СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ, ДИАГНОСТИКИ И НАСТРОЙКИ ПРИБОРА БЕЗОПАСНОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области подъемно-транспортного оборудования и может быть использована на заводах-изготовителях приборов безопасности, на заводах-изготовителях грузоподъемных машин при комплектации их приборами безопасности, и специалистами сервисных и ремонтных организаций.
Современные устройства безопасности грузоподъемных машин 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. Перечисленные функции выполняет, в частности, «Ограничитель нагрузки ОНК-160» (модификации: ОНК-160М, ОНК-160Б и ОНК-160С), выпускаемый Арзамасским электромеханическим заводом. Данный прибор используется на всех типах грузоподъемных кранов: стреловых, башенных, мостовых, козловых, контейнерных и портальных. Основные проблемы, которые приходится решать при разработке приборов безопасности, заключаются в повышении безопасности и эффективности работы грузоподъемных машин. Одним из средств решения данной проблемы является создание портативных стендов, обеспечивающих возможность контроля, компьютерной диагностики и настройки приборов безопасности и их составных частей, как на заводах-изготовителях этих приборов, так и на заводах-изготовителях грузоподъемных машин, или непосредственно на месте их эксплуатации специалистами сервисных организаций.
Известно устройство для контроля ограничителя грузоподъемности крана, содержащее блок формирования замещающего тестового сигнала, компаратор, выход которого включен в цепь блока управления краном и в цепь блока сигнализации, блок питания, делитель напряжения, блок кнопок, подключенный к делителю напряжения, и реле, переключающие контакты которого включены в выходные цепи датчиков вылета и веса груза (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1197989, B66C 23/90, 15/06, 15.12.1985). Конструкция данного стенда не позволяет использовать его для контроля приборов безопасности, предназначенных для кранов с изменяющимися грузовыми характеристиками, а также приборов безопасности, реализующих координатную защиту.
Известно также устройство для контроля и диагностики неисправности приборов безопасности грузоподъемных машин, содержащее устройство ввода-вывода информации и блок формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, включающий в себя блок управления и регистрации контролируемой информации и подключенные к нему модули постоянного и оперативного запоминающих устройств, два мультиплексора и инвертор. Устройство ввода-вывода информации содержит два коммутатора, цифро-аналоговый преобразователь, буфер, аналого-цифровой преобразователь, три блока хранения аналоговых сигналов и блок входных разъемов, при помощи которых осуществляется подключение стенда к прибору безопасности (см. патент РФ на изобретение №2087409, B66C 23/88, G01M 17/00, 20.08.1997). В этом устройстве осуществляется формирование замещающих тестовых сигналов аналоговых датчиков прибора безопасности в соответствии с заранее установленной программой, передача этих сигналов на прибор безопасности, а также регистрация аналоговых и выходных дискретных сигналов прибора безопасности и определение его технического состояния путем анализа этих сигналов. Однако при этом не обеспечивается возможность контроля прибора безопасности с цифровыми датчиками рабочих параметров грузоподъемной машины, имеющими мультиплексный канал передачи данных.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности элементов является стенд для контроля, диагностики и настройки прибора безопасности грузоподъемной машины, содержащий блок формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, устройство ввода-вывода информации, включающее приемопередатчик или контроллер последовательного интерфейса, первые входы-выходы которого подключены к выходам-входам блока формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, а вторые входы-выходы выполнены с возможностью подключения к прибору безопасности, и систему электропитания стенда и прибора безопасности, имеющего в своем составе информационно-управляющий блок, датчики параметров крана, соединенные с информационно-управляющим блоком с помощью линии последовательного интерфейса, и исполнительные реле (см. патент РФ на полезную модель №51605, B66C 1/00, 27.02.2006). Однако данный стенд обладает следующими особенностями:
конструкция стенда не обеспечивает возможность контроля исправности мультиплексного канала связи между прибором безопасности, точнее, его основным информационно-управляющим блоком и другими блоками, входящими в комплект прибора. Это затрудняет и даже делает невозможной диагностику некоторых неисправностей прибора безопасности и его отдельных узлов, например, при выходе из строя или нарушении нормального функционирования микросхем приемопередатчика последовательного интерфейса, информационно-управляющего блока и датчиков. Данный стенд имеет модуль индикации, входящий в состав блока формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, под которым в описании совершенно недвусмысленно подразумевается персональный компьютер (ПК). Однако индикация исправности мультиплексного канала связи между прибором и датчиками на модуле индикации этого блока нецелесообразна, так как приводит к усложнению схемы и конструкции устройства ввода-вывода информации, особенно в случае, если интерфейс шины прибора безопасности отличается от интерфейсов, используемых в ПК. В таком случае индикация исправности линии связи была бы более целесообразна на модуле индикации непосредственно в устройстве ввода-вывода. Даже наличие питания на устройстве ввода-вывода информации требует индикации, и эта индикация более целесообразна и удобна на модуле индикации непосредственно в самом устройстве ввода-вывода информации;
стенд, как следует из его описания, не имеет собственного источника питания. Предполагается, что он питается или от источника питания прибора безопасности или от блока формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности. Питание датчиков от блока формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, особенно в случае, когда в качестве его используется ПК, затруднено, так как напряжение на шине питания датчиков зачастую значительно превышает напряжения доступных интерфейсов ПК. Так, например, при напряжении шины питания датчиков 20 В, это напряжение невозможно получить ни с одного современного интерфейса ПК. При этом мощности интерфейса ПК может оказаться недостаточно для питания датчиков и блоков прибора безопасности. При проверке, настройке и диагностике прибора безопасности не на кране, а в лабораторных или, наоборот, полевых условиях, например, перед установкой на кран, нужного источника питания для прибора безопасности может не оказаться под рукой. В случае выхода из строя блока питания прибора безопасности, контроль и диагностика его информационно-управляющего блока, датчиков и других блоков также невозможны при отсутствии в составе стенда собственного источника питания. Контроль и диагностика прибора безопасности в полевых условиях при отсутствии питающей сети требует наличия не просто источника питания в составе стенда, а именно, наличия автономного источника питания, например, аккумуляторной батареи. Обилие вариантов питания стенда, прибора безопасности и его блоков и датчиков требует также наличия в устройстве ввода-вывода схемы защиты от конфликта напряжений различных источников при их непреднамеренном, случайном одновременном включении. Такой схемы данное устройство не имеет;
стенд позволяет контролировать исправность и точность цифровых датчиков, однако не позволяет получать информацию о параметрах работы аналого-цифрового преобразователя, о диапазоне настройки датчика и т.д. С его помощью, как следует из описания, невозможно осуществлять настройку датчиков и изменение при необходимости их настроечных параметров, таких как адрес, смещение нуля, коэффициенты температурной компенсации и т.д. А эти задачи очень актуальны как при производстве датчиков, так и в процессе их эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции стенда для контроля, диагностики и настройки приборов безопасности грузоподъемных машин, которая обеспечивала бы возможность:
самотестирования состояния оборудования стенда перед началом работы путем контроля и проверки исправности и работоспособности линии последовательного интерфейса и контроль рабочего напряжения на питающей шине устройства ввода-вывода информации;
выявления и диагностики неисправных блоков и датчиков прибора безопасности до установки прибора безопасности на грузоподъемную машину, в том числе в полевых условиях;
проверки, настройки и диагностики блоков и датчиков прибора безопасности в составе грузоподъемной машины в процессе эксплуатации, в том числе при неисправности штатной системы питания прибора безопасности;
записи в ПК реальных сигналов датчиков, установленных на кране, в процессе его работы с возможностью их последующего многократного воспроизведения при настройке прибора безопасности;
настройки прибора безопасности в лабораторных условиях и непосредственно на кране по записям в ПК реальных сигналов датчиков;
создания банка данных (хранилища) сигналов датчиков каждого конкретного крана с целью отслеживания динамики изменения их показаний в процессе эксплуатации крана и выявления связанных с этим скрытых дефектов датчиков и механизмов крана.
Дополнительные решаемые задачи и преимущества заявленной полезной модели будут понятны из последующего описания.
Поставленные технические задачи решаются тем, что в стенде для контроля, диагностики и настройки прибора безопасности грузоподъемной машины, содержащем блок формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, устройство ввода-вывода информации, включающее приемопередатчик или контроллер последовательного интерфейса, первые входы-выходы которого подключены к выходам-входам блока формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, а вторые входы-выходы выполнены с возможностью подключения к прибору безопасности, и систему электропитания стенда и прибора безопасности, имеющего в своем составе информационно-управляющий блок, датчики параметров крана, соединенные с информационно-управляющим блоком с помощью линии последовательного интерфейса, и исполнительные реле, согласно полезной модели, устройство ввода-вывода информации снабжено двухпороговым компаратором и модулем индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса, при этом входы двухпорогового компаратора подключены ко второму входу-выходу приемопередатчика или контроллера последовательного интерфейса, а выход - к входу модуля индикации.
При этом модуль индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса включает в себя индикаторы в виде светодиодов с различными цветами излучения.
Кроме того, блок формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности выполнен в виде персонального компьютера, при этом система электропитания стенда и прибора безопасности включает в себя блок питания персонального компьютера в виде первого сетевого адаптера или первого аккумулятора, блок питания прибора безопасности, дополнительный блок питания, и предохранительное устройство.
При этом дополнительным блоком питания является собственный блок питания прибора безопасности или дополнительный блок питания выполнен в виде второго сетевого адаптера или второго аккумулятора.
Кроме того, предохранительное устройство включает в себя два встречно направленных диода, к объединенным выводам которых подключена шина питания элементов устройства ввода-вывода информации, при этом предохранительное устройство выполнено с возможностью подключения свободного вывода одного из диодов к USB-порту персонального компьютера, свободного вывода другого диода - к выходу дополнительного блока питания в виде второго сетевого адаптера или второго аккумулятора, и объединенных выводов диодов - к выходу блока питания прибора безопасности.
Предпочтительно устройство ввода-вывода информации и предохранительное устройство выполнены в составе одного блока коммутации.
При этом блок коммутации содержит корпус, в котором установлена плата, на которой смонтированы элементы устройства ввода-вывода информации и предохранительное устройство, на корпусе установлены первый разъем для подключения блока коммутации к СОМ-порту персонального компьютера, второй разъем для соединения блока коммутации с прибором безопасности, третий разъем для подключения блока коммутации к USB-порту персонального компьютера, четвертый разъем для подключения блока коммутации к дополнительному блоку питания в виде второго аккумулятора или второго сетевого адаптера, и индикаторы модуля индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса, при этом к первому разъему подключены первые входы-выходы приемопередатчика последовательного интерфейса, ко второму разъему подключены вторые входы-выходы приемопередатчика последовательного интерфейса, объединенные выводы диодов предохранительного устройства и шина питания устройства ввода-вывода информации, к третьему разъему подключены первые входы-выходы приемопередатчика последовательного интерфейса и свободный вывод одного из диодов предохранительного устройства, а к четвертому разъему подключен свободный вывод другого диода предохранительного устройства.
Кроме того, персональный компьютер приспособлен для отработки алгоритмов и программ работы прибора безопасности, отработки процедуры фильтрации поступающей в информационно-управляющий блок информации от датчиков, и отработки условий срабатывания исполнительных реле прибора безопасности.
Снабжение устройства ввода-вывода информации двухпороговым компаратором и модулем индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса, при этом входы двухпорогового компаратора подключены ко второму входу-выходу приемопередатчика или контроллера последовательного интерфейса, а выход - к входу модуля индикации, обеспечивает возможность проведения стендом самотестирования, что повышает его надежность при эксплуатации. Самотестирование стенда включает: контроль напряжения питания устройства ввода-вывода информации, подключение устройства ввода-вывода информации к ПК, исправность линии последовательного интерфейса и наличие обмена информацией между датчиками и ПК, а также между информационно-управляющим блоком прибора безопасности и ПК.
Включение в модуль индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса индикаторов в виде светодиодов с различными цветами излучения упрощает визуальный контроль состояния оборудования стенда.
Выполнение блока формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности в виде персонального компьютера, расширяет область использования предлагаемого стенда, при этом система электропитания стенда и прибора безопасности, включающая в себя блок питания персонального компьютера в виде первого сетевого адаптера или первого аккумулятора, блок питания прибора безопасности, дополнительный блок питания, и предохранительное устройство, обеспечивает работоспособность стенда в различных условиях его применения, так как от дополнительного блока питания могут быть запитаны как сам прибор безопасности с входящими в его состав датчиками параметров грузоподъемной машины, так и отдельные датчики в производственных, лабораторных или полевых условиях, а наличие в составе системы электропитания предохранительного устройства исключает конфликт напряжений различных блоков питания при их совместном подключении. Кроме того, использование в качестве дополнительного блока питания второго аккумулятора или второго сетевого адаптера обеспечивает возможность электропитания стенда и прибора безопасности при различных условиях применения стенда, в том числе в полевых условиях или при выходе из строя собственного источника питания прибора безопасности.
Выполнение предохранительного устройства в виде двух встречно направленных диодов упрощает конструктивную реализацию предохранительного модуля.
Выполнение устройства ввода-вывода информации и предохранительного устройства в составе одного блока коммутации позволяет оптимизировать комплектацию стенда и упростить соединение блоков стенда между собой и с блоками и датчиками прибора безопасности.
Приспособление персонального компьютер для отработки алгоритмов и программ работы прибора безопасности, отработки процедуры фильтрации поступающей в информационно-управляющий блок информации от датчиков, и отработки условий срабатывания исполнительных реле прибора безопасности при превышении предельной паспортной грузоподъемности грузоподъемной машины, при выходе груза за пределы зоны координатной защиты, расширяет функциональные возможности стенда.
Технический результат от использования предлагаемой полезной модели - повышение эксплуатационной надежности стенда и расширение его функциональных возможностей.
На фиг.1-3 изображена функциональная схема предлагаемого стенда и в режиме регистрации показаний датчиков с питанием соответственно от блока питания прибора безопасности, от дополнительного блока питания и при их совместном подключении к стенду и прибору безопасности; на фиг.4 - функциональная схема стенда в режиме тестирования информационно-управляющего блока с питанием от блока питания прибора безопасности; на фиг.5 - функциональная схема стенда в режиме тестирования датчиков; на фиг.6 - конструкция блока коммутации.
Стенд для контроля, диагностики и настройки прибора 1 безопасности грузоподъемного крана, в частности, прибора безопасности «Ограничитель нагрузки ОНК-160» (модификации: ОНК-160М, ОНК-160Б и ОНК-160С), выпускаемого ООО «Арзамасский электромеханический завод», содержит блок 2 формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности, выполненный в виде ПК, устройство 3 ввода-вывода информации и систему электропитания стенда и прибора безопасности.
Прибор 1 безопасности крана содержит информационно-управляющий блок 4 и комплекс 5 датчиков параметров крана, включающий аналоговые, цифровые и дискретные датчики, подключаемых к информационно-управляющему блоку посредством шины 6 последовательного CAN-интерфейса (CAN-линии связи), при этом цифровые датчики подключаются к шине 6 непосредственно, а аналоговые датчики - через контроллеры (на чертеже не показаны). Блок 4 может быть иметь и другое наименование, например, в приборах безопасности ОНК-160Б и ОНК-160С данный блок назван как «Блок отображения информации» (БОИ), а в приборе безопасности ОНК-160М блок 4 назван как «Блок управления» (БУ). К информационно-управляющему блоку подключены исполнительные реле (на чертеже не показаны).
Устройство 3 ввода-вывода информации содержит приемопередатчик 7 последовательного интерфейса, двухпороговый компаратор 8 и модуль 9 индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса. Первые входы-выходы приемопередатчика 7 последовательно интерфейса подключены к выходам-входам блока 2 формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности (к ПК) через разъем СОМ-порта ПК, а вторые входы-выходы подключены к прибору безопасности посредством шины 6 последовательного интерфейса. Входы двухпорогового компаратора 8 подключены ко второму входу-выходу приемопередатчика 7 последовательного интерфейса, а выход - к входу модуля 9 индикации, включающего в себя индикаторы в виде светодиодов с различными цветами излучения (на чертеже не показаны).
Стенд содержит также систему электропитания самого стенда и прибора безопасности, включающую в себя блок 10 питания персонального компьютера, блок 11 питания прибора безопасности, дополнительный блок 12 питания, и предохранительное устройство 13 для исключения конфликтов напряжений различных блоков питания при их совместном подключении.
Блоком 10 питания ПК, например, ноутбука, является входящий в его состав первый сетевой адаптер или первый аккумулятор.
Блоком 11 питания прибора безопасности и входящего в его состав комплекса 5 датчиков параметров крана может быть внешний или расположенный внутри прибора безопасности преобразователь электропитания сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы информационно-управляющего блока 4 и комплекс 5 датчиков параметров крана, или какой-либо другой источник постоянного тока с выходным напряжением 10-30 В, например, аккумулятор крана.
В качестве дополнительного блока 12 питания стенда и прибора безопасности использован второй сетевой адаптер, преобразующий электропитание сети в постоянный ток напряжением 16-24 В и снабженный устройством защиты от перегруки, или второй аккумулятор. В качестве дополнительного блока питания может быть использован также собственный блок 11 питания прибора безопасности.
В штатный комплект поставки стенда входят следующие изделия и программное обеспечение:
- блок 14 коммутации, включающий устройство 3 ввода-вывода информации и предохранительное устройство 13;
- блок 12 питания в виде (штатного) сетевого адаптера;
- кабель для подключения блока коммутации к СОМ-порту ПК;
- кабель для подключения блока коммутации к USB-порту ПК;
- жгут для подключения прибора безопасности к блоку коммутации с питающими и информационными жилами;
- CD-диск с программным обеспечением.
В комплектацию стенда в виде опций могут входить блок 12 питания в виде аккумулятора напряжением 16-24 В и емкостью 1.3-2 Ач, карта PCMCIA-СОМ или карта ExpressCard-СОМ для ноутбука.
В качестве блока 2 формирования замещающих тестовых сигналов и/или регистрации выходных сигналов прибора безопасности может быть использован любой современный ПК, предпочтительно, ноутбук, снабженный, как правило, блоком 10 питания в виде сетевого адаптера или аккумулятора.
Минимальные требования к ПК:
- частота процессора 1,6 ГГц;
- оперативная память 512 Мбайт;
- объем дискового пространства для установки программы 25 Мбайт;
- объем дискового пространства для хранения файлов регистрации 1-5 Гбайт (зависит от количества сохраняемой информации);
- порты: USB-порт, СОМ-порт. Для ноутбуков, не имеющих СОМ-порта, необходима дополнительная карта PCMCI-COM или Express Card-COM.
- операционная система Windows -2000, -ХР, -Vista;
- установленная на ПК программа Microsoft Excel.
Блок 14 коммутации содержит корпус, в котором установлена плата, на которой смонтированы элементы устройства 3 ввода вывода информации (приемопередатчик 7 последовательного интерфейса, двухпороговый компаратор 8 и модуль 9 индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса) и элементы предохранительного устройства 13, выполненное в виде двух встречно направленных диодов 15 и 16.
На корпусе установлены разъем 17 для подключения блока 14 коммутации к СОМ-порту ПК, разъем 18 для соединения с прибором безопасности, разъем 19 для подключения к USB-порту ПК, разъем 20 для подключения к блоку 12 питания (второму сетевому адаптеру или второму аккумулятору) и индикаторы модуля 9 в виде светодиодов с различными цветами излучения (на чертеже не показаны) для индикации работоспособности и функционирования линии последовательного интерфейса. К разъему 17 подключены первые входы-выходы приемопередатчика 7 последовательного интерфейса, к разъему 18 подключены вторые входы-выходы приемопередатчика 7 последовательного интерфейса. Объединенные выводы диодов 15 и 16 предохранительного устройства 13 подключены к шине 21 питания элементов устройства 3 ввода-вывода информации и к разъему 18, а свободные выводы диодов 15 и 16 подключены соответственно к разъемам 19 и 20.
Блок 14 коммутации подключается посредством кабеля к СОМ-порту ПК при работе в любом из трех указанных ниже режимов. При работе в режиме регистрации показаний датчиков возможно также подключение к ПК через разъем USB-порта. При работе с ноутбуком его СОМ-порт может быть получен при помощи карты-переходника PCMCI - СОМ-порт ПК или ExpressCard - СОМ-порт ПК. К датчикам и блокам прибора безопасности блок 14 коммутации подключается через разъемы соединительного жгута.
Предлагаемый стенд представляет собой аппаратно-программный комплекс, обеспечивающий:
- компьютерную имитацию работы информационно-управляющего блока 4 в процессе получения информации от датчиков, входящих в комплект конкретного прибора безопасности;
- автоматическое определение всех цифровых датчиков, подключенных к прибору безопасности по CAN линии связи;
- графическое отображение на мониторе ПК процессов измерения параметров работы крана датчиками прибора безопасности;
- отображение на мониторе ПК рабочих и настроечных параметров датчиков и редактирование настроечных параметров;
- передачу и запись в ПК реальных сигналов датчиков, установленных на кране, в процессе его работы, с возможностью их последующего многократного воспроизведения при настройке прибора безопасности;
- компьютерную имитацию работы цифровых датчиков и моделирование их выходных сигналов для оценки исправности и работоспособности информационно-управляющего блока и для настройки отдельных измерительных каналов;
- контроль исправности CAN линии связи;
- отображение на мониторе ПК справочной информации о датчиках, подключенных к прибору безопасности (интерактивная справка).
Стенд может работать в трех основных режимах:
- «Режим регистрации показаний датчиков»;
- «Режим тестирования информационно-управляющего блока»;
- «Режим тестирования датчиков».
Режим регистрации показаний датчиков.
Блок-схема подключения стенда к прибору безопасности грузоподъемной машины в режиме регистрации показаний датчиков показана на фиг.1-3. В этом режиме прибор безопасности полностью укомплектован датчиками и установлен или на кране или в лабораторных условиях для проверки исправности, функционирования или диагностики. Роль блока 2 формирования замещающих тестовых сигналов и регистрации выходных сигналов прибора безопасности выполняет ПК, который в данном режиме используется как регистратор, т.е. как запоминающее устройство для записи показаний датчиков прибора в процессе цикла нагружения крана. Устройство 3 ввода-вывода информации подключено к ПК через первые входы-выходы, а через вторые входы-выходы оно подключено к шине 6 последовательного интерфейса прибора безопасности.
1
2
2
1
Если предполагается питание стенда от блока 11 питания прибора безопасности (фиг.1), то блок питания 12 может не подключаться, стенд будет получать питание U=U от блока 12 питания, и это напряжение не вступит в конфликт с напряжением питания U используемого интерфейса ПК (например, для интерфейса USB U=5 В, в то время как, например, для прибора безопасности ОНК-160 U=20 В), так как в устройстве 3 ввода-вывода установлена диодная защита от конфликтов напряжений. Один из простейших вариантов такой защиты показан на фиг.6.
3
2
3
1
1
3
1
2
3
3
1
Если по каким-либо причинам нет возможности питать устройство 3 ввода-вывода информации и прибор 1 безопасности от его блока 11 питания, то они могут быть запитаны от блока 12 питания (фиг.2). При этом стенд будет получать питание U=U и это напряжение также не вступит в конфликт с напряжением U питания используемого интерфейса ПК. Это напряжение Uдолжно иметь значение, равное напряжению U источника питания прибора безопасности или быть немного меньше (приблизительно на 0,5-2 В), т.е. U - U=0,5-2 В. Это требование не является строгим, но создает более комфортный режим работы блока питания 12 при случайной, непреднамеренной подаче напряжения на устройство 3 ввода-вывода информации от всех трех блоков питания 11, 12 и 13, как показано на фиг.3, т.е. одновременно U, U и U. Но если даже окажется, что U>U, это также не приведет к конфликту напряжений, так как роль диодной защиты в этом случае сыграют диоды мостовой схемы выпрямителя блока 11 питания прибора безопасности (на чертеже не показаны).
И лишь в том случае, если она по какой-либо причине не сработает, сработает встроенное во второй сетевой адаптер (блок питания 12) устройство защиты от перегрузки. Большинство выпускаемых в настоящее время сетевых адаптеров оснащено такой защитой. Таким образом, в предлагаемом стенде решается проблема конфликта напряжений нескольких блоков питания, подключенных одновременно к одной общей нагрузке.
Включать прибор безопасности с датчиками и стенд в режиме регистрации показаний датчиков целесообразно в том случае, когда прибор безопасности и все его блоки и датчики полностью исправны и работоспособны. Этот режим выбирается тогда, когда необходимо на кране зарегистрировать (записать в память ПК) данные со всех датчиков в процессе рабочего цикла нагружения крана: подъем груза, перемещение, опускание груза. Для дополнительного визуального контроля цикла нагружения, данные о показаниях датчиков могут быть оперативно выведены на экран монитора ПК. Это особенно важно делать на новом кране при его сдаче в эксплуатацию, или на кране, находящемся в эксплуатации после установки на него нового прибора безопасности и его настройки.
Эти данные позволяют хранить и воспроизводить многократно всю историю жизненного цикла крана и его ограничителя. Они могут быть в дальнейшем использованы как эталон для данного крана и даже для данного типа кранов, стать основой своеобразного банка данных о данном конкретном кране и его ограничителе. С их помощью можно впоследствии изучать изменение характеристик крана и прибора в процессе их эксплуатации, проверять изменение показателей точности прибора и его датчиков, выявлять на кране и в приборе узлы, блоки и датчики, требующие повышенного внимания, ремонта или замены.
Используя эти данные, можно, например, при выходе информационно-управляющего блока 4 из строя и замене его новым экземпляром, настроить его, не проводя подъем эталонных грузов, а лишь имитируя сигналы от датчиков данного крана. На основе этих данных можно выполнять контроль работоспособности и диагностику неисправностей информационно-управляющего блока 4 не только данного крана, но и других кранов, использующих аналогичный ограничитель нагрузки крана. Эти данные могут оказать помощь также при контроле, диагностике различных датчиков прибора, так как с ними можно сравнивать текущие показания датчиков крана в процессе его цикла нагружения. Наконец, банк данных о данном конкретном кране и его ограничителе позволяет выполнять в случае необходимости поверку приборов безопасности.
В этом режиме, так же как и в двух других режимах работы стенда, с помощью устройства 3 ввода-вывода и его модуля 9 индикации помимо регистрации показаний датчиков можно осуществлять контроль исправности и работоспособности шины 6, по которой информационно-управляющий блок 4 получает информацию с датчиков. Для этого в процессе работы стенда с помощью двухпорогового компаратора 8 осуществляется контроль напряжения на шине 6 последовательного интерфейса. При выходе значения напряжения за допустимые для используемого в данном приборе протокола обмена минимальный или максимальный уровни срабатывает схема двухпорогового компаратора 8 и начинает мигать светодиодный индикатор на корпусе блока 14 коммутации, информируя наладчика прибора о неисправности канала. Если уровень напряжения находится в допустимых пределах, светодиод не мигает и не светится, информируя об исправности линии. Схема двухпорогового компаратора 8 широко известна, распространена и описана во всех учебниках по электронным компонентам, поэтому дополнительных пояснений не требует. Кроме того, модуль 9 индикации также содержит индикатор о наличии обмена информацией между датчиками и информационно-управляющим блоком 4 прибора безопасности. При наличии данного обмена информацией мигает соответствующий светодиод.
Режим тестирования информационно-управляющего блока
В режиме тестирования информационно-управляющего блока 4 к устройству 3 ввода-вывода информации стенда подключается только информационно-управляющий блок (фиг.4). Физические датчики в этом режиме участия не принимают. Их роль выполняет блок 2 формирования замещающих тестовых сигналов - ПК. В банке данных хранятся математические модели всех датчиков не только данного прибора безопасности, но и приборов всех типов данной марки, с помощью которых можно имитировать работу датчиков. При этом можно моделировать работу датчиков не только комплексно, имитируя цикл нагружения конкретного крана, но и по отдельности, группы датчиков или каждого отдельного датчика. Этот сигнал через устройство 3 ввода-вывода поступает на вход информационно-управляющего блока 4, на дисплее которого отображается реакция прибора на входной моделирующий сигнал, а в регистратор записывается информация, соответствующая показаниям данного датчика или группы датчиков.
Этот режим позволяет проверить работоспособность информационно-управляющего блока 4 даже при наличии в комплекте прибора неисправных датчиков. Дело в том, что, если собрать комплект прибора безопасности с его датчиками (на кране или на столе в лабораторных условиях - это не имеет значения), в котором есть неисправные датчики, то проверить работоспособность и исправность информационно-управляющего блока не представляется возможным, так как на дисплее информационно-управляющего блока будет индикация об ошибке, сработает исполнительное реле, его контакты будут разомкнуты, включится световая и звуковая индикация, никаких показаний прибор безопасности давать не будет, так как неисправный датчик означает неисправность прибора и невозможность его дальнейшей работы. При использовании же предлагаемого стенда, даже в случае моделирования показаний только одного датчика, информационно-управляющий блок будет работать в штатном режиме, так как реально с ПК на информационно-управляющий блок будет поступать информация со всех возможных в данной комплектации математических моделей датчиков, только сигналы с датчиков, которые не используются в данном тесте, будут нулевыми. Т.е. при этом есть возможность проверять реакцию информационно-управляющего блока на изменение показаний отдельных датчиков или их локальных групп.
Этот режим очень удобен для проверки правильности рабочих алгоритмов и программ прибора, так как позволяет выявить эти ошибки еще на этапе их отладки до запуска в серийное производство. Он также позволяет более качественно выполнить в лабораторных или заводских условиях трудоемкую и непростую процедуру выбора типа кривой для аппроксимации грузовых характеристик крана в приборе безопасности и подбора ее коэффициентов.
В данном режиме очень легко выполняется проверка работы регистратора параметров прибора безопасности. Подавая замещающие тестовые сигналы определенной величины, моделируя цикл нагружения крана и выполнения краном различных рабочих движений, и включив информационно-управляющий блок в рабочий режим, можно в лабораторных условиях записать показания прибора в регистратор параметров, затем считать эти показания, и на персональном компьютере сравнить информацию регистратора с параметрами моделирующих сигналов датчиков. На основании такого сравнения можно делать вывод об исправности, работоспособности и точности регистратора.
При подъеме грузов на некоторых типах кранов (например, на мостовых) в момент отрыва груза и его подъема возникают сильные вибрации и связанные с ними колебательные переходные процессы в выходных сигналах датчиков силы. Эти колебательные процессы снижают точность измерений веса поднимаемого груза и даже при больших амплитудах выбросов сигнала могут привести к неправомерному срабатыванию прибора безопасности. Для исключения этого явления в алгоритмах работы приборов безопасности реализуются различные фильтры, но для их корректной работы необходим правильный подбор коэффициентов. Значения этих коэффициентов индивидуальны для каждого конкретного крана и должны подбираться по результатам измерений на данном кране. Эта работа также может быть выполнена более корректно и качественно в режиме тестирования информационно-управляющего блока при воспроизведении на персональном компьютере ранее записанных реальных процессов нагружения данного крана.
В этом режиме возможна настройка в лабораторных условиях нового информационно-управляющего блока, который должен быть установлен на кран взамен старого, вышедшего из строя. Разумеется, для этого необходимо наличие банка памяти, в котором хранится информация о показаниях датчиков при предыдущих настройках прибора. Эта информация должна быть получена ранее в режиме регистрации, который описан выше.
Режим тестирования информационно-управляющего блока 4 позволяет в лабораторных условиях до установки, например, прибора на башенный кран при переезде на новую площадку, завести значения параметров координатной защиты прибора для новых условий работы. Зная геометрию будущей стройплощадки и координаты рельсового пути, можно рассчитать на ПК значения датчиков азимута, вылета и высоты крюка, при которых должна срабатывать координатная защита, затем смоделировать эти значения на стенде в режиме тестирования информационно-управляющего блока и занести соответствующие параметры в настройки прибора.
Режим тестирования информационно-управляющего блока 4 также как и режим регистрации показаний датчиков, как это было описано выше, позволяет, выполнять контроль исправности линии связи, а точнее, исправность микросхемы приемопередатчика 7 последовательного интерфейса. Кроме того, модуль 9 индикации также содержит индикатор о наличии обмена информацией между информационно-управляющим блоком и стендом. При наличии обмена мигает соответствующий индикатор модуля 9 индикации устройства 3 ввода-вывода информации.
Особенности питания стенда и информационно-управляющего блока 4 в режиме его тестирования такие же, как и в режиме регистрации показаний датчиков: возможность питания как от блока 12 питания, так и от блока 11 питания прибора безопасности, возможна проверка информационно-управляющего блока даже при выходе из строя его блока питания, при этом исключен конфликт напряжений различных источников питания при их одновременном включении. Все эти моменты подробно описаны выше при описании работы стенда в режиме регистрации.
И, наконец, в этом режиме возможна проверка в лабораторных условиях точности срабатывания прибора безопасности при превышении допустимой нагрузки на кран и его механизмы подъема, проверка срабатывания его координатной защиты.
Режим тестирования датчиков.
В режиме тестирования датчиков информационно-управляющий блок 4 прибора безопасности к стенду не подключается (фиг.5), а подключены только его датчики, цифровые - непосредственно к стенду, а аналоговые - через контроллеры группы датчиков, в которых аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму и далее поступает на входы устройства 3 ввода-вывода информации предлагаемого стенда по общей цифровой шине 6 последовательного интерфейса. Но так как датчики приборов безопасности в большинстве своем не имеют собственных источников питания, а питаются от блока 11 питания прибора безопасности, то в этом режиме датчики получают питание от блока 12 питания (сетевого адаптера или в полевых условиях - от аккумулятора). Конфликта питания в этом случае также не происходит, так как, во-первых, блок 11 питания прибора безопасности отсутствует, а во-вторых, диодная схема предохранительного устройства 13, показанная на фиг.4, предотвращает конфликт напряжения питания от USB-порта ПК и блока 12 питания. К тому же, для ряда датчиков, например, тензометрических датчиков силы, напряжения интерфейсов ПК явно недостаточно для устойчивой работы и корректных показаний. Так, например, интерфейс USB имеет напряжение питания 5 В, в то время как для надежной, устойчивой и точной работы тензомоста требуется высокостабильное напряжение питания не менее 10 В.
Режим тестирования датчиков используется для контроля работоспособности датчиков, для проверки точности их работы, для присвоения адресов датчикам, для контроля диапазона входных напряжений в аналого-цифровой преобразователь контроллера, для коррекции при необходимости их настроечных параметров, таких, например, как смещение нуля, поправочные температурные коэффициенты и т.д. Значения этих напряжений и параметров необходимо знать также при диагностике датчиков и выявлении характера их возможных неисправностей. Введение поправочных температурных коэффициентов на заводе при производстве датчиков - это обязательная процедура, которой предшествует выдержка датчика в термокамере при предельных значениях температур, соответствующих диапазону условий применения датчика.
В режиме тестирования датчиков возможно, воздействуя на датчик (задавая, например, нагрузку, поворачивая датчик, или вращая его на специальных эталонных тарированных испытательных стендах), контролировать выходной сигнал с датчика, оценивать при этом точностные характеристики датчика, а при необходимости и наличии эталонных испытательных стендов выполнять поверку датчиков и приборов безопасности. Сигнал с датчика, прошедшего поверку, может быть записан в банк данных данного датчика в ПК и в дальнейшем эта запись может использоваться как эталонный замещающий тестовый сигнал при работе стенда в режиме тестирования информационно-управляющего блока. Используя записи замещающих сигналов датчиков, полученные на кране при выполнении циклов нагружения, можно затем в режиме тестирования информационно-управляющего блока 4 осуществлять настройку прибора безопасности в лабораторных условиях.
Режим тестирования датчиков позволяет выполнять на ПК отработку алгоритмов и программ работы прибора безопасности, отрабатывать процедуры фильтрации поступающей в информационно-управляющий блок 4 информации от датчиков, условия срабатывания исполнительных реле прибора безопасности при превышении предельной паспортной грузоподъемности крана, при выходе груза за пределы зоны координатной защиты и т.д.
В режиме тестирования датчиков так же, как и в двух предыдущих, возможна проверка исправности CAN линии связи, т.е. исправности выходных микросхем приемопередатчика 7 последовательного интерфейса с использованием двухпорогового компаратора 8 и модуля 9 индикации устройства ввода-вывода информации. Кроме того, модуль 9 индикации также содержит индикатор о наличии обмена информацией между датчиком и стендом (в режиме тестирования информационно-управляющего блока 4 - это индикация о наличии обмена между информационно-управляющим блоком и стендом, а в режиме регистрации регистрации показаний датчиков - индикация о наличии обмена между информационно-управляющим блоком и датчиками).
Описанное устройство является лишь частным примером осуществления предлагаемой полезной модели. Понятно, что в зависимости от условий применения данного стенда может меняться конструкция его отдельных узлов при сохранении сути предложенной полезной модели.
Заявленный стенд может быть изготовлен на приборостроительном предприятии с использованием современных электронных компонентов и технологий.