении)
и, во-вторых, реализовать электронную настройку прибора безопасности в цифровом вычислителе.
Возможные принципы реализации полноповоротных датчиков угла приведены на фиг.4 и фиг.5 и описаны выше. При их установке на кран нет необходимости совмещать нулевое положение угла поворота какого-либо вала крана с входным валом датчика азимута. При сочленении этих валов в произвольном положении возникает некоторая постоянная величина углового смещения, которая может быть скомпенсирована в цифровом вычислителе 3.
Для реализации такой возможности, элементы настройки прибора безопасности выполнены в виде ячеек энергонезависимой памяти цифрового вычислителя 3 и/или запоминающего устройства 6. Цифровой вычислитель 3 по командам оператора, подаваемых с органов управления 4, и в зависимости от выходного сигнала каждого датчика, в режиме настройки прибора безопасности осуществляет запись значений настроечных коэффициентов в указанные ячейки памяти. Далее микроконтроллер цифрового вычислителя 3 в рабочем режиме прибора безопасности осуществляет программное изменение параметров выходного сигнала датчика в зависимости от значений настроечных коэффициентов (путем умножения или сложения выходного сигнала этого датчика с настроечными коэффициентами).
1
2
1
2
В качестве примера рассмотрим процесс электронной регулировки датчика угла азимута. Предположим, что фактическое значение угла азимута грузоподъемного крана составляет γ, а датчик угла азимута, установленный и закрепленный в произвольном положении, формирует выходной сигнал γ, т.е. погрешность измерения угла азимута составляет Δ=(γ-γ)° и может иметь значительную величину.
1
Для исключения этой погрешности, оператор - наладчик прибора безопасности, в режиме настройки прибора безопасности при помощи органов управления 4 вводит в цифровой вычислитель 3 действительное значение угла азимута - значение γ. После окончания ввода (нажатия кнопки «Ввод», входящей в
1
2
1
2
1
2
состав органов управления 4), цифровой вычислитель 3 вычисляет указанную разность (γ-γ) и записывает ее в энергонезависимую память. Далее, после переключения прибора безопасности в рабочий режим, цифровой вычислитель 3 определяет действительное значение угла азимута путем суммирования текущего значения выходного сигнала датчика 12 и поправки (настроечного коэффициента), записанной в энергонезависимой памяти: γ=γ+(γ-γ).
Аналогичным образом происходит компенсация аддитивной и/или мультипликативной погрешности других датчиков при электронной настройке прибора безопасности. При этом в прибор безопасности вводят не действительное значение угла азимута а, например, действительное значение веса поднимаемого груза, действительное значение вылета и т.п.
С учетом вышеизложенного, следствием реализации отличительных признаков заявленной полезной модели является уменьшение трудоемкости настройки прибора безопасности на грузоподъемном кране, за счет исключения механических регулировок, обеспечение взаимозаменяемости однотипных составных частей прибора безопасности, а также обеспечение возможности замены отдельных составных частей прибора безопасности без проведения его дополнительной настройки.